Temat: Generator relaksacyjny na tranzystorze

jednozłączowym .

Zanim podejmę się opisania działania generatora relaksacyjnego chciałbym przedstawić zasadę działania tranzystora jednozłączowego .

Rys.1. a) Tranzystor jednozłączowy w układzie próbnym ;

b) Symbol tranzystora jednozłączowego .

Ze schematu przedstawionego na rys.1 widać , że podstawowym elementem konstrukcji tego tranzystora jest płytka krzemu typu ''n'' z dwoma zaciskami omowymi na przeciwległych końcach . Zaciski te są nazywane bazą pierwszą (B
) oraz bazą drugą (B
) . Rezystancja między bazą pierwszą a bazą drugą przybiera wartość od 5 do 10 kΩ .

W płytkę typu ''n'' jest wtopiony na wysokości równej 60% odległości pomiędzy bazami obszar typu ''p'' , który jest nazywany emiterem (E) . Widać stąd , że tranzystor jednozłączowy jest w istocie diodą półprzewodnikową z bazą zasilaną przez dwa zaciski . Bazę B
nazywa się niekiedy katodą K , bazę B
- anodą A , emiter zaś - bramką G .

Przesuwając suwak potencjometru w skrajne dolne położenie zwieramy emiter do masy . Zakładając , że napięcie

U
= 30V , oraz przyjmując , że rozkład napięcia wzdłuż bazy tranzystora jest liniowy , obliczyć można potencjał półprzewodnika typu ''n'' na wysokości emitera . Wynosi on

30 V * 0,6 = 18 V .

Emiter znajduje się na potencjale ziemi , a więc złącze ''pn'' jest spolaryzowane wstecznie . Przesuwając suwak potencjometru ku górze można doprowadzić do tego , że potencjał bramki zbliży się do wartości 18,6 V . W okolicy tego napięcia zwanego ''napięciem zapłonu '' U
złącze zaczyna przewodzić wprowadzając dziury do obszaru typu ''n'' w pobliżu emitera . W rezultacie tego maleje rezystancja

Pomiędzy emiterem a zaciskami bazy B
i prąd emitera I
wzrasta . Wzrost prądu I
powoduje spadek rezystancji obszaru bazy od emitera do zacisku B
, a co za tym idzie zmniejszenie napięcia między tymi zaciskami . Zjawiska te przeczą prawu Ohma , w myśl którego wzrost prądu płynącego przez rezystancję powinien powodować wzrost spadku napięcia na tej rezystancji . Mówimy , że tranzystor jednozłączowy stanowi ujemną rezystancję , przez co może zostać użyty do generacji drgań . W omówionym przypadku efekt ujemnej rezystancji przyśpiesza wzrost wartości chwilowej prądu I
dopóty , dopóki nie zostanie osiągnięta wartość maksymalna . Częstotliwość oscylacji wytwarzanych za pomocą tranzystorów jednozłączowych wynosić może kilkaset megaherców .

Spadek napięcia U
powoduje , że w pewnej chwili złącze ''pn'' zostanie odcięte . Prąd I
spadać będzie do zera równie szybko jak narastał do wartości maksymalnej . Czasy przełączania tranzystora jednozłączowego są bardzo krótkie . Z tego powodu pracuje on niemal zawsze w układach impulsowych i nie może być stosowany jako liniowy wzmacniacz częstotliwości akustycznych .

Jedno z zastosowań tranzystora jednozłączowego zostało przedstawione na rys.2a . Jest to generator relaksacyjny .

Rys.2. a) Generator relaksacyjny z tranzystorem jednozłączowym ;

b) Przebiegi w układzie .

Zamknięcie przełącznika W powoduje , że do bazy tranzystora jednozłączowego oraz szeregowo z nią połączonego rezystora obciążenia R

zostało doprowadzone napięcie 30 V . Całkowita rezystancja obciążająca źródło wynosi w tym przypadku

R
+ R
= 6100Ω

Spadek napięcia na R
jest więc nieco mniejszy niż 0,5 V ( rys.2b ) .

Zamknięcie przełącznika W powoduje również ładowanie kondensatora C prądem ze źródła U
poprzez rezystor R . Napięcie U
pojawiające się na pojemności narasta wykładniczo w kierunku napięcia U
( rys.2b ) . W chwili , w której U
osiągnie wartość równą 60 % U
, czyli napięcie równe ok. 18,6 V , złącze zaczyna przewodzić . Rezystancja pomiędzy E i B
raptownie spada do 100Ω . Równoległa rezystancja dołączona do C jest w takim przypadku równa

100 + 100 = 200Ω .

Naładowany do wartości U
kondensator rozładowuje się przez małą rezystancję 200Ω , wytwarzając wąski impuls napięcia na wyjściu . Wartość szczytowa napięcia na obciążeniu równa jest połowie napięcia U
, czyli wynosi 9,3V.

Wartość napięcia zapłonu U
zależy nieco od temperatury . Z tego powodu należy stabilizować nieco charakterystyki tranzystora , łącząc w szereg z bazą B
niewielki rezystor o rezystancji ok. 100Ω . Dzięki temu rezystorowi na zacisku B
pojawiać się mogą ujemne impulsy odpowiadające dodatnim impulsom pojawiającym się na zacisku B
.

W układzie z rys.2 napięcie emitera osiągnie potencjał zapłonu po czasie równym jednej stałej czasowej obwodu RC.

Przyjmując

T
= R * C = 0,1 s

Otrzymujemy częstotliwość powtarzania ( repetycji ) ciągu impulsów równą 10 impulsom na sekundę .

Tranzystor jednozłączowy jest zupełnie innego rodzaju niż tranzystor unipolarny ( polowy , kanałowy ) , mimo iż symbole oznaczające obydwa elementy są podobne . Warto zwrócić uwagę na to , że różnice w rysunkach symboli obu tranzystorów tkwią w położeniu strzałki oznaczającej bramkę .

W przedstawionym na rys.2 układzie ciąg wąskich impulsów pojawia się na rezystorze obciążenia R
. W innym punkcie układu tj. na pojemności C zaobserwować można napięcie o kształcie zbliżonym do piłokształtnego .

1

---