トンネルダイオードのいくつかのスキーム。スキーム、説明

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トンネルダイオードに関するいくつかのスキーム。無線エレクトロニクスと電気工学の百科事典

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最も簡単な方法は、トンネルダイオードを使用して自己発振器回路を構築することです。トンネルダイオードは負性抵抗のXNUMX端子デバイスであり、電圧が安定しているため、並列発振回路を接続すると発生する可能性があります。この場合、ダイオードの負性抵抗が損失を補償し、減衰のない発振が発生して回路内で維持される可能性があります。通常の低周波トンネルダイオードは、メガヘルツの単位に等しい周波数でうまく機能します。

接合容量とリード線のインダクタンスが低減された高周波ダイオードは、数千メガヘルツの周波数で生成されます。ただし、負性抵抗を持つダイオードの電流-電圧特性のセクションの値が小さいため、どの周波数でもダイオードによって与えられる電力はmWの数分のXNUMXです。生成される振動の形状が歪まないように、原則として、発生器回路へのダイオードの部分的な接続が使用されます。この場合、ダイオード端子に与えられる損失抵抗はその負性抵抗と等しくなければなりません。実際の回路では、減少した損失抵抗が負の損失抵抗よりも大きくなるように選択されます。温度、電源電圧、周波数の変化に応じて発電機を確実に励起することを保証するために、トンネルダイオードの抵抗を調整します。

実際の発振回路の並列損失抵抗がトンネルダイオードの抵抗を大幅に上回っていることを考えると、タップは回路のターンのごく一部から作成する必要があります（図1）。振動力の一部はバイアス源の内部抵抗で解放されるので、できるだけ小さくする必要があります。

いくつかのトンネルダイオード回路
図。 1

通常、トンネルダイオードは分圧器によって電力が供給されるため、電力が無駄になります。実際、ゲルマニウムダイオードの場合、生成モードのバイアス電圧は 0,1 ～ 0,15 V で、大部分の化学電流源の最小電圧は 1,2 ～ 2 V です。そのため、電源に分圧器を使用する必要があります。回路。この場合、総消費電力の約 80 ～ 90% が分配器で消費されます。経済性の理由から、トンネルダイオードに電力を供給するには、可能な限り低い電圧の電源を使用することをお勧めします。分圧器の出力インピーダンスは 5 ～ 10 オームの範囲で選択され、最大の効率が必要なデバイスでのみ 20 ～ 30 オームに増加します。トンネルダイオードの負性抵抗は、分圧器の抵抗の 5 ～ 10 倍を超える必要があります。高周波エネルギー損失を減らすためにこのような小さな抵抗をコンデンサでシャントすることはお勧めできません。場合によっては、特に最大出力電力に従ってモードが選択されている場合、ジェネレータの不安定な動作につながる可能性があるためです。

トンネルダイオードの負性抵抗は動作点の位置に大きく依存するため、電源電圧が10％変化すると、発電機の通常の動作が完全に中断する可能性があります。したがって、化学電流源（バッテリー、アキュムレーター）からダイオードに電力を供給する場合、それらの安定した動作を保証することは非常に困難です。動作中に電圧がわずかに変化する酸化水銀素子から電力を供給することをお勧めします。場合によっては、事前に安定化された電圧を使用するか、分圧器（上アーム）で非線形抵抗を使用する必要があります。電流を安定させ、下腕の電圧を安定させます。したがって、抵抗R2の代わりに発振回路（図2、a）にある場合、図11に示すように、ゲルマニウムダイオードD2が直接接続で使用されます。 1,5、b、発電機の安定性が向上し、供給電圧が1からXNUMX Vに変化した場合、調整は必要ありません。

いくつかのトンネルダイオード回路
図。 2

周波数 465 kHz の自励発振器の上の図では、L1 コイルは、直径 4、長さ 4 の F-1000 フェライトコアを備えた直径 2,8 mm の 12 セクションのポリスチレンフレームに巻かれています。んん。コイル巻線には、220 ターンからのタップが付いた PEV 0,13 ワイヤが 18 ターン含まれています。回路上の高周波電圧は 1 Veff です。

上記のすべての安定化方法は、回路をいくらか複雑にし、場合によっては消費電力を増加させるため、幅広い用途が見つかりませんでした。機器では、トンネルダイオードはトランジスタと組み合わせて最も頻繁に使用されます。トランジスタでは、特にトランジスタのバイアスが何らかの方法で安定している場合、エミッタ電流はコレクタの電源電圧に比較的ほとんど依存しないことが知られています。したがって、トランジスタのエミッタ電流をダイオードに供給すると、安定性だけでなく効率も向上します。後者は、分周器の上アームでの損失が排除され、トンネルダイオードによって消費される追加の電力が小さいという事実のために、ここで増加します。

