3. Автогенератор на туннельном диоде

Вольтамперная характеристика туннельного диода при некоторых напряжениях имеет падающий участок. На рис.18 представлена вольтамперная характеристика диода АИ301А. Из рисунка видно, что при увеличении напряжения от 0,1 до 0,33В ток диода уменьшается от 1,9 до 0,25мА и динамическое сопротивление диода оказывается отрицательным. На середине падающего участка характеристики динамическое сопротивление . Если последовательно с колебательным контуром LC включить источник питания Е_П и туннельный диод VD, работающий на падающем участке характеристики (рис.19), то положительное сопротивление потерь контура скомпенсируется отрицательным сопротивлением туннельного диода и в контуре будет происходить незатухающие колебания. Такой генератор не имеет цепи обратной связи. Туннельный диод благодаря чрезвычайно широкому частотному диапазону, малой потребляемой мощности и высокой температурной стабильности является почти идеальным прибором для построения миниатюрных, высокостабильных, широкодиапазонных генераторов. В отличие от ламповых и транзисторных генераторы на туннельных диодах не требуют подачи внешней обратной связи (она получается в самом диоде). К классу генераторов, работающих на падающем участке вольтамперной характеристики, относятся также динатронный, транзитронный, клистронный и некоторые другие генераторы.

4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

Вариант 1

4.1.ОПИСАНИЕ ЛАБОРАТОРНОГО МАКЕТА

Внутри макета смонтирован блок питания и два автогенератора: 1 - трехточечный с емкостной обратной связью, 2 – генератор с трансформаторной обратной связью.

Включение исследуемого генератора производится с помощью переключателя “генераторы”, расположенного на лицевой панели макета. Гнездо 1 подключено к аноду (колебательному контуру) исследуемого генератора. Гнездо 2 подключено к управляющей сетке генераторной лампы. С помощью тумблера П₁ (“генерация непрерывная – прерывистая”) в положении “генерация прерывистая” к сетке лампы трехточечного генератора подключается дополнительный конденсатор.

С помощью потенциометра “режим” устанавливается величина постоянного напряжения смещения на сетке лампы генератора с трансформаторной обратной связью. Это напряжение контролируется вольтметром постоянного тока (верхняя оцифровка 07,5В), установленным на лицевой панели макета. Кроме того, на лицевой панели (справа) имеется ручка вариометра для изменения величины обратной связи . Одна катушка вариометра L вместе с конденсатором С образует колебательный контур, а вторая L_С включена в цепь управляющей сетки лампы и задает обратную связь. Изменение величины обратной связи осуществляется путем поворота катушки L_С вокруг своей оси относительно катушки L. Ручка вариометра имеет лимб с делениями для определения величины обратной связи . Связь между делениями лимба и величиной коэффициента обратной связи  приведена в табл.1.

Таблица 1

Связь между делениями лимба и величиной коэффициента обратной связи 

	0,00	0,01	0,02	0,03	0,04	0,05	0,06	0,07	0,08	0,09	0.10
Деления лимба	170	177	184	192	199	206	213	221	228	235	242
	0,12	0,14	0,16	0,18	0,20	0,22	0,24	0,26	0,28	0,30	0,32
Деления лимба	257	271	285	297	309	321	334	348	363	379	398

В состав лабораторной работы входят: макет лабораторной работы, два электронных вольтметра В3-38, осциллограф С1-77 и генератор Г3-112/1 или Г3-7А.

4.2.ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

1. Подача сетевого напряжения на все приборы производится в присутствии лаборанта или преподавателя! Перед выполнением работы необходимо изучить настоящее методическое пособие и в особенности его экспериментальную часть и переднюю панель лабораторного макета.

2. Включить трехточечый генератор. Для этого переключатель “генераторы” поставить в положение 1. Тумблер П₁ поставить в положение “генерация непрерывная”. С помощью осциллографа С1-77 пронаблюдать осциллограмму колебаний генератора.

Используя калиброванную развертку осциллографа, определить период и частоту выходного напряжения генератора.

