Circuite cu dioda lambda - oscilatoare si amplificatoare regeneratoare

[VAX]

Dioda lambda este un circuit de tip dipol, care inlocuieste dioda tunel (element cu rezistenta dinamica negativa pe caracteristica U-I) in unele aplicatii.

Cea ma buna varianta de dioda lambda este cea cu doua tranzistoare J-FET (unul cu canal "n", iar al doilea cu canal "p").

Exista si versiuni cu combinatie J-FET + tranzistor bipolar, dar sunt inferioare celei cu doua JFET-uri.

http://www.zen22142.zen.co.uk/Theory/neg_resistance/negres.htm

http://www.vk6fh.com/vk6fh/lambda_diode.htm

http://electronbunker.ca/eb/NegativeResistance.html

Cu un astfel de circuit se pot realiza oscilatoare si amplificatoare regeneratoare (Q-multiplier). Au particularitatile lor in functionare (reglare), care nu sunt bine explicate pe net.

Va recomand sa simulati functionarea diodei lambda si a circuitelor de oscilator, respectiv multi-Q, cu programul Circuit Maker, care se poate descarca de pe net si este FREE pentru studenti si pentru hobby-isti (pomana de la firma Protel - Altium Limited).

Eu lucrez cu CM6 descarcat de site-ul radioamatorilor rusi (cqham.ru), care merge satisfacator. In ultimul timp am folosit si Circuit Maker 2000 Pro, care are biblioteca de componente mai bogata si merge pe 32 biti. Ambele versiuni aproximeaza rezultatele intermediare (taie din zecimale) si dau erori de calcul (simulare), mai ales la circuitele cu multe componente si cu bucla de reactie pozitiva (se acumuleaza erorile dupa mai multe treceri prin bucla - presupun, nu stiu cum calculeaza), cu functionare in regim neliniar. N-am incercat alte simulatoare (Microcap, B2 Spice, Top Spice, HSpice, PSpice, etc) sa vad daca simuleaza bine schemele unde Circuit Maker da rezultate in balarii. Insa la schemele cu putine componente (si mai ales fara reactie pozitiva) Circuit Maker este extrem de util. Are avantajul ca se invata usor, este intuitiv.

Pentru inceput va propun sa simulati trasarea caractiristicii I=f(U) a unei diode lambda realizata cu tranzistoarele BF245 si 2N5460(61,62). Se pot folosi multe tipuri de tranzistoare cu canal "n", cum ar fi: BF245, BF256, J310, 2N4416, BFW11, etc. Pentru JFET-ul cu canal "p" sunt mai putine optiuni. Cel mai indicat este 2N5460 (61,62), care are capacitati interne reduse si merge bine in RF (chiar pana la 200 MHz). La frecvente joase (maxim 10 MHz) se pot utiliza si alte tipuri de JFET-uri cu canal "p", cum ar fi KP103 (rusesc), sau tranzistoare JFET de comutatie.

La dioda lambda simulata sa studiati caracterica I=f(u), in regiunea cu Rd negativ (unde I scade cand U creste). Sa identificati aproximativ ("ochiometric") unde este punctul de inflexiune pe caracteristica (retineti valoarea tensiunii de polarizare), pentru ca acolo trebuie sa functioneze dioda. Sa va notati si valorile tensiunii de la capetele regiunii cu Rd(-).

Dupa asta sa treceti la simularea schemei de oscilator. Foarte important la circuitele de tipul asta, cu elemente cu caracteristica U-I de tip N, este ca dreapta de polarizare sa intersecteze caracteristica statica intr-un singur punct situat pe zona de rezistenta negativa. Asta presupune ca sursa de alimentare si circuitele aferente (divizorul rezistiv, etc) sa aiba rezistenta mica, sub un prag (dependent de dispozitivul utilizat). Altfel functionarea este de tip bistabil sau monostabil.

La oscilatoare sau amplificatoare regenerative se observa ca dioda lambda este conectata in paralel cu circuitul oscilant. Functionarea in regim sinusoidal se produce cand rezistenta paralel a circuitului RLC este infinita (adica avem circuit LC fara pierderi). Daca nu se conecteaza in paralel cu circuitul LC un rezistor de amortizare (notat pe schema cu Ra), atunci circuitul functioneaza in regim de relaxare (unda deformata si cu frecventa mai joasa). Rezistorul de amortizare este de fapt un trimer de mici dimensiuni (inductanta redusa). Intrucat reglajul este critic (o modificare de numai 0,01% a Ra are efect puternic, in pragul oscilatiei), recomand sa fie inseriate doua rezistoare reglabile, una pentru reglajul brut si a doua, de valoare mai mica (1/10-1/20) pentru reglajul fin. Asta atunci cand realizati montajul practic si mai ales cand vreti sa vedeti cum functioneaza ca multi-Q.

