Fyzika a matematika

http://vmiksik.sweb.cz/tunel.html

Někdy v 70-tých letech jsem získal jednu tunelovou diodu české výroby. Byl to zřejmě vývojový typ a neměl žádné označení. Nicméně než se mi ji podařilo neopatrným pájením zničit provedl jsem s ní řadu zajímavých pokusů s nimiž bych vás rád seznámil.

Tunelové diody z výroby n.p. TESLA

 *** 

Co to tunelová diod je a jak pracuje asi nemá cenu podrobně vysvětlovat to si můžeme najít v odborné literatuře, my se budeme věnovat jejich praktickému použití.
Zvláštností této diody je že v propustném směru vykazuje její charakteristika při určitém napětí jakýsi zlom pro běžnou diodu netypický. Představuje tak negativní odpor. Tato vlastnost z ní dělá aktivní součástku. Tato dioda zapojená do LC obvodu a nastavením předpětí do oblasti zlomu charakteristiky se celý obvod rozkmitá. Co to znamená - vznikne nám oscilátor který je velmi stabilní a je ho zároveň možné modulovat již velmi malým modulačním napětím.
Co tedy s tím ? Začneme konstrukcí jednoduchého vysílače.

Nejdříve bych upřesnil, z nedostatku symbolů jsem použil místo mikrofonu normální odpor. Rezonanční obvod tvoří cívka, kapacitní trimr 6 až 30 pF a kondenzátor 1 nF. Dioda je připojena na odbočku uprostřed cívky aby nezatěžovala obvod a nesnižovala jeho kvalitu. Jediné nastavení spočívá v nastavení pracovního bodu tunelové diody. Nastavujeme odporem 200 ohmů a orientačně by napětí na kondenzátoru 1 nF mělo být asi 0.15 V. V oblasti 0.1 V až 0.3 V je zmíněná zmíněné pásmo negativního odporu kdy při 0.1 V je proud větší než při 0.3 V. Mikrofon má být odporový a vhodná je telefonní vložka s označením MB - místní baterie, vložky UB mají dost velký vnitřní odpor. Napájení je 1.5 V a vysilač lze použít jako štěnici s FM přijímačem. Při praktických pokusech s antenkou asi 50 cm byl signál do 100m perfektní. Spotřeba je minimální.
Další podobný vysilač

Toto zapojení bylo použito jako měřič rezonance. Cívky byly výměnné a signál z výstupu přiveden do zesilovače s měřidlem. Pracovní bod diody je zde nastaven pevně ale jistě bude třeba trochu upravit - ne každá dioda je stejná. Napájecí napětí je opět 1.5 V. Cívkami a případně výměnným kondenzátoren lze nastavit libovolný kmitočet a oscilátor použít pro různé účely.
Další schema nám ukazuje možnost funkce tunelové diody jako oscilátoru a také přijímače.

U tohoto oscilátoru se nf modulační kmitočet přivádí přes elektrolyt 5µF přímo na tunelovou diodu a frekvenčně moduluje jeho kmitočet. Zajímavé je že to funguje i obráceně. Připojíme-li na cívku anténu a obvod naladíme na nějakou FM stanici, dostaneme na výstupu nf signál který po zesílení je možno použít. Je to něco jako superreakční přijimač. Pracovní bod diody je dobré nastavit na co nejlepší příjem. Napájíme opět 1.5 V článkem.

Praktické použití jako přijimač VKV. Tento tuner pracuje podobně jako předchozí zapojení, je však doplněn varikapovým laděním. Máte li vhodný ladicí kondenzátor můžete použít a ladící obvody varikapu vynechat, tunelka má kapacitu asi 10 pF. Já jsem po špatných zkušenostech s kondenzátory s foliovým dielektrikem použil raději varikap. Cívka pro rozsah asi 80 až 100 MHz má 5 až 6 závitů na průměru 8 mm drátem 1mm a mezery také 1 mm. Pro jiná pásma je třeba počet závitů změnit. Délka antény bude pochopitelně trochu ovlivňovat naladění, delší anténu je třeba připojit přes kondenzátor několik pF. Pro ladění je použito napětí 12 V a pro tunelovou diodu je sníženo dvěma křemíkovými diodami na asi 1,3 V (jsou v propustném směru). Použitý zesilovač by měl mít dobrou citlivost vstupu protože úroveň výstupu z tuneru není nijak velká. Vzhledem k spíše experimentálnímu použítí tuneru, volil bych C3 spíše jako bipolární.

Ještě něco všeobecně. Tunelová dioda pracuje až do oblasti vysokých kmitočtů, zkoušel jsem oscilátor s tyčovým rezonančním obvodem na kmitočtu v okolí 2000 MHz a funkce byla bez problému. Jediný problém se ukazuje tunelovou diodu sehnat. Protože je n.p. Tesla kdysi vyráběl měla by být k sehnání na radioamatérských burzách. Tyto diody byly také použity v osciloskopech Tesla Brno řady BM. Zjistil jsem nedavno že tunelové i GUN diody má v prodeji "fy. RaC Vonka" . Diody v provedení podle obrázku mají anodu na straně důlku na pouzdru. Nevím proč ale mutimetr mi tