logo

Главная Усилительные каскады и устройства Схемотехника усилителей Усилители на диодах

Схемотехника усилителей: Усилители на диодах

Печать
Схемотехника - Схемотехника и конструирование схем

 

Полупроводниковые диоды достаточно редко используются в качестве основных элементов генераторных и усилительных узлов. Являясь в большинстве своем чисто пассивными компонентами, они просто не могут выступать в роли источника тока или напряжения, необходимых для любого генератора или усилителя. Однако существует достаточно немногочисленный ряд случаев, когда при применении полупроводниковых диодов определенных типов (туннельные диоды, диоды Ганна, лавинно-пролетные диоды, параметрические диоды) возможно построение диодных усилительных и генераторных схем.

Такие полупроводниковые приборы как: туннельные диоды, диоды Ганна, лавинно-пролетные диоды объединяет одно свойство — наличие на ВАХ прибора при определенных условиях участка с отрицательным дифференциальным сопротивлением. В каждом из названных приборов физические эффекты, обусловливающие появление такого участка различны. В туннельном диоде — это резкий спад туннельного эффекта при росте напряженности электрического поля в полупроводнике выше некоторого критического значения, в диоде Ганна — особенности зонной структуры арсенида-галлия, в лавинно-пролетном диоде — специфика лавинного пробоя при высоких частотах приложенного напряжения. Следует отметить, что названные случаи не являются единственными. Примером может служить широко известный и популярный в 30-х гг. кристадин Лосева, также представлявший собой полупроводниковый диод введенный в особый режим пробоя.

На сегодняшний день набольшее распространение получили диодные автогенераторы диапазона СВЧ. В них используются диоды Ганна и лавинно-пролетные диоды. При определенных условиях такие генераторы могут быть преобразованы в усилители и использоваться для резонансного усиления СВЧ сигналов. Однако ввиду повышенного уровня шумов и практической нерациональности усилители на диодах Ганна и лавинно-пролетных диодах применяются крайне редко.

Особый вид усилительных устройств диапазона СВЧ — это т.н. параметрические усилители. Они строятся на основе специальных параметрических диодов. Принцип работы таких усилителей очень близок к тому, как работают описанные выше диодные смесители. На параметрический диод, также как и в смесителях, подается два сигнала. При определенном согласовании этих сигналов и правильном выборе режима работы диода удается на нелинейной проводимости или емкости диода осуществить перераспределение мощности падающих сигналов в пользу одного из них (полезного). Одновременно возможно и преобразование частоты этого сигнала. Параметрические усилители диапазона СВЧ очень сложны в настройке и достаточно нестабильны. Их основное достоинство — уникально низкий уровень шумов. Поэтому они чаще всего используются в радиотелескопах и системах дальней космической связи.

Наибольший интерес и практическую ценность могут представлять туннельные диодыГенераторные и усилительные устройства на их основе могут быть использованы в радиоприемниках, радиомикрофонах, измерительной аппаратуре и т.п.

Туннельные диоды можно использовать для построения резонансных и апериодических усилителей. Что касается апериодических усилителей, то практически во всех частотных диапазонах такие усилители на туннельных диодах оказываются мало практичными из-за трудности разделения нагрузки и источника сигнала, а также низкой эффективности (транзисторные усилители при сравнимом энергопотреблении обеспечивают большее усиление по сравнению с усилителями на туннельных диодах). Резонансные же усилители на туннельных диодах строить сравнительно просто. Они могут быть выполнены, например, по схеме автогенератора, в котором коэффициент обратной связи недостаточен для возбуждения колебаний. Таким схемам присущи все недостатки регенеративных усилителей: нестабильность порога регенерации, возможность самовозбуждения при изменении нагрузки, сужение полосы пропускания при повышении усиления. Однако эти усилители могут работать достаточно устойчиво, если не стремиться получить от них максимальное усиление. Пример схемы с данным применением туннельного диода приведен на рис. 3.6-50. Схема представляет собой входную часть приемника прямого усиления с ферритовой антенной.

 

Резонансный усилитель на туннельном диоде в составе входного узла приемника прямого усиления с ферритовой антенной

Рис. 3.6-50. Резонансный усилитель на туннельном диоде в составе входного узла приемника прямого усиления с ферритовой антенной

 

Известно, что для согласования сопротивления контура антенны с входным сопротивлением транзистора УВЧ, коэффициент трансформации трансформатора, образованного обмотками катушек \(L1\) и \(L2\), делается много меньше единицы. Это приводит к тому, что напряжение сигнала на базе транзистора оказывается в 15...20 раз меньше, чем напряжение на контуре \(L1C1\). В схеме на рис. 3.6-50 коэффициент связи выбран значительно больше обычного и отвод к базе \(VT1\) сделан от 1/5 общего числа витков катушки \(L1\). В этом случае контур \(L1C1\) оказывается сильно шунтированным, полоса его расширяется и чувствительность приемника падает. Однако при подключении туннельного диода к дополнительной обмотке \(L3\) контур частично разгружается, его затухание и полоса пропускания возвращаются к нормальной величине. Таким способом удается получить выигрыш в чувствительности приемника в 4...5 раз. Число витков дополнительной обмотки \(L3\) выбирается с таким расчетом, чтобы затухание контура компенсировалось не полностью и усилитель не возбуждался. Недостатком предложенной схемы является то, что коэффициент перекрытия входной цепи уменьшается, так как из-за увеличенного коэффициента связи сильнее будет сказываться входная емкость транзистора \(VT1\). Кроме того, к емкости контура добавится емкость туннельного диода. Поэтому если требуется достаточно большое перекрытие, целесообразно применять туннельный диод с минимальной емкостью.

Более выгодно применять регенеративные усилители настроенные на фиксированную частоту, например, в усилителе ПЧ супергетеродинного приемника (рис. 3.6-51).

 

Регенеративный усилитель на туннельном диоде в составе УПЧ супергетеродинного приемника

Рис. 3.6-51. Регенеративный усилитель на туннельном диоде в составе УПЧ супергетеродинного приемника

 

На один из контуров ПЧ наматывается дополнительная обмотка для подключения туннельного диода. Смещение диода лучше сделать стабилизированным. Это позволяет подойти достаточно близко к порогу регенерации и получить выигрыш в усилении в 8...10 раз. Нужно учитывать, что полоса пропускания УПЧ резко сужается, если включение туннельного диода не было заранее предусмотрено.

 

 

 



Все права защищены © 1997-2011 Перепечатка возможна только по согласованию с владельцем авторских прав. admin@club155.ru

Яндекс.Метрика               Сервер радиолюбителей России - схемы, документация,

 соревнования, дипломы, программы, форумы и многое другое!   схемы новости электроники