Pierderile din circuit sunt eliminate atunci cand Rd(-) a diodei lambda este egala in modul cu rezistenta pozitiva de pierderi a circuitului LC real, pus in paralel cu Ra.

Sa dati diverse valori rezistorului Ra (variatii mici in jurul valorii din schema) si sa vedeti efectul asupra formei si frecventei oscilatiilor.

Rezistorul Rs din schema reprezinta rezistenta de pierderi a bobinei, nu este o componenta de circuit. Am pus o valoare, n-am stat sa calculez. Normal trebuia sa consider ca bobina are Q de ordinul 80-100 si sa calculez Rs cu formula Q=XL/Rs, la frecventa de rezonanta.

Pentru studierea montajului in regim de multi-Q (amplificator regenerator) am inclus in schema un generator de semnal cuplat (extrem de slab) cu circuitul oscilant prin condensator de 1pF. Studiati caracteristica (curba de rezonanta - AC Analysis) si puneti in evidenta ingustarea benzii de trecere si cresterea semnalului cand modificati Ra.

La montajul real trebuie ca polarizarea diodei sa se faca in punctul de inflexiune de pe caracteristica diodei. Din pacate intervine dependenta de temperatura a acestuia. La nivel de hobby acest inconvenient nu se pune (trebuie sa fim toleranti, sa nu ne suparam de la orice fleac).

Dioda lambda este extrem de utila celor care sunt curiosi cum lucreaza circuitele oscilatoare si amplificatoare cu elemente cu rezistenta dinamica negativa (cu caracteristica I-U de tip N) si nu dispun de o dioda tunel. Diodele tunel functioneaza la tensiuni (si puteri) mai mici decat diodele lambda si sunt mai naravase, pentru ca pot sa autooscileze pe frecvente mari (GHz) cu inductantele si capacitatile parazite proprii, combinate cu cele din montaj.

La montajul real, cu care veti lucra, schema de alimentare a fost complicata putin, ca sa se poata regla fin tensiunea cu care se alimenteaza dioda lambda (polarizarea in punctul de inflexiune).

Fisiere_MC.rar

Edited August 1, 2017 by VAX

[gsabac]

Foarte interesant, inedit si chiar util.

@gsabac

[hpavictor]

Mulțumesc pentru semnalare .

[gauss]

https://www.scribd.com/document/103981897/Tehnium-04-dec-2004

 

Si chiar la noi pe Elf ... s - a mai discutat !

 

http://www.elforum.info/topic/31686-oscilator-universal/

 

E tratat si in alte locuri ... ceea ce nu minimalizeaza actualul topic , am postat spre informare !

Edited August 1, 2017 by gauss

[VAX]

Schemele editate cu Circuit Maker 6 pot fi simulate cu Circuit maker 2000, dar invers nu se poate. Daca ati editat o schema cu CM6 (in folderulul lui CM6) si o deschideti ulterior cu CM2000, sa aveti grija sa nu dati "save" la eventuale modificari, ca o salveaza pe sistemul lui CM2000 si nu o puteti rula ulterior cu CM6.

CM2000 de la adresa indicata nu l-am verificat de virusi. Kitul de CM2000 de pe siteul rusesc are anumite functii blocate (cred ca nu este versiunea Pro), de asta am preferat sa lucrez cu CM6. Puteti sa exportati fisierul spice si sa simulati si cu alte programe.

Informatia pe care am dorit sa o transmit este ca la oscilatoarele cu elemente cu rezistenta dinamica negativa (diode tunel, etc) trebuie sa se amortizeze circuitul oscilant cu un rezistor, atat cat sa se permita intrarea in regim de oscilatie, dar sa nu se treaca la oscilatii nesinusoidale. Acest aspect nu este precizat in ce s-a publicat, nu stiu din care motive.

Eu am experimentat cu diode tunel (am multe, aproximativ 50 de bucati - majoritatea cu GaAs - rusesti - Ip = 5-9mA), inca din anii '80. De la inceput am observat ca nu oscilau frumos, sinusoidal, desi respectasem schema. Mi-am dat seama despre ce era vorba si le-am adus pe calea cea buna prin amortizare cu rezistor pus in paralel cu circuitul LC.

