конструкції радіоаматорів

Головна Про мене Гостьова книга Зворотній зв'язок Новини космонавтика Софт антени конструкції схеми модернізація радіоаматорська технологія Довідники QSL-bureau

Головна

/ конструкції / ..

© Инж. В. Морозов
(Радіо N 4 1965 р С.37-39)

Найбільш просто із застосуванням тунельних діодів будуються схеми автогенераторів. Так як тунельний діод являє собою двухполюсник з негативним опором, стійким по напрузі, то при підключенні до нього паралельного коливального контуру він може генерувати. При цьому негативне опір діода буде компенсувати втрати, і в контурі можуть виникнути і підтримуватися незгасаючі коливання. Звичайні низькочастотні тунельні діоди добре працюють на частотах, рівних одиницям мегагерц. Більш високочастотні діоди, в яких зменшена ємність переходу і індуктивність висновків, генерують на частотах тисячі мегагерц. Однак через невеликі величин ділянки вольтамперної характеристики діода з негативним опором потужність, що віддається їм на будь-яких частотах, становить частки мвт. Щоб форма генерованих коливань не спотворювалася, як правило, застосовують часткове підключення діода до контуру генератора. У цьому випадку опір втрат, наведене до висновків діода, має дорівнювати його негативного опору. У реальних схемах наведене опір втрат вибирають більше негативного. опору тунельного діода з тим, щоб гарантувати надійне збудження генератора при зміні температури, напруги живлення і частоти. З огляду на, що паралельне опір втрат в реальних коливальних контурах значно перевищує опір тунельного діода, відведення доводиться робити від незначної частини витків контуру (рис. 1). На внутрішньому опорі джерела зсуву буде виділятися частина коливальної потужності, тому воно повинно бути якомога менше.

Мал. 1

Зазвичай тунельні діоди живляться від дільника напруги, що призводить до неекономного витрачання потужності харчування. Дійсно, для германієвих діодів напруга зсуву в режимі генерації одно 0,1-0,15 в, а мінімальна напруга переважної більшості хімічних джерел струму становить 1,2-2 в, тому і необхідно застосовувати в ланцюзі харчування подільники напруги. При цьому приблизно 80-90% всієї споживаної потужності розсіюється на дільнику. Виходячи з міркувань економічності, для харчування тунельних діодів доцільно застосовувати джерела з максимально низькою напругою. Вихідний опір подільника напруги вибирають в межах 5-10 ом, і тільки в пристроях, де потрібна максимальна економічність його підвищують до 20-30 ом. Негативне опір тунельного діода повинно перевищувати опір подільника в 5-10 разів. Шунтировать настільки малі опору конденсаторами для зменшення втрат високочастотної енергії недоцільно, так як в деяких випадках це може привести до нестійкої роботи генератора, особливо, якщо режим його підбирався по максимуму віддається потужності.

Негативне опір тунельного діода сильно залежить від положення робочої точки, так що при зміні напруги живлення на 10% нормальна робота генератора може повністю порушитися. Тому при харчуванні діодів від хімічних джерел струму - батарей, акумуляторів, забезпечити їх стабільну роботу дуже важко. Найбільш доцільно живити їх від окисно-ртутних елементів, напруга яких незначно змінюється в процесі роботи, а в ряді випадків доводиться використовувати попередньо стабілізовану напругу або застосовувати в дільнику нелінійні опори -в верхньому плечі, стабілізуючі струм, а в нижньому - напруга. Так, якщо в схемі автогенератора (рис. 2, а) замість опору R2 застосувати германієвого діод Д11 у прямому включенні, як це показано на рис. 2, б, стабільність роботи генератора покращиться і при зміні напруги живлення від 1,5 до 1 в жодних регулювань не буде потрібно.

Мал. 2

У наведених схемах автогенераторів на частоту 465 кГц котушка L1 намотана на 4-секційному полістиролових каркасі діаметром 4 мм з сердечником з фериту Ф -1000 діаметром 2,8 і довжиною 12 мм. Обмотка котушки містить 220 витків дроту ПЕВ 0,13 з відведенням від 18 витка. Напруга високої частоти на контурі складає 1 в еф.

Всі згадані вище способи стабілізації дещо ускладнюють схеми, а в ряді випадків і збільшують споживану потужність, тому широкого застосування вони не знайшли. В апаратурі тунельні діоди найчастіше застосовуються спільно з транзисторами. Відомо, що у транзистора струм емітера порівняно мало залежить від напруги живлення колектора, особливо якщо зсув транзистора стабілізовано будь-яким способом. Тому, при харчуванні діодів емітерним струмом транзистора, можна отримати виграш не тільки в стабільності, але і в економічності. Остання підвищується тут через те, що втрати на верхньому плечі дільника усуваються, а додаткова потужність, споживана тунельним діодом, невелика.

