Dioda tunel: detaliată într-un limbaj simplu. Generatoare pe diode Circuit de proiectare a generatorului de microunde pe o diodă tunel
Diodele semiconductoare sunt rareori utilizate ca elemente principale ale unităților generatoare și amplificatoare. Fiind în mare parte componente pur pasive, pur și simplu nu pot acționa ca o sursă de curent sau tensiune necesară pentru orice oscilator sau amplificator. Cu toate acestea, există un număr destul de mic de cazuri când, atunci când se folosesc diode semiconductoare de anumite tipuri (diode tunel, diode Gunn, diode avalanșă, diode parametrice), este posibil să se construiască circuite amplificatoare și generatoare de diode.
Dispozitivele semiconductoare, cum ar fi diodele tunel, diodele Gunn și diodele de avalanșă au o proprietate - prezența unei secțiuni cu o rezistență diferențială negativă pe caracteristica I-V a dispozitivului în anumite condiții. În fiecare dintre dispozitivele menționate mai sus, efectele fizice care provoacă apariția unei astfel de secțiuni sunt diferite. Într-o diodă tunel, aceasta este o scădere bruscă a efectului de tunel cu o creștere a intensității câmpului electric în semiconductor peste o anumită valoare critică într-o diodă Gunn, aceasta este specificul structurii benzii de arseniu de galiu; diodă de tranzit avalanșă, aceasta este specificul defalcării avalanșei la frecvențe înalte ale tensiunii aplicate. Trebuie menționat că aceste cazuri nu sunt singurele. Un exemplu este larg cunoscut și popular în anii 30. Kristadin Loseva, care era și o diodă semiconductoare introdusă într-un mod special de defalcare.
Astăzi, auto-oscilatoarele cu diode din gama de microunde sunt cele mai răspândite. Ei folosesc diode Gunn și diode de tranzit de avalanșă. În anumite condiții, astfel de generatoare pot fi convertite în amplificatoare și utilizate pentru amplificarea rezonantă a semnalelor cu microunde. Cu toate acestea, din cauza nivelului crescut de zgomot și a iraționalității practice, amplificatoarele bazate pe diode Gunn și diode de avalanșă sunt folosite extrem de rar.
Un tip special de dispozitive de amplificare cu microunde este așa-numitul. amplificatoare parametrice. Sunt construite pe baza unor diode parametrice speciale. Principiul de funcționare al unor astfel de amplificatoare este foarte apropiat de modul în care funcționează mixerele de diode descrise mai sus. Dioda parametrică, ca și în mixere, primește două semnale. Cu o anumită coordonare a acestor semnale și alegerea corectă a modului de funcționare a diodei, este posibilă redistribuirea puterii semnalelor incidente în favoarea unuia dintre ele (cel util) asupra conductivității sau capacității neliniare a diodei. În același timp, este posibilă convertirea frecvenței acestui semnal. Amplificatoarele parametrice cu microunde sunt foarte greu de configurat și sunt destul de instabile. Principalul lor avantaj este nivelul redus de zgomot. Prin urmare, ele sunt utilizate cel mai adesea în radiotelescoape și sisteme de comunicații în spațiul adânc.
Diodele tunel pot fi de cel mai mare interes și valoare practică. Dispozitivele generatoare și amplificatoare bazate pe acestea pot fi utilizate în receptoare radio, microfoane radio, echipamente de măsurare etc.
Un circuit simplificat al unui auto-oscilator folosind o diodă tunel este prezentat în Fig. 3,6-42.
Orez. 3,6-42. Circuit simplificat al unui auto-oscilator folosind o diodă tunel
Deoarece caracteristica I-V a diodei tunel are o secțiune cu o rezistență negativă care este stabilă în tensiune, atunci când un circuit oscilator paralel este conectat la ea, poate genera. În acest caz, rezistența negativă a diodei va compensa pierderile, iar oscilațiile neamortizate pot apărea și fi menținute în circuit. Diodele tunel moderne pot genera la frecvențe de până la 1 GHz sau mai mult. Cu toate acestea, datorită dimensiunii mici a secțiunii caracteristice curent-tensiune a unei diode cu rezistență negativă, puterea pe care o furnizează la orice frecvență este o fracțiune de miliwatt. Pentru a preveni distorsionarea formei oscilațiilor generate, de regulă, se utilizează o includere parțială a unei diode în circuitul generatorului. Condiția principală pentru generare este ca rezistența la pierderea circuitului să depășească rezistența negativă a diodei tunel. Având în vedere că rezistența paralelă a pierderilor în circuitele oscilatorii reale depășește semnificativ rezistența negativă a unei diode tunel, se folosește includerea parțială a diodei în circuit (prin robinetul bobinei).
