ы=£-/д/?н). В свою очередь это уменьшение, как следует из характеристики диода, приводит к дальнейшему росту тока. Уменьшение напряжения будет продолжаться до тех пор, пока не будет достигнута точка А. Аналогично при случайном уменьшении тока, начиная от точки Б, рабочая точка переходит в В. Таким же путем можно пояснить, почему точки Л и В характеризуют устойчивое состояние равновесия. Рассмотрим процессы в схеме с последовательным включением резистора при изменении Е. С увеличением Е от нуля точка пересечения вольт-амперной характеристики с линией сопротивления движется до первой восходящей ветви вольт-амперной характеристики до точки А , а затем скачком падает до точки В . При дальнейшем увеличении Е точка пересечения движется от В вверх по второй восходящей ветви. Если теперь уменьшать напряжение питания, то ток, достигнув точки В, скачком изменится до значения, соответствующего точке А. Подобные скачки в схеме могут быть достигнуты и изменением величины R, т. е. изменением наклона линии нагрузки, а также при постоянном R ъ Е путем подачи на туннельный диод запускающих импульсов.

Схемы импульсных устройств

Рассмотрим некоторые типовые схемы с туннельными диодами.

Триггер. Схема (рис. И-78) должна иметь два устойчивых состояния равновесия. Они существуют при условии, что нагрузочная прямая пересекает характеристику диода в трех точках. Выбором сопротивления резистора можно осуществить два крайних режима работы. Первый соответствует R~

Рис. 11-78. Триггер с туннельными диодами.

а - принципиальная схема на одном туннельном диоде; б - диаграмма для иллюстрации крайних режимов; в - диаграмма переключений: г - схема триггера иа двух туннельных диодах.

I /-(-jcp I. второй R I Л( ,ср I (нагрузоч-ыепрямые I и II на рис И-78, ственно).

ныепрямые I и II на рис

б соответ-

В первом режиме (переключения токов) перепад токов получается довольно большим почти равным А/ при перепаде напряжений Au~U2-Ul. Триггер обладает высокой, чувствительностью по запускающим сигналам.

Во втором режиме (переключения напряжений) перепад токов невелик, но перепад напряжений будет значительно большим, чем в первом режиме: ДыкЫз-Щ при переходе с первой восходящей ветви на вторую и Ды Ы2 при переходе со второй-восходящей ветви на первую. Потребляемая мощность здесь выше, чем в первом случае. Кроме того, требуется сравнительно высокое питающее напряжение. На практике обычно выбирают /?к=4/( )ср.

Для переключения триггера из устойчивого состояния, соответствующего точке Л, на вход подается положительный импульс-запуска / (рис П-78, в). За время фронта этого импульса рабочая точка переместится из положения Л в положение F и после окончания импульса перейдет в новое устойчивое состояние, соответствующее точке В. В результате действия отрицательного импульса 2 рабочая точка переходит сначала-в положение Д, а затем вновь в Л.

Скорость переключения триггера ограничивается паразитной индуктивностью и емкостью С перехода туннельного диода. Однако при расчетах переходных процессов индуктивностью можно часто пренебречь (особенно при режимах переключения напряжения), так как скачок тока и э. д. с самоиндукции невелики. Основное значение в процессе переключения играет емкость перехода туннельного диода. Изменение напряжения на емкости при действии положительного импульсного запуска определяет длительность переброса

где ig- зарядный ток, определяемый как разность ординат характеристик сопротивления и ip,=f(up) для текущей точки (отрезок KL на рис П-76, в). Аналогично при действии отрицательного импульса длительность переброса

где 1 - разрядный ток, определяемый

как разность ординат тех же характеристик (отрезок КМ на рис. П-78, е). Законы изменения зарядного тока и разрядного тока t ~ неодинаковы. Поэтому длительност

.прямого и обратного переброса несколько различны. Приближенно длительность переброса при переходе с первой восходящей ветви на вторую (фронта импульса) равна:

; 2С

ри этом принято 2-Ml Из-М2, ЧТО обычно выполняется на практике. Длительность переброса при переходе со второй восходящей ветви на первую (среза импульса) равна:

прн условии Ы2~(3н-4)м1. В приведенных формулах не учтено входное сопротивление последующей схемы, на которое работает

Рис. 11-79. Мультивибратор на туннельном диоде, а - принципиальная схема; б - диаграмма переключений; в - временные диаграммы.

триггерная ячейка. Практически длительность фронта и среза имеет порядок единиц и десятков наносекунд.

На практике широко применяются также триггерные схемы с двумя туннельными диодами (рис. П-78,г). Рабочая точка одного диода находится на первой восходящей ветви вольт-амперной характеристики, другого- на второй восходящей ветви. Разностный ток покоя диодов проходит через индуктивность L. При подаче запускающего импульса положительной полярности рабочая точка диода, которая находилась на первой восходящей ветви, переходит на вторую восходящую ветвь, и ток через этот

диод будет стремиться упасть до значения, соответствующего новой рабочей точке. Создаваемая в результате изменения тока э. д. с. на катушке индуктивности переведет другой диод в состояние, при котором рабочая точка со второй восходящей ветви переходит на первую. Схема будет оставаться в устойчивом состоянии до прихода следующего запускающего импульса.

При использовании триггеров на практике возникает трудность ввода и вывода сигналов, так как у туннельного диода невозможно разделить вход и выход [Л. 17, 18].

