У сучасних радіоелектронних пристроях використовується досить широкий асортимент найрізноманітніших електронних приладів. Часом відсутність одного або декількох таких елементів може загальмувати або навіть перервати виконання роботи по монтажу або макетуванню схеми. Дуже часто зустрічаються ситуації, коли необхідно один елемент замінити іншим. Якщо мова йде про просту заміну одного номіналу резистора або конденсатора на інший, то рішення задачі заміни або підбору заменяющего номіналу очевидно. Менш очевидні заміни радіоелементів, які мають специфічні, тільки їм притаманні властивості.

Нижче будуть розглянуті питання заміни деяких спеціальних напівпровідникових приладів їх еквівалентами, виконаними з більш доступних елементів.

В імпульсній техніці широко використовують керовані і некеровані комутуючі елементи, мають вольт-амперну характеристику з N-або S-подібним ділянкою. Це лавинні транзистори, газові розрядники, діністори, тиристори, сімістори, одноперехідні транзистори, лямбда-діоди, тунельні діоди, Інжекційно-польові транзистори і інші елементи.

У релаксаційних генераторах імпульсів, різних перетворювачах електричних і неелектричних величин в частоту широко використовують біполярні лавинні транзистори. Слід зазначити, що спеціально такі транзистори майже не випускають. На практиці в цих цілях використовують звичайні транзистори в незвичайному включення або режимі експлуатації.

Лавинний транзистор – напівпровідниковий прилад, що працює в режимі лавинного пробою. Такий пробій зазвичай виникає при напрузі, що перевищує гранично допустиме значення. Чи не допустити теплового пробою (незворотного пошкодження) транзистора можна при обмеженні струму через транзистор (підключенням високоомний навантаженням). Лавинний пробій транзистора може наступати в «прямому» і «інверсному» включенні транзистора. Напруга лавинного пробою при інверсному включенні (полярність підключення напівпровідникового приладу протилежна загальноприйнятою, рекомендованої) зазвичай нижче, ніж для «прямого» включення. Висновок бази транзистора часто не використовується (не підключається до інших елементів схеми). У ряді випадків базовий висновок з’єднують з емітером через високоі-ний резистор (сотні кОм – од. МОм). Це дозволяє в деяких межах регулювати величину напруги лавинного пробою.

На рис. 2.1 наведена схема рівноцінної заміни «лавинного» транзистора інтегрального переривника К101КТ1 її дискретними аналогами. Цікаво відзначити, що при найближчому розгляді ця схема тотожна еквівалентній схемою ді-Ністор (рис. 2.1), тиристора (рис. 2.2) і одноперехідного транзистора (рис. 2.4). Відзначимо попутно, що і вид вольт-амперних характеристик всіх цих напівпровідникових приладів має загальні характерні особливості. На їх вольт-амперних характеристиках мається S-подібний ділянку, ділянку з так званим «негативним» динамічним опором. Завдяки такої особливості вольт-амперної характеристики перераховані прилади можуть використовуватися для генерації електричних коливань.

Рис. 2.1. Аналог лавинного транзистора і діністора

Тиристори, діністори і їм подібні елементи здатні при дуже незначних внутрішніх втратах управляти великими потужностями, що підводяться до навантаження.

Тиристори – прилади, що володіють двома стійкими станами: станом низької провідності (провідність відсутня, прилад замкнений) і станом високої провідності (провідність близька до нуля, прилад відкритий). Представники класу тиристорів [Вишневський А.І]:

діодні тиристори (діністори, Діак), що мають два висновки (анод і катод), керовані шляхом подачі на електроди напруги з високою швидкістю його наростання або підвищення прикладеної напруги до величини, близької до критичної;

триодного тиристори (тріністори, тріаки), трьохелектродні елементи, керуючий електрод яких служить для перекладу тиристора із закритого стану у відкрите;

тетродние тиристори, що мають два керуючих електрода;

симетричні тиристори – сімістори, що мають пятіслой-ную структуру. Іноді цей напівпровідниковий прилад називають семистора.

Діодні тиристори (діністори), асортимент яких не настільки великий, розрізняються, головним чином, максимально допустимим постійним прямим напругою в закритому стані. Так, для діністоров типів КН102А, Б, В, Г, Д, Е, Ж, І (2Н102А – І) значення цих напружень складають, відповідно, 5, 7, 10, 14, 20, 30, 40, 50 В при зворотному струмі не більше 0,5 мА. Максимально допустимий постійний ток у відкритому стані для цих напівпровідникових приладів дорівнює 0,2 А при залишковому напрузі у відкритому стані 1,5 В.

На рис. 2.1 наведена еквівалентна схема низьковольтного діністора. Якщо прийняти R1 = R3 = 100 Ом, можна отримати діністор з керованим (за допомогою резистора R2) напругою перемикання від 1 до 25 В [Войцеховський Я., Р 11/73-40, Р 12/76-29]. При відсутності цього резистора і за умови R1 = R3 = 5,1 кОм напруга перемикання складе 9 Б, а при R1 = R3 = 3 кОм -12 В.

