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ENCICLOPEDIA DE RADIOELECTRÓNICA E INGENIERÍA ELÉCTRICA Algunos esquemas sobre diodos de túnel. Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica.
Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica. / Varios dispositivos electrónicos La forma más sencilla es construir circuitos auto-osciladores utilizando diodos de túnel. Dado que el diodo túnel es un dispositivo de dos terminales con una resistencia negativa, estable en voltaje, cuando se le conecta un circuito oscilatorio paralelo, puede generar. En este caso, la resistencia negativa del diodo compensará las pérdidas y pueden surgir y mantenerse oscilaciones no amortiguadas en el circuito. Los diodos de túnel ordinarios de baja frecuencia funcionan bien a frecuencias iguales a unidades de megahercios. Los diodos de mayor frecuencia, en los que se reducen la capacitancia de la unión y la inductancia del conductor, generan frecuencias de miles de megahercios. Sin embargo, debido a los pequeños valores de la sección de la característica corriente-voltaje de un diodo con resistencia negativa, la potencia que da a cualquier frecuencia es de fracciones de mW. Para que la forma de las oscilaciones generadas no se distorsione, por regla general, se utiliza una conexión parcial del diodo al circuito generador. En este caso, la resistencia de pérdida dada a los terminales del diodo debe ser igual a su resistencia negativa. En circuitos reales, la resistencia de pérdida reducida se elige para que sea mayor que la negativa. resistencia del diodo túnel para garantizar una excitación fiable del generador con cambios de temperatura, tensión de alimentación y frecuencia. Dado que la resistencia de pérdida en paralelo en los circuitos oscilatorios reales supera significativamente la resistencia de un diodo túnel, la derivación debe realizarse a partir de una pequeña parte de las espiras del circuito (Fig. 1). Parte de la potencia vibratoria se liberará en la resistencia interna de la fuente de polarización, por lo que debe ser lo más pequeña posible.
Por lo general, los diodos de túnel funcionan con un divisor de voltaje, lo que desperdicia energía. De hecho, para los diodos de germanio, la tensión de polarización en el modo de generación es de 0,1-0,15 V, y la tensión mínima de la gran mayoría de las fuentes de corriente química es de 1,2-2 V, por lo que es necesario utilizar divisores de tensión en la potencia. circuito. En este caso, aproximadamente el 80-90 % del consumo total de energía se disipa en el divisor. Por razones de economía, es recomendable utilizar fuentes con el voltaje más bajo posible para alimentar diodos de túnel. La resistencia de salida del divisor de voltaje se elige en el rango de 5-10 ohmios, y solo en dispositivos donde se requiere la mayor eficiencia, se aumenta a 20-30 ohmios. La resistencia negativa del diodo túnel debe exceder la resistencia del divisor entre 5 y 10 veces. No es aconsejable derivar resistencias tan pequeñas con condensadores para reducir las pérdidas de energía de alta frecuencia, ya que en algunos casos esto puede provocar un funcionamiento inestable del generador, especialmente si su modo se seleccionó de acuerdo con la potencia máxima de salida. La resistencia negativa del diodo túnel depende en gran medida de la posición del punto de funcionamiento, por lo que si la tensión de alimentación cambia un 10 %, el funcionamiento normal del generador puede interrumpirse por completo. Por lo tanto, cuando se alimentan diodos de fuentes de corriente química (baterías, acumuladores), es muy difícil garantizar su funcionamiento estable. Lo más recomendable es alimentarlos con elementos de óxido de mercurio, cuyo voltaje cambia ligeramente durante el funcionamiento, y en algunos casos es necesario usar un voltaje preestabilizado o usar resistencias no lineales en el divisor, en la parte superior del brazo, estabilizando la corriente, y en el brazo inferior - voltaje. Entonces, si en el circuito del oscilador (Fig. 2, a) en lugar de la resistencia R2, se usa un diodo de germanio D11 en conexión directa, como se muestra en la fig. 2, b, la estabilidad del generador mejorará y cuando el voltaje de suministro cambie de 1,5 a 1 V, no se requieren ajustes.
En los diagramas anteriores de autoosciladores a una frecuencia de 465 kHz, la bobina L1 está enrollada en un marco de poliestireno de 4 secciones con un diámetro de 4 mm con un núcleo de ferrita F-1000 con un diámetro de 2,8 y una longitud de 12 milímetro El devanado de la bobina contiene 220 vueltas de cable PEV 0,13 con un grifo de 18 vueltas. El voltaje de alta frecuencia en el circuito es 1 Veff. Todos los métodos de estabilización mencionados anteriormente complican un poco los circuitos y, en algunos casos, aumentan el consumo de energía, por lo que no han encontrado una amplia aplicación. En los equipos, los diodos de túnel se usan con mayor frecuencia junto con los transistores. Se sabe que en un transistor, la corriente del emisor depende relativamente poco del voltaje de suministro del colector, especialmente si la polarización del transistor está estabilizada de alguna manera. Por lo tanto, al alimentar los diodos con la corriente de emisor del transistor, puede obtener una ganancia no solo en estabilidad, sino también en eficiencia. Este último aumenta aquí debido al hecho de que se eliminan las pérdidas en el brazo superior del divisor y la potencia adicional consumida por el diodo de túnel es pequeña. Además de los generadores sintonizados a una frecuencia fija, los diodos de túnel también se pueden usar en generadores de rango. Es cierto que en este caso, es necesario seleccionar con más cuidado la conexión entre el diodo y el circuito para mantener la amplitud de la oscilación y la potencia en la carga en un nivel dado en todo el rango superpuesto. Un ejemplo de tal uso de un diodo de túnel es el circuito oscilador local para un receptor superheterodino, descrito en la revista Radio No. 5, 1962. El circuito oscilador local se obtiene en este caso incluso más simple que en un transistor (Fig. 3 ).
