pornjk, pornsam, xpornplease, joyporn, pornpk, foxporn, porncuze, porn110, porn120, oiporn, pornthx, blueporn, roxporn, silverporn, porn700, porn10, porn40, porn900

Thiết kế và phân tích mạch điện tử tạo xung dựa trên Transistor Avalanche

Cùng với sự phát triển bùng nổ của các dịch vụ dữ liệu được đại diện bởi IP và sự gia tăng đáng kể về băng thông và khả năng liên lạc, mạng cuối cùng sẽ là Mạng toàn quang (AON). Nền tảng của AON là công tắc All-optical, có thể dùng để bật, tắt và chuyển đổi tín hiệu quang trong mạng.

Các thiết bị chuyển mạch quang hiện đang được sử dụng hoặc nghiên cứu thương mại bao gồm các thiết bị chuyển mạch vi cơ dựa trên công nghệ MEMS và các thiết bị chuyển mạch quang trạng thái rắn. Công tắc quang trạng thái rắn bao gồm công tắc quang âm, công tắc quang nhiệt, công tắc quang từ, công tắc quang-tinh thể lỏng, v.v. Tốc độ chuyển mạch của công tắc quang MEMS thông thường, công tắc quang tinh thể lỏng và công tắc quang nhiệt có độ lớn ms, không thể đáp ứng yêu cầu chuyển mạch quang. Hơn nữa, các công tắc quang thông thường có độ nhạy phân cực cao nhưng cũng không thể đáp ứng yêu cầu của chuyển mạch quang. Công tắc quang từ sử dụng hiệu ứng xoay Faraday, bằng cách thay đổi từ trường ứng dụng để thay đổi mặt phẳng phân cực của ánh sáng phân cực tới, để đạt được mục đích chuyển mạch quang. So với công tắc cơ quang thông thường, công tắc quang từ có tốc độ chuyển mạch nhanh hơn và độ ổn định cao hơn. So với các công tắc trạng thái rắn khác, công tắc quang từ có điện áp truyền động thấp hơn và nhiễu xuyên âm nhỏ hơn. Vì vậy, chúng ta có thể thấy trước rằng switch quang từ sẽ là switch quang có tính cạnh tranh trong tương lai gần.

Đặc điểm của Transistor Avalanche

Phạm vi đầu ra của bóng bán dẫn thường có thể được chia thành bốn vùng: vùng bão hòa, vùng tuyến tính, vùng cắt và vùng tuyết lở. Hình 1 thể hiện biểu đồ đặc tính đầu ra của bóng bán dẫn NPN. Trong hình 1, BVCEO là điện áp đánh thủng đảo ngược giữa cực thu và cực phát khi đế mở; BVCBO là điện áp đánh thủng do tuyết lở giữa bộ thu và đế khi bộ phát mở. Khi dòng phun nền iB < 0 thì cực phát bị đảo ngược, vùng mà dòng iC của cực góp thay đổi mạnh theo sự thay đổi của -iB và điện áp giữa cực thu và cực phát uCE là vùng tuyết lở.

Khi đặt một điện áp cao vào giữa cực thu và cực phát của bóng bán dẫn, điện trường trong vùng không gian tích điện của cực thu sẽ tăng cường và các cặp lỗ electron sẽ hình thành do điện trường mạnh. Electron và lỗ trống mới sẽ chuyển động ngược chiều với electron và lỗ trống ban đầu. Khi đạt đủ công suất, các cặp lỗ trống electron mới sẽ hình thành do va chạm. Electron và lỗ trống mới sẽ được gia tốc bởi điện trường mạnh và lặp lại quá trình trên. Do đó, dòng điện chạy qua bộ thu sẽ tăng mạnh giống như tuyết lở, đây gọi là hiệu ứng nhân tuyết lở. Các bóng bán dẫn có điện áp lở mạnh hơn thường được gọi là bóng bán dẫn tuyết lở.

Hình 1. Đặc tính ngõ ra của Transistor NPN

Khi hiệu ứng tuyết lở xảy ra, mối quan hệ giữa dòng ic cực góp và dòng cực phát tức là như sau:

(1-1)

Trong công thức 1-1, là hệ số khuếch đại dòng điện ở vùng hạ áp; M là hệ số nhân tuyết lở hoặc hệ số Moll, đại diện cho mức độ nhân hiện tại trong khu vực tuyết lở. Ý nghĩa vật lý của tham số M là khi một sóng mang dòng điện đi vào vùng điện tích không gian của bộ thu, các sóng mang M sẽ chảy ra khỏi vùng điện tích không gian. Hệ số nhân tuyết lở M thường có thể được biểu diễn như sau:

(1-2)

Trong công thức 1-2, m là hệ số xay liên quan đến vật liệu bán dẫn và khi vật liệu là silicon thì thông số này thường nằm trong khoảng từ 3 đến 4. BVCBO là điện áp đánh thủng do tuyết lở giữa bộ thu và đế khi bộ phát mở.

Khi một bóng bán dẫn hoạt động ở vùng tuyết lở, đặc tính điện trở âm sẽ xuất hiện giữa bộ thu và bộ phát. Nếu dòng điện tăng liên tục thì sẽ xảy ra đánh thủng thứ hai như hình 2. Đồng thời, vùng phía trên vùng tuyến tính cũng là vùng điện áp đánh thủng thứ hai và đặc tính điện trở âm đáng kể cũng sẽ xuất hiện ở vùng này. Nếu được dẫn động đúng cách, điểm làm việc ‘a’ sẽ đưa điểm làm việc ‘c’ đi qua điểm giao nhau ‘b’ của vùng điện trở âm, đây thực chất là đặc tính trạng thái ổn định kép. Bởi vì công suất truyền động của bóng bán dẫn tuyết lở khá mạnh nên điểm làm việc thường không nằm ở ‘c’ mà sẽ chuyển sang ‘e’ thông qua điểm giao nhau điện trở âm thứ hai ‘d’. Khi điểm làm việc đi từ ‘a’ đến ‘e’, nó cần đi qua hai vùng điện trở âm, nghĩa là điện áp hoặc dòng điện được tăng tốc bởi hai phản hồi dương. Do đó, cường độ điện áp hoặc cường độ dòng điện của tín hiệu thu được là khá cao. Tốc độ của tín hiệu đó cũng khá nhanh. Đó là lý do tại sao bóng bán dẫn tuyết lở có thể được sử dụng làm nguồn xung dòng điện lớn và tốc độ cao.

Hình 2. Đặc tính phân tích thứ hai của bóng bán dẫn tuyết lở

Thiết kế và phân tích máy tạo xung Nano giây

Mạch tạo xung nano giây dựa trên đặc tính tuyết lở của bóng bán dẫn được thể hiện trong hình 3. Đó là mạch kích hoạt sử dụng hiệu ứng tuyết lở hoạt động tốt nhất thời của bóng bán dẫn tần số cao và công suất thấp thay vì bóng bán dẫn tuyết lở. Cần có một xung TTL hoặc xung dương có thời gian tăng khoảng 10ns để kích hoạt mạch này..

Hình 3. Mạch tạo xung nano giây

Khi tín hiệu kích hoạt không được đưa vào, bóng bán dẫn Q1 sẽ bị ngắt. Lúc này, bộ thu bóng bán dẫn VCC sạc tụ điện tuyết lở C2 (Khi sạc xong, điện áp của tụ này xấp xỉ bằng Vcc).

Khi một tín hiệu đủ lớn đầu vào từ ‘input’ của cực, đi qua mạch vi sai gồm tụ điện C1 và điện trở R1, một xung tăng đột biến dương sẽ đưa đế của bóng bán dẫn thông qua diode chuyển mạch D1 và kích hoạt bóng bán dẫn. Điểm làm việc của bóng bán dẫn di chuyển đến vùng điện trở âm không ổn định khi tuyết lở, ‘Q1’ là vùng bị đánh thủng do tuyết lở, duy trì ở trạng thái điện trở thấp và sau đó dòng điện tuyết lở tăng mạnh. Do đó, điện tích tích trữ trong tụ C2 phóng điện nhanh qua Transistor Q1 và điện trở tải RL. Tại thời điểm này, dòng điện là RL→C2→Q1→Nối đất, do đó có thể nhận được xung hẹp ở điện trở tải RL (đầu ra ‘output’). Bởi vì dòng điện tuyết lở lớn nên xung hẹp có giá trị cực đại cao. Khi trận tuyết lở kết thúc, bóng bán dẫn Q1 bị cắt và nguồn điện VCC sạc lại tụ điện C2. Thời gian bật của bóng bán dẫn quyết định mức độ phóng điện của tụ C2, độ lớn xung đầu ra là bao nhiêu. Do điện tích tích trữ trong tụ C2 bị giới hạn (thường từ vài pF đến vài trăm pF) nên độ rộng của xung bị giới hạn. Cũng cần lưu ý rằng do ảnh hưởng của thông số phân tán của bóng bán dẫn và mạch điện, dòng điện tuyết lở (cụ thể là dòng phóng điện của tụ C2) chỉ có thể tăng lên. Khi dòng điện tăng đến giá trị cực đại thì dòng phóng điện sẽ giảm do điện tích tích trữ trong tụ C2 giảm. Cái trước tạo thành cạnh đầu của xung và cái sau tạo thành cạnh trễ của xung.