Крім генераторів, налаштованих на фіксовану частоту, тунельні діоди можна застосувати і в діапазонних генераторах. Правда, при цьому доводиться ретельніше підбирати зв'язок діода з контуром, щоб у всьому перекриває діапазоні підтримати амплітуду коливанні і потужність в навантаженні на заданому рівні. Прикладом такого використання тунельного діода може служити схема гетеродина для супергетеродинного приймача, описаного в журналі "Радіо" № 5 за 1962 р Схема гетеродина виходить при цьому навіть простіше, ніж на транзисторі (рис. 3).

Мал. 3

Загальна кількість витків в котушці L1 зберігається, а для зв'язку з тунельним "діодом поверх L1 з боку її заземленого кінця намотується обмотка L2, що містить 10 витків дроту ПЕЛШО 0,15. Обмотка зв'язку з перетворювачем L3 залишається приблизно незмінною, але для найбільшої чутливості число витків потрібно заново підібрати. Ємності конденсаторів C1 і С2 залишаються без зміни, Харчується тунельний діод від загального джерела. В цьому випадку опір R2 має дорівнювати 1,2 ком. тунельний діод потрібно вибрати зі струмом максимуму не більше 1,5 ма. більш раціону ьно для харчування діода застосувати згадану вище схему стабілізації за допомогою транзистора. Для цього підсилювач НЧ переробляють за схемою, наведеною на рис. 4. Між транзистор рами підсилювача НЧ вводиться зв'язок по постійному струму. Зсув на базу транзистора Т1 знімається з емітера транзистора Т2 через ланцюжок R4Д1, і опору R2, R3. Виникає при цьому негативний зворотний зв'язок по току підтримує струм емітера, а значить, і напруга на опорах R2 і R3, майже постійним при зниженні напруги живлення на 25-30% від номінальної ве личини (величину напруги живлення краще підвищити до 9 в).

Мал. 4

Для харчування тунельного діода використовується напруга 2 в, що подається на дільник через опір R2 (рис. 3), яке в цьому випадку береться рівним 430 ом. Налагодження починають з перевірки того, як змінюється напруга на емітер транзистора Т2 при зменшенні напруги живлення з 6 до 4,5 в або з 9 до 6 в. Якщо при цьому напруга зміниться не більше, ніж на 5-10%, то встановивши напруга живлення рівним 5,2 в (або 7,5 в при 9 в), переходять до настроювання генератора. Для цього ротор змінного конденсатора С2 ставлять в середнє положення і, регулюючи величини опорів R1 або R2 (рис. 3), домагаються максимальної амплітуди коливань. Потім перевіряють рівномірність генерації по всьому діапазону. Якщо в будь-яких його ділянках коливання зриваються, слід на кілька витків збільшити обмотку котушки L2 і знову перевірити рівномірність генерації при перебудові. Закінчивши настройку гетеродина, підбирають число витків обмотки зв'язку гетеродина з перетворювачем L3 до отримання оптимальної чутливості.

При проектуванні генераторів на тунельних діодах слід прагнути отримати максимальну добротність коливального контуру, з тим, щоб збільшити потужність, що віддається в навантаження. Для збільшення потужності можна також включити два або більше число діодів в схему генератора. При цьому, як випливає з розгляду енергетичних співвідношень, діоди вигідно поєднувати за постійним струмом послідовно .. Тоді напруга на нижньому опорі дільника буде вдвічі більше, ніж для одного тунельного діода, і втрати на верхньому плечі зменшуються. Потрібно мати на увазі, що опір нижнього плеча повинно обов'язково складатися з двох однакових опорів, а їх середня точка повинна бути з'єднана за постійним струмом із середньою точкою двох діодів (рис.5). В іншому випадку, стійка робота двох послідовно з'єднаних діодів неможлива. По змінному струмі можна з'єднати діоди паралельно або послідовно. У схемі, наведеній на рис. 5 кожен діод підключений до окремої обмотці. Щоб отримати найбільшу потужність, зв'язок кожного тунельного діода з контуром слід регулювати індивідуально.

Мал. 5

Можна використовувати тунельні діоди і в схемах апериодических підсилювачів. Однак, як зазначається в літературі, такі апериодические підсилювачі в діапазонах довгих і середніх хвиль виявляються мало практичними через труднощі в розподілі навантаження і джерела сигналу. Потрібно врахувати і те, що транзистори при порівнянному споживанні потужності харчування володіють великим посиленням в реальних схемах у порівнянні з тунельними діодами.

