Генераторы на туннельных диодах

Тип работы: Реферат
Бесплатно: Антиплагиат
Объем: 11 страниц
В избранное:

Применение туннельных диодов

На рис. 1, 2 и 3 представлены три различных схемных применения генератора
на туннельном диоде. Изображенный на рис.1 ЧМ передатчик очень прост и
обеспечивает надежный прием в радиусе 10— 30 м при использовании штыревой
антенны и ЧМ приемника средней чувствительности. Ввиду того, что схема
модуляции передатчика простейшая, выходной сигнал несколько искажен, и,
кроме частотной модуляции, получаемой за счет измене-нения синхронно с
сигналом микрофона собственной частоты генератора, имеется значительная
амплитудная модуляция. Сильно увеличивать выходную мощность такого
передатчика нельзя, так как он является источником помех. Такой передатчик
можно использовать какпереносный радиомикрофон, вызывное или переговорное
устройство для малых расстояний.

Рис. 1. Простейший передатчик на туннельном диоде.
Катушка L содержит 10 витков провода ПЭЛ 0,2.

Принцип действия гетеродина (рис. 2) такой же, как и предыдущего
передатчика. Отличительной особенностью ее является неполное включение
контура. Это сделано с целью улучшения формы и стабильности генерируемых
колебаний. Идеальная синусоида может быть получена при на практике
небольшие нелинейные искажения неизбежны.

Рис. 2. Гетеродин на туннельном диоде L=200 мкгн.

Изображенный на рис. 3 камертонный генератор звуковой частоты может
использоваться, как эталон для настройки музыкальных инструментов или
телеграфный зуммер. Генератор может работать и на диодах с меньшими токами
максимума. В этом случае должно быть увеличено число витков в катушках, а
динамический громкоговоритель включен через усилитель. Для нормального
функционирования генератора полное омическое сопротивление (r+ r катушки)
должно быть меньше ¦ — Rg ¦, а положение ножек камертона относительно
магнитного сердечника тщательно юстировано.

Рис. 3. Генератор звуковой частоты на туннельном диоде
1 — камертон на частоту 440гц, 2 — магнитный сердечник;
ТД — туннельный диод из арсенида галлия с током Iмакс=70ма; r = 9 ом;
L1=L2=196 мкгн —индуктивность катушки без сердечника;
К—ключ; Гр—громкоговоритель.

Чтобы рабочая точка диода попала на участок с отрицательным
дифференциальным сопротивлением, необходим источник напряжения с очень
малым внутренним сопротивлением.

Величина этого сопротивления в большинстве случаев колеблется в пределах от
нескольких десятков ом до нескольких ом. Если сопротивление, включенное
последовательно с туннельным диодом, оказывается больше 2,5Rд, то рабочая
точка не может устойчиво находиться на участке с отрицательным
сопротивлением.

Для питания устройств на туннельных диодах применяется схема, приведенная
на рис.4. Величина сопротивления шунта Rш выбирается из условия Rш=(0,2-
0,3)Rд Сопротивление R2 предохраняет диод и шунт Rш от повреждений при
полном выведении сопротивления R1.

Рис. 4 Схема смещения туннельного диода по постоянному току.

Источником питания могут быть аккумуляторы или батареи с большой емкостью.
В этом случае выбранная рабочая точка будет более устойчива во времени.

Генераторы ВЧ на тунельных диодах (ТД).
Скажем большое спасибо Лео Эсаки, Айвару Джайеверу и Брайану Джозефсону,
впрочем от благодарных современников они уже получили Нобелевскую премию.
Неоспоримым и уникльным достоинством ТД являестя то, что они способны
работать в области весьма высоких частот - потенциально до десятков и сотен
ГГц. Преимущественной областью использования ТД является генерация
колебаний высокой частоты, обычно десятки ... тысячи МГц. Ниже в качестве
примера приведены типовые схемы генераторов ВЧ, в качестве активных
элементов которых используются ТД.

Один из наиболее простых генераторов - "безъемкостный" - собран по
приводимой ниже схеме. Емкость, конечно же, входит в состав генератора: это
емкость самого полупроводникового элемента, емкость катушки индуктивности,
монтажная емкость. Этот генератор выполнен по "последовательной" схеме:
активный элемент (туннельный диод) включен по переменному току
последовательно с колебательным контуром.

Устройство содержит минимум элементов; варьировать частоту генерации можно
за счет изменения параметров катушки индуктивности. Интересный вариант
микропередающего устройства может быть реализован в случае, если катушку
индуктивности выполнить в виде тонкого провода, нанесенного (наклеенного)
спиралью по поверхности тонкой диэлектрической мембраны. В этом случае
катушка индуктивности будет играть роль микрофона. Колебания воздуха
вызовут изменение конфигурации катушки и, следовательно, частоты передачи.
Несколько усложненный вариант высокочастотного генератора с дополнительными
емкостными элементами приведен ниже.