固定周波数に調整された発電機に加えて、トンネルダイオードはレンジ発電機でも使用できます。確かに、この場合、オーバーラップ範囲全体で特定のレベルで発振の振幅と負荷の電力を維持するために、ダイオードと回路の間の接続をより慎重に選択する必要があります。トンネルダイオードのそのような使用の例は、ラジオマガジンNo. 5、1962に記載されているスーパーヘテロダイン受信機用の局部発振器回路です。この場合、局部発振器回路はトランジスタよりもさらに簡単に得られます（図3 ）。

いくつかのトンネルダイオード回路
図。 3

コイル L1 の総巻き数は維持され、トンネルダイオードとの接続のために、巻線 L1 が接地端側から L2 の上に巻かれ、10 回の PELSHO 0,15 ワイヤが含まれます。コンバータ L3 はほぼ同じですが、感度を最大にするために、巻数は変わりません。コンデンサ C1 と C2 の静電容量は変わりません。トンネルダイオードは共通電源から電力を供給されます。この場合、抵抗 R2 は 1,2 に等しくなければなりません。 kΩ。トンネルダイオードは、最大電流が 1,5 mA 以下になるように選択する必要があります。ダイオードに電力を供給するトランジスタの助けを借りて、上記の安定化回路を適用する方が合理的です。このために、LF アンプがやり直しられます。図4に示す回路によると、LFアンプのトランジスタ間にDC接続が導入されます。トランジスタT1のベースへのバイアスは、R2D4回路と抵抗R1を介してトランジスタT2のエミッタから除去されます。 R3. 結果として生じる負の電流フィードバックにより、エミッタ電流が維持され、したがって、電源電圧が公称値の 2 ～ 3% 低下しても、抵抗 R25 と R30 の両端の電圧がほぼ一定に維持されます (電源電圧を公称値の 9 ～ XNUMX% まで上げることをお勧めします)。 XNUMXB）。

いくつかのトンネルダイオード回路
Pic.4

トンネルダイオードに電力を供給するには、2 V の電圧が使用され、抵抗 R2 (図 3) を介して分圧器に供給されます。この場合、抵抗 R430 は 2 オームとされています。調整は、電源電圧が 6 から 4,5 V、または 9 から 6 V に低下したときに、トランジスタ T5 のエミッタの電圧がどのように変化するかを確認することから始まります。電圧の変化が 10 ～ 5,2% 未満の場合は、電源を設定します。電圧が 7,5 V (または 9 V の場合は 2 V) に等しい場合は、ジェネレーターの設定に進みます。これを行うには、可変コンデンサC1のローターを中間の位置に配置し、抵抗値R2またはR3（図2）を調整することにより、最大発振振幅が達成されます。次に、全範囲にわたる生成の均一性を確認します。いずれかのセクションで発振が失敗した場合は、L3 コイルの巻線を数回増やし、再構築中に発生の均一性を再度チェックする必要があります。局部発振器の調整が完了したら、最適な感度が得られるまで、LXNUMX コンバータを使用して局部発振器の接続巻線の巻数を選択します。

トンネルダイオードに基づいて発電機を設計する場合、負荷に供給される電力を増やすために、発振回路の最大品質係数を取得するように努める必要があります。電力を増やすために、発振回路に5つ以上のダイオードを含めることもできます。この場合、エネルギー比を考慮すると、次のように、ダイオードを直流で直列に接続すると有利です。そうすると、分圧器の低抵抗の電圧は、5つのトンネルダイオードのXNUMX倍になります。上腕の損失は減少します。下アームの抵抗は必ずXNUMXつの同一の抵抗で構成されている必要があり、それらの中点は直流によってXNUMXつのダイオードの中点に接続されている必要があることに注意する必要があります（図XNUMX）。そうしないと、直列に接続されたXNUMXつのダイオードの安定した動作が不可能になります。交流の場合、ダイオードは並列または直列に接続できます。図に示す図では。 XNUMX各ダイオードは別々の巻線に接続されています。最大の電力を得るには、各トンネルダイオードのループへの結合を個別に調整する必要があります。

いくつかのトンネルダイオード回路
Pic.5

トンネルダイオードは、非周期的な増幅器回路でも使用できます。しかし、文献に示されているように、長波と中波の範囲のこのような非周期的増幅器は、負荷と信号源を分離するのが難しいため、あまり実用的ではありません。同等の消費電力を持つトランジスタは、トンネルダイオードと比較して実際の回路で大きなゲインを持っていることも考慮に入れる必要があります。

共鳴トンネルダイオード増幅器は、比較的簡単に構築できます。それらは、例えば、フィードバック係数が発振を励起するのに不十分である発振回路に従って実行することができる。このような方式には、再生増幅器のすべての欠点があります。再生しきい値の不安定性、負荷が変化したときの励起の可能性、ゲインの増加に伴う帯域幅の狭小化です。ただし、このようなアンプは、最大のゲインを得ようと努力しなければ、非常に安定して動作します。このトンネルダイオードを使用した回路を図6に示します。 1.この図は、フェライトアンテナを備えた直接利得受信機の入力部分の図を示しています。アンテナ回路の抵抗をトランジスタの入力抵抗と一致させるために、コイルL2とLXNUMXの巻線によって形成されるトランスの変換比はXNUMXよりはるかに小さいことが知られています。