Для передачи сигналов с одних триггерных ячеек на другие используют вентили с транзисторами или обращенными диодами, а также многофазное питание каскадов.

Мультивибратор. Режим работы схемы мультивибратора (рис. 11-79, а) определяет сопротивление резистора R и э. д. с. источника питания Е. При этом возможны три режима (рис. 11-79,6):

а) рабочая точка 1 находится на первой восходящей ветви; схема действует как ждущий мультивибратор, и для его запуска требуется положительный импульс тока;

б) рабочая точка 2 находится на участке отрицательного сопротивления; схема действует как мультивибратор с самовозбуждением;

в) рабочая точка 3 находится на участке второй восходящей ветви; схема действует как ждущий мультивибратор, и для его запуска требуется отрицательный импульс напряжения.

Для мультивибратора с самовозбуждением необходимо выполнение условия L > > RC\ / ( )ср I- При достаточно большой индуктивности в схеме возникнут колебания по циклу, близкому к AFBD (рис. 11-79,6). Точка Б характеризует неустойчивое состояние равновесия, и схема переходит в состояние, характеризуемое точкой А. При достижении этой точки происходит переброс в точку F, поскольку при большой индуктивности ток за время переброса почти не меняется. При малой индуктивности переход идет с некоторым уменьшением тока (линия AF). Время перехода из точки А в точку F{F) определяет длительность фронта импульса. Затем начинается сравнительно медленная стадия перехода из F(F) в точку В, определяющая длительность импульса

tv, як

Us - E

При достижении граничной точки В происходит переброс в точку D (срез импульса). Участок 9А определяет интервал между импульсами

Период колебаний Гци-ЬГи.

в мультивибраторе на туннельном диоде длительность фронта и среза может иметь порядок единиц наносекунд, а длительность периода - несколько десятков наносекунд.

Кроме мультивибраторов с самовозбуждением, большое распространение получили ждущие мультивибраторы с режимом работы на первой восходящей ветви. При этом получаются более короткий фронт и малая задержка по отношению к запускающему импульсу, чем при работе на второй восходящей ветви. Стабильность порога срабатывания также получается более высокой.

В ждущем режиме такого мультивибратора линия сопротивления пересекает вольт-амперную характеристику в точке 1 (рис. П-79, б). Ток через диод равен /о-Для запуска мультивибратора требуются положительные импульсы тока 1акп>1\-/о-Если индуктивность выбрана достаточно большой, так что за время переключения туннельного диода ток не успеет значительно измениться, то за время действия запускающего импульса точка с первой восходящей ветви скачком переходит на вторую восходящую ветвь (точку В). После окончания действия запускающего импульса рабочая точка скользит на второй восходящей ветви от точки В до точки С. Скорость этого перемещения зависит от скорости изменения тока в индуктивности, а время изменения тока, соответствующего переходу от точки В до точки С, определят длительность импульса. Когда рабочая точка попадает в точку С, произойдет новое переключение диода в точку D. После этого начнется процесс восстановления тока в катушке индуктивности до его первоначального значения и рабочая точка переместится в точку

Длительность импульса ждущего мультивибратора определяется теми же соотношениями, что и мультивибратора с самовозбуждением. Время восстановления схемы при условии, что в точке 1 (рис. 11-79,6) через туннельный диод течет ток /о, определяется . соотношением

, E-f-/.

tmr = L- In-

Е-иг

В импульсной технике, помимо схем, построенных на туннельных диодах, широко применяются комбинированные схемы, построенные ла туннельном диол,е и транзисторах.

11-11. ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ УСТРОЙСТВА ИМПУЛЬСНОЙ ТЕХНИКИ

Отдельные элементы и основные схемы импульсной техники обычно объединяются в более сложные устройства, выполняющие разнообразные операции, - функциональные устройства. Ниже рассмотрены только наиболее употребительные из них.

Устройства для временной задержки импульсов

Для создания последовательности импульсов, задержанных относительно исходной последовательности на заданное время ta, используются искусственные линии задержки, а также устройства задержки с преобразованием импульсов.

и-ех

,И ,И ,И

1 I и

Рис. 11-80. Задержка импульсов с помощью фан-тострона Ф или ждущего мультивибратора ЖМ. а - функциональная схема; б - временные диаграммы; - время задержки.

Линии применяются главным образом в том случае, когда требуемое время задержки постоянно. При этом входные сигналы искажаются мало и практически сохраняют свою форму.

В устройствах с преобразованием генерируется новая последовательность, импульсы которой могут существенно отличаться от исходных. Обычно в этих устройствах легко осуществляется переменная задержка, пропорциональная некоторому опорному (управляющему) напряжению Му. В устройствах с преобразованием используются генераторы пилообразных колебаний, а также фантастроны или ждущие мультивибраторы.

Устройства с фантастроном или ждущим мультивибратором. Каждый импульс И исходной последовательности Ывх (рис. 11-80) запускает ждущий мультивибратор ЖМ или фантастрон Ф, длительность импульса которого в некоторых пределах пропорциональна управляющему (опорному) напряжению у (см. стр. 576). Из среза импульса в устройстве формирования УФ путем дифференцирования и ограничения формируется задержанный импульс 3 (см. стр. 545, 561). Наименьшими отклонениями времени задержки от линейного закона и