Генератор импульсов на туннельном диоде в ждущем режиме

Нагрузочная прямая для схемы генератора располагается так, как показано на рисунке 4.16.

Рисунок 4.16 — Нагрузочная прямая в схеме генератора на туннельном диоде
в ждущем режиме

Построение дает цифровые значения E₀ и Rн. Но для схемы генератора еще нужна реактивность, в качестве которой здесь применяют индуктивность, последовательно включаемую с туннельным диодом и Rн. В результате получаем схему, изображенную на рисунке 4.17.

Рисунок 4.17 — Схема мультивибратора на туннельном диоде в ждущем режиме

Первой устанавливается точка 1 на графическом построении рисунка 4.18 т.к. она первой встречается при нарастании напряжения питания от начала координат (нуля).

Рисунок 4.18 — Процессы генерации импульса

Это состояние продолжается до момента поступления запускающего импульса положительной полярности U_зап, проходящего через VD_зап в прямом направлении. Точка 1 перемещается вправо, достигает уровня колена 2, превышает его, и в том случае, если запускающий импульс достаточно большой, превышает уровень точки , скачок в точку 3, затем скачкообразное движение в направлении точки . При этом наклон нагрузочной прямой в точках 3, не равен наклону Rн, т.к. дополняется сопротивлением цепи запуска, а ток в точках 3 и образуется двумя составляющими: током последовательной цепи с индуктивностью L, который в течение действия скачка запускающего импульса удерживается на уровне точки 1 (закон сохранения тока), и током запускающей цепи, в которой нет индуктивности, поэтому эта составляющая зависит от величины запускающего импульса. Если запускающий импульс меньше в сравнении с точкой 3, то скачок из 2 может быть и в точку , но не ниже точки , положение которой определяется законом сохранения тока.

После снятия запускающего импульса (имеется ввиду, что запускающий импульс имеет короткий фронт, вершину и спад, так что ток в индуктивности L практически не изменяется в сравнении с точкой 1 рисунка 4.17), рабочая точка из положения или 3, или скачком перемещается в точку , из нее начинается относительно медленное перемещение в направлении точки 4. Т.е. нагрузочная прямая , параллельная Rн, удерживаемая ЭДС самоиндукции , смещается влево вследствие убывания .

Т.к. ЭДС самоиндукции убывает относительно медленно, то рабочая точка перемещается из положения в направлении 4 нижнего колена, и из точки 4 скачком в точку 5 (действует закон сохранения тока). В сущности, генерация импульса заканчивается. Но еще есть процесс установления. Он состоит в том, что рабочая точка из положения 5 относительно медленно перемещается в положение 1, т.е. нагрузочная прямая R^II_н возвращается в свое первоначальное состояние R_н, начинается вновь режим ожидания следующего запускающего импульса.

ЭДС самоиндукции в момент обратного скачка это на графике рисунка 4.18.

В связи с тем, что в этой схеме присутствует индуктивность, расчет длительности генерируемых импульсов следует производить не по координатам напряжения, т.к. они разрывны (см. графики рисунка 4.18), а по координатам тока, используя стандартную формулу:

, с.

В этой формуле – постоянная времени, для цепи с индуктивностью она равна , где L – индуктивность в Генри, R^I – сопротивление в Омах. Сопротивление R_тд надо рассчитывать отдельно для точек и 4, так как оно нелинейно (криволинейно) в связи с нелинейностью характеристики туннельного диода, просуммировать его с R_н (схема рисунка 4.17):

R^I=R_тд+R_н

Координаты легко определяются из графического построения рисунка 4.18, причем , где ток соответствует точке пересечения прямой Rн с характеристикой туннельного диода, построенной как продолжение участка – 4 по направлению к началу координат, если бы туннельный диод был обычным диодом.

4.7 Генератор импульсов на туннельном диоде в автоколебательном
режиме

Схема автоколебательного мультивибратора образуется из схемы ждущего путем такого расположения нагрузочной прямой, при котором устанавливается одна точка А неустойчивого равновесия, как на рисунке 4.19.

Рисунок 4.19 — Процессы генерации в автоколебательном режиме

Цепь запуска в схеме генератора также отсутствует (рисунок 4.20).

Рисунок 4.20 — Схема генератора импульсов на туннельном диоде в автоколебательном режиме

Процессы генерации в схеме начинаются с начала координат по рисунку 4.19 в момент включения напряжения питания +E₀ (потому, что включение +E₀ сопровождается нарастанием от нуля до максимума). Нагрузочная прямая из положения в начале координат относительно медленно перемещается параллельно своему первоначальному положению в направлении точки 1, затем под действием ЭДС самоиндукции делает скачок в точку 2 (закон сохранения тока), относительно медленное движение в точку 3, скачок в точку 4 и т.д., продолжается непрерывный генерационный процесс. Расчет длительности импульсов, а следовательно, частоты производится по формуле предыдущего раздела 4.7, при этом надо иметь ввиду, что вершины и основания импульсов формируются на интервалах 2 – 3 и 4 – 1 нелинейного участка характеристики туннельного диода. Из графического построения рисунка 4.19 также легко могут быть найдены цифровые значения токов на интервалах скачков.