Edited August 1, 2017 by VAX

[gauss]

Diodele tunel de multe ori sant de calitate indoielnica . Mai ales cele rusesti , ajunse la noi pe filiere incerte . Daca sant la punga , cu certificat si stampila si semnatura OTK , nu pun probleme . Am lucrat destul cu ele la o fosta " pravalie " . Daca se respecta schemele de prin manualele diferitelor AMC - uri , functioneaza corespunzator , fara " ajutoare " . Sant si scheme care nu au circulat , din motive evidente . Este ( si ) un topic cu un osciloscop Tesla , care foloseste dioda tunel in baza de timp ... Astazi , sant depasite ... prezinta doar interes muzeistic sau pentru timpul liber , daca se doreste anume lucrul cu asa ceva .

Edited August 1, 2017 by gauss

[VAX]

Eu am diode tunel din mai multe surse (IFA, de la Electroputere Craiova, cumparate din Franta, etc) si toate sunt la parametri specificati de fabricant. Cat ar fi dioda de buna, daca nu se respecta ce am spus eu, chestia cu amortizarea ca sa oscileze sinusoidal, atunci stabilitatea frecventei este compromisa. In osciloscoape sunt cu alta functie, de formator de impuls pentru sincronizare.

 

Cine vrea sa incerce un Q-Multiplier cu dioda tunel sau cu dioda lambda, sa tina seama de ce am spus. Factorul de zgomot la circuitele cu dioda tunel este de ordinul 5-6 dB (bun pentru receptoarele din benzile inferioare de US). La multi-Q cu dioda lambda n-am idee, dar nu poate sa fie mai mare de 4 dB, daca tinem seama ca tranzistoarele folosite au zgomot mic (cel mult 2 dB).

 

Pe baza a ce am discutat anterior, consider ca oscilatorul cu DT de la baza de timp a frecventmetrului E0204, varianta poloneza, pe 5 MHz, nu este bine gandit. Nu am vazut in schema respectiva ceva care sa permita reglarea amortizarii. Circuitul merge relativ bine pentru ca este cu cuart in balon vidat si din cauza termostatarii. Dar se poate "tuna" daca se amortizeaza ca sa intre in regim de oscilatie sinusoidala. La baza de timp respectiva se poate creste stabilitatea frecventei si daca intre oscilatorul cu XT si DT si amplificatorul cu tranzistoare bipolare se introduce un etaj separator cu JFET bootstrapat, in conexiune de repetor de semnal pe sursa (montaj in aer, ca sa aiba loc). Asta ca sa nu se schimbe complet placuta cu oscilatorul.

Edited August 1, 2017 by VAX

[gauss]

" Cat ar fi dioda de buna, daca nu se respecta ce am spus eu, chestia cu amortizarea ca sa oscileze sinusoidal, atunci stabilitatea frecventei este compromisa " . De ce nu scrieti un articol intr - o publicatie majora , din ala indexabil ca viitoare bibliografie de citat , la nivel universitar ? ... dioda tunel a fost tratata teoretic exhaustiv la nivel academic , se cunoaste chestiunea functionarii . Documentatie e garla pe internet ... Unde e noutatea ? Doriti sa ne comunicati ceva ce se stie ? ...

 

http://www.rfwireless-world.com/ApplicationNotes/Tunnel-diode-as-Amplifier-and-Oscillator.html

 

P . S . - lasati oscilatorul polonez , merge foarte bine . S - au facut in mii de bucati , noi ( ca tara ) n - am facut mai bune . De - aia s - au importat . Nu aveti cu ce sa masurati stabilitatea ... depaseste posibilitatile forumistilor .

Edited August 1, 2017 by gauss

[VAX]

Nu e cazul sa fiti rautacios, ca majoritatea romanilor.

Aratati-mi o schema de pe net sau dintr-o carte publicata la noi, in care sa apara rezistorul de amortizare. Schemele date sunt doar cu dioda lambda (sau tunel), nu se aduce vorba despre indeplinirea conditiei ca Rparalel = Rd(-)Rp/(Rd(-) + Rp) = infinit, unde Rp este rezistenta paralel (de pierderi) a circuitului LC (include si efectul produs de Ra). Oscilatoarele cu DT date prin carti merg de fapt in regim de relaxare, nu scot sinusoida curata. Din cauza asta frecventa de oscilatie este mai mica deca cea calculata.

V-am dat fisierele de la schemele respective, sa le simulati cu Circuit Maker si sa vedeti cat de mult influenteaza Ra frecventa si forma de unda.

 

Anumite chestii nu se spun la fraieri, nu ca nu ar exista persoane care sa le stie. Mai ales ca diodele tunel erau folosite in aplicatii militare. Au fost la moda in anii '60, dupa care au aparut tranzistoare de RF cu siliciu, care le inlocuiau in aproape toate aplicatiile.

 

Oscilatorul cu XT de la E0204 are fuga de frecventa de sute de hertzi, daca se variaza tensiunea de alimentare (a lui, nu a intregului bloc). Am verificat personal. Nu trebuie sa ne prosternam in fata strainilor, ca avem si noi cap sa gandim cu el. Cine vrea sa-i creasca putin (chiar si de zece ori) precizia, sa faca ce am spus. In primul rand sa oscilografieze ce scoate oscilatorul cu DT si daca semnalul nu este perfect sinusoidal sa amortizeze circuitul cu rezistor (se determina valoarea experimental). Este valabil si ce am spus despre amplificatorul de dupa oscilator. Este schema clasica cu tranzistor bipolar, cu capacitate de intrare mare si dependenta de punctul static de functionare. Un separator cu JFET bootstrapat reduce mult efectul asupra oscilatorului cu DT. Cine vrea ca aiba instabilitate a frecvente de ordinul 10 la minus 8 sau mai buna, sa faca ce am spus.

Edited August 1, 2017 by VAX

[gsabac]

@VAX, ati pomenit de combinatii FET cu tranzistori bipolari, dar cred ca functioneaza la fel de bine

si perechi MOSFET, poate chiar la mare putere, dar si perechea PNP-NPN, totul pentru sinusoida.

Sunt interest, dar nu am reusit sa decomprim circuitul, am un RAR mai vechi, poate imi puneti un ZIP.

Oricum simularea m-a dat pe spate cu tensiunea de 100V la iesire, despre ce este vorba ?

 

@gsabac

[VAX]

Lambda.zip

 

Este bine sa aveti instalate mai multe arhivatoare, inclusiv 7zip.

Am spus ca diodele lambda mixte (JFET sau MOSFET + bipolar) nu mi se par o combinatie buna pentru ca tranzistoarele bipolare au capacitati de difuzie mari, dependente de regimul de functionare, si au sarcina stocata (daca se ajunge la saturatie, la semnal mare). Tranzistoare 2N5460_1_2 s-au gasit la pret mic pana anul trecut.. S-ar putea sa mai fi ramas prin magazine. Diode lambda s-au facut si sub forma de integrat (tehnologie MOS sau alte variante), inca din anii '70. Eu asa imi amintesc din revistele citite atunci (Electronic Engineering).

 

Nu este vorba ca ar scoate 100V la iesire, ca nu e simulare in regim tranzitoriu. Tensiunea respectiva se raporteaza la cea de la intrare, ca sa vedeti cat este amplificarea. AC Analysis - asa lucreaza programul asta.

Edited August 1, 2017 by VAX

[gsabac]

Asa face si PSpice. A mers bine decomprimarea, multumesc.

 

@gsabac

[gauss]

Nu sant rautacios . Dar incerc sa fiu scurt .

