Статья Билла Швебера (Bill Schweber) в Planet Analog «2N3904: Зачем использовать транзистор 60-летней давности?» [1] вызвала интерес к этому старому транзистору и к тому, как он обычно используется, и существуют ли какие-то необычные варианты его применения. Вот один из них, с которым мы поэкспериментировали.
В руководстве по применению Linear Technology «Технологии быстродействующих усилителей» [2], написанном Джимом Уильямсом (Jim Williams), предлагается интересный альтернативный подход к использованию транзисторов, в котором для создания субнаносекундных импульсов обычный быстродействующий импульсный транзистор работает в режиме лавинного пробоя перехода коллектор-эмиттер. 2N3904 будет работать в этой конфигурации, но для достижения пробоя требуется высокое напряжение (более 100 В), как у импульсного транзистора, и он, являясь более медленным транзистором общего назначения, выдает более медленный импульс.
Некоторое время назад я измерял ток обратного пробоя перехода база-эмиттер 2N3904 и заметил небольшую область отрицательного сопротивления, где ток перехода уменьшается по мере увеличения приложенного обратного напряжения (Рисунок 1).
 | |
| Рисунок 1. | Измерение тока обратного пробоя перехода база-эмиттер транзистора 2N3904 показывает небольшую область отрицательного сопротивления. |
Этот напряжение пробоя перехода база-эмиттер намного ниже, чем перехода коллектор-эмиттер, и может использоваться в более низковольтном варианте описанного в [2] генератора импульсов, основанного на лавинном пробое.
Была собрана простая схема с эмиттером 2N3904, подключенным через резистор 100 кОм к регулируемому источнику питания напряжением около 14 В DC. Шунтирующая емкость между эмиттером и землей составляла 10 нФ, а сопротивление между коллектором и землей – 50 Ом. Для создания простого релаксационного генератора достаточно всего двух резисторов, конденсатора и транзистора 2N3904 (на самом деле, резистор 50 Ом не нужен).
Результат показан на Рисунке 2, где голубая осциллограмма, снимавшаяся при закрытом входе цифрового осциллографа, отображает импульсы напряжения на эмиттере транзистора, а пурпурная, содержащая постоянную составляющую – напряжение на 50-омном резисторе, включенном между коллектором и землей. (Помните, что n-p-n транзистор перевернут или инвертирован).
 | |
| Рисунок 2. | Формы сигналов простой схемы релаксационного генератора. Голубая осциллограмма снималась с закрытым входом, а пурпурная – с открытым. |
Импульс на 50-омном резисторе на Рисунке 3 более подробно показывает лавинный ток, пиковое значение которого при пиковом напряжении около 2 В, падающем на 50-омном резисторе, составляет порядка 40 мА. Это не так быстро, однако 2N3904 – транзистор общего назначения, не предназначенный для высоких скоростей.
 | |
| Рисунок 3. | Лавинный ток, более подробно показанный на цифровом осциллографе. Пиковое значение составляет около 40 мА. |
Использование более быстрых транзисторов, таких как 2N2369, должно давать более узкие импульсы с меньшим временем нарастания. Смогут ли они обеспечить более быстрое нарастание и меньшую длительность импульсов, чем при использовании лавинного пробоя перехода коллектор-эмиттер из [2], остается вопросом эксперимента, ожидающего тех, кто этим интересуется. Однако интуиция подсказывает, что режим лавинного пробоя «обычного» перехода коллектор-эмиттер будет быстрее!
В любом случае, я надеюсь, что людям будет интересно это простое и необычное применение старых надежных транзисторов 2N3904. Мне оно, определенно, понравилось.