Certains circuits utilisant des diodes tunnel. Encyclopédie de la radioélectronique et de l'électrotechnique

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Le moyen le plus simple consiste à construire des circuits oscillateurs à l'aide de diodes tunnel. La diode tunnel étant un dispositif à deux bornes avec une résistance négative, stable en tension, lorsqu'un circuit oscillant parallèle lui est connecté, elle peut générer. Dans ce cas, la résistance négative de la diode compensera les pertes, et des oscillations non amorties peuvent survenir et se maintenir dans le circuit. Les diodes tunnel basse fréquence ordinaires fonctionnent bien à des fréquences égales à des unités de mégahertz.

Les diodes à fréquence plus élevée, qui ont une capacité de jonction réduite et une inductance de plomb réduite, génèrent des fréquences de plusieurs milliers de mégahertz. Cependant, en raison des petites valeurs de la section de la caractéristique courant-tension d'une diode à résistance négative, la puissance qu'elle délivre à n'importe quelle fréquence est une fraction de mW. Pour éviter que la forme des oscillations générées ne soit déformée, une connexion partielle de la diode au circuit générateur est généralement utilisée. Dans ce cas, la résistance de perte réduite aux bornes de la diode doit être égale à sa résistance négative. Dans les circuits réels, la résistance de perte réduite est choisie supérieure à négative. résistance de la diode tunnel afin de garantir une excitation fiable du générateur lors des changements de température, de tension d'alimentation et de fréquence.

Étant donné que la résistance de perte parallèle dans les circuits oscillants réels dépasse largement la résistance d'une diode tunnel, la prise doit être réalisée à partir d'une petite partie des spires du circuit (Fig. 1). Une partie de la puissance vibratoire sera libérée sur la résistance interne de la source de polarisation, elle doit donc être aussi petite que possible.

Fig. 1

En règle générale, les diodes tunnel sont alimentées par un diviseur de tension, ce qui entraîne une consommation d'énergie gaspillée. En effet, pour les diodes au germanium, la tension de polarisation en mode génération est de 0,1-0,15 V, et la tension minimale de la grande majorité des sources de courant chimique est de 1,2-2 V, c'est pourquoi il est nécessaire d'utiliser des diviseurs de tension dans le circuit d'alimentation. . Dans ce cas, environ 80 à 90 % de la consommation électrique totale est dissipée sur le diviseur. Pour des raisons économiques, il est conseillé d'utiliser des sources ayant la tension la plus basse possible pour alimenter les diodes tunnel. La résistance de sortie du diviseur de tension est sélectionnée dans la plage de 5 à 10 Ohms, et ce n'est que dans les appareils où la plus grande efficacité est requise qu'elle est augmentée à 20-30 Ohms. La résistance négative de la diode tunnel doit dépasser la résistance du diviseur de 5 à 10 fois. Il n'est pas conseillé de contourner de si petites résistances avec des condensateurs pour réduire les pertes d'énergie haute fréquence, car dans certains cas, cela peut conduire à un fonctionnement instable du générateur, surtout si son mode a été sélectionné en fonction de la puissance de sortie maximale.

La résistance négative de la diode tunnel est fortement dépendante de la position du point de fonctionnement, de sorte que si la tension d'alimentation change de 10%, le fonctionnement normal du générateur peut être complètement perturbé. Par conséquent, lors de l'alimentation de diodes à partir de sources de courant chimiques - batteries, accumulateurs, il est très difficile d'assurer leur fonctionnement stable. Il est préférable de les alimenter à partir d'éléments à oxyde de mercure, dont la tension change légèrement pendant le fonctionnement, et dans certains cas, il est nécessaire d'utiliser une tension pré-stabilisée ou d'utiliser des résistances non linéaires dans le diviseur - dans le bras supérieur, stabilisant le courant, et dans le bras inférieur - tension. Ainsi, si dans le circuit oscillateur (Fig. 2, a) au lieu de la résistance R2, une diode au germanium D11 est utilisée en connexion directe, comme illustré à la fig. 2, b, la stabilité du générateur s'améliore et lorsque la tension d'alimentation passe de 1,5 à 1 V, aucun réglage n'est nécessaire.

Fig. 2

Dans les circuits ci-dessus d'auto-oscillateurs à une fréquence de 465 kHz, la bobine L1 est enroulée sur un cadre en polystyrène à 4 sections d'un diamètre de 4 mm avec un noyau de ferrite F-1000 d'un diamètre de 2,8 et d'une longueur de 12 mm. Le bobinage contient 220 tours de fil PEV 0,13 avec une prise de 18 tours. La tension haute fréquence sur le circuit est de 1 Veff.

Toutes les méthodes de stabilisation mentionnées ci-dessus compliquent quelque peu les circuits et, dans certains cas, augmentent la consommation d'énergie, de sorte qu'elles n'ont pas trouvé une large application. Dans les équipements, les diodes tunnel sont le plus souvent utilisées en conjonction avec des transistors. On sait que dans un transistor, le courant d'émetteur dépend relativement peu de la tension d'alimentation du collecteur, surtout si la polarisation du transistor est quelque peu stabilisée. Par conséquent, lorsque vous alimentez les diodes avec le courant d'émetteur du transistor, vous pouvez obtenir un gain non seulement en stabilité, mais également en efficacité. Cette dernière augmente ici du fait que les pertes sur le bras supérieur du diviseur sont supprimées et que la puissance supplémentaire consommée par la diode tunnel est faible.

En plus des générateurs réglés sur une fréquence fixe, les diodes tunnel peuvent également être utilisées dans les générateurs de gamme. Certes, dans ce cas, il est nécessaire de sélectionner plus soigneusement la connexion entre la diode et le circuit afin de maintenir l'amplitude de l'oscillation et la puissance dans la charge à un niveau donné dans toute la plage de chevauchement. Un exemple d'une telle utilisation d'une diode tunnel est le circuit oscillateur local pour un récepteur superhétérodyne, décrit dans le magazine Radio n ° 5, 1962. Le circuit oscillateur local est obtenu dans ce cas encore plus simple que sur un transistor (Fig. 3 ).

Fig. 3

Le nombre total de tours dans la bobine L1 est maintenu et pour la communication avec la diode tunnel, l'enroulement L1 est enroulé au-dessus de L2 à partir de son extrémité mise à la terre, contenant 10 tours de fil PELSHO 0,15. L'enroulement de connexion avec le convertisseur L3 reste approximativement le idem, mais pour une plus grande sensibilité il faut re-sélectionner le nombre de tours. Les capacités des condensateurs C1 et C2 restent inchangées, La diode tunnel est alimentée par une source commune. Dans ce cas, la résistance R2 doit être égale à 1,2 com. La diode tunnel doit être sélectionnée avec un courant maximum ne dépassant pas 1,5 mA. Il est plus rationnel pour l'alimentation de la diode, d'appliquer le circuit de stabilisation mentionné ci-dessus à l'aide d'un transistor. Pour ce faire, l'amplificateur basse fréquence est refait selon le circuit représenté sur la figure 4. Une connexion en courant continu est introduite entre les transistors et l'amplificateur basse fréquence. La polarisation de la base du transistor T1 est supprimée de l'émetteur du transistor T2 à travers la chaîne R4D1, et résistances R2, R3. Le retour de courant négatif qui se produit maintient le courant de l'émetteur, et donc la tension aux bornes des résistances R2 et R3, presque constant lorsque la tension d'alimentation diminue de 25 à 30 % de la valeur nominale (il est préférable d'augmenter la tension d'alimentation tension à 9 V).

Ris.4

Pour alimenter la diode tunnel, on utilise une tension de 2 V, fournie au diviseur via la résistance R2 (Fig. 3), qui dans ce cas est prise égale à 430 Ohms. La configuration commence par vérifier comment la tension à l'émetteur du transistor T2 change lorsque la tension d'alimentation diminue de 6 à 4,5 V ou de 9 à 6 V. Si la tension ne change pas de plus de 5 à 10 %, réglez la tension d'alimentation. égale à 5,2 V (ou 7,5 V à 9 V), procéder à la mise en place du générateur. Pour ce faire, le rotor du condensateur variable C2 est placé en position médiane et, en ajustant les valeurs de résistance R1 ou R2 (Fig. 3), l'amplitude maximale des oscillations est atteinte. Vérifiez ensuite l'uniformité de la génération sur toute la plage. Si les oscillations se brisent dans l'une de ses sections, vous devez augmenter l'enroulement de la bobine L2 de plusieurs tours et vérifier à nouveau l'uniformité de la génération lors du réglage. Après avoir terminé la configuration de l'oscillateur local, sélectionnez le nombre de tours de l'enroulement de couplage de l'oscillateur local avec le convertisseur L3 jusqu'à obtention d'une sensibilité optimale.

Lors de la conception de générateurs à base de diodes tunnel, il convient de s'efforcer d'obtenir le facteur de qualité maximal du circuit oscillant afin d'augmenter la puissance délivrée à la charge. Pour augmenter la puissance, vous pouvez également inclure deux diodes ou plus dans le circuit de l'oscillateur. Dans ce cas, comme il ressort de la considération des rapports d'énergie, il est avantageux de connecter les diodes en courant continu en série, alors la tension à la résistance inférieure du diviseur sera deux fois plus élevée que pour une diode tunnel, et la les pertes sur le haut du bras diminueront. Il faut garder à l'esprit que la résistance du bras inférieur doit nécessairement être constituée de deux résistances identiques et que leur point médian doit être relié en courant continu au point médian de deux diodes (Fig. 5). Sinon, un fonctionnement stable de deux diodes connectées en série est impossible. Pour le courant alternatif, les diodes peuvent être connectées en parallèle ou en série. Dans le diagramme montré à la fig. 5 chaque diode est reliée à un enroulement séparé. Pour obtenir le maximum de puissance, le couplage de chaque diode tunnel à la boucle doit être ajusté individuellement.

Ris.5

Les diodes tunnel peuvent également être utilisées dans les circuits amplificateurs apériodiques. Cependant, comme indiqué dans la littérature, de tels amplificateurs apériodiques dans les domaines des ondes longues et moyennes sont peu pratiques en raison de la difficulté à séparer la charge et la source du signal. Il faut également tenir compte du fait que les transistors, à consommation d'énergie comparable, ont un gain important dans les circuits réels par rapport aux diodes tunnel.

Les amplificateurs à diode tunnel résonnants sont relativement faciles à construire. Ils peuvent être réalisés, par exemple, selon le circuit oscillateur, dans lequel le coefficient de rétroaction est insuffisant pour exciter des oscillations. De tels schémas présentent tous les inconvénients des amplificateurs régénératifs: instabilité du seuil de régénération, possibilité d'excitation lorsque la charge change, rétrécissement de la bande passante avec un gain croissant. Cependant, de tels amplificateurs peuvent fonctionner de manière assez stable si vous ne vous efforcez pas d'en tirer le maximum de gain. Un circuit avec cette utilisation d'une diode tunnel est illustré à la fig. 6. La figure montre un schéma de la partie d'entrée d'un récepteur à gain direct avec une antenne en ferrite. On sait que pour faire correspondre la résistance du circuit d'antenne avec la résistance d'entrée du transistor, le rapport de transformation du transformateur formé par les enroulements des bobines L1 et L2 est très inférieur à un.

Riz. 6. La plaque supérieure du condensateur C1 doit être mise à la terre.