Circuite cu dioda lambda - oscilatoare si amplificatoare regeneratoare

Este titlul topicului , dumneavoastra l - ati deschis . Acum am ajuns la diode tunel , vesnicul multi - Q ... si referiri la produse de firma , fie si de import , care au ajutat tara asta , cand mai producea cate ceva . Acum aflam ca au fost gresite . Ma rog , mi se pare discutabil . Cred ca v - a iritat postarea mea cu nr . 4 , in care semnalam ca subiectul nu e asa de inedit , cum sperati . Am fost politicos , ma autocitez . " E tratat si in alte locuri ... ceea ce nu minimalizeaza actualul topic , am postat spre informare ! " Limpede , nu ? Despre dioda tunel stiu ce am invatat la scoala , ce am desprins din propria practica cu ele , si ce am mai citit dupa ' 90 , cand am avut acces si la alte materiale , in afara de cele rusesti . Ma rog , nici alea n - au fost pe toate drumurile . Da , multe aplicatii cu diode tunel au fost in tehnica militara . " Moda " a fost si dupa anii ' 60 , niste chestii la ( si cu ) care am lucrat erau fabricate in ' 80 . Tot in armata am lucrat si eu cu ele , pana prin 2000 , cand au fost inlocuite cu altceva . Am spus , si repet - daca ati descoperit ceva , publicati ... nu e nimic ironic . " Aratati-mi o schema de pe net sau dintr-o carte publicata la noi, in care sa apara rezistorul de amortizare. " . Ati nuantat , e bine . Sant lucrari straine in care se trateaza chestiunea . La rand cu altele , nu e nimic magic . De aceea si indemnul meu , obtineati confirmarea de la altii , mult mai pregatiti in domeniu , ca nimic nu e nou sub soare . Cel putin cu diodele tunel . Articolele indexabile ajung astfel dupa ce sant periate la sange de recenzori care sant nume in electronica , ceea ce eu nu voi fi niciodata . M - as bucura sa fiti dumneavoastra , sau oricare alt coleg de forum . Altfel , stiu ca ne - ati delectat in alte topicuri cu chestii brevetabile ( la inceput ) , si ati aflat din linkuri puse de colegi ca nu e chiar asa . Le mai tratasera si altii ... In fine , nu e treaba mea . Eu nu postez chestiuni de teorie , si nici nu mai construiesc nimic . Ma ocup doar cu depanarea , la niste nimicuri . Altfel , personal m - as abtine sa cataloghez in vreun fel peiorativ majoritea romanilor , sau sa - i consider pe altii fraieri . Vad ca dvs . o faceti , nu stiu cat de corect sau indreptatit . Fiecare are locul lui ... mai putin pregatit nu merita apelativul de fraier . Poate are domenii in care - mi da " clasa " , chiar si in electronica . Ma rog , viziune personala ...

 

P .S . - pentru dl . VAX

[VAX]

@Gauss

 

1. Scopul postarii mele nu a fost sa-mi dau vreun doctorat in diode lambda, ci sa le explic celor curiosi (elevi, studenti, radioamatori) sa experimenteze astfel de circuite cum se procedeaza ca sa functioneze corect. Altfel iau o schema de pe net, cu dioda lambda conectata la circuitul LC, fara rezistor Ra (nu apare in schemele pubicate, informatie data la liber, nu in articole de cercetare). Le-am dat si adresele de unde sa descarce programul de simulare, fisierul cu care am lucrat eu (ca sa-i scutesc de munca si sa nu bajbaie prin setarile programului de simulare). A fost munca voluntara. Pe dumneavoastra ce v-a nemultumit de la inceput, de m-ati luat la misto ? Ati verificat cu CM cum merge circuitul, cat de sensibil este la valoarea rezistentei Ra ?

2. Schemele publicate pe net, date la liber, oscileaza ca dracu, nesinusoidal. Sunt oscilatii de relaxare filtrate (partial) de circuitul LC, nu oscilatii armonice. Estimati si dvs cat este modulul rezistentei dinamice negative a diodei lambda (pe grafic - este de sute de ohmi) si comparati cu rezistenta echivalenta paralel (de pierderi) a unui circuit oscilant LC obisnuit (Q=100), care este cu cateva ordine de marime mai mare. Poate sa functioneze in regim sinusoidal un oscilator cu dioda lambda, conform schemelor date pe net, fara sa i se adauge Ra ? De amplificare in regim de regenerare nici nu poate fi vorba.

3. Eu chiar am experimentat un astfel de circuit, nu doar l-am simulat pe calculator. A trebuit sa-l invat pe un fost student, coleg de serviciu cu mine, cum lucreaza cateva circuite de baza, sa le aplice la laborator cu studentii. N-am vrut sa-i dau diode tunel (am sistat pomenile) si am fost nevoit sa-i sortez JFET-uri pentru diode lambda (masurat Ip, Iv, Up si Uv). Am pierdut cu el timp de cateva ore numai la circuitul asta.

[gsabac]

Am reusit simulari de la 413 Hz la 106MHz cu acelasi circuit activ.

1H-100nF.............413Hz

10mH-2200pF......32KHz

100nH-33pF..........78MHz

75nH -22pF..........106MHz

La o anumita rezistenta pusa in paralel cu circuitul oscilant forma sinusoidala este foarte buna.

Acest circuit cu tranzistorii din schema, oscileaza pe 3,81MHz. Cum era de asteptat, tensiunea de iesire

este axata pe 0V si simetrica. Nu este "cine stie ce chestie", dar pentru mine este interesanta

si apreciez topicul deschis de @VAX.

 

@gsabac