O parte din puterea oscilațiilor generate va fi eliberată la rezistența internă a sursei de polarizare, așa că ar trebui să fie cât mai mică posibil. Deoarece tensiunea de polarizare necesară este foarte mică (de exemplu, pentru diodele tunel cu germaniu de ordinul 0,1...0,15 V), diodele tunel sunt de obicei alimentate de la un divizor de tensiune (Fig. 3.6-43). Cu toate acestea, acest lucru poate duce la consumul de energie risipit al sursei de alimentare (care este important pentru dispozitivele subminiaturale). Prin urmare, pentru alimentarea diodelor tunel, ar trebui utilizate surse cu cea mai mică tensiune de ieșire posibilă. Rezistența de ieșire a divizorului de tensiune este selectată în intervalul 5...10 ohmi și numai în dispozitivele unde este necesară cea mai mare eficiență, aceasta poate fi crescută la 20...30 ohmi. Rezistența negativă a diodei tunel trebuie să depășească rezistența divizorului de 5...10 ori. Nu este recomandabil să ocoliți astfel de rezistențe mici cu condensatori pentru a reduce pierderile de energie de înaltă frecvență, deoarece în unele cazuri acest lucru poate duce la funcționarea instabilă a generatorului, mai ales dacă modul său a fost selectat în funcție de puterea maximă de ieșire. Trebuie avut în vedere faptul că pentru funcționarea stabilă a generatorului este necesar să se mențină o poziție stabilă a punctului de funcționare a diodei. Dacă tensiunea de alimentare se modifică cu cel puțin 10% (de exemplu, din cauza descărcării unei baterii chimice), funcționarea normală a generatorului poate fi întreruptă. Uneori este recomandabil să folosiți o tensiune prestabilizată sau să folosiți rezistențe neliniare în divizor (stabilizând curentul în brațul superior și tensiunea în brațul inferior). Deci, dacă în circuitul auto-oscilator (Fig. 3.6-43) în loc de rezistența R2 folosim o diodă cu germaniu de mică putere în conexiune directă, așa cum se arată în Fig. 3.6-44, stabilitatea generatorului se va îmbunătăți, iar când tensiunea de alimentare se modifică în intervalul 1...1,5 V, nu vor fi necesare ajustări suplimentare.
Orez. 3,6-43. Circuit al unui auto-oscilator bazat pe o diodă tunel alimentată de un divizor de tensiune
Orez. 3,6-44. Circuit al unui auto-oscilator bazat pe o diodă tunel cu rezistență neliniară în circuitul de putere
Toate metodele de stabilizare a tensiunii menționate mai sus complică oarecum circuitele și, în unele cazuri, cresc consumul de energie, deci nu sunt utilizate pe scară largă. În echipamentele reale, diodele tunel sunt cel mai adesea folosite împreună cu tranzistoarele. Se știe că într-un tranzistor, curentul emițătorului depinde relativ puțin de tensiunea de alimentare a colectorului, mai ales dacă polarizarea tranzistorului este stabilizată într-un fel. Prin urmare, atunci când alimentați o diodă cu curentul emițător al unui tranzistor, puteți câștiga nu numai în stabilitate, ci și în eficiență. Acesta din urmă crește aici datorită faptului că pierderile de pe brațul superior al divizorului sunt eliminate, iar puterea suplimentară consumată de dioda tunel este mică.
În fig. 3.6-45, 3.6-46, 3.6-47 prezintă trei exemple de utilizare a unui generator de diode tunel. La proiectarea unor astfel de generatoare, ar trebui să se străduiască să se obțină factorul de calitate maxim al circuitului oscilant pentru a crește puterea furnizată sarcinii.
Orez. 3,6-45. Cel mai simplu transmițător cu diodă tunel
Orez. 3,6-46. Circuit îmbunătățit al transmițătorului cu diode tunel
Orez. 3,6-47. Oscilator local pe o diodă tunel
Pentru a crește puterea, puteți include și două sau mai multe diode în circuitul generatorului (Fig. 3.6-48). În acest caz, cel mai bine este să conectați diodele în serie cu curent continuu. Apoi, tensiunea la rezistența inferioară a divizorului ar trebui să fie de două ori mai mare decât pentru o diodă tunel, adică. pierderile la nivelul brațului sunt reduse. Trebuie avut în vedere că rezistența brațului inferior trebuie să constea în mod necesar din două rezistențe identice, iar punctul de mijloc al acestora trebuie conectat prin curent continuu la punctul de mijloc al celor două diode. În caz contrar, funcționarea stabilă a două diode conectate în serie este imposibilă. Pentru curent alternativ, diodele pot fi conectate în paralel sau în serie. În diagrama prezentată în fig. 3,6-48 fiecare diodă este conectată la o înfășurare separată. Pentru a obține cea mai mare putere, conexiunea fiecărei diode la circuit trebuie reglată individual.
Orez. 3,6-48. Auto-oscilator bazat pe două diode tunel
Un generator de diode tunel poate fi construit și folosind un rezonator cu cuarț care setează frecvența de oscilație. Un exemplu de astfel de schemă este prezentat în Fig. 3,6-49.
