Курс лекций по дисциплине “Методы и устройства формирования радиосигналов” (Лекции 1-34. Назначение дисциплины. Радиосигнал и его характеристики. Основные этапы развития радиотехники. Паразитные излучения в формирователях. Электромагнитная совместимость в формирователях), страница 71

Здесь  - делитель напряжения в цепи питания;  - элементы блокирующие источник питания от токов высокой частоты;  - элементы резонатора, задающего частоту генерации;  - емкость связи с нагрузкой. Чтобы одновременно обеспечить высокую стабильность частоты и оптимальный энергетический режим, применяется неполное подключение резонатора к диоду.

Эквивалентная схема питания ТД имеет вид:

Рис. 4. Эквивалентная схема питания ТД.

В соответствии со схемой:

                                                     (1)

;  .

Для расчета  и  имеем систему из двух уравнений: (1) и уравнения, описывающее статическую ВАХ диода . Варианты графического решения этой системы могут быть следующие:

а                                                               б

Рис. 5. Нахождение рабочей точки ТД по постоянному току.

Тангенс угла наклона прямой линии к оси абсцисс равен – . Из этих рисунков видно, что в зависимости от значения , возможно один или три решения. Применяя условие устойчивости к вариантам решений, получим, что точка 1 на рис.5 а) – устойчива, а на рис.5 б) – неустойчива. Практически устойчивость рабочей точки на участке отрицательной крутизны ВАХ обеспечивается применение достаточно малых сопротивлений .

Расчет АГ на ТД состоит из тех же этапов, что и ТрАГ.

1)  При выборе диодов необходимо учитывать требуемую выходную мощность. Для получения высокой стабильности частоты следует применять ослабленную связь с нагрузкой, подбирая достаточно малую емкость связи . Из теории туннельных автогенераторов следует, что максимальная колебательная мощность диода: . Т.к.    для диодов на арсениде галлия, то получим соотношение для выбора диода: , а ,  – мА,  – мВ.

2)  Цель расчета режима диода состоит в нахождении оптимальной проводимости нагрузки , постоянного напряжения  на диоде, эквивалентного сопротивления источника питания . В результате расчета становятся известными амплитуда колебаний , колебательная мощность , мощность потребления , а также электронный к.п.д. АГ. При расчете режима диода необходимо учитывать условия существования стационарного режима, самовозбуждения и устойчивости по постоянному току.

3)  На заключительном этапе проводится расчет резонатора и цепи питания. При необходимости с порядком расчета АГ на туннельном диоде можно ознакомиться в специальной литературе.

Самая распространенная схема автогенератора на туннельном диоде с кварцевой стабилизацией имеет вид:

Рис. 6. Принципиальная электрическая схема автогенератора

на туннельном диоде с кварцем.

Здесь генерация происходит на последовательном резонансе на частоте , для чего LC-контур настраивается в резонанс с . На частоте  кварцевый резонатор эквивалентен малому сопротивлению . Если им пренебречь, то схема колебательного контура автогенератора примет вид, показанный на рис.7.

Рис. 7. Эквивалентная схема контура АГ при .

Резонансная проводимость нагрузки в точках подключения ТД к контуру: , где ;  - добротность контура;  - волновое сопротивление контура.

В специальной литературе доказывается, что при выборе  из условия

, где  - максимальный модуль крутизны статической ВАХ диода, колебания не возбуждаются ни на какой частоте. Это важно для ТД, поскольку его самовозбуждение возможно на любом паразитном резонансе. При таком выборе  резонансная проводимость контура:

,  т.к. .

Для возникновения колебаний в АГ следует выполнить условие самовозбуждения .

Чтобы исключить влияние емкости кварцедержателя необходимо выполнить условие: . Здесь .