Cela conduit au fait que la tension du signal à la base du transistor est 15 à 20 fois inférieure à la tension sur le circuit L1C1. Dans le schéma présenté à la Fig. 6, le coefficient de couplage est choisi nettement plus élevé que d'habitude et la prise vers la base du transistor T1 est réalisée à partir de 1/5 du nombre total de spires de la bobine L1. Dans ce cas, le circuit L1C1 s'avère fortement shunté, sa bande s'étend et la sensibilité du récepteur chute. Cependant, lorsqu'une diode tunnel est connectée à l'enroulement supplémentaire L3, le circuit est partiellement « déchargé », son atténuation et sa bande passante reviennent à des valeurs normales. De cette manière, il est possible d'obtenir un gain de sensibilité du récepteur de 4 à 5 fois. Le nombre de tours de l'enroulement L3 est choisi de manière à ce que l'atténuation du circuit ne soit pas entièrement compensée et que l'amplificateur ne soit pas excité. Cependant, pour obtenir une sensibilité maximale, il faut se rapprocher le plus possible du seuil d'excitation, c'est pourquoi la polarisation de la diode tunnel est rendue réglable. Le bobinage de la bobine L1 contient 200 tours de fil PELSHO 0,15, enroulé en une seule couche de tour pour tourner sur une tige de ferrite de 110 mm de long, 8,4 mm de diamètre avec une prise de 44 tours. L'enroulement de la bobine L3 contient 8 à 10 tours de fil PELSHO 0,15, il est enroulé près de l'extrémité mise à la terre de la bobine L1. L'inconvénient du circuit proposé est que le coefficient de chevauchement du circuit d'entrée diminue, car en raison de l'augmentation du coefficient de couplage, la capacité d'entrée du transistor T1 sera davantage affectée. De plus, la capacité recalculée de la diode tunnel sera ajoutée à la capacité du circuit. Par conséquent, si un chevauchement suffisamment important est requis, il est conseillé d'utiliser une diode tunnel avec une capacité minimale.

Il est plus avantageux d'utiliser des amplificateurs régénératifs pour une fréquence fixe, par exemple dans un amplificateur IF superhétérodyne (Fig. 7). Pour ce faire, un enroulement supplémentaire pour une diode tunnel est enroulé sur l'un des circuits IF. Il est préférable de stabiliser la polarisation de la diode. Cela vous permettra de vous rapprocher suffisamment du seuil de régénération et d'obtenir un gain de gain de 8 à 10 fois supérieur. Il faut tenir compte du fait que la bande passante de l'amplificateur IF se rétrécit fortement si l'inclusion de la diode tunnel n'a pas été prévue à l'avance. Dans certains cas, lorsqu'une diode est connectée, l'amplificateur peut être excité, bien que le coefficient de couplage soit insuffisant pour la génération. En effet, le gain de la cascade avec la diode tunnel connectée devient supérieur à la valeur maximale stable.

Ris.7

Lors de l'installation, il faut tenir compte du fait que les diodes tunnel sont sujettes à une excitation sur des réactances parasites. Par conséquent, les conclusions de la diode et des pièces connexes sont faites d'une longueur minimale, et l'installation est réalisée comme si le circuit était destiné à fonctionner à des fréquences très élevées. N'utilisez pas de diodes tunnel avec une fréquence de coupure élevée dans les circuits basse fréquence.

Lors de l'expérimentation de diodes tunnel, les surtensions et les surtensions doivent être évitées, sinon la diode peut tomber en panne. Connectez et déconnectez la diode uniquement lorsque l'alimentation est coupée.

littérature

1. S.G. Madoyan, Yu.S. Tikhovtsev. A. F. Trutko - Diode tunnel. Collection "Dispositifs semi-conducteurs et leurs applications" éditée par Ya. A. Fedotov. sept.
2. KS Rzhevkin "Tunnel Diode" Mass Radio Library "numéro 452, State Energy Publishing House, 1962
3. Akchurin E. A., Styblik V. A. Générateurs sur diodes tunnel à puissance accrue, Radio engineering, 1963, volume 18, n° 11.
4. Williams, Hamilton Comment rendre les diodes tunnel encore plus utiles, Electronics, 7 juin 1963, V 36. N° 23.

Auteur : V. Morozov ; Publication : N. Bolshakov, rf.atnn.ru

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