21.3. Автогенераторы на активных элементах с внутренним

отрицательным сопротивлением

Все рассмотренные выше автогенераторы используют цепь положительной обратной связи, за счет которой осуществляется компенсация потерь в системе, приводящая к возникновению автоколебаний. Условием их самовозбуждения является одновременное выполнение в системе баланса амплитуд и баланса фаз (21.3 и 21.4).

Автогенераторы на активных элементах с внутренним отрицательным сопротивлением не имеют цепи положительной обратной связи, и условия их самовозбуждения формулируются иначе. Рассмотрим физический принцип, лежащий в основе их работы.

Если в последовательный колебательный контур, содержащий катушку индуктивностиL,конденсатор Cи их суммарные потериR=r_L +r_С(рис. 21.23), поместить некоторое «отрицательное сопротивление» , то, как известно из физики, характер свободных колебаний в цепи будет определяться соотношением этих сопротивлений.

ПриR > (здесь и далее сравнение делается по модулю), свободные колебания в контуре с потерями затухают во времени; приR = , что означает отсутствие потерь в контуре, свободные колебания в контуре стационарны; приR < амплитуда свободных колебаний в контуре растет во времени. Последний случай означает выполнение условия самовозбуждения в системе.

Вслучае подключения «отрицательного сопротивления» к параллельному колебательному контуру условие самовозбуждения принимает вид:

R₀ ≥ , (21.18)

где R₀есть резонансное сопротивление контура, а знак равенства соответствует условию существования стационарных колебаний в системе.

«Отрицательное сопротивление» реализуется как дифференциальное сопротивление резистивного нелинейного элемента, имеющего падающий участок на вольтамперной характеристике. Наибольшее применение среди таких элементов получил туннельный диод.

На рис. 21.24 воспроизведена вольт-амперная характеристика туннельного диода с некоторыми поясняющими обозначениями. В рабочей точкеРТс координатамиU₀ иI₀ на середине падающего участка ВАХ дифференциальное сопротивлениеR_димеет отрицательный знак, так как положительному приращению напряжения соответствует отрицательное приращение тока. Обозначим величину ‌R_д‌ = , это и есть «отрицательное сопротивление» туннельного диода. Величина этого сопротивления (соответствует положению касательнойk ) для реальных туннельных диодов невелика и составляет от 10 до 100 Ом.

Вариант электрической схемы автогене­ратора на основе туннельного диода пока­зан на рис. 21.25. РезисторыR₁ иR₂обеспечивают выбор положения рабочей точки туннельного диода. КонденсаторC_блсоздает в точкеа колебательного контура нулевой потенциал по перемен­ному току. Таким образом, отрицательное дифференциальное сопротивление тун­нельного диода по переменному току включено между точками контураа и б .Если, как следует из (21.18), эквивалентное сопротивление контураR₀(соот­ветствует положению линии динамической нагрузкиl на рис. 21.24) между этими точками превышает величину , в контуре возникают и растут по ве­личине гармонические колебания с собственной частотой, близкой к резо­нансной частоте. По мере роста колебаний величина дифференциального со­противления диода снижается, и при достижении равенства в (21.18) устанав­ливается стационарный режим работы. Практическое значение амплитуды напряжения на контуре между точкамиа и б не превышает половины раз­ницы абсцисс точекА иБна рис. 21.24 и равно около 0,1…0,3 В. Коэффи­циент включения контура в точкеб достаточно мал (менее 0,3) для предот­вращения сильного шунтирования малым прямым сопротивлением туннель­ного диода.