3.6. Генератор на туннельном диоде. Шумовой генератор

В сантиметровом и миллиметровом диапазонах длин волн широкое применение нашли автогенераторы на диодах, имеющих спадающий участок вольт – амперной характеристики (диоды имеют отрицательное дифференциальное сопротивление). К таким диодам относятся: туннельный диод; лавинно – пролетный диод и диоды с междолинным электронным переходом. Упрощенная схема автогенератора на туннельном диоде приведена на рис. 3.9.

В схеме: L – индуктивность колебательного контура; С₀ - собственная (как правило) емкость туннельного диода, являющаяся элементом колебательного контура; L_БЛ и С_БЛ – элементы блокировочного фильтра, обеспечивающего развязку цепей постоянного и переменного токов (постоянная составляющая тока протекает через индуктивность L_БЛ, а ток высокой частоты – через конденсатор С_БЛ); Е₀ = источник смещения, обеспечивающий выбор рабочей точки на спадающем участке ВАХ туннельного диода.

С физической точки зрения работу такого генератора можно пояснить следующим образом: за счет отрицательного дифференциального сопротивления туннельного диода в контур генератора вносится больше энергии, чем выделяется на сопротивлении нагрузки. В рассматриваемом случае это активное сопротивление колебательного контура.

Туннельный диод – маломощный полупроводниковый прибор, позволяющий генерировать колебания с мощностью, выделяемой на нагрузке порядка 20 .. 30 мкВт. В ряде случаев этой мощности оказывается достаточно.

Генераторы шумовых сигналов вырабатывают флюктуационные напряжения с определенными вероятностными характеристиками. Структурная схема шумового генератора приведена на рис.24.6.

Задающий генератор, как основная часть схемы, формирует флуктуационный шум с равномерной спектральной плотностью в широком диапазоне частот. В качестве источника шума, как правило, используется нагретый до определенной и постоянной температуры проволочный резистор, тепловой шум которого удовлетворяет требованиям вероятностных характеристик. В генераторах шума также используются ФЭУ, газоразрядные трубки, шумовые диоды и др.

Преобразователи шумовых генераторов могут включать фильтры, ограничители, генераторы перестраиваемой частоты. Их назначение – формирование (с помощью органов управления генератора) шума с заданными вероятностными характеристиками.

Выходным элементом генератора является калибровочный аттенюатор, обеспечивающий постоянство коэффициента деления мощности шума в рабочей полосе частот.

3.7. Цифровые генераторы низких частот

На смену аналоговым генераторам низких частот активно приходят цифровые генераторы, обладающие несомненными преимуществами:

• обеспечивают более высокую точность установки и стабильность частоты, малый коэффициент нелинейных искажений;

• формируют сигнал постоянного уровня;

• позволяют автоматически перестраивать генератор, в том числе программно;

• обладают высоким быстродействием;

• имеют высокую надежность, проще и удобнее в эксплуатации.

В основе действия цифровых генераторов лежит формирование цифрового кода с последующим преобразованием его в аналоговый сигнал. Функция преобразования кода в сигнал выполняется цифро-аналоговыми преобразователями (ЦАП). Упрощенная структурная схема цифрового генератора приведена на рис. 3.11.

Генератор импульсов вырабатывает периодическую последовательность коротких импульсов (тактовых импульсов) высокой и стабильной частоты следования.

Делитель частоты имеет регулируемый коэффициент деления и позволяет из импульсов тактовой частоты получить импульсы, задающие шаг дискретизации.

Импульсы с выхода делителя поступают на счетчик, на выходе которого на каждом тактовом шаге параллельным кодом формируются дискретные значения синусоидального сигнала.

На каждом такте кодовая комбинация передается на вход ЦАП, на выходе которого формируется напряжение, соответствующее дискретному значению синусоидального сигнала.

Выходной усилитель с ФНЧ обеспечивает требуемую амплитуду сигнала и подавление нежелательных высокочастотных составляющих.

Частота формируемых колебаний регулируется изменением шага дискретизации, путем изменения коэффициента деления делителя.

Контрольные вопросы

1. На какие основные типы подразделяются автогенераторы?

2. В чем состоит основное отличие автогенераторов гармонических и релаксационных колебаний?

3. Приведите структурную схему автогенератора.

4. Поясните отличия условий самовозбуждения генератора от условий его стационарного режима работы.

5. Изобразите упрощенную схему емкостной трехточки на биполярном транзисторе.

6. Изобразите упрощенную схему индуктивной трехточки на биполярном транзисторе.

7. Изобразите упрощенную схему емкостной трехточки на ОУ с инверсным входом.

8. Почему на относительно низких частотах в применяются частотно – зависимые RC – цепи?

9. В чем состоит принципиальное отличие мягкого и жесткого режима самовозбуждения генератора?

10. Приведите схему генератора НЧ с трехзвенной RC – цепью и с мостом Вина.

11. Какие методы стабилизации частоты применяются в схемах автогенераторов?

12. В чем состоит принцип действия кварцевого резонатора?

13. Изобразите эквивалентную схему кварцевого резонатора.

14. Изобразите схему релаксационной емкостной (индуктивной) трехточки с кварцевой стабилизацией частоты.

15. Приведите схему кварцевого генератора НЧ с мостом Вина.

16. Поясните принцип построения цифрового генератора нижних частот.

17. В чем состоит принцип действия генераторов шума?