Este ușor să trimiți munca ta bună la baza de cunoștințe. Utilizați formularul de mai jos
Studenții, studenții absolvenți, tinerii oameni de știință care folosesc baza de cunoștințe în studiile și munca lor vă vor fi foarte recunoscători.
Postat pe http://www.allbest.ru/
UNIVERSITATEA NAȚIONALĂ TEHNICĂ BELARUSIANĂ
FACULTATEA DE INGINERIA INSTRUMENTLOR
Departamentul Informatii si Echipamente si Tehnologii de Masurare
LUCRARE DE CURS
la disciplina: „Dispozitive de recepție și transmisie”
Subiect: MASTER AUTO-GENERATOR PE O DIODA DE TUNEL
Interpret: Novik S. F.
Șef: Vorobey R.I.
Abstract
Lucrarea de curs conține 18 pagini, 4 desene, 1 anexă.
AUTOGENERATOR, AUTOGENERATORI DIODE, DIODA TUNEL, SCHEMA CIRCUIT.
Scopul cursului este de a dezvolta o diagramă de circuit și de a calcula un oscilator principal bazat pe o diodă tunel, de a descrie funcționarea acestuia și de a calcula elementele incluse în schema de circuit.
Proiectul prezintă: o schemă de circuit electric a unui auto-oscilator principal bazat pe o diodă tunel și calculul acesteia.
Introducere
1. Analiza principiului de funcționare a unui auto-oscilator bazat pe o diodă tunel
1.1 Informații generale despre autogeneratoare
1.2 Autooscilatoare cu diode
1.3 Dioda tunel
2. Dezvoltarea unui circuit auto-oscilator bazat pe o diodă tunel
3. Calculul unui circuit auto-oscilator pe baza unei diode tunel
3.1 Selectarea unei diode tunel
3.2 Calculul modului diode
3.3 Calculul circuitului de putere
3.4 Calculul rezonatorului
3.5 Calculul capacității Csv și C1
Concluzie
Lista surselor utilizate
Introducere
În timpul lucrărilor de curs, a fost dezvoltat și calculat un circuit master oscilator bazat pe o diodă tunel.
Un auto-oscilator este o sursă de oscilații electromagnetice, oscilațiile în care sunt excitate spontan, fără influențe externe. Prin urmare, generatoarele autoexcitate, spre deosebire de generatoarele cu excitație externă (amplificatoare de putere), sunt adesea numite generatoare autoexcitate.
În emițătoarele radio, auto-oscilatoarele sunt utilizate în principal ca cascade care stabilesc frecvența de oscilație a purtătorului. Astfel de generatoare fac parte din excitatorul transmițătorului și se numesc generatoare master. Principala cerință pentru ele este stabilitatea de înaltă frecvență. În unele tipuri de transmițătoare (în special în domeniul microundelor), auto-oscilatoarele pot fi etape de ieșire. Cerințele pentru astfel de generatoare sunt similare cu cele pentru amplificatoarele de putere - pentru a asigura o putere și eficiență ridicate.
O diodă tunel este o diodă generatoare de putere mică, cu o joncțiune p-n îngustă, ale cărei proprietăți active se manifestă într-o gamă largă de frecvență - de la curent continuu la microunde.
1. Analiza principiului de funcționare a unui auto-oscilator bazat pe o diodă tunel
1.1 Informații generale despre autogeneratoare
Oscilatoarele master sunt proiectate în așa fel încât oscilațiile armonice sunt excitate în ele. Elementul principal al unui generator de oscilație armonică este un rezonator, a cărui proprietate principală este natura oscilativă a procesului tranzitoriu. Cel mai simplu rezonator este un circuit oscilator. Dacă în circuitul oscilator este introdusă energie, atunci la un factor de calitate suficient de mare (Q " 1) apar oscilații de curent care se diminuează în timp. Scăderea amplitudinii oscilației se explică prin pierderile de putere în circuit. Astfel, pentru a crea un auto-oscilator de oscilații armonice, este necesar să se folosească un rezonator cu un factor de calitate suficient de ridicat și să se compenseze pierderile.
Pentru a îndeplini ultima condiție, este suficient să adăugați periodic porțiuni de energie electromagnetică la rezonator sincron cu oscilațiile excitate. Sursa de energie poate fi un câmp electric constant; Pentru a-și transforma energia în energie de vibrație, este necesar un element activ (AE). Schema bloc a auto-oscilatorului este prezentată în Figura 1. Aici este nevoie de feedback pentru a sincroniza funcționarea AE cu oscilațiile existente în rezonator.
Figura 1 - Diagrama bloc a unui auto-oscilator
Circuitele LC și plăcile de cuarț sunt folosite ca rezonatoare în domeniul de înaltă frecvență; pentru microunde - segmente de linii cu parametri repartizați, șaibe dielectrice, sfere de ferită etc. Elementele active pot fi tranzistoare bipolare și cu efect de câmp, precum și diode generatoare - tunel, avalanșă-span, diode Gunn etc.
