Полупроводниковый прибор с двумя участками отрицательного дифференциального сопротивления ν-типа Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

ЛИТЕРАТУРА

1. Черное НМ. О синтезе цифровых структур произвольной значности над полем действительных чисел// Материалы Всероссийской научно-технической конференции с международным участием “Персональные исследовательские комплексы и автоматизированные рабочие места”.Таганрог. 1995. С.208 - 213.

2. Чернов НИ. О нетрадиционных методах синтеза цифровых и цифроаналоговых схем//Компъютериые технологии в инженерной и управленческой деятельности. 4.2. Моделирование, управление и обработка информации в технических и человеко-машинных системах. Таганрог, 1988. С, 55 - 59.

3. Чернов Н.И. О монотонном представлении логических функций произвольной значности// Компьютерные технологии в инженерной и управленческой деятельности. 4.2. Моделирование, управление и обработка информации в технических и человеко-машинных системах. Таганрог, 1998. С. 55 - 59.

УДК 621.382.3

С.Г. Новиков, Н.Т. Турин, Т.А. Воробьёва, А.Ю. Новосёлов

ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ ПРИБОР С ДВУМЯ УЧАСТКАМИ ОТРИЦАТЕЛЬНОГО ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ

N-ТИЛА

Ульяновский государственный университет,

432700, г. Ульяновск, ул. Л. Толстого, 42, тел.: (8422) 320617, e-mail nsftfajsv.uven.ru

Приборы различного уровня мощности, имеющие участок отрицательного дифференциального сопротивления (ОДС) на вольт-амперной характеристике (ВАХ), находят широкое применение практически во всех областях современной электроники. Среди них большое внимание уделяется приборам N-типа с одним участком ОДС. В то же время интерес вызывают приборы, имеющие несколько участков ОДС, как перспективная элементная база новых типов нейроинформаци-онных систем.

В связи с этим, целью данной работы является моделирование и исследование полупроводникового элемента с двумя участками ОДС N-типа.

Решение задачи моделирования такого элемента основано на синтезе принципов реализации ВАХ бинисгора [1] и N-транзистора [1-3] в одной эквивалентной схеме замещения.

Предложенная электрическая схема замещения (рис,1) содержит биполярный транзистор (БП), в цепь базы которого включен полевой транзистор (ПТ). При этом обратная связь осуществляется через обратносмещенный стабилитрон, включенный между коллектором биполярного и затвором полевого транзисторов. Таким образом, эмиттер и база БТ, сток и затвор ПТ, а также анод и катод стабилитрона образуют четырехслойную структуру бинистора. а БТ и ПТ в целом структуру N-транзистора.

Данная схема работает аналогично схеме, представленной в [4]. Особенностью ее является включаемый в цепь затвора стабилитрон, который производит ограничение напряжения на затворе полевого транзистора (0'3), поэтому с ростом напряжения коллектор-эмиттер Uk-> напряжение U, начинает расти только тогда, когда икц>истай, где UcmoS - напряжение стабилизации стабилитрона. Это позволя-

ет получить ВЛХ с протяженной слабовозрастаюшей областью насыщения и жестко фиксировать напряжение ограничения (область 2 на рнс.2). Кроме того, подключение стабилитрона позволяет получить и второй спадающий участок (область 1 на рис.2) за счет наличия малых токов утечки при обратном смещении стабилитрона и напряжения отсечки у Г1Т.

Рис. 1. Схема замещения N-прибора с двумя участками ОДС

Для подтверждения принципиальной работоспособности электрической схемы проведено схемотехническое моделирование с помощью пакета прикладных программ Рзрюе [5], и использованием математических моделей биполярных (КТ835. КТ814), полевых (КП307, КПЗОЗ) транзисторов и стабилитрона Д814Д из библиотеки пакета. В результате получены выходные ВАХ, имеющие два участка ОДС Ы-типа. При изменении напряжения на коллекторе в схеме включения с общим эмиттером от нуля до значения напряжения стабилизации стабилитрона полученная ВАХ аналогична характеристике бинистора и содержит один участок ОДС М-типа. При дальнейшем увеличении напряжения наблюдается второй участок ОДС ]^-типа (рис.2).