Следующая схема отличается от предшествующей тем, что параллельно нижнему
плечу резистивного делителя напряжения, задающего рабочую точку туннельного
диода, подключен шунтирующий конденсатор относительно большой емкости. Этот
вариант исполнения генератора относится к схеме "параллельного" типа:
туннельный диод по переменному току подключен параллельно колебательному
контуру. Отметим, что рабочая частота такого генератора заметно зависит от
изменения напряжения на резистивном делителе. С одной стороны, это является
недостатком схемы, с другой - достоинством, поскольку позволяет легко
реализовать частотную модуляцию генерируемого сигнала.

Генераторы на ТД, как правило, маломощны: для доступных серийных ТД
выходная мощность генератора обычно не превышает долей мВт. Для наращивания
мощности генераторов иногда применяют последовательное включение нескольких
активных элементов - туннельных диодов (схема ниже). Рабочее напряжение для
питания цепочки ТД возрастает пропорционально числу диодов.

В случае, если в схеме генератора использовать параллельное включение ТД,
выходная мощность увеличивается пропорционально числу диодов, однако
сопротивление нагрузки в той же мере снижается. Величина напряжения питания
активного элемента при этом остается неизменной. Если же использовать
комбинированное последовательно-параллельное включение ТД (схема ниже), то
сопротивление нагрузки остается таким же, как при использовании одного
туннельного диода, зато выходная мощность генератора учетверяется.

Наиболее просто с применением туннельных диодов строятся схемы
автогенераторов. Так как туннельный диод представляет собой двухполюсник с
отрицательным сопротивлением, устойчивым по напряжению, то при подключении
к нему параллельного колебательного контура он может генерировать. При этом
отрицательное сопротивление диода будет компенсировать потери, и в контуре
могут возникнуть и поддерживаться незатухающие колебания. Обычные
низкочастотные туннельные диоды хорошо работают на частотах, равных
единицам мегагерц. Более высокочастотные диоды, в которых уменьшена емкость
перехода и индуктивность выводов, генерируют на частотах тысячи мегагерц.
Однако из-за небольших величин участка вольтамперной характеристики диода с
отрицательным сопротивлением мощность, отдаваемая им на любых частотах,
составляет доли мвт. Чтобы форма генерируемых колебаний не искажалась, как
правило, применяют частичное подключение диода к контуру генератора. В этом
случае сопротивление потерь, приведенное к выводам диода, должно быть равно
его отрицательному сопротивлению. В реальных схемах приведенное
сопротивление потерь выбирают больше отрицательного. сопротивления
туннельного диода с тем, чтобы гарантировать надежное возбуждение
генератора при изменении температуры, питающего напряжения и частоты.
Учитывая, что параллельное сопротивление потерь в реальных колебательных
контурах значительно превышает сопротивление туннельного диода, отвод
приходится делать от незначительной части витков контура (рис. 1). На
внутреннем сопротивлении источника смещения будет выделяться часть
колебательной мощности, поэтому оно должно быть как можно меньше.

рис. 1

Обычно туннельные диоды питаются от делителя напряжения, что приводит к
неэкономному расходованию мощности питания. Действительно, для германиевых
диодов напряжение смещения в режиме генерации равно 0,1-0,15 в, а
минимальное напряжение подавляющего большинства химических источников тока
составляет 1,2-2 в, поэтому и необходимо применять в цепи питания делители
напряжения. При этом примерно 80-90% всей потребляемой мощности
рассеивается на делителе. Исходя из соображений экономичности, для питания
туннельных диодов целесообразно применять источники с возможно более низким
напряжением. Выходное сопротивление делителя напряжения выбирают в пределах
5-10 ом, и только в устройствах, где требуется наибольшая экономичность его
повышают до 20-30 ом. Отрицательное сопротивление туннельного диода должно
превышать сопротивление делителя в 5-10 раз. Шунтировать столь малые
сопротивления конденсаторами для уменьшения потерь высокочастотной энергии
нецелесообразно, так как в ряде случаев это может привести к неустойчивой
работе генератора, особенно, если режим его подбирался по максимуму
отдаваемой мощности.

Отрицательное сопротивление туннельного диода сильно зависит от положения
рабочей точки, так что при изменении питающего напряжения на 10% нормальная
работа генератора может полностью нарушиться. Поэтому при питании диодов от
химических источников тока - батарей, аккумуляторов, обеспечить их
стабильную работу весьма трудно. Наиболее целесообразно питать их от окисно-
ртутных элементов, напряжение которых незначительно меняется в процессе
работы, а в ряде случаев приходится использовать предварительно
стабилизированное напряжение или применять в делителе нелинейные
сопротивления -в верхнем плече, стабилизирующие ток, а в нижнем -
напряжение. Так, если в схеме автогенератора (рис. 2, а) вместо
сопротивления R2 применить германиевый диод Д11 в прямом включении, как это
показано на рис. 2, б, стабильность работы генератора улучшится и при
изменении напряжения питания от 1,5 до 1 в никаких регулировок не
потребуется.

рис. 2

В приведенных схемах автогенераторов на частоту 465 кгц катушка L1 намотана
на 4-секционном полистироловом каркасе диаметром 4 мм с сердечником из
феррита Ф-1000 диаметром 2,8 и длиной 12 мм. Обмотка катушки содержит 220
витков провода ПЭВ ... продолжение

Вы можете абсолютно на бесплатной основе полностью просмотреть эту работу через наше приложение.