Mecanismul de funcționare al autogeneratorului este următorul. Când sursa de energie este pornită, are loc un proces oscilator tranzitoriu în rezonator, care afectează AE. Acesta din urmă convertește energia sursă în energie de vibrație și o transferă la rezonator. Dacă puterea furnizată de elementul activ depășește puterea consumată de rezonator și sarcină, adică este îndeplinită condiția de autoexcitare, atunci amplitudinea oscilațiilor crește. Pe măsură ce amplitudinea crește, apare neliniaritatea AE, creșterea puterii de ieșire încetinește și la o anumită amplitudine de oscilație, puterea de ieșire se dovedește a fi egală cu puterea consumată. Dacă acest echilibru energetic este stabil la abateri mici, atunci se stabilește un mod de oscilație staționară în auto-oscilator.
Autogeneratoarele diferă semnificativ de alte cascade de transmițătoare radio prin faptul că frecvența și amplitudinea oscilațiilor de aici sunt determinate nu de o sursă externă, ci de parametrii propriului sistem oscilator și ai elementului activ.
1.2 Autooscilatoare cu diode
În funcție de tipul de AE, se disting autooscilatorii cu tranzistori și diode.
Auto-oscilatoarele cu diode furnizează oscilații staționare datorită proceselor specifice în diodele generatoare, aici se realizează automat, fără a utiliza elemente speciale.
1.3 Dioda tunel
O diodă tunel este o diodă generatoare de putere mică, cu o joncțiune p-n îngustă, ale cărei proprietăți active se manifestă într-o gamă largă de frecvență - de la curent continuu la microunde. Acest lucru vă permite să construiți auto-oscilatoare de tunel la o mare varietate de frecvențe. Puterea de ieșire a auto-oscilatoarelor care utilizează diode tunel este de obicei de sute de microwați. Un avantaj important al unei diode este păstrarea proprietăților sale ca element activ în condiții de radiație.
Circuitul echivalent al unei diode tunel (Figura 2a) conține un generator de curent ia (uO), capacitatea de barieră a joncțiunii p-l Sb ( uO), rezistența la pierderi în semiconductor și contactele rs și inductanța terminală Lв. Linia întreruptă din Figura 2b arată caracteristica curent-tensiune statică a unei diode convenționale cu o joncțiune pn.
Figura 2. Circuitul echivalent al unei diode tunel (a) și caracteristica curent-tensiune statică a unui generator de curent (b)
2. Dezvoltarea unui circuit auto-oscilator bazat pe o diodă tunel
1. O diodă tunel este un dispozitiv cu o caracteristică curent-tensiune de tip N, de aceea sistemul oscilator, ținând cont de Lv n Sat la punctele de conectare ale generatorului de curent ia (ua), trebuie să aibă o rezonanță paralelă la un anumit punct. frecvenţă.
Figura 3. Principalele circuite de alimentare electrică (a) și echivalente (b) ale unei diode tunel.
2. O secțiune de pantă negativă există la tensiuni foarte scăzute ua. Pentru ca dioda să acționeze ca element activ al unui auto-oscilator, tensiunea de alimentare U0 trebuie să fie în limitele vârfului.< U0< uвп или 0,1 < U0 < 0,6 В. Так как напряжение стандартных источников питания Еп>1,5 V, atunci este necesar un divizor de tensiune (Figura 3 a).
3. Existenta unei sectiuni de panta negativa nu numai pe caracteristica dinamica curent-tensiune (ca la toate elementele active), ci si pe caracteristica statica duce la necesitatea asigurarii stabilitatii punctului de functionare DC.
Circuit electric al unui auto-oscilator folosind o diodă tunel. Figura 4 prezintă una dintre schemele posibile ale unui astfel de auto-oscilator.
Figura 4. Schema schematică a unui auto-oscilator bazat pe o diodă tunel.
Aici R1, R2 sunt divizorul de tensiune în circuitul de putere;
Sbl, Lbl - elemente care blochează sursa de alimentare de la curenți de înaltă frecvență;
C1, C2, L - elemente ale rezonatorului care stabilesc frecventa de generare;
Ссв - capacitatea de comunicare cu sarcina. Pentru a asigura simultan o stabilitate de înaltă frecvență și condiții optime de energie, se folosește o conexiune incompletă a rezonatorului la diodă.
3. Calculul unui circuit auto-oscilator pe baza unei diode tunel
Calculul unui auto-oscilator tunel constă din 3 etape principale: 1) selectarea unei diode; 2) calculul modului diodei; 3) calculul rezonatorului și circuitului de putere.
3.1 Selectarea unei diode tunel
Atunci când alegeți o diodă, ar trebui să țineți cont de puterea de ieșire necesară a oscilatorului. Pentru a obține o stabilitate de înaltă frecvență, trebuie utilizată o conexiune slăbită la sarcină, selectând o capacitate suficient de mică Ssv. Apoi puterea în sarcină Rn? (0,1 ... 0.2) P1, Unde P1 , este puterea de oscilație eliberată de diodă către circuitul extern.