1к. мЛ 20О

160

120

-40;-

■'\ 1 ■' ' \ 2

I \ ' « 1 д \ . ибз= 8В

^ \ / М5^=5В 1

\у » \ \

• О0э=ЗВ \\ \ _ \\ \

* иб*= 1В Ч1

1 2 3 4 5 6

7 и„В

Рис.2. ВАХ N-прибора с двумя участками ОДС

При варьировании параметров моделей ПТ и стабилитрона наблюдается изменение вида ВАХ. В частности, при увеличении тока насыщения стабилитрона или напряжения отсечки ПТ происходит исчезновение одного из участков ОДС типа. Таким образом, для одной и той же электрической схемы в зависимости от параметров элементов можно получать ВАХ как с двумя, так и с одним участком

оде.

Для подтверждения результатов моделирования проведены экспериментальные исследования макетного образца на основе дискретных элементов КТ835, КГГ307, Д814Д и резистора сопротивлением 0,3 МОм, включенного между истоком и затвором полевого транзистора. Исследования выходных ВАХ выполнялись на измерителе характеристик полупроводниковых приборов Л2-56. Значения основных параметров образца при 1В: ток первого максимума 215 мА при напряже-

нии 0,2 В, ток минимума 160 мА при напряжении 0,4 В, ток второго максимума 230 мА при напряжении 13,5 В. Полученные экспериментальные ВАХ качественно подтверждают результаты моделирования и свидетельствуют о принципиальной возможности реализации приборов с двумя участками N-типа на ВАХ.

Таким образом, в ходе работы была предложена и исследована электрическая схема нового полупроводникового прибора, реализующего ВАХ с двумя участками ОДС N-типа. Этот прибор способен найти применение в качестве самовос-танавливающихся предохранителей в устройствах защиты, а также в качестве базовых элементов нейрокомпьютеров и генераторных схемах, работающих на индуктивную нагрузку.

ЛИТЕРАТУРА

1. Гаряинов С.А., Абезгауз И.Д. Полупроводниковые приборы с отрицательным сопротивлением. М.: Энергия, 1970. 320с.

2. Стафеев В. И., Ван-Шоу-цзюе, Фтина Л.В. Триоды с N-образной характеристикой // Радиотехн. и электрон, 1962. Т. 7. №8. С. 1404-1408.

3. Новиков С.Г., Новоселов А.Ю., Бакланов С.Б., Гурин И.Т. Схемотехническое моделирование и исследование мощных N-транзисторов // Изв. вузов. Электроника. 1999. №1. С.86-90.

4. Галузо B E.. Матсон Э.А., Мельничук В.В. Полупроводниковые биполярнополевые структуры // Зарубежн. электрон, техника. 1981. № 10 (244). 50 с.

5. Разевиг В.Д. Применение программ Р-CAD и PSpice для схемотехнического моделирования на ПЭВМ. В 4-х выпусках.. М.: Радио и связь, 1992.

УДК 621.382.3

Т.А. Воробьева, С.Г. Новиков, Н.Т. Гурин, АЛО. Новоселов

МОДЕЛИРОВАНИЕ И ИССЛЕДОВАНИЕ ПОЛУПРОВОДНИКОВОГО БИПОЛЯРНОГО ПРИБОРА С ОТРИЦАТЕЛЬНЫМ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫМ СОПРОТИВЛЕНИЕМ N-ТИПА

Ульяновский государственный университет,

432700, г. Ульяновск, ул. Л. Толстого, 42, тел.: (8422) 320617, e-mail nsg(a.$VMven.ru

Применение полупроводниковых приборов с участком отрицательного дифференциального сопротивления (ОДС) N-типа на вольт-амперной характеристике (ВАХ) в настоящее время актуально при создании высокоэффективных генераторов с индуктивной нагрузкой и реализации надежной защиты различных устройсгв современной электроники [1].

Известные на сегодняшний день N-приборы имеют ряд недостатков, снижающих эффективность и ограничивающих области их применения, основным из