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ENCICLOPEDIA DELLA RADIOELETTRONICA ED ELETTRICA Alcuni schemi sui diodi tunnel. Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica
Enciclopedia della radioelettronica e dell'elettrotecnica / Dispositivi elettronici vari Il modo più semplice è costruire circuiti oscillatori usando diodi tunnel. Poiché il diodo a tunnel è un dispositivo a due terminali con una resistenza negativa, stabile in tensione, quando ad esso è collegato un circuito oscillatorio parallelo, può generare. In questo caso, la resistenza negativa del diodo compenserà le perdite e nel circuito possono verificarsi oscillazioni non smorzate. I normali diodi a tunnel a bassa frequenza funzionano bene a frequenze pari a unità di megahertz. I diodi a frequenza più elevata, in cui la capacità di giunzione e l'induttanza del piombo sono ridotte, generano frequenze di migliaia di megahertz. Tuttavia, a causa dei piccoli valori della sezione della corrente-tensione caratteristica di un diodo con resistenza negativa, la potenza da esso fornita a qualsiasi frequenza è di frazioni di mW. Affinché la forma delle oscillazioni generate non sia distorta, di norma viene utilizzata una connessione parziale del diodo al circuito del generatore. In questo caso, la resistenza di perdita data ai terminali del diodo deve essere uguale alla sua resistenza negativa. Nei circuiti reali, la resistenza di perdita ridotta viene scelta per essere maggiore di quella negativa. resistenza del diodo tunnel per garantire un'eccitazione affidabile del generatore con variazioni di temperatura, tensione di alimentazione e frequenza. Dato che la resistenza alla perdita in parallelo nei circuiti oscillatori reali supera significativamente la resistenza di un diodo a tunnel, la presa deve essere realizzata da una piccola parte delle spire del circuito (Fig. 1). Parte della potenza vibrazionale verrà rilasciata sulla resistenza interna della sorgente di polarizzazione, quindi dovrebbe essere la più piccola possibile.
Tipicamente, i diodi tunnel sono alimentati da un partitore di tensione, che consuma energia. Infatti, per i diodi al germanio, la tensione di polarizzazione nella modalità di generazione è 0,1-0,15 V e la tensione minima della stragrande maggioranza delle sorgenti di corrente chimica è 1,2-2 V, motivo per cui è necessario utilizzare divisori di tensione nella potenza circuito. In questo caso, circa l'80-90% della potenza totale assorbita viene dissipata nel divisore. Per ragioni di economia, si consiglia di utilizzare sorgenti con la tensione più bassa possibile per alimentare i diodi tunnel. L'impedenza di uscita del partitore di tensione è scelta nell'intervallo 5-10 ohm e solo nei dispositivi in cui è richiesta la massima efficienza viene aumentata a 20-30 ohm. La resistenza negativa del diodo tunnel dovrebbe superare la resistenza del divisore di 5-10 volte. Non è consigliabile deviare resistenze così piccole con condensatori per ridurre le perdite di energia ad alta frequenza, poiché in alcuni casi ciò può portare a un funzionamento instabile del generatore, soprattutto se la sua modalità è stata selezionata in base alla massima potenza di uscita. La resistenza negativa del diodo a tunnel dipende fortemente dalla posizione del punto di funzionamento, per cui se la tensione di alimentazione cambia del 10%, il normale funzionamento del generatore può essere completamente interrotto. Pertanto, quando si alimentano diodi da fonti di corrente chimiche - batterie, accumulatori, è molto difficile garantirne il funzionamento stabile. È consigliabile alimentarli da elementi di ossido di mercurio, la cui tensione cambia leggermente durante il funzionamento e in alcuni casi è necessario utilizzare una tensione prestabilita o utilizzare resistenze non lineari nel divisore - nella parte superiore del braccio, stabilizzando la corrente e nella parte inferiore del braccio - tensione. Quindi, se nel circuito dell'oscillatore (Fig. 2, a) al posto della resistenza R2, viene utilizzato un diodo al germanio D11 in connessione diretta, come mostrato in fig. 2, b, la stabilità del generatore migliorerà e quando la tensione di alimentazione cambia da 1,5 a 1 V non sono necessarie regolazioni.
