Nachádzate sa tu
Kapitola 9
9. ZAPOJENIA S MIKROVLNNÝMI DIÓDAMI
Uvedieme niekoľko typických zapojení s nasledovnými diódami: kapacitná dióda – varikap, tunelová (Esaki), Schottkyho a PIN dióda. Podrobný popis týchto diód a ich vlastností obsahuje kapitola 1.3. Záverečné zapojenia sú venované fotoelektrickej dióde.
Varikap ako laditeľný kondenzátor
Obr.9.0.1 Varikap ako laditeľný kondenzátor vo vstupnom obvode prijímača
Vstupný – anténny obvod prijímača tvorí paralelný rezonančný obvod, ktorého celková kapacita sa jemne ladí pomocou jednosmerného napätia privedeného na varikap v obvode: UN, RP, R, varikap CV, L, GND. Hrubé preladenie – výber pásma, sa vykonáva skokovou zmenou indukčnosti pomocou prepínača. Zápornému napätiu varikapu UV zodpovedá kapacita CV. Aby sa kapacita varikapu nemenila priechodom vf. signálu, musí byť amplitúda signálu rádovo menšia ako ladiace jednosmerné napätie, pre takéto malé striedavé napätie sa varikap správa ako lineárny kondenzátor s kapacitou C = CV ± ΔC 
CV. Či je priebeh C = f(U) nelineárny (č.1), alebo lineárny (č.2) je teraz vedľajšie.
Varikap v obvode modulátora s frekvenčnou moduláciou
OSC – oscilátor
nf – modulačný nf signál
vf – vf signál oscilátora
vfm – frekvenčne modulovaný
signál
Obr.9.0.2 Varikap v obvode modulátora s frekvenčnou moduláciou
V tomto zapojení sa kapacita varikapu voči svojej pokojovej hodnote nastavenej jednosmerným napätím U, mení – ladí v rytme nf modulačného signálu.
Tunelová dióda v oscilátore
Obr. 9.0.3 Tunelová dióda v oscilátore
Frekvenciu kmitania určuje LC obvod, dióda zabezpečuje záporný dynamický odpor, potrebný pre kompenzáciu strát v stratovom odpore RL. Delič R1, R2 zabezpečuje nastavenie pokojového pracovného bodu v oblasti záporného dynamického odporu vo VACH.
Tunelová dióda v klopnom obvode
Obr. 9.0.4 Tunelová dióda v klopnom obvode
Klopné obvody (KO) sa väčšinou realizujú pomocou aspoň dvoch aktívnych súčiastok (tranzistorov, logických členov) invertujúceho typu, medzi ktorými je kladná spätná väzba. Výnimku z tohto pravidla tvoria obvody obsahujúce súčiastky so záporným dynamickým odporom, napr. s tunelovou diódou. Tunelová dióda musí byť v dvoch stabilných stavoch: UOL (bod L vo VACH) a UOH (bod H), nesmie sa vyskytovať v oblasti záporného dynamického odporu (napr. v bode I). Zapojenie A je ovládané z jedného vstupu, kladným impulzom sa nastaví KO do stavu H, záporným do stavu L (KO sa vynuluje). V zapojení B sú na ovládanie použité dva vstupy - tlačítko nastavenia S (set) a tlačítko nulovania R (reset), namiesto kontaktných spínačov môžu byť v zapojení použité aj bezkontaktné spínače (tranzistory). Stavy majú veľmi malú napäťovú úroveň: UOL ≤ 0,1 V, UOH 0,3 V, pre praktické použitie sa musia tieto napätia zosilniť (zväčšiť ich úrovňový odstup).
Pozn.: Zapojenia s tunelovými diódami sú nestabilné a nespoľahlivé (v dôsledku malých úrovní a malého odstupu medzi nimi sú málo odolné na rušenia) a preto sa používajú veľmi zriedkavo.
Schottkyho diódy v logických obvodoch
Tieto diódy využívajú na usmerňovanie priechod kov – polovodič, z čoho rezultujú dve základné výhody: veľmi rýchly proces spínania a vypínania a malé napätie v pripustnom smere UF ≤ 0,4 V. Buď sa používajú ako diskrétne prvky alebo ako súčasť číslicových obvodov – napr. v „ podrodine“ TTL obvodov (tzv. Schottkyho TTL obvody).
Obr. 9.0.5 Schottkyho diódy (tranzistory) v logických obvodoch
Bežný tranzistor je prevádzkovaný v zopnutom stave s určitou mierou presýtenia (UBES 0,7 V, UCES 0,2 V → UCB = – 0,5 V). V Schotkyho tranzistore sa prídavná dióda otvorí skôr ako priechod BC, prúd bázového obvodu sa nezvýši do stavu presýtenia. Pri vypnutí sa z priechodov skôr odsaje malý prebytočný náboj – skôr sa obnoví blokovacia schopnosť tranzistora, tranzistor vypína rýchlejšie.
Obvod s diódou PIN
Uvedieme najčastejšiu aplikáciu – využitie PIN diódy ako rezistora s nastaviteľnou (regulovateľnou) hodnotou odporu pomocným jednosmerným (prípadne nízkofrekvenčným) prúdom (viď obrázok 1.3.6.b).
Obr.9.0.6 PIN dióda ako rezistor s nastaviteľným odporom vo vvf obvode
Zapojenie, konkrétne PIN dióda, koná uvedenú funkciu iba pri veľmi vysokých frekvenciách rádu GHz (f > fmin, kde fminzávisí od hrúbky intrizickej vrstvy diódy). Odpor diódy sa mení o niekoľko rádov, napr. pri IJS = 1 A je Rvf = 0, x Ω, pri IJS = 1 mA je Rvf = 10 kΩ.
Fotoelektrická dióda a infračervená dióda
Používa sa v snímačoch svetla a optoelektrických snímačoch (fotozávorách), v tejto funkcii sa často používa aj fototranzistor. Fotodiódy (a aj fototranzistory) nie sú selektíve prijímacie prvky reagujúce iba na slnečné svetlo alebo umelé viditeľné svetlo, reagujú aj na infažiarenie. Vo vysielačoch optoektrických snímačov sa v súčasnosti používa infračervené žiarenie – infradiódy.
Obr. 9.0.7 VACH a režimy činnosti fotodiódy
Fotodiódy v expozimetri (merači svetla)
Fotodiódy môžu byť pospájané sérioparalelne pre získanie väčšieho napätia a záťažného prúdu. Pracujú v hradlovom režime – ako aktívne súčiastky.
Obr. 9.0.8 Fotodiódy v merači svetla
Fotodiódy ako súčasť optosnímačov (fotozávor)
Vo fotozávorách sa pre zväčšenie dosahu a obmedzenie vplyvu svetla vonkajšieho prostredia, používa impulzne modulované žiarenie vysielacieho prvku (v súčasnosti väčšinou infračervenej diódy). V prijímači modulované žiarenie prijíma fotodióda alebo fototranzistor. Dióda môže byť zapojená v odporovom alebo hradlovom režime. V odporovom režime sa zosnímaný impulzný priebeh zosilní a upraví (integrátor, tvarovací obvod atď.) tak, aby na výstupe bol nezakmitaný signál stanovenej úrovne. V hradlovom režime môže tvoriť fotodióda súčasť obvodu oscilátora, vtedy impulzne modulované žiarenie prijaté fotodiódou rozkmitá oscilátor, jeho kmity sa upravujú v ďalších obvodoch snímača.
Obr.9.0.9 Fotodiódy v optosnímačoch