Генератор на аналоге туннельного диода

РадиоМир 2005 №2

В работе [1] рассмотрен транзисторный аналог туннельного диода (АТД) Схема такого аналога приведена на рис.1. В цепь базы транзистора VT1 включён стабилитрон VD1. VT1 вначале закрыт, поскольку закрыт VD1, и смещение на базе VT1 отсутствует, a VT2 открыт. При повышении напряжения, приложенного к клеммам А и В, ток через VT2 возрастает довольно быстро. За счёт этого образуется "восходящая" ветвь вольт-амперной характеристики (ВАХ) АТД. После достижения напряжения пробоя стабилитрона VD1 начинается быстрый рост тока базы VT1, и, соответственно, этот транзистор постепенно открывается, a VT2 - закрывается. Это ведёт к уменьшению тока через АТД, т.е. формируется "падающая" ветвь ВАХ с отрицательным сопротивлением.

Рис.1 Генератор на аналоге туннельного диода

Рис.2 Генератор на аналоге туннельного диода

На второй, "восходящей", ветви ВАХ ток АТД определяется, в основном, током, проходящим через VD1 и R1. Однако использование в схеме [1] низкочастотных транзисторов не позволяет такому АТД работать на достаточно высоких частотах. Этот недостаток можно устранить, используя ВЧ-транзисторы. Стабилитрон VD1, работая в режиме пробоя, является источником сильных шумов, в связи с чем и сам АТД получается достаточно "шумящим". Если заменить стабилитрон цепочкой из последовательно включённых диодов (рис.2), шумы схемы значительно снижаются.

Рис.3 генератор на АТД

Работа генератора на АТД (рис.3) из-за наличия участка с отрицательным сопротивлением требует питания от источника напряжения (с низким внутренним сопротивлением). При измерениях оказалось, что большинство тестеров на пределе измерения тока до 50 мА имеют очень большое внутреннее сопротивление и не позволяют измерять ВАХ АТД. Поэтому автором используется токовый зонд - резистор с сопротивлением 1 Ом. Для измерения тока определяется падение напряжения на этом резисторе. На "падающей" ветви ВАХ АТД, вследствие наличия паразитных ре-активностей, часто начинает генерировать. Для устранения такой паразитной генерации вольтметр подключают к токовому зонду через два резистора по 10 кОм, припаянных к концам резистора зонда. Но даже такие меры не исключают полностью появления гистерезисных явлений. Наблюдается некоторое отличие ВАХ, снятой в "прямом" направлении (при увеличении напряжения на АТД), от ВАХ, полученной при уменьшении соответствующего напряжения.

На рис.4 приведена ВАХ АТД, снятая при увеличении напряжения на нём. Как видно, эта ВАХ имеет N-об-разный вид. Напряжение на АТД, при котором возникают колебания в LC-контуре (рис.3), имеет довольно узкий диапазон (около 0,2 В). На рис.4 эта зона выделена. С точки зрения генерирования колебаний узкая зона генерации является недостатком, поскольку для получения генерации требуется точная установка напряжения питания. Однако данный недостаток, с другой стороны, является и определенным преимуществом, так как появляется возможность управлять генерацией относительно небольшим изменением напряжения питания. На основании графика, приведённого на рис.4, можно определить ряд параметров АТД, например, величину его отрицательного сопротивления.

Рис.4 Осциллограмма

Считая, что между точками 1 и 2 график представляет собой прямую линию, приблизительно определим дифференциальное отрицательное сопротивление на этом участке:

Rд=dU/dI=(4,8-4,3)/((6,7-24,8)*10^-3) = 5*10^-1/(-1,81*10^-2) = -27,6 (Ом)

Возвращаясь к рассмотрению схем, представленных на рис.1 и 2, следует отметить, что напряжение пика для таких схем с достаточно большой точностью можно считать равным напряжению пробоя стабилитрона или напряжению отпирания цепочки диодов.

Рис.5 Осциллограмма

Напряжение "впадины" примерно на 0,5 В (рис.1) и 1 В (рис.2) больше напряжения пика, что, видимо, связано с напряжением насыщения транзисторов. ВЧ-напряжение на контуре снято в режиме уменьшения напряжения питания с использованием высокоомного ВЧ-вольтметра, подключённого непосредственно к LC-контуру. График изменения ВЧ-напряжения на контуре генератора (эффективное значение) приведён на рис.5 (В - достоверная часть графика, А - ветвь, подлежащая уточнению).

Литература:
1. Тележинский П. Аналог туннельного диода. - Радио, 1977, N4, С.30.
2. Гоноровский И.С. Радиотехнические цепи и сигналы. - М.: Советское радио, 1977.

В. АРТЕМЕНКО, UT5UDJ, г.Киев.