Слишком сложно? Тогда запросите консультацию специалиста!
Наша компания занимается тем, что помогает студентам выполнять различные учебные работы на заказ. Вы можете ознакомиться с перечнем выполняемых работ, а так же с их стоимостью на странице с ценами.
Туннельный диод благодаря широкому частотному диапазону, малой потребляемой мощности Н высокой температурной стабильности является наиболее перспективным прибором для построения миниатюрных, высокостабильных, широкодиапазонных автогенераторов. Недостатком генераторов на туннельных диодах является малая выходная мощность, а также некоторая нестабильность работы из-за разброса параметров современных туннельных диодов.
Наиболее полно преимущества туннельного диода удается использовать в генераторах диапазона СВЧ, особенно на частотах выше 1 ГГц, где из-за невозможности использования транзисторов приходилось использовать сложные, громоздкие и неэкономичные генераторы на клистронах, лампах бегущей и обратной волны и др. Современные туннельные диоды позволяют генерировать электрические колебания с частотами до 100 ГГц.
Применение туннельного диода в схемах генераторов объясняется тем, что с помощью отрицательного сопротивления туннельного диода можно компенсировать потери в колебательном контуре и получить в нем незатухающие колебания. Поэтому рабочим участком вольт-амперной характеристики туннельного диода является ее падающий участок. Ширина падающего участка характеристики туннельного диода обычно не превышает нескольких десятков милливольт. Поэтому амплитуда генерируемых колебаний в автогенераторе на туннельном диоде оказывается небольшой. Наибольшая величина выходной мощности, которую может развить туннельный диод, выражается соотношением
(16.10)
При этом рабочая точка перемещается от точки максимума (пика) вольт-амперной характеристики диода до точки минимума (впадины). Вследствие нелинейности характеристики вблизи этих точек форма генерируемых колебаний может оказаться искаженной. Для уменьшения искажении приходится уменьшать рабочий участок характеристики, ограничиваясь его линейной частью. Однако это приводит к уменьшению отдаваемом мощности, которая практически не превышает нескольких сотен милливатт.
На рис. 16.7, а приведена простейшая схема автогенератора на туннельном диоде. С помощью делителя R1R2 задается необходимое положение рабочей точки. Колебательный контур образован катушкой L и собственной емкостью диода СД. Эквивалентная схема такого генератора может быть представлена в виде цепи, изображенной на рис. 16.7, б. Здесь RΣ — общее активное сопротивление, учитывающее сопротивление делителя и сопротивление потерь контура. Условия самовозбуждения будут выполняться, если величина |—RД | окажется достаточной, чтобы скомпенсировать потери в контуре, т. е.
RΣ<|—RД| (16.11).
Кроме того, необходимо, чтобы
L> RΣ<|—RД |СД (16.12)
При этом схема самовозбуждается и генерирует колебания с частотой
(16.13)
Рис. 16.7. Принципиальная (а) и эквивалентная (б) схемы простейшего автогенератора на туннельном диоде
На рис. 16.8 показаны две разновидности типовых схем автогенераторов на туннельных диодах.
Следует обратить внимание на то, что туннельный диод — двухполюсник. Поэтому схема автогенератора на туннельном диоде проще, чем на транзисторе, так как отпадает необходимость внешней обратной связи. Здесь обратная связь заложена, в самом физическом механизме работы диода и выражается в возникновении отрицательного сопротивления при правильном выборе рабочей точки на вольт-амперной характеристике. Из-за отсутствия внешней цепи обратной связи и большой крутизны падающего участка вольт-амперной характеристики автогенераторы на туннельных диодах имеют ряд особенностей. Прежде всего, источник питания должен обладать малым внутренним сопротивлением RИ, чтобы рабочая точка могла попасть на падающий участок характеристики. Для этого необходимо выполнение условия
RИ<|—RД|, (16.14)
где |—RД|— отрицательное сопротивление диода в рабочей точке. Из-за малой величины |—RД| резонансное сопротивление контура также оказывается малым:
Rрез=m2Qρ≈(1,2…1,6) <|—RД|, (16.15)
где т — коэффициент связи диода с контуром; Q — добротность контура; ρ— волновое сопротивление контура.
Малая величина резонансного сопротивления контура обеспечивается слабой связью диода с контуром
(16.16)
Но для того чтобы контур обладал хорошими резонансными свойствами, необходимо иметь ρQ >>1. Если считать допустимым ρQ=10…20 и принять Q=100…200, то
ρ≤(0,5…1) |—RД |. (16.17)
Соотношения (16.14) — (16.17) используются для расчета контура автогенератора на туннельном диоде.
Схема на рис. 16.8, а получила название схемы с последовательным питанием диода (источник питания, контур и диод включены последовательно друг с другом). Напряжение источника питания обычно подается с помощью делителя. Для получения малого внутреннего сопротивления источника сопротивление резистора R1 следует выбирать из условия R1<|—RД |.
Схема на рис. 16.8, б называется схемой параллельного питания. Здесь источник питания, диод и контур включены между собой параллельно (диод и источник питания —по постоянному току, контур и диод — по переменному). Для устранения самовозбуждения в контуре C2LДp последовательно с дросселем включается резистор R, сопротивление которого выбирается из условия R<|—RД|. При параллельном питании постоянный ток источника не поступает в контур, что предотвращает бесполезный нагрев катушки контура и способствует повышению стабильности генерируемой частоты.
Рис. 16.8. Схемы автогенераторов на туннельных диодах: а – с последовательным питанием, б – с параллельным питанием