Kết quả thử nghiệm của máy tạo xung Nano giây

Phần mềm mô phỏng Multisim 2001 được sử dụng để mô phỏng mạch điện như hình 3. Transistor 2N5551 là loại ống phẳng silicon tần số cao và công suất thấp do National Semiconductor sản xuất. BVCEO=160V, BVCBO=180V. VCC được đặt bằng 165V. Từ kết quả mô phỏng do Multisim2001 cung cấp, biểu đồ cho thấy sự thay đổi cường độ và độ rộng xung khi có sự thay đổi của tụ điện tuyết lở C2 và điện trở tải RL, được thể hiện trên hình 4 và hình 5.

Hình 4. Ảnh hưởng đến xung nano giây đầu ra do sự thay đổi của tụ điện tuyết lở C2
Hình 5. Ảnh hưởng đến xung nano giây đầu ra do sự thay đổi điện trở tải RL

Từ kết quả mô phỏng, có thể thấy rằng khi tụ điện tuyết lở C2 hoặc điện trở tải RL giảm thì cường độ và độ rộng xung đầu ra sẽ giảm. Do đó, kích thước của tụ điện tuyết lở C2 hoặc điện trở tải RL phải được xác định chính xác để có thể tạo ra xung nano giây có cường độ và độ rộng đều đáp ứng yêu cầu. Việc lựa chọn tụ điện chống tuyết lở C2 là rất quan trọng, nếu công suất của C2 quá lớn thì độ rộng xung sẽ rộng hơn và thời gian phục hồi mạch sẽ quá lâu; nếu công suất của C2 quá nhỏ thì độ rộng và cường độ xung đầu ra sẽ quá nhỏ và mạch sẽ dễ bị ảnh hưởng bởi điện dung phân tán. Công suất của tụ điện chống tuyết lở C2 thường từ vài chục pF đến vài pF. Nên ưu tiên lựa chọn tụ sứ và tụ Mica.

Trong thử nghiệm mạch thực sử dụng hiệu ứng tuyết lở hoạt động tốt nhất thời của bóng bán dẫn tuyết lở, tín hiệu kích thích TTL được thêm vào. Tụ điện cực thu của bóng bán dẫn phóng điện nhanh chóng và tạo ra xung nano giây. Xung này được kiểm tra bằng máy đo dao động băng thông 500 MHz Tektronix TDS3054B. Xung nano giây có cường độ hoặc độ rộng khác nhau có thể thu được bằng cách thay đổi kích thước của tụ điện tuyết lở hoặc điện trở tải, như trong hình 6 và hình 7.

Hình 6. Biểu đồ xung nano giây (C2 =2.5pF, RL =510)
Hình 7. Biểu đồ xung nano giây (C2 =5pF,RL =300)

Kết quả thử nghiệm cho thấy bộ tạo xung nano giây dựa trên bóng bán dẫn tuyết lở được thảo luận trong bài báo này có thể tạo ra xung âm có thể điều chỉnh liên tục có thời gian tăng nhỏ hơn 1,9 ~ 3,2ns, cường độ tăng trong khoảng từ 10 đến 100V, thời lượng từ 5 đến 100ns. Xung này có thể đáp ứng yêu cầu về thời gian bật tắt của dòng điện mạch điều khiển phải có cường độ nano giây. Xung này có thể được sử dụng như xung dòng điện nhất thời.

Kết luận

Thiết kế quan trọng của chuyển mạch quang từ là thời gian chuyển mạch đường quang phải có độ lớn nano giây. Do đó, cần có một bộ tạo xung nano giây có cạnh tăng cường độ nano giây, tốc độ lặp lại cao và độ ổn định cao. Trong bộ tạo xung nano giây của công tắc quang từ, các thiết bị xung tốc độ cao được sử dụng để tạo xung nano giây bao gồm ống hiệu ứng trường và bóng bán dẫn tuyết lở. Transitor tuyết lở như ZTX417 là một thiết bị hiệu suất tuyệt vời có thể cung cấp phản ứng nhanh và công suất đỉnh cao đồng thời. Bóng bán dẫn tuyết lở có thể được sử dụng để tạo ra xung công suất cực đại cao với cạnh tăng cường độ nano giây và dưới nano giây một cách dễ dàng. Một số ống tần số cao và công suất thấp thông thường cũng có thể được sử dụng làm ống tuyết lở như 2N5551, 3DB2N, 2N2369A, v.v. Do đó, chúng ta có thể thiết kế một mạch đơn giản, mạch tạo xung nano giây hiệu suất tốt và chi phí thấp bằng cách sử dụng đặc tính tuyết lở của bóng bán dẫn.

Trả lời

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai. Các trường bắt buộc được đánh dấu *

Ads Blocker Image Powered by Code Help Pro

Vui lòng bỏ chặn quảng cáo!

Chúng tôi đã phát hiện ra rằng bạn đang sử dụng tiện ích mở rộng để chặn quảng cáo.  Hãy ủng hộ chúng tôi bằng cách vô hiệu hóa các trình chặn quảng cáo này.

Powered By
Best Wordpress Adblock Detecting Plugin | CHP Adblock
error: Đừng cố copy bạn ơiiii :((