Аналог тиристора р-п-р-п-структури, описаний у книзі Я. Войцеховського, показаний на рис. 2.2. Буквою А позначений анод; К – катод; УЕ – керуючий електрод. У схемах (рис. 2.1, 2.2) можуть бути використані транзистори типів КТ315 і КТ361. Необхідно лише, щоб підводиться до напівпровідникових приладів або його аналогу напруга не перевищувало граничних паспортних значень. У таблиці (Рис. 2.2) показано, якими величинами R1 і R2 слід керуватися при створенні аналога тиристора на основі германієвих або кремнієвих транзисторів.

Рис. 2.2. Аналог тиристора

В розриви електричного кола, показані на схемі (рис. 2.2) хрестиками, можна включити діоди, що дозволяють впливати на вид вольт-амперної характеристики аналога. На відміну від звичайного тиристора, його аналогом (рис. 2.2) можна управляти, використовуючи додатковий висновок – керуючий електрод УЕдоп, підключений до бази транзистора VT2 (верхній малюнок) або VT1 (нижній малюнок). Зазвичай тиристор включають короткочасної подачею напруги на керуючий електрод УЕ. При подачі напруги на електрод УЕдоп тиристор, навпаки, можна перевести із включеного стану в вимкненому.

Аналог керованого діністора може бути створений з використанням тиристора (рис. 2.3) [Р 3/86-41]. За вказаних на схемі типах елементів і зміні опору резистора R1 від 1 до 6 кОм напруга перемикання діністора в провідний стан змінюється від 15 до 27 В.

Рис. 2.3. Аналог керованого діністора

Рис. 2.4. Аналог одноперехідного транзистора

Еквівалентна схема використовуваного в генераторних пристроях напівпровідникового приладу – одноперехідного транзистора – показана на рис. 2.4. Б1 і Б2 – перша і друга бази транзистора.

Інжекційно-польовий транзистор (І/77) являє собою напівпровідниковий прилад з S-подібною ВАХ. Подібні прилади широко використовують в імпульсній техніці – в релаксаційних генераторах імпульсів, перетворювачах напруга-частота, що чекають і керованих генераторах і т.д. Такий транзистор може бути складений об’єднанням польового і звичайного біполярного транзисторів (рис. 2.5, 2.6).

На основі дискретних елементів може бути змодельована не тільки напівпровідникова структура. На рис. 2.7 показана схема пристрою, еквівалентного низьковольтного газового розрядника [ПТЕ 4/83-127]. Цей прилад являє собою газонаповнений балон з двома електродами, в якому виникає електричний міжелектродний пробою при перевищенні деякого критичного значення напруги. Напруга «пробою» для аналога газового розрядника (рис. 2.7) становить 20 В. Таким же чином, може бути створений аналог, наприклад, неонової лампи.

Рис. 2.5. Аналог інжекційно-польового транзистора п-структури

Рис. 2.6. Аналог інжекційно-польового транзистора р-структури

Рис. 2.7. Аналог газового розрядника

Абсолютно особливим видом ВАХ володіють напівпровідникові прилади типу лямбда-діодів, тунельних діодів. На вольт-амперних характеристиках цих приладів є N-про-різний ділянку. Лямбда-діоди і тунельні діоди можуть бути використані для генерації і посилення електричних сигналів. На рис. 2.8 і рис. 2.9 показані схеми, що імітують лямбда-ді-од [РТЕ 9/87-35]. Практично в генераторах частіше використовують схему, подану на рис. 2.9 [ПТЕ 5/77-96]. Якщо між стоками польових транзисторів включити керований резистор (потенціометр) або транзистор (польовий або біполярний), то видом вольт-амперної характеристики такого «лямбда-діода» можна керувати в широких межах: регулювати частоту генерації, модулювати коливання високої частоти і т.д.

Рис. 2.8. Аналог лямбда-діода

Рис. 2.9. Аналог лямбда-діода

Рис. 2.10. Аналог тунельного діода

Тунельні діоди також використовують для генерації та посилення високочастотних сигналів. Окремі представники цього класу напівпровідникових приладів здатні працювати до мало досяжних в звичайних умовах частот – порядку одиниць ГГц. Пристрій, що дозволяє імітувати вольт-амперну характеристику тунельного діода, показано на рис. 2.10 [Р 4/77-30].

Варікапи – це напівпровідникові прилади із змінною ємністю. Принцип їх роботи заснований на зміні бар’єрної ємності напівпровідникового переходу при зміні прикладеної напруги. Найчастіше на варикап подають зворотне зміщення, рідше – пряме. Такі елементи зазвичай застосовують у вузлах налаштування радіо-і телеприймачів. В якості варикапов можуть бути використані звичайні діоди і стабілітрони (Рис. 2.11), а також їх напівпровідникові аналоги (рис. 2.12 [F 9/73-434], рис. 2.13 [ПТЕ 2/81-151]).

Рис. 2.11. Варикап

Рис. 2.12. Схема аналога варікапа

Рис. 2.13. Схема аналога варікапа

   
Література: Шустов М.А. Практична схемотехніка (Книга 1), 2003 рік