Двухполюсник с отрицательной проводимостью

 

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в устройствах генерации, усиления и обработки мощных высокочастотных сигналов. Сущность: двухполюсник содержит транзисторы 1 и 2, эмиттеры которых соединены между собой, а коллекторы соединены с выходными клеммами 3 и 4, резисторы 5 и 6 и конденсаторы 7 и 8, резистор 5 и конденсатор 7 соединены параллельно и включены между базой транзистора 1 и коллектором транзистора 2, а резистор 6 и конденсатор 8 также соединены параллельно и включены между базой транзистора 2 и коллектором транзистора 1. 1 ил.

Изобретение относится к радиотехнике и предназначено для использования в радиотехнических устройствах различного назначения, в частности в устройствах генерации усиления и обработки мощных высокочастотных сигналов.

Известны двухполюсники с отрицательной проводимостью или отрицательным сопротивлением, выполненные на электронных и полупроводниковых приборах: лампах, транзисторах, диодах [1-6]. Эти двухполюсники можно разделить на две группы.

В устройствах первой группы [1, 2 и 3] используются элементы с участком отрицательной дифференциальной проводимости (ОДП). С помощью таких устройств удается создать активные двухполюсники, способные отдавать значительную мощность на весьма высоких рабочих частотах. Основные недостатки устройств этой группы - существенно нелинейный характер работы и малая ширина полосы рабочих частот. Поэтому данные устройства довольно широко используются для генерации сигналов, но сфера их использования для усиления и обработки мощных ВЧ-сигналов ограничена.

В устройствах второй группы [4, 5 и 6] эффект отрицательного сопротивления получается исключительно за счет специального включения активных приборов, работающих в линейном режиме (эффект ОДП не используется принципиально). Главными недостатками устройств этой группы являются малый динамический диапазон обрабатываемых сигналов (малая мощность) и низкие рабочие частоты. Вследствие этого, устройства второй группы используются только для обработки маломощных и низкочастотных сигналов, а их использование для генерации и усиления мощных высокочастотных сигналов резко ограничено.

Наиболее близким к изобретению является двухполюсник, содержащий транзистор с туннельным диодом, включенным в цепь эмиттера транзистора, делитель напряжения на двух резисторах, включенных между клеммами двухполюсника, средняя точка делителя подключена к базе транзистора [3].

Основными недостатками прототипа являются ограниченная полоса рабочих частот, определяемая достаточно узким диапазоном частот, в котором туннельный диод реализует эффект ОДП, нелинейный характер работы всего устройства, связанный с использованием существенно нелинейного участка ВАХ диода, на котором реализуется ОДП. Задачей изобретения является создание двухполюсника с отрицательной проводимостью, способного работать в широком диапазоне частот и мощностей при сохранении линейного режима работы входящих в него активных приборов.

Поставленная задача решается введением в двухполюсник, содержащий один транзистор и два резистора, второго транзистора и двух конденсаторов, при этом эмиттеры транзисторов соединены, их коллекторы подключены к разноименным клеммам и цепочки из параллельно соединенных конденсаторов и резистора подключены между коллектором и базой разноименных транзисторов.

Такое включение обеспечивает режим работы, при котором ВЧ-ток базы каждого транзистора определяется ВЧ-напряжением на коллекторе другого транзистора, что приводит к противофазности напряжения и тока на коллекторах транзисторов, что создает эффект отрицательной проводимости двухполюсника.

На чертеже представлена принципиальная схема двухполюсника.

Устройство содержит два транзистора 1 и 2, коллекторы которых присоединены к выходным клеммам 3 и 4, а эмиттеры соединены между собой. Между коллектором одного и базой каждого из транзисторов 1 и 2 включены цепочки из параллельно соединенных сопротивлений 5 (6) и конденсаторов 7 (8).

Двухполюсник работает следующим образом.

Предположим, что схема симметрична, т.е. оба транзистора, резистора и конденсатора одинаковы. Допустим, что потенциал средней точки схемы - эмиттеров транзисторов равен нулю, а на внешние клеммы схемы 3 и 4 воздействует симметричное высокочастотное напряжение. В этом случае ВЧ-напряжение на коллекторе транзистора 1 совпадает по амплитуде и противоположно по фазе ВЧ-напряжению на коллекторе транзистора 2. Очевидно также, что токи всех выводов обоих транзисторов соответственно равны по амплитуде и противоположны по фазе.

На рабочих частотах транзисторов в линейном режиме амплитуда и фаза тока коллектора транзистора однозначно определяются амплитудой и фазой тока базы транзистора. Так как падение напряжения на эмиттерном переходе транзистора очень мало (сотые доли вольта), то ВЧ-ток базы транзистора 1 в данной схеме определяется ВЧ-напряжением на коллекторе транзистора 2 (через резистор 5 и конденсатор 7). Следовательно, ток коллектора транзистора 1 оказывается противофазным ВЧ-напряжению на коллекторе транзистора 1. А учитывая фазовые сдвиги, возникающие на высоких частотах, в общем случае ток коллектора транзистора 1 оказывается сдвинут по отношению к ВЧ-напряжению на коллекторе транзистора 1 на угол от 180^о (на низких частотах) до 90^о (на высоких частотах). Полностью аналогичная картина имеет место для симметричного транзистора 2. Следовательно, в схеме реализуется эффект отрицательной проводимости.

Изобретение может быть выполнено на активных приборах любого типа - ламповых или полупроводниковых с весьма значительным уровнем мощности в линейном режиме и диапазоном рабочих частот. Эквивалентная схема замещения предлагаемого двухполюсника представляет собой параллельное соединение отрицательного сопротивления (проводимости) и емкости. При этом величины отрицательного сопротивления и емкости однозначно определяются параметрами элементов устройства и при правильном их выборе не зависят от частоты воздействующего сигнала.

Двухполюсник обладает простой и надежной схемой, возможностью получения любых значений отрицательной проводимости, высокой линейностью при больших динамических диапазонах рабочего сигнала.

Двухполюсник с отрицательной проводимостью целесообразно использовать в устройствах генерации, усиления и обработки высокочастотных сигналов.

Формула изобретения

ДВУХПОЛЮСНИК С ОТРИЦАТЕЛЬНОЙ ПРОВОДИМОСТЬЮ, содержащий транзистор и два резистора, один вывод первого из которых подключен к коллектору транзистора и одной из клемм, один из выводов второго резистора подключен к базе транзистора, отличающийся тем, что введены второй транзистор и два конденсатора, каждый из которых включен между коллекторами одного и базой второго транзисторов, причем второй вывод первого резистора подключен к базе второго транзистора, а второй вывод второго резистора подключен к коллектору второго транзистора и второй клемме, а эмиттеры транзисторов соединены между собой.

РИСУНКИ

Рисунок 1