Министерство образования Республики Беларусь

Учреждение образования «Гродненский государственный университет имени Янки Купалы»

Факультет инновационных технологий в машиностроении

Кафедра «Машиноведение и техническая эксплуатация автомобиля»

«МОДЕЛИРОВАНИ ГЕНЕРАТОРА НА ТУНЕЛЬНОМ ДИОДЕ»

Курсовая работа

студента факультета

инновационных технологий

машиностроения

ГрГУ 2 курса 2 группы

Жихар Павел Сергеевич

Руководитель

Курстак Владислав Юзефович

Гродно 2012 г.

СОДЕРЖАНИЕ.

1. Введение ……………………………………………………….………3

2. Генераторы……………………………………………………............4

3. Генераторы на туннельном диоде ………………………..........6

4. Средства среды MathCAD …………………………………………..7

5. Решение поставлено задачи в среде MathCAD…………………..10

6. Заключение …………………………………………………………..15

7. Список использованной литературы……………………………..16

Введение.

Инженерная специальность подразумевает собой в первую очередь работать с большим количеством математических, иногда громоздких и достаточно сложных, формул и расчетов. В любом случае считать вручную неудобно и крайне сложно. В связи с этим на помощь инженерам приходит достаточно много компьютерных программ для автоматизации инженерно технических расчётов. Все программы перечислять не будем, выделим программу MathCAD, используемая в нашей работе, которая достаточно распространённая и доступна обычному пользователю. Mathcad — система компьютерной алгебры из класса систем автоматизированного проектирования, ориентированная на подготовку интерактивных документов с вычислениями и визуальным сопровождением, отличается легкостью использования и применения для коллективной работы.

Актуальностью проведения данной курсовой работы является необходимость автоматизации трудоёмких расчётов с использованием программы MathCAD, Генераторы и усилители электромагнитных колебаний СВЧ с помощью полупроводниковых диодов является в настоящее время достаточно развивающим направлением в электроники. Неуклонно развивается тенденция замены ламповых устройств на транзисторные и диодные, и появление радиоэлектронных систем СВЧ различного назначения, выполненных полностью из полупроводниковых диодов. Туннельные диоды сейчас активно используются в электроприборах.

Целью этой курсовой работы является моделирование генератора на туннельном диоде, графическое представление полученных результатов зависимостей напряжения и силы тока в цепи от времени, при заданной вольтамперной характеристике, и формулирование вывода о проделанной работе. Все вычисления в работе будут проведены при помощи программы MathCad. Это программа позволяет решать громоздкие вычисления без больших усилий, является простой для рядового пользователя.

Генераторы

По типу активных элементов схемы генераторов можно разделить на два класса:

• генераторы с отрицательным сопротивлением,

• генераторы с положительной обратной связью.

К первому классу относятся генераторы на туннельном диоде, диоде Ганна, лавинно-пролетном диоде и т.д. Ко второму классу - ламповые и

транзисторные генераторы. На языке теории цепей активный элемент первого класса - двухполюсник, второго - четырехполюсник. Надо отметить, что эта классификация несколько условна, поскольку генераторы с отрицательным сопротивлением иногда рассматривают как генераторы с положительной внутренней обратной связью.

Генератор с туннельным диодом является одной из первых радиотехнических моделей, в которых были обнаружены хаотические колебания. Генератор на туннельном диоде стал классическим образцом радиофизической системы с хаотической динамикой и вошел в учебники по теории колебаний. Первоначально, генератор на туннельном диоде был сконструирован, исследован и описан Кияшко С.В., Пиковским А.С. и Рабиновичем М.И.. В натурном и численном экспериментах ими было показано, что в данном генераторе имеют место хаотические колебания. Позднее, экспериментальным путем была впервые получена подробнейшая карта динамических режимов на плоскости управляющих параметров для генератора с туннельным диодом, показывающая пути возникновения хаоса и закономерности переходов между различными типами сложно периодических колебаний при изменении управляющих параметров.

Отрицательное сопротивление.

Сопротивление, как элемент электрической цепи, полностью описывается вольтамперной характеристикой (ВАХ) I = I(U). Если выполняется закон Ома то график ВАХ - прямая линия, а сопротивление — линейное. Если ВАХ - нелинейная, то и сопротивление — нелинейное. Когда физика

нелинейного сопротивления не представляет интереса, то обобщенной моделью выбирают нелинейный безынерционный двухполюсник. На

практике роль такого двухполюсника выполняет диод. Если ВАХ содержит участок с падающим участком (отрицательной производной), то говорят о двухполюснике с отрицательным сопротивлением. Это сопротивление является дифференциальным и играет существенную роль при переменном сигнале.

Классификация двухполюсников с отрицательным сопротивлением.

По виду вольт-амперной характеристики все двухполюсники с отрицательным сопротивлением делятся на два типа:

• двухполюсники с N - образной (N – тип) и

• двухполюсники с S образной (S - тип)

Типичным представителем двухполюсника N-типа является туннельный диод. Подобной же характеристикой обладает тетрод электронная лампа, в которой наблюдается динатронный эффект. К N-типу относится и специальная схема на полевых транзисторах - «Λ-диод», которая используется в данной работе.

Характеристиками S-типа обладают газонаполненные приборы например, неоновая лампа, тиратрон, и др., а также некоторые полупроводниковые приборы — динистор, тиристор, однопереходный транзистор и т.д.

Статическая вольтамперная характеристика является полной характеристикой двухполюсника на низких частотах. Однако для оценки и сравнения двухполюсников, а также для получения расчетных формул, удобно пользоваться числовыми значениями, описывающими вольтамперную характеристику.

Для характеристики N-типа особыми характерными точками являются:

• точка «пика» П₁, с координатами (I_П,U_П1);

• точка «впадины» В, с координатами ( I_В, U_В);

• точка П₂ с координатами (I_П1 ,U_П2 ).

Рис. 1. Аппроксимация вольт-ампер­ной характеристики N-типа кусочно-непрерывной функцией.

.