Din teoria auto-oscilatoarelor de tunel rezultă că puterea maximă de oscilație a diodei este:
P1 max ? 0,2 ,
= ivârf-iVP;= uvârf-uvp.
Din moment ce = ivârf;? 0,4 Pentru diodele cu arseniură de galiu, obținem următorul raport pentru alegerea unei diode: ivârf? 100 Rn.
3.2 Calcul mod diodă
Scopul calculului este de a găsi conductivitatea optimă a sarcinii GLa, tensiune constantă U0 , pe diodă, rezistența echivalentă a sursei de alimentare Rist. Ca rezultat al calculului, devine cunoscută amplitudinea oscilațiilor Ua1 , oscilator P1, și consumat P0 puterea, precum și eficiența electronică a autogeneratorului.
La calcularea modului diodei, este necesar să se țină cont de condițiile de existență a unui mod staționar, autoexcitare și stabilitate DC. Este necesar să se calculeze dependența realului GOși imaginar Va piese de conductivitate Da asupra amplitudinii oscilaţiilor Ua1. Contribuția principală la Va dă capacitatea de barieră a diodei, adică ce?WCb1, unde Sb1 este capacitatea medie pe prima armonică Co(uO). Calculele arată că valoarea ÎNo depinde slab de Ua1, prin urmare ei iau în considerare capacitatea Co constantă, presupunând Sat1 -- Sat (U0). Calcul | Ga|(Ua) se poate face în următoarea ordine.
Figura 6. Normalizarea caracteristicilor curent-tensiune ale unei diode tunel pe baza de arseniura de galiu ( O) și dependență | Ga|/ ivârf pe amplitudinea tensiunii ( b)
1. Să aproximăm caracteristica curent-tensiune statică a unei diode tunel cu o expresie analitică adecvată.
2. Presupunând că tensiunea ua(t) pe diodă are o formă armonică (acest lucru este adevărat dacă factorul de calitate al circuitului la rezonanță paralelă este suficient de mare), înlocuim tensiunea în formula care aproximează caracteristica curent-tensiune
ua(f) = U0+Ua1cosgreutate
și găsiți dependența i o (t) .
3. Funcția de desfășurare i o (t) în seria Fourier, găsim amplitudinea primei armonice a curentului diodei Ia1 .
4. Calculați
|Go| = Ia1/ Ua1 .
5. Repetați calculele pentru diferite Ua1 Şi U0. Drept urmare, obținem o familie de dependențe | Ga|(Ua1) la U0 ca parametru.
Deoarece caracteristicile curent-tensiune ale diodelor tunel realizate din același material sunt identice și diferă doar prin valoarea curentului de vârf 1 "pyak", atunci în calcule puteți utiliza o caracteristică medie normalizată la i vârf, care este valabil pentru un anumit material semiconductor (Figura 6).
După cum au arătat calculele folosind metoda descrisă și experimentele confirmate, modul optim este obținut cu următorii parametri ai auto-oscilatorului: U0= 0,37V; | Ga|/ ivârf=1,2 V-1. În acest caz, amplitudinea oscilațiilor Ua1 = 0,33 V, iar modul de excitare la U0= const se dovedește a fi rigid.
3.3 Calculul circuitului de putere
Circuitul de putere al diodei îndeplinește următoarele funcții principale: 1) furnizează diodei energia necesară pentru a genera oscilații electromagnetice; 2) asigură deplasarea optimă a punctului de funcționare pe caracteristica curent-tensiune statică.
Pentru a obține modul optim al diodei cu excitație ușoară a oscilațiilor, este recomandabil, ca și în cazul oscilatoarelor cu tranzistori, să folosiți polarizarea automată. Se formează atunci când un curent continuu curge din diodă eu0 prin rezistențe conectate în paralel R1 Şi R2 . Puteți alege o astfel de rezistență R1 Şi R2 că în momentul excitării oscilațiilor, tensiunea constantă pe diodă va corespunde excitației moale, iar în modul staționar - la valoarea optimă U0= 0,37 V. Posibilitatea unei astfel de alegeri se explică prin faptul că, cu excitația ușoară a oscilațiilor, curentul continuu eu0(0)( este ceva mai mic ivârf) se dovedește a fi mai mare decât curentul eu0 în regim staționar. Dacă există fluctuații, curentul eu0 nu mai este determinată de caracteristica statică curent-tensiune a diodei, ci corespunde unei curbe în funcție de sarcină GH(zonă umbrită în Figura 6, a). Acest lucru se explică prin faptul că dependența de timp ia(t) nearmonici.
