. Самовозбуждение автогенераторов на многополюсных аэ

- условие стационарности

- происходит самовозбуждение

1 -  = 90; 2 - ; 3 – уменьшаем E_СМ.

A – величина амплитудного сигнала на выходе генератора, характерны для автогенераторов; B – полуустойчивый характер.

Достоинства: МР (мягкого режима) – не требует внешней силы;

ЖР (жесткого режима) – большая амплитуда.

Недостатки: МР – маленькая амплитуда;

ЖР – потенциальный барьер (нужен толчок).

14-2. ДИОДНЫЕ АВТОГЕНЕРАТОРЫ

Пример схемы диодного автогенератора представлен на рис. 4.4.

Н а динамической

В АХ генераторного диода в режиме установившихся колебаний формируется участок отрицательной дифференциальной проводимости. Участок отрицательной крутизны генераторных диодов некоторых типов имеется не только на динамической, но и на статической ВАХ. Если мгновенные ток и напряжение АЭ соответствуют участку отрицательной крутизны динамической ВАХ, то колебания первых гармоник i_a(t) и u_a(t) противофазны, поэтому на частоте генерации диод эквивалентен отрицательной проводимости— |G_a|. При учете временной задержки в АЭ и влияния его реактивных компонентов (межэлектродной емкости, индуктивности выводов) фазовый сдвиг ф_а между i_a(t) и u_a (t) отличается от . В соответствии с в этом случае В_а не равно 0 и генераторный диод может быть заменен комплексной проводимостью Y_а = G_a + jB_a.Следовательно, как в транзисторных, так и в диодных автогенераторах АЭ на частоте генерации эквивалентен комплексной выходной проводимостиY_а =I_а1/U_а1,где I_а1, U_а1-комплексные амплитуды первой гармоники выходного тока и напряжения АЭ. Действительная и мнимая части Y_a определяются соотношениями и . Замена АЭ комплексной проводимостью дает возможность применить единый метод анализа автогенераторов обоих типов.

Автогенераторы на туннельных диодах.

Т уннельный диод – это маломощный генераторный диод с узким p-n переходом, активные свойства которого проявляются в широком диапазоне частот - от постоянного тока до СВЧ. Достоинством диода является сохранение его свойств как активного элемента в условиях радиационного излучения. Эквивалентная схема туннельного диода (рис. 4.23, а) содержит генератор тока i_a(u_а), барьерную емкость p-n-перехода С_б (и_а), сопротивление потерь в полупроводнике и контактах r_s и индуктивность выводов L_B. Штриховой линией на рис. 4.23, б показана статическая ВАХ обычного диода с р-n-переходом.

Особенности автогенераторов на туннельных диодах.

1.Туннельный диод - это прибор с ВАХ N-типа, поэтому колебательная система с учетом L_B и С_б в точках подключения генератора тока i_а(u_а) должна на заданной

Рис. 4.23 Эквивалентная схема туннельного диода(а) и

статическая ВАХ генератора тока(б)

ч астоте иметь параллельный резонанс.

2.Участок отрицательной крутизны существует при весьма малых напряжениях u_а. Чтобы диод проявлял себя как активный элемент автогенератора, напряжение питания U₀ должно быть в пределах u_пик<U₀ <u_вп или 0,1<U₀<0,6 В.

Рис.4.24 Принципиальная электрическая (а) и эквивалентная(б) схемы питания туннельного диода

Так как напряжение стандартных источников питания Е_п >1,5 В, то требуется делитель напряжения (см. рис. 4.24, а).

3.Существование участка отрицательной крутизны не только на динамической ВАХ (как у всех активных элементов), но и на статической характеристике приводит к необходимости обеспечивать устойчивость рабочей точки по постоянному току.

4.Наличие участка отрицательной крутизны на динамической ВАХ диода в широком диапазоне частот может вызвать самовозбуждение паразитных колебаний в неявных колебательных контурах, образованных элементами конструкции автогенератора. Для устранения паразитных колебаний следует особое внимание уделять проектированию и конструированию блокировочных элементов. Часто в автогенераторах на туннельных диодах применяют антипаразитные резисторы.

Режим работы туннельного диода по постоянному току.

У читывая особенности туннельных автогенераторов, посмотрим, как следует выбирать и рассчитывать режим диода по постоянному току. В соответствии с рис. 4.24а постоянное напряжение на диоде

U₀=E’_п-I₀R_ист (4.38), где

E’_п= E_пR₂/(R₁+R₂); R_ист= R₁R₂/(R₁+R₂) (4,39)

I₀ - постоянный ток диода. Уравнению (4.38) соответствует эквивалентная схема рис. 4.24, б.

Для расчета U₀ и I₀ имеем систему из двух уравнений: (4.38) и уравнение, описывающее статическую ВАХ диода I (U). Варианты графического решения этой системы показаны на рис. 4.25, тангенс угла наклона прямой линии к оси абсцисс равен -1/R_ист. Из рис. 4.25 видно, что в зависимости от значения R_ист возможно одно или три решения. Оценим их устойчивость,Допустим, что в результате случайной флуктуации напряжение нa диоде U₀ изменилось на величину U₀. Режим по постоянному току устойчив, если возникающий переходный процесс возвращает рабочую точку в исходное положение. Проведя анализ устойчивости получим следующее условие устойчивости режима диода по постоянному току:

R_ист<1/|G₀|, (4.40)

где G₀ = dl/dU — крутизна статической ВАХ туннельного диода в рабочей точке.