С помощью осциллографа и генератора Г3-112/1 (Г3-7А) по фигурам Лиссажу точно определить частоту исследуемого генератора. Напряжение с выхода исследуемого генератора (гнезда 1 и ) подавать на вертикальный вход осциллографа, а напряжение с генератора Г3-112/1 (Г3-7А) – на горизонтальный. При равенстве частот исследуемого и эталонного (Г3-112/1, Г3-7А) генераторов на экране осциллографа должен появиться круг или эллипс. Собственная развертка осциллографа при этом должна быть выключена. Для этого ручку осциллографа “синхронизация” следует перевести в нижнее положение (“вход Х”). Вход Х осциллографа находится на его правой боковой панели.

3. Включить развертку осциллографа. Пронаблюдать и зарисовать осциллограммы выходного напряжения трехточечного генератора в режимах непрерывной и прерывистой генерации.

4. Включить генератор с трансформаторной обратной связью. Для этого перевести переключатель “генераторы” в положение 2. Установить такую обратную связь, при которой генератор надежно генерирует. С помощью осциллографа и генератора Г3-112/1 (Г3-7А) по фигурам Лиссажу точно определить частоту исследуемого генератора.

5. Снять колебательные характеристики генератора при двух напряжениях смещения на управляющей сетке лампы:

а) Е_С=2В (мягкий режим возбуждения),

б) Е_С=4,5В (жесткий режим возбуждения).

Обратная связь при этом должна быть нулевой, т.е. ручку вариометра необходимо установить на делении 170, что в соответствии с табл.1 означает =0.

На вход образовавшегося резонансного усилителя (гнезда 2 и ) подавать напряжение от генератора Г3-112/1 (Г3-7А). Напряжение на входе и выходе (гнезда 1 и ) измерять вольтметрами В3-38. Напряжение на входе изменять от 0 до 3В через 0,2В и от3 до 20В через 1В. При снятии колебательных характеристик на вход сначала следует подать напряжение с частотой, которая была определена по фигурам Лиссажу, а затем путем плавного изменения частоты генератора Г3-112/1 (Г3-7А) добиться резонанса (максимального напряжения на выходе) по выходному вольтметру.

Построить колебательные характеристики U_ВЫХ=f(U_ВХ) для Е_С=2В и Е_С=4,5В на одном листе.

6. Снять зависимости U_ВЫХ=f() для двух напряжений смещения: Е_С=2В и Е_С=4,5В. Коэффициент обратной связи  изменять от 0 до 0,1 через 0,01 и от 0,1 до 0,32 через 0,02 в прямом и обратном направлениях. Связь между коэффициентом обратной связи  и делениями лимба вариометра приведена табл.1.

Построить зависимости U_ВЫХ=f() на одном листе.

Внешний генератор Г3-112/1 (Г3-7А) при снятии зависимости U_ВЫХ=f() должен быть отключен.

7. На графиках колебательных характеристик U_ВЫХ=f(U_ВХ) построить прямые обратной связи для всех  от 0,01 до 0,32 через 0,01 в интервале от 0,01 до 0,1 и через 0,02 в интервале от 0,1 до 0,32.

Прямую обратной связи легко построить, если в уравнение этой прямой U_ВХ=U_ВЫХ подставить значения  и U_ВЫХ. Например, при =0,1 и U_ВЫХ=50В U_ВХ=0,150=5В. Таким образом, одной точкой прямой обратной связи с =0,1 является точка с координатами U_ВЫХ=50В и U_ВХ=5В. Вторая точка имеет координаты U_ВЫХ=0 и U_ВХ=0, так как любому значению  при U_ВЫХ=0 соответствует напряжение U_ВХ=0.

По точкам пересечения колебательной характеристики и прямых обратной связи получить зависимости U_ВЫХ=f() для мягкого и жесткого режимов. Графики этих зависимостей построить на том же листе, что и аналогичные графики, полученные экспериментально в пункте 6.

Сравнить экспериментальные и теоретические графики зависимостей U_ВЫХ=f().

5. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