Автогенератори на тунельних діодах

Тунельний діод завдяки широкому частотному діапазону, малій споживаній потужності і високій температурній стабільності є найбільш-перспективним приладом для побудови мініатюрних, високостабільних, широкодіапазонних автогенераторів. Недоліком генераторів на тунельних діодах є мала вихідна потужність, а також деяка нестабільність роботи із-за розкиду параметрів сучасних тунельних діодів.

Найбільш повно переваги тунельного діода вдається використовувати в генераторах діапазону НВЧ, особливо на частотах вище за 1 ГГц, де через неможливість використання транзисторів доводилося використовувати складні, громіздкі і неекономічні генератори на клістронах, лампах хвилі та ін., що біжить і зворотної, Сучасні тунельні діоди дозволяють генерувати електричні коливання з частотами до 100 ГГц.

Застосування тунельного діода в схемах генераторів пояснюється тим, що за допомогою негативного опору тунельного діода можна компенсувати втрати в коливальному контурі і отримати в нім незгасаючі коливання. Тому робочою ділянкою вольтамперной характеристики тунельного діода є її ділянка, що падає. Ширина ділянки характеристики тунельного діода, що падає, зазвичай не перевищує декількох десятків милливольт. Тому амплітуда генерованих коливань в автогенераторі на тунельному діоді виявляється невеликою. Найбільша величина вихідної потужності, яку може розвинути тунельний діод, виражається співвідношенням

При цьому робоча точка переміщається від точки максимуму (спис) вольт-амперної характеристики діода до точки мінімуму (западини). Внаслідок нелінійності характеристики поблизу цих точок форма генерованих коливань може виявитися спотвореною. Для зменшення спотворень доводиться зменшувати робочу ділянку характеристики, обмежуючись його лінійною частиною. Проте це призводить до зменшення потужності, що віддається, яка практично не перевищує декількох сотень міліват.

На мал. 18.7, а приведена п-ростейшая схема автогенератора на тунельному діоді. За допомогою дільника R1R2 задається необхідне положення робочої точки. Коливальний контур утворений котушкою L і власною місткістю діода С _д. Еквівалентна схема такого генератора може бути представлена у вигляді ланцюга, зображеного на мал. 18.7, б. Тут - загальний активний опір, що враховує опір дільника і опір втрат контура. Умови самозбудження виконуватимуться, якщо величина виявиться достатньою, щоб компенсувати втрати в контурі, т. е.

(18.11)

Крім того, необхідно, щоб

При цьому схема самовозбуждается і генерує коливання з частотою

(18.14)

На мал. 18.8 показано два різновиди типових схем автогенераторів на тунельних діодах.

Слід звернути увагу на те, що тунельний діод - двополюсник. Тому схема автогенератора на тунельному діоді простіша, ніж на транзисторі, оскільки відпадає необхідність зовнішнього зворотного зв'язку. Тут зворотний зв'язок закладений в самому фізичному механізмі роботи діода і виражається у виникненні негативного опору при правильному виборі робочої точки на вольтамперной характеристиці. Через відсутність зовнішнього ланцюга зворотного зв'язку і великої крутизни ділянки вольтамперной характеристики, що падає, автогенератори на тунельних діодах мають ряд особливостей. Передусім джерело живлення повинне мати малий внутрішній опір R_i щоб робоча точка могла потрапити на ділянку характеристики, що падає.

Схема на мал. 18.8, а дістала назву схеми з послідовним живленням діода (джерело живлення, контур і діод включені послідовно один з одним). Напруга джерела живлення зазвичай подається за допомогою дільника. Для отримання малого внутрішнього опору джерела опір резистора R1 слід вибирати з умови R1 < .

Схема на рис. 18.8, б называется схемой параллельного питания. Здесь источник питания, диод и контур включены между собой параллельно (диод и источник питания — по постоянному току, контур п диод — по переменному). Для устранения самовозбуждения в контуре С2L _др последовательно с дросселем включается резистор R, сопротивление которого выбирается из условия R < . При параллельном питании постоянный ток источника не поступает в контур, что предотвращает бесполезный нагрев катушки контура и способствует повышению стабильности генерируемой частоты.