În modul de oscilație staționară, tensiunea constantă U® va fi egală cu valoarea optimă de 0,37 V în cazul în care modificarea tensiunii pe rezistența Rist când curentul continuu I0 scade la I0 este egală cu diferența de tensiuni constante pe dioda în modul optim și în momentul excitației. De aici obținem (Figura 6, a):
Rist?(U0-upk)/(ipeak-I0) (1)
În modul de eficiență maximă:
Din figura 6, este clar că în modul optim este 0,3, deci Rist? Apoi: generator de diode tunel electromagnetice
0,37 V + 0,27 A *0,4 Ohm = 0,47 V (3)
= (0,4 Ohm * 1,5 V) / 0,47 V = 1,27 Ohm (4)
) = 0,4 Ohm * 1,5 V / (1,5 V - 0,47 V) = 0,58 Ohm (5)
3.4 Calculul rezonatorului
Selectarea inductanței circuitului L= 5 µH cu factor de calitate QL= 110. Considerăm th
O Q0 QL.
Să calculăm parametrii elementelor rezonatoare:
Cu = schrL = 2 pfpL= 2 * 3,14 * 0,5 Hz * 106 * 5 * 10-6 H = 15,7 Ohm (6)
CUU= = ? 2072 pF (7)
Rp = CuQ0 = 15,7 Ohm * 110 1,72 kOhm (8)
C"1= C?/s = 2072 pF/15,7 Ohm = 132 pF (9)
C2? C"1 - 132 pF (10)
3.5 Calculul capacității Csv și C1
Să acceptăm Rn? 300 Ohm, atunci:
Ssv == 60 pF (11)
60 pF (12)
132 - 60 = 72 pF (13)
Rezistența circuitului de intrare ar trebui să fie mult mai mare decât a circuitului rezonator (). Să luăm n=10, atunci:
Lbl=10L = 10 * 5 * 10-6 = 50 μH (14)
Cbl=Cbl/10 = 60 * 10-12 / 10 = 5 pF (15)
Concluzie
Pe parcursul lucrărilor de curs s-a făcut o descriere a funcționării unui auto-oscilator bazat pe o diodă tunel, s-a elaborat o schemă de circuit și s-au calculat elementele incluse în schema de circuit.
Lista surselor utilizate
1. Petrov B. E., Romanyuk V. A., Transmițătoare radio
Dispozitive pe dispozitive semiconductoare: Proc. manual pentru inginerie radio. specialist. apel/ M.: Mai sus. şcoală, 1989 - 232 p.
2. Manual de condensatoare electrice / M. N. Dyakonov, V. I. Karabanov, V. I. Prisnyakov etc.; Sub general ed. I. I. Chetvertkova și V. F. Smirnova. - M.: Radio și comunicare, 1983 - 576 p.
3. Rezistoare: Director / V. V. Dubrovsky, D. M. Ivanov, N. Ya Pratusevich și alții; Ed. I. I. Chetvertkova și V. M. Terekhova. - ed. a II-a, - M.: Radio și Comunicații, 1991 - 528 p.
Postat pe Allbest.ru
Documente similare
Caracteristici ale metodei de rezolvare a ecuației Poisson, care descrie procesele care au loc în diodă, folosind metoda de propagare a vectorului de eroare. Un exemplu de rezolvare a unei ecuații de diferență. Un program pentru calcularea potențialului la un anumit nod al rețelei, ținând cont de condițiile la limită.
teză, adăugată 29.11.2011
O diodă Schottky este o diodă semiconductoare ale cărei proprietăți de redresare se bazează pe utilizarea unei joncțiuni electrice redresoare între un metal și un semiconductor. Structura acestui dispozitiv, zonele și caracteristicile aplicării sale practice.
rezumat, adăugat 29.04.2011
Mecanismul de acțiune al unei diode semiconductoare este un dispozitiv electronic neliniar cu două terminale. Funcționarea unei diode zener este o diodă semiconductoare, a cărei caracteristică curent-tensiune are o regiune în care curentul depinde de tensiunea din secțiunea inversă.
prezentare, adaugat 13.12.2011
Principiul de funcționare al unui motor asincron trifazat cu rotor cu colivie. Proiectarea unui motor asincron cu rotor bobinat. Curent redus în gol. Miez magnetic și înfășurări. Direcția forțelor electromagnetice. Modul de funcționare generator.
prezentare, adaugat 11.09.2013
O abordare unificată a studiului oscilațiilor de diferite naturi fizice. Caracteristicile vibrațiilor armonice. Conceptul de perioadă de oscilație în timpul căreia faza de oscilație primește o creștere. Vibrații armonice mecanice. Pendule fizice și matematice.
prezentare, adaugat 28.06.2013
Caracteristici ale vibrațiilor care au o natură fizică. Caracteristicile circuitului pendulului cu arc. Studiul oscilațiilor pendulelor fizice. Frontul de undă este locul geometric al punctelor la care ajung oscilațiile în momentul de timp luat în considerare.
lucrare de curs, adăugată 11.01.2013
Structura, proprietățile electrice ale semiconductorilor și diferențele lor față de metale. Conductivitate intrinsecă și de impurități. Dispozitive semiconductoare: diodă, fotodiodă, tranzistor, termistor. Coeficientul de cuplare termică. Caracteristici statice curent-tensiune.