Применяя условие (4.40) к вариантам решений, изображенных! на рис. 4.25, получим, что рабочая точка 1 на рис. 4.25а устойчива, а на рис. 4.25б неустойчива. Практически устойчивость рабочей точки на участке отрицательной крутизны ВАХ обеспечиваетcя применением достаточно малых сопротивлений R₂.

Электрическая схема автогенератора на туннельном диоде.

На рис. 4.26 изображена одна из возможных схем такого автогенератора. Здесь R₁, R₂-делитель напряжения в цепи питания;С_бл, L _бл -элементы, блокирующие источник питания от токов высокой частоты; C₁, С₂, L -элементы резонатора, задающего частоту генерации; С_св — емкость связи с нагрузкой. Чтобы одновременно обеспечить высокую стабильность частоты и оптимальный энергетический режим, применено неполное подключение резонатора к диоду.

Р асчет автогенератора на туннельном диоде

Расчет туннельного автогенератора состоит в основном из тех же этапов, что и расчет транзисторного автогенератора: 1) выборе диода; 2) расчет режима диода; 3)расчет резонатора и цепи питания.

8-1. стабилизация частоты автогенераторов

Стабильность частоты автогенератора является одним из основных его параметров. Этот параметр исключительно важен для электромагнитной совместимости. Нестабильность частоты характеризуется ее относительным изменением . Различают два вида нестабильности частоты автогенератора: долговременную и кратковременную. Под долговременной нестабильностью частоты понимается нестабильность, связанная с медленными изменениями частоты автогенератора (изменения окружающей температуры, давления, влажности, напряжения источников питания и т. д.). Кратковременная нестабильность определяется быстрыми флуктуационными изменениями частоты автогенератора, вызываемыми тепловыми и дробовыми шумами. Условно принимают, что нестабильности частоты, проявляющиеся за время наблюдения, меньшее или равное 1 с, относятся к кратковременным. Быстрые флуктуации частоты, а следовательно, и кратковременная нестабильность определяются, как уже указывалось, высокочастотной частью спектральной плотности флуктуации частоты автогенератора , которая всегда может быть найдена, если известны спектры шумовых составляющих коллекторного и базового токов транзистора. При этом кратковременная нестабильность автогенератора уменьшается с ростом добротности колебательной системы.

Долговременная нестабильность, проявляющаяся за время наблюдения более 1 с и определяемая низкочастотной частью спектральной плотности , связана с воздействием на параметры автогенератора медленных дестабилизирующих факторов.

Для уменьшения фазового сдвига в автогенераторе необходимо использовать транзисторы с высокой частотой.

Изменение резонансной частоты контура может происходить за счет изменения температуры окружающей среды, давления, влажности и т. д. Если под действием этих дестабилизирующих факторов параметры контура L и С получают малые приращения ΔL и ΔС, то резонансная частота контура изменяется на величину .

Для создания высокостабильных автогенераторов необходимо использовать элементы колебательной системы (емкости и индуктивности) с малыми относительными изменениями их параметров. В частности, при изменении температуры окружающей среды необходимо применять емкости и индуктивности с малыми температурными коэффициентами.

Характер и величины изменения реактивных параметров колебательной системы зависят от конструкции этих элементов. При этом весьма эффективно для повышения стабильности автогенератора использовать термокомпенсацию (емкость и индуктивность имеют разные знаки своих температурных коэффициентов) и термостатирование.

Тепловой режим автогенератора определяется не только окружающей средой, но и тепловыми процессами, протекающими непосредственно в транзисторе. Для повышения стабильности частоты автогенератора необходимо для облегчения его теплового режима снижать снимаемую с него мощность. Стабильность частоты автогенератора зависит и от механических воздействий, оказываемых на элементы колебательной системы (например, вибрации). Вибрация меняет емкости между деталями и проводами, что, в свою очередь, изменяет частоту автогенератора. Уменьшение влияния механических воздействии на частоту автогенератора достигается за счет использования интегральной технологии.

На стабильность частоты автогенератора, кроме того, влияет изменение параметров транзистора. К контуру автогенератора подключены комплексные проводимости транзистора . Активные составляющие этих проводимостей вносят активные потери в контур, снижая, как указывалось, его добротность. Реактивные же составляющие этих проводимостей В₁₁, В₂₂, В₁₂ вносят поправку к частоте автоколебаний; их изменение приводит к изменению частоты автоколебаний аналогично механизму влияния собственной емкости и индуктивности колебательного контура.

Кроме температуры окружающей среды в качестве дестабилизирующего фактора выступает изменение напряжения источников питания. При изменении этих напряжений (например, Е, ) изменяются, в частности, реактивные параметры транзистора В₁₁, В₂₂, В₁₂. Изменение проводимостей В₁₁, В₂₂, В₁₂ происходит за счет изменения барьерных (зарядных) емкостей транзистора и постоянных времени коллекторного и эмиттерного переходов. Эти параметры транзистора, в свою очередь, зависят от изменения питающих токов и напряжений. Для уменьшения изменения реактивных проводимостей транзистора, вызванного изменением питающих напряжений, необходимо увеличивать рабочие токи и напряжения на переходах транзистора. Однако при этом возрастает мощность, рассеиваемая в транзисторе, что приводит к изменению его температурного режима, а следовательно, и к ухудшению стабильности частоты. Поэтому для каждого типа транзисторов можно указать оптимальные значения напряжения Е_к и тока I_к0, при которых стабильность частоты будет наибольшей.

Для уменьшения влияния изменения параметров транзистора на частоту генератора на практике уменьшают связь колебательного контура с транзистором. Для повышения стабильности частоты автогенератора часто питающие напряжения транзистора стабилизируют.