Резонансні підсилювачі на тунельних діодах будувати порівняно нескладно. Вони можуть бути виконані, наприклад, за схемою автогенератора, в якому коефіцієнт зворотного зв'язку недостатній для збудження коливань. Таким схемами притаманні всі недоліки регенеративних підсилювачів: нестабільність порога регенерації, можливість порушення при зміні навантаження, звуження смуги пропускання при підвищенні посилення. Однак такі підсилювачі можуть працювати досить стійко, якщо не прагнути отримати від них максимальне посилення. Схема з таким застосуванням тунельного діода наведена на рис. 6. На малюнку показана схема вхідної частини приймача прямого посилення з феритовою антеною. Відомо, що для узгодження опору контуру антени з вхідним опором транзистора, коефіцієнт трансформації трансформатора, утвореного обмотками котушок L1 і L2 робиться багато менше одиниці.

Мал. 6. Верхня обкладка конденсатора C1 повинна бути заземлена.

Це призводить до того, що напруга сигналу на базі транзистора виявляється в 15- 20 разів менше, ніж напруга на контурі L1C1. У схемі, показаної рис. 6 коефіцієнт зв'язку обраний значно більше звичайного і відведення до бази транзистора Т1 зроблений від 1/5 загального числа витків котушки L1. В цьому випадку контур L1C1 виявляється сильно шунтуватися, смуга його розширюється і чутливість приймача падає. Однак при підключенні тунельного діода до додаткової обмотці L3 контур частково "розвантажується", його загасання і смуга пропускання повертаються до нормального величиною. Таким способом вдається отримати виграш в чутливості приймача в 4-5 разів. Число витків обмотки L3 вибирається з таким розрахунком, щоб згасання контуру компенсувалося в повному обсязі, і підсилювач не порушували. Однак, щоб отримати максимальну чутливість, потрібно підійти до порогу збудження якомога ближче, тому зміщення тунельного діода зроблено регульованим. Обмотка котушки L1 містить 200 витків дроту ПЕЛШО 0,15, намотаних в один шар виток до витка на феритових стержні довжиною 110 мм, діаметром 8,4 мм з відведенням від 44 витка. Обмотка котушки L3 містить 8-10 витків дроту ПЕЛШО 0,15, вона намотана поблизу заземленого кінця котушки L1. Недоліком запропонованої схеми є те, що коефіцієнт перекриття вхідного ланцюга зменшується, так як через збільшеного коефіцієнта зв'язку сильніше буде позначатися вхідна ємність транзистора T1. Крім того, до ємності контуру додасться перерахована ємність тунельного діода. Тому, якщо потрібно досить велике перекриття, доцільно тунельний діод застосовувати з мінімальною місткістю.

Вигідніше застосовувати регенеративні підсилювачі на фіксовану частоту, наприклад в підсилювачі ПЧ супергетеродина (рис. 7). Для цього на один з контурів ПЧ намотують додаткову обмотку для тунельного діода. Зсув діода краще зробити стабілізованою. Це дозволить підійти досить близько до порогу регенерації і отримати виграш в посиленні в 8-10 разів. Потрібно враховувати, що смуга пропускання підсилювача ПЧ різко звужується, якщо включення тунельного діода не було заздалегідь передбачено. У ряді випадків при підключенні діода підсилювач може збудитися, хоча коефіцієнт зв'язку недостатній для генерації. Це відбувається тому, що коефіцієнт посилення каскаду з підключеним тунельним діодом стає більшим за максимальну стійкою величини.

При монтажі потрібно враховувати, що тунельні діоди схильні до порушення на паразитних реактивних опорах. Тому висновки діода і пов'язаних з ним деталей роблять мінімальної довжини, а монтаж здійснює так, як якщо б схема призначалася для роботи на дуже високих частотах. Не слід в низькочастотних схемах застосовувати тунельні діоди з високою граничною частотою.

Експериментуючи з тунельними діодами, потрібно уникати кидків струму і напруги, інакше діод може вийти з ладу. Підключати та відключати діод слід тільки при вимкненому живленні.

література

1. С. Г. Мадоян, Ю. с.Тихий-Дєєва. А. Ф. Трутко - Тунельний діод. Збірник "Напівпровідникові прилади та їх застосування" під редакцією Федотова Я. А. Вип. 7.

2. К. С. РЖЕВКІН "Тунельний діод" Масова радіобібліотека "випуск 452, Госенергоіздат, 1962 року народження

3. Акчурін Е. А., СТИБЛІК В. А. Генератори на тунельних діодах з підвищеною потужністю, Радіотехніка, 1963 г. т. 18, № 11.

4. Williams, Hamilton How to make tunnel diodes even more useful, Electronics, June 7. 1963 V 36. N 23.

Конструктор uCoz