lucrare curs, adăugată 15.02.2014
Informații generale despre măsurarea surselor de radiații optice, studiul atenuării acestora. Cerințe de bază pentru caracteristicile tehnice ale contoarelor optice de putere. Principiul de funcționare și proiectare a diodelor laser, analiza lor comparativă.
teză, adăugată 01.09.2014
Conceptul de diode ca dispozitive electrovacuum (semiconductor). Designul unei diode, proprietățile sale de bază. Criteriile de clasificare a diodelor și caracteristicile acestora. Mențineți polaritatea corectă atunci când conectați o diodă la un circuit electric. Marcarea cu diode.
prezentare, adaugat 10.05.2015
Tensiunea și rezistența diodei. Studiul caracteristicii curent-tensiune pentru o diodă semiconductoare. Analiza rezistenței diodelor. Măsurați tensiunea și calculați curentul printr-o diodă. Caracteristicile de sarcină ale unui stabilizator parametric.
O diodă tunel este o diodă specială ale cărei caracteristici sunt diferite de cele ale oricărei diode obișnuite sau diode zener.
Atât o diodă obișnuită, cât și o diodă Zener sunt conductori foarte buni când sunt polarizate direct, dar nici una nu conduc bine când sunt polarizate invers (cu excepția regiunii de defalcare). Dar materialul diodei tunel conține aditivi într-un volum mult mai mare decât într-o diodă convențională, iar joncțiunea sa P-N este foarte îngustă. Dioda tunel, datorită faptului că are un număr mare de aditivi și o joncțiune P-N foarte îngustă, conduce curentul extrem de bine în ambele sensuri.
Principiul de funcționare al unei diode tunel
Potențialul necesar pentru a determina conducerea unei diode tunel, indiferent dacă este în modul de polarizare directă sau inversă, este foarte mic, de obicei în intervalul de milivolti. Acesta este motivul pentru care diodele tunel sunt cunoscute ca dispozitive cu rezistență scăzută. Ele se opun foarte slab mișcării curentului în circuit.
Cea mai unică caracteristică a diodelor tunel este raportul tensiune-curent atunci când sunt polarizate direct. Când o diodă tunel este polarizată direct (de la punctul A la punctul B pe grafic) pe măsură ce tensiunea crește, curentul crește și el la o anumită cantitate. Odată atinsă această valoare, o creștere suplimentară a tensiunii de polarizare directă face ca curentul să scadă la o valoare minimă (de la punctul B la punctul C). În regiunea de pe grafic dintre fluxurile maxime și minime de curent, dioda tunel are rezistență negativă. În această regiune de rezistență negativă, curentul care curge prin dioda tunel scade de fapt pe măsură ce tensiunea crește. Are loc exact opusul relației obișnuite tensiune-curent. Cu toate acestea, atunci când tensiunea dincolo de punctul C crește, acest dispozitiv prezintă relația obișnuită tensiune-curent.
În condiții normale, diodele tunel funcționează în regiunea rezistenței lor negative. În această zonă, o scădere ușoară a tensiunii pornește dispozitivul, iar o creștere ușoară îl oprește. Ca un astfel de comutator unic, o diodă tunel poate fi folosită fie ca generator, fie ca comutator de mare viteză: o caracteristică specifică a dispozitivului, rezistența scăzută, vă permite să schimbați rezistența internă aproape instantaneu. Diodele tunel pot fi, de asemenea, folosite ca amplificatoare, unde modificările în sus ale tensiunii aplicate provoacă modificări proporțional mai mari ale curentului în circuit.
Principiul de funcționare al oscilatorului local (Fig. 2) este același cu emițătorul anterior. Caracteristica sa distinctivă este includerea incompletă a circuitului. Acest lucru se face pentru a îmbunătăți forma și stabilitatea vibrațiilor generate. Se poate obține un sinusoid „ideal”, dar în practică sunt inevitabile mici distorsiuni neliniare. Arată în Fig. Generatorul de frecvență audio cu 3 diapazon poate fi folosit ca standard pentru acordarea instrumentelor muzicale sau a soneriei telegrafului. Generatorul poate funcționa și pe diode cu curenți maximi mai mici. În acest caz, numărul de spire din bobine trebuie crescut, iar difuzorul dinamic trebuie conectat printr-un amplificator. Pentru funcționarea normală a generatorului, rezistența ohmică totală (r + r a bobinei) trebuie să fie mai mică de ¦ - Rg ¦, iar poziția picioarelor diapazonului față de miezul magnetic trebuie ajustată cu atenție. Pentru ca punctul de funcționare al diodei să cadă pe zona cu rezistență diferențială negativă, este necesară o sursă de tensiune cu rezistență internă foarte mică. Valoarea acestei rezistențe variază în majoritatea cazurilor de la câteva zeci de ohmi la câțiva ohmi. Dacă rezistența conectată în serie cu dioda tunel este mai mare de 2,5Rd, atunci punctul de operare nu poate fi situat stabil în zona cu rezistență negativă. Pentru alimentarea dispozitivelor care utilizează diode tunel, se utilizează circuitul prezentat în Fig. 4. Valoarea rezistenței de șunt Rsh este selectată din condiția Rsh = (0,2-0,3) Rd Rezistența R2 protejează dioda și șuntează Rsh de deteriorare atunci când rezistența R1 este complet îndepărtată. Sursa de alimentare poate fi baterii reîncărcabile sau baterii de mare capacitate. În acest caz, punctul de operare selectat va fi mai stabil în timp.
Orez. 1. Cel mai simplu transmițător folosind o diodă tunel.
Bobina L conține 10 spire de fir PEL 0,2. 
Orez. 2. Oscilator local pe o diodă tunel L=200 μH.
Orez. 3. Generator de frecvență audio bazat pe o diodă tunel
1 — diapazon la o frecvență de 440 Hz, 2 — miez magnetic;
TD - dioda tunel din arseniura de galiu cu curent Imax = 70 mA; r = 9 ohmi;
L1=L2=196 μH—inductanța bobinei fără miez;
K—cheie; Gr—difuzor.
Orez. 4 Circuit de polarizare DC al unei diode tunel.
Din punct de vedere istoric, diodele tunel au apărut mult mai târziu decât tranzistoarele și lămpile. Dimensiunile și greutatea reduse, fiabilitatea ridicată și rentabilitatea au condus la o extindere rapidă a domeniului lor de aplicare. Caracteristica curent-tensiune a unei diode tunel - tip N(Fig. 7). Prin urmare, circuitul oscilator este simplu: un circuit paralel de curent alternativ este conectat la diodă (Fig. 8.44 b), iar modul DC este selectat astfel încât punctul de operare O să fie în secțiunea descendentă a caracteristicii (Fig. 7).
Fig.7. Caracteristica curent-tensiune și circuitul generatorului folosind o diodă tunel
Modul DC trebuie asigurat ținând cont de rezistența internă a sursei R i. Pentru a face acest lucru, este necesar să rezolvați un sistem de două ecuații:
O soluție grafică a sistemului este prezentată în Figura 8.44 a.
Să luăm în considerare două cazuri.
În primul caz, cu o pantă abruptă a caracteristicii | S(U 0)| > 1/R i, există trei stări posibile care satisfac ecuațiile sistemului - punctele A, O, B. Analiza, ținând cont de capacitatea diodei în sine, arată că numai punctele A și B, situate pe secțiunile crescătoare ale caracteristicii, sunt stabile. Dacă punctul de repaus (punctul O) este situat în secțiunea caracteristică cu pantă negativă, atunci starea circuitului va fi instabilă și punctul de funcționare se va deplasa spontan în una dintre pozițiile extreme (în punctul A sau punctul B).
În al doilea caz, cu o pantă abruptă a caracteristicii | S(U 0)| < 1/R i, există o singură stare care satisface ecuațiile - punctul O. Se dovedește a fi stabil și, prin urmare, punctul de funcționare poate fi setat la orice secțiune a caracteristicii curent-tensiune cu o pantă negativă, prin urmare, starea de fază a auto- excitația este satisfăcută. Condiția de amplitudine pentru autoexcitare va fi satisfăcută dacă | S(U 0)| > G Uh, unde G E este conductivitatea circuitului la punctele de conectare a diodei.
Frecvența de oscilație este
și poate fi schimbat folosind CU K. Amplitudinea oscilațiilor se modifică prin modificarea punctului în care dioda este conectată la circuitul oscilator. Dacă bobinele L 1 și L 2 nu sunt conectate printr-un singur câmp magnetic, atunci coeficientul de comutare al circuitului este egal cu
Dacă bobinele L 1 și L 2 formează o singură bobină cu un câmp magnetic comun, apoi dioda este conectată la ramura inductivă cu un coeficient de comutare egal cu
Unde n 1 și n 2 - numărul de spire în părțile bobinei indicate în diagramă L 1 și L 2 .
Capacitate de blocare CU B este selectat din condiție
Avantajele schemei:
capacitatea de a opera într-un interval de frecvență foarte larg (de la câțiva kiloherți la zeci de gigaherți);
stabilitate ridicată a parametrilor atunci când temperatura se schimbă într-un interval larg;
nivel scăzut de zgomot propriu;
consum redus de energie din surse de energie;
durată lungă de viață;
sensibilitate scăzută la radiații.
Dezavantajul circuitului este puterea scăzută de ieșire, care se datorează intervalelor mici de curenți și tensiuni în porțiunea descendentă a caracteristicii (cu o pantă negativă). De exemplu, un generator bazat pe o diodă tunel cu un curent de vârf de până la 10 mA oferă o putere care nu depășește câțiva miliwați. Pentru a obține mai multă putere, este necesar să folosiți diode cu curenți de vârf mari.