いくつかのトンネルダイオード回路
米。 6.コンデンサC1の天板は接地する必要があります。

これは、トランジスタのベースの信号電圧が L15C20 回路の電圧の 1 ～ 1 分の 6 になるという事実につながります。図に示した図では、図６に示されるように、結合係数は通常よりもはるかに大きく選択され、トランジスタＴ１のベースへのタップはコイルＬ１の総巻数の１／５から作られる。この場合、L1C1 回路は重度にシャントされていることが判明し、その帯域が拡大し、受信機の感度が低下します。ただし、トンネルダイオードが追加の巻線 L5 に接続されると、回路は部分的に「無負荷」になり、その減衰と帯域幅は通常に戻ります。このようにして、受信機の感度を 1 ～ 1 倍向上させることができます。巻線 L1 の巻き数は、回路の減衰が完全には補償されず、アンプが励起されないように選択されます。ただし、最大の感度を得るには、駆動しきい値にできるだけ近づける必要があるため、トンネルダイオードのバイアスは調整可能になっています。 L3 コイルの巻線には、PELSHO 4 ワイヤが 5 ターン含まれており、長さ 3 mm、直径 1 mm のフェライトロッドを 200 ターンのタップでターンオンするために 0,15 層ターンで巻かれています。 L110 コイルの巻線には PELSHO 8,4 ワイヤが 44 ～ 3 回巻かれており、L8 コイルの接地端の近くに巻かれます。提案された方式の欠点は、結合係数の増加により、トランジスタ T10 の入力容量の影響が大きくなるため、入力回路のオーバーラップ係数が減少することです。さらに、再計算されたトンネルダイオードの容量が回路の容量に追加されます。したがって、十分に大きなオーバーラップが必要な場合は、最小容量のトンネルダイオードを使用することをお勧めします。

たとえば、スーパーヘテロダインIF増幅器では、固定周波数の再生増幅器を使用する方が有利です（図7）。これを行うために、トンネルダイオード用の追加の巻線がIF回路の8つに巻かれています。ダイオードのバイアスを安定させることをお勧めします。これにより、再生しきい値に十分に近づき、10〜XNUMX倍のゲインを得ることができます。トンネルダイオードが含まれることが事前に予測されていなかった場合、IF増幅器の帯域幅が急激に狭くなることを考慮に入れる必要があります。場合によっては、ダイオードを接続すると、結合係数が生成するには不十分であるにもかかわらず、増幅器が励起されることがあります。これは、トンネルダイオードを接続したカスケードのゲインが最大安定値より大きくなるためです。

いくつかのトンネルダイオード回路
Pic.7

設置時には、トンネルダイオードが寄生リアクタンスで励起される傾向があることを考慮に入れる必要があります。したがって、ダイオードと関連部品の結論は最小の長さで構成され、回路が非常に高い周波数で動作するように意図されているかのように設置が実行されます。低周波回路では、カットオフ周波数の高いトンネルダイオードを使用しないでください。

トンネルダイオードを実験するときは、電流と電圧のサージを回避する必要があります。そうしないと、ダイオードが故障する可能性があります。電源がオフのときのみダイオードを接続および切断します。

文学

S. G. Madoyan、Yu。S. Tikhovtsev A.F.Trutko-トンネルダイオード。 Ya。A.Fedotovが編集したコレクション「半導体デバイスとその応用」。 7。
K. S. Rzhevkin「トンネルダイオード」マスラジオライブラリ「第452号」、State Energy Publishing House、1962年
Akchurin E. A.、Styblik V. A.電力が増加したトンネルダイオードの発電機、無線工学、1963年、第18巻、第11号。
Williams, Hamilton 「トンネルダイオードをさらに便利にする方法」、Electronics、7 年 1963 月 36 日、V 23. No. XNUMX。

著者: V.モロゾフ; 出版物: N. ボルシャコフ、rf.atnn.ru

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セルゲイ
私は、3,5年代初頭のラジオ雑誌（海外のセクション）で、240 MHzの範囲、60 kmの距離（メモリに障害がない場合）の低電力トンネルダイオードに基づく送信機との通信に関する最初の出版物を読みました。その時、ダイオードは見つかりませんでした。実験のために、同じ3,5MHz用のシングルトランジスタ「ビーコン」を組み立てました。 20〜60kmの距離で信号の可聴性が判明しました。それ以上の距離で実験を続けることは不可能でした、それは暗くなり始め、遠くの強力なステーションが干渉し始めました。

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