Nei diagrammi sopra di auto-oscillatori a una frequenza di 465 kHz, la bobina L1 è avvolta su un telaio in polistirene a 4 sezioni con un diametro di 4 mm con un nucleo di ferrite F-1000 con un diametro di 2,8 e una lunghezza di 12 mm. L'avvolgimento della bobina contiene 220 spire di filo PEV 0,13 con una presa da 18 spire. La tensione ad alta frequenza sul circuito è 1 Veff. Tutti i metodi di stabilizzazione sopra menzionati complicano in qualche modo i circuiti e in alcuni casi aumentano il consumo di energia, quindi non hanno trovato ampia applicazione. Nelle apparecchiature, i diodi a tunnel vengono spesso utilizzati insieme ai transistor. È noto che in un transistor la corrente dell'emettitore dipende relativamente poco dalla tensione di alimentazione del collettore, soprattutto se la polarizzazione del transistor è in qualche modo stabilizzata. Pertanto, quando si alimentano i diodi con la corrente di emettitore del transistor, è possibile ottenere un guadagno non solo in stabilità, ma anche in efficienza. Quest'ultimo aumenta qui a causa del fatto che le perdite sul braccio superiore del divisore vengono eliminate e la potenza aggiuntiva consumata dal diodo a tunnel è piccola. Oltre ai generatori sintonizzati su una frequenza fissa, i diodi a tunnel possono essere utilizzati anche nei generatori di portata. È vero, in questo caso, è necessario selezionare più attentamente la connessione tra il diodo e il circuito per mantenere l'ampiezza dell'oscillazione e la potenza nel carico a un determinato livello nell'intero intervallo sovrapposto. Un esempio di tale uso di un diodo a tunnel è il circuito dell'oscillatore locale per un ricevitore supereterodina, descritto nella rivista Radio n. 5, 1962. Il circuito dell'oscillatore locale è ottenuto in questo caso ancora più semplice che su un transistor (Fig. 3 ).
Il numero totale di spire nella bobina L1 viene preservato e per il collegamento con il tunnel "diodo, un avvolgimento L1 è avvolto sopra L2 dal lato della sua estremità messa a terra, contenente 10 spire di filo PELSHO 0,15. L'avvolgimento di connessione con il convertitore L3 rimane approssimativamente lo stesso, ma per la massima sensibilità, il numero di giri Le capacità dei condensatori C1 e C2 rimangono invariate, Il diodo tunnel è alimentato da una fonte comune.In questo caso, la resistenza R2 dovrebbe essere pari a 1,2 kΩ.Il diodo tunnel deve essere selezionato con una corrente massima non superiore a 1,5 mA.È più razionale applicare il suddetto circuito di stabilizzazione con l'aiuto di un transistor per alimentare il diodo.Per questo, l'amplificatore LF viene rifatto secondo il circuito mostrato in Fig. 4. Viene introdotta una connessione CC tra i transistor dell'amplificatore LF.La polarizzazione alla base del transistor T1 viene rimossa dall'emettitore del transistor T2 attraverso il circuito R4D1 e le resistenze R2, R3 La retroazione di corrente negativa che ne deriva mantiene pressoché costante la corrente di emettitore, e quindi la tensione ai capi delle resistenze R2 e R3, quando la tensione di alimentazione si riduce del 25-30% del valore nominale (è preferibile aumentare la tensione di alimentazione a 9B).
Per alimentare il diodo tunnel si utilizza una tensione di 2 V, fornita al partitore attraverso la resistenza R2 (Fig. 3), che in questo caso è assunta pari a 430 ohm. La regolazione inizia con il controllo di come cambia la tensione sull'emettitore del transistor T2 quando la tensione di alimentazione diminuisce da 6 a 4,5 V o da 9 a 6 V. Se la tensione cambia di non più del 5-10%, quindi impostando l'alimentazione tensione pari a 5,2 V (o 7,5 V a 9 V), andare all'impostazione del generatore. Per fare ciò, il rotore del condensatore variabile C2 viene posto nella posizione centrale e, regolando i valori di resistenza R1 o R2 (Fig. 3), si ottiene la massima ampiezza di oscillazione. Quindi controllare l'uniformità di generazione su tutta la gamma. Se le oscillazioni falliscono in una qualsiasi delle sue sezioni, l'avvolgimento della bobina L2 dovrebbe essere aumentato di diversi giri e l'uniformità di generazione dovrebbe essere verificata nuovamente durante la ristrutturazione. Dopo aver terminato la messa a punto dell'oscillatore locale, selezionare il numero di giri dell'avvolgimento di connessione dell'oscillatore locale con il convertitore L3 fino a ottenere la sensibilità ottimale. Quando si progettano generatori basati su diodi a tunnel, si dovrebbe cercare di ottenere il massimo fattore di qualità del circuito oscillatorio per aumentare la potenza fornita al carico. Per aumentare la potenza, puoi anche includere due o più diodi nel circuito dell'oscillatore. In questo caso, come risulta dalla considerazione dei rapporti energetici, è vantaggioso collegare in serie i diodi in corrente continua, quindi la tensione alla resistenza inferiore del divisore sarà il doppio di quella di un diodo a tunnel, e il le perdite sulla parte superiore del braccio diminuiranno. Va tenuto presente che la resistenza del braccio inferiore deve essere necessariamente costituita da due resistenze identiche e il loro punto medio deve essere collegato mediante corrente continua al punto medio di due diodi (Fig. 5). In caso contrario, è impossibile il funzionamento stabile di due diodi collegati in serie. Per la corrente alternata, i diodi possono essere collegati in parallelo o in serie. Nello schema mostrato in fig. 5 ogni diodo è collegato ad un avvolgimento separato. Per ottenere la massima potenza, l'accoppiamento di ciascun diodo a tunnel al loop deve essere regolato individualmente.
I diodi a tunnel possono essere utilizzati anche nei circuiti amplificatori aperiodici. Tuttavia, come indicato in letteratura, tali amplificatori aperiodici nelle gamme delle onde lunghe e medie sono poco pratici a causa della difficoltà di separare il carico e la sorgente del segnale. Va anche tenuto conto del fatto che i transistor, con un consumo energetico comparabile, hanno un grande guadagno nei circuiti reali rispetto ai diodi a tunnel. Gli amplificatori a diodi a tunnel risonanti sono relativamente facili da costruire. Possono essere eseguiti, ad esempio, secondo il circuito dell'oscillatore, in cui il coefficiente di retroazione è insufficiente per eccitare le oscillazioni. Tali schemi presentano tutti gli svantaggi degli amplificatori rigenerativi: instabilità della soglia di rigenerazione, possibilità di eccitazione al variare del carico, restringimento della larghezza di banda all'aumentare del guadagno. Tuttavia, tali amplificatori possono funzionare in modo abbastanza stabile se non ti sforzi di ottenere il massimo guadagno da loro. Un circuito con questo uso di un diodo a tunnel è mostrato in fig. 6. La figura mostra un diagramma della parte di ingresso di un ricevitore a guadagno diretto con un'antenna in ferrite. È noto che per far corrispondere la resistenza del circuito dell'antenna con la resistenza di ingresso del transistor, il rapporto di trasformazione del trasformatore formato dagli avvolgimenti delle bobine L1 e L2 è molto inferiore a uno.
Ciò porta al fatto che la tensione del segnale alla base del transistor risulta essere 15-20 volte inferiore alla tensione sul circuito L1C1. Nello schema riportato in Fig. 6, il coefficiente di accoppiamento è scelto molto più del solito e la presa alla base del transistor T1 è fatta da 1/5 del numero totale di spire della bobina L1. In questo caso il circuito L1C1 risulta fortemente deviato, la sua banda si espande e la sensibilità del ricevitore cala. Tuttavia, quando il diodo tunnel è collegato all'avvolgimento aggiuntivo L3, il circuito è parzialmente "scaricato", la sua attenuazione e la larghezza di banda tornano alla normalità. In questo modo è possibile ottenere un guadagno di sensibilità del ricevitore di un fattore 4-5. Il numero di spire dell'avvolgimento L3 è scelto in modo tale che l'attenuazione del circuito non sia completamente compensata e l'amplificatore non sia eccitato. Tuttavia, per ottenere la massima sensibilità, è necessario avvicinarsi il più possibile alla soglia di pilotaggio, quindi la polarizzazione del diodo tunnel è regolabile. L'avvolgimento della bobina L1 contiene 200 spire di filo PELSHO 0,15, avvolto in uno strato giro per girare su un'asta di ferrite lunga 110 mm, diametro 8,4 mm con un colpetto da 44 spire. L'avvolgimento della bobina L3 contiene 8-10 giri di filo PELSHO 0,15, è avvolto vicino all'estremità messa a terra della bobina L1. Lo svantaggio dello schema proposto è che il coefficiente di sovrapposizione del circuito di ingresso diminuisce, poiché a causa dell'aumento del coefficiente di accoppiamento, la capacità di ingresso del transistor T1 avrà un effetto più forte. Inoltre, la capacità ricalcolata del diodo tunnel verrà aggiunta alla capacità del circuito. Pertanto, se è richiesta una sovrapposizione sufficientemente ampia, è consigliabile utilizzare un diodo tunnel con una capacità minima. È più vantaggioso utilizzare amplificatori rigenerativi per una frequenza fissa, ad esempio in un amplificatore IF supereterodina (Fig. 7). Per fare ciò, un avvolgimento aggiuntivo per un diodo a tunnel viene avvolto su uno dei circuiti IF. È meglio stabilizzare la polarizzazione del diodo. Ciò ti consentirà di avvicinarti abbastanza alla soglia di rigenerazione e ottenere un guadagno di 8-10 volte. Va tenuto presente che la larghezza di banda dell'amplificatore IF si restringe notevolmente se l'inclusione del diodo a tunnel non è stata prevista in anticipo. In alcuni casi, quando un diodo è collegato, l'amplificatore può essere eccitato, sebbene il coefficiente di accoppiamento sia insufficiente per la generazione. Questo perché il guadagno della cascata con il diodo tunnel collegato diventa maggiore del valore massimo stabile.
Durante l'installazione, è necessario tenere conto del fatto che i diodi a tunnel sono soggetti a eccitazione su reattanze parassitarie. Pertanto, le conclusioni del diodo e delle parti correlate sono di lunghezza minima e l'installazione viene eseguita come se il circuito fosse destinato a funzionare a frequenze molto elevate. Non utilizzare diodi a tunnel con un'elevata frequenza di taglio nei circuiti a bassa frequenza. Quando si sperimentano diodi a tunnel, è necessario evitare picchi di corrente e tensione, altrimenti il diodo potrebbe guastarsi. Collegare e scollegare il diodo solo quando l'alimentazione è spenta. Letteratura
Autore: V. Morozov; Pubblicazione: N. Bolshakov, rf.atnn.ru
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Commenti sull'articolo: Sergei Ho letto la prima pubblicazione sulla comunicazione con un trasmettitore a diodi a tunnel a bassa potenza nella gamma di 3,5 MHz, una distanza di 240 chilometri (se la memoria non viene a mancare) nella rivista Radio (sezione All'estero) da qualche parte nei primi anni '60. Non ho trovato un diodo quindi, per l'esperimento ho assemblato un "beacon" a transistor singolo per gli stessi 3,5 MHz. Si è scoperto l'udibilità del segnale a distanze di 20 ... 60 km. Non è stato possibile continuare l'esperimento a una distanza maggiore, ha iniziato a diventare buio e potenti stazioni lontane hanno iniziato a interferire.
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