Автогенератор на туннельном диоде

 

Исторически туннельные диоды появились значительно позже, чем транзисторы и лампы. Малые габариты и вес, высокая надежность и экономичность обусловили быстрое расширение области их применения. Вольт-амперная характеристика у туннельного диода – типа N (рис. 7). Поэтому схема автогенератора получается просто: к диоду подключают параллельный контур по переменному току (рис. 8.44 б), а режим по постоянному току выбирают так, чтобы рабочая точка О оказалась на падающем участке характеристики (рис. 7).

 

а)                           б)

Рис.7. Вольт-амперная характеристика и схема генератора на туннельном диоде

 

Режим по постоянному току должен обеспечиваться с учетом внутреннего сопротивления источника R _i. Для этого необходимо решить систему двух уравнений:

 

Графическое решение системы показано на рисунке 8.44 а.

Рассмотрим два случая.

В первом случае, при крутизне наклона характеристики | S (U ₀)| > 1/ R _i, существует три возможных состояния, удовлетворяющих уравнениям системы – точки А, О, Б. Анализ, с учетом емкости самого диода, показывает, что только точки А и Б, расположенные на нарастающих участках характеристики, являются устойчивыми. Если точка покоя (точка О) находится на участке характеристики с отрицательным наклоном, то состояние схемы будет неустойчивым и рабочая точка самопроизвольно смещается в одно из крайних положений (в точку А или точку Б).

Во втором случае, при крутизне наклона характеристики | S (U ₀)| < 1/ R _i, существует лишь одно состояние, удовлетворяющее уравнениям – точка О. Оно оказывается устойчивым и поэтому рабочая точка может быть установлена на любом участке вольт-амперной характеристики с отрицательной крутизной, следовательно, фазовое условие самовозбуждения выполняется. Амплитудное условие самовозбуждения будет выполнено, если | S (U ₀)| > G _Э, где G _Э – проводимость контура в точках подключения диода.

Частота колебаний равна

 

 

и может изменяться с помощью С _К. Амплитуда колебаний изменяется путем изменения точки подключения диода к колебательному контуру. Если катушки L ₁ и L ₂ не связаны единым магнитным полем, то коэффициент включения контура равен

 

Если же катушки L ₁ и L ₂ образуют единую катушку с общим магнитным полем, то диод подключается к индуктивной ветви с коэффициентом включения, равным

 

 

где n ₁ и n ₂ – число витков в частях катушки, обозначенных на схеме L ₁ и L ₂.

Блокировочная емкость С _Б выбирается из условия

 

 

Достоинства схемы:

1) способность работать в очень широком диапазоне частот (от единиц килогерц до десятков гигагерц);

2) высокая стабильность параметров при изменении температуры в широких пределах;

3) низкий уровень собственных шумов;

4) малое потребление энергии от источников питания;

5) длительный срок службы;

6) малая чувствительность к воздействию радиации.

Недостаток схемы – малая выходная мощность, что обусловлено малыми интервалами токов и напряжений в пределах падающего участка характеристики (с отрицательной крутизной). Например, генератор на одном туннельном диоде с пиковым током до 10 мА обеспечивает мощность, не превышающую единиц милливатт. Для получения большей мощности необходимо применять диоды с большими пиковыми токами.