Se conserva el número total de vueltas en la bobina L1, y para la conexión con el diodo de túnel, se enrolla un devanado L1 encima de L2 desde el lado de su extremo conectado a tierra, que contiene 10 vueltas de cable PELSHO 0,15. El devanado de conexión con el convertidor L3 permanece aproximadamente igual, pero para la mayor sensibilidad, el número de vueltas Las capacitancias de los capacitores C1 y C2 permanecen sin cambios. El diodo de túnel se alimenta desde una fuente común. En este caso, la resistencia R2 debe ser igual a 1,2 kΩ.El diodo túnel debe seleccionarse con una corriente máxima no superior a 1,5 mA.Es más racional que para alimentar el diodo, aplique el circuito de estabilización mencionado anteriormente con la ayuda de un transistor.Para ello, se rehace el amplificador LF de acuerdo con el circuito que se muestra en la Fig. 4. Se introduce una conexión de CC entre los transistores del amplificador LF. La polarización a la base del transistor T1 se elimina del emisor del transistor T2 a través del circuito R4D1 y las resistencias R2, R3 La retroalimentación de corriente negativa resultante mantiene la corriente del emisor y, por lo tanto, el voltaje a través de las resistencias R2 y R3, casi constante cuando el voltaje de suministro se reduce en un 25-30% del valor nominal (es mejor aumentar el voltaje de suministro a 9B).
Para alimentar el diodo túnel se utiliza una tensión de 2 V, suministrada al divisor a través de la resistencia R2 (Fig. 3), que en este caso se toma como de 430 ohmios. El ajuste comienza con la verificación de cómo cambia el voltaje en el emisor del transistor T2 cuando el voltaje de suministro disminuye de 6 a 4,5 V o de 9 a 6 V. Si el voltaje cambia en no más del 5-10%, luego ajuste el suministro voltaje igual a 5,2 V (o 7,5 V a 9 V), vaya a la configuración del generador. Para ello, el rotor del condensador variable C2 se coloca en la posición media y, ajustando los valores de resistencia R1 o R2 (Fig. 3), se consigue la máxima amplitud de oscilación. Luego verifique la uniformidad de generación en todo el rango. Si fallan las oscilaciones en alguno de sus tramos, se debe aumentar el bobinado de la bobina L2 en varias vueltas y se debe verificar nuevamente la uniformidad de generación durante la reestructuración. Habiendo terminado de sintonizar el oscilador local, se selecciona el número de vueltas del devanado de conexión del oscilador local con el convertidor L3 hasta obtener la sensibilidad óptima. Al diseñar generadores basados en diodos túnel, se debe esforzar en obtener el máximo factor de calidad del circuito oscilatorio para aumentar la potencia entregada a la carga. Para aumentar la potencia, también puede incluir dos o más diodos en el circuito del oscilador. En este caso, como se desprende de la consideración de las relaciones de energía, es ventajoso conectar los diodos en corriente continua en serie, entonces el voltaje en la resistencia más baja del divisor será el doble que para un diodo túnel, y el las pérdidas en la parte superior del brazo disminuirán. Debe tenerse en cuenta que la resistencia del brazo inferior debe consistir necesariamente en dos resistencias idénticas, y su punto medio debe estar conectado por corriente continua al punto medio de dos diodos (Fig. 5). De lo contrario, es imposible el funcionamiento estable de dos diodos conectados en serie. Para corriente alterna, los diodos se pueden conectar en paralelo o en serie. En el diagrama que se muestra en la fig. 5 cada diodo está conectado a un devanado separado. Para obtener la máxima potencia, el acoplamiento de cada diodo túnel al bucle debe ajustarse individualmente.
Los diodos de túnel también se pueden usar en circuitos amplificadores aperiódicos. Sin embargo, como se indica en la literatura, tales amplificadores aperiódicos en los rangos de ondas largas y medias no son muy prácticos debido a la dificultad de separar la carga y la fuente de la señal. También debe tenerse en cuenta que los transistores, con un consumo de energía comparable, tienen una gran ganancia en circuitos reales en comparación con los diodos de túnel. Los amplificadores de diodo de túnel resonante son relativamente fáciles de construir. Pueden realizarse, por ejemplo, según el circuito oscilador, en el que el coeficiente de realimentación es insuficiente para excitar oscilaciones. Dichos esquemas tienen todas las desventajas de los amplificadores regenerativos: inestabilidad del umbral de regeneración, posibilidad de excitación cuando cambia la carga, estrechamiento del ancho de banda al aumentar la ganancia. Sin embargo, tales amplificadores pueden funcionar de manera bastante estable si no se esfuerza por obtener la máxima ganancia de ellos. Un circuito con este uso de un diodo túnel se muestra en la fig. 6. La figura muestra un diagrama de la parte de entrada de un receptor de ganancia directa con antena de ferrita. Se sabe que para hacer coincidir la resistencia del circuito de antena con la resistencia de entrada del transistor, la relación de transformación del transformador formado por los devanados de las bobinas L1 y L2 es mucho menor que uno.
Esto lleva al hecho de que el voltaje de la señal en la base del transistor resulta ser 15-20 veces menor que el voltaje en el circuito L1C1. En el diagrama que se muestra en la Fig. 6, el coeficiente de acoplamiento se elige mucho más de lo habitual y la derivación a la base del transistor T1 se realiza a partir de 1/5 del número total de vueltas de la bobina L1. En este caso, el circuito L1C1 resulta estar muy desviado, su banda se expande y la sensibilidad del receptor cae. Sin embargo, cuando el diodo de túnel se conecta al devanado adicional L3, el circuito se "descarga" parcialmente, su atenuación y ancho de banda vuelven a la normalidad. De esta forma, es posible obtener una ganancia en la sensibilidad del receptor por un factor de 4-5. El número de vueltas del devanado L3 se elige de modo que la atenuación del circuito no se compense por completo y el amplificador no se excite. Sin embargo, para obtener la máxima sensibilidad, debe acercarse lo más posible al umbral de activación, por lo que la polarización del diodo de túnel se puede ajustar. El devanado de la bobina L1 contiene 200 vueltas de alambre PELSHO 0,15, enrollado en una vuelta de capa para girar sobre una varilla de ferrita de 110 mm de largo, 8,4 mm de diámetro con una derivación de 44 vueltas. El devanado de la bobina L3 contiene 8-10 vueltas de cable PELSHO 0,15, se enrolla cerca del extremo conectado a tierra de la bobina L1. La desventaja del esquema propuesto es que el coeficiente de superposición del circuito de entrada disminuye, ya que debido al aumento del coeficiente de acoplamiento, la capacitancia de entrada del transistor T1 tendrá un efecto más fuerte. Además, la capacitancia recalculada del diodo túnel se agregará a la capacitancia del circuito. Por lo tanto, si se requiere una superposición suficientemente grande, es recomendable utilizar un diodo túnel con una capacitancia mínima. Es más ventajoso usar amplificadores regenerativos para una frecuencia fija, por ejemplo, en un amplificador de FI superheterodino (Fig. 7). Para hacer esto, se enrolla un devanado adicional para un diodo de túnel en uno de los circuitos de FI. Es mejor estabilizar la polarización del diodo. Esto le permitirá acercarse lo suficiente al umbral de regeneración y obtener una ganancia de 8 a 10 veces. Hay que tener en cuenta que el ancho de banda del amplificador de FI se estrecha mucho si no se previó de antemano la inclusión del diodo túnel. En algunos casos, cuando se conecta un diodo, el amplificador puede estar excitado, aunque el coeficiente de acoplamiento sea insuficiente para la generación. Esto se debe a que la ganancia de la cascada con el diodo túnel conectado se vuelve mayor que el valor máximo estable.
Durante la instalación, se debe tener en cuenta que los diodos de túnel son propensos a excitarse con reactancias parásitas. Por lo tanto, las conexiones del diodo y las partes relacionadas están hechas de una longitud mínima y la instalación se lleva a cabo como si el circuito estuviera destinado a operar a frecuencias muy altas. No utilice diodos de túnel con una frecuencia de corte alta en circuitos de baja frecuencia. Al experimentar con diodos de túnel, se deben evitar las sobretensiones de corriente y voltaje, de lo contrario, el diodo puede fallar. Conecte y desconecte el diodo solo cuando la alimentación esté apagada. Literatura
Autor: V. Morozov; Publicación: N. Bolshakov, rf.atnn.ru
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Comentarios sobre el artículo: Sergei Leí la primera publicación sobre la comunicación con un transmisor basado en un diodo túnel de baja potencia en el rango de 3,5 MHz, una distancia de 240 kilómetros (si la memoria no falla) en la revista Radio (sección Extranjero) allá por los años 60. Entonces no encontré un diodo, para el experimento ensamblé una "baliza" de un solo transistor para los mismos 3,5 MHz. Resultó la audibilidad de la señal a distancias de 20 ... 60 km. No fue posible continuar el experimento a mayor distancia, comenzó a oscurecer y poderosas estaciones distantes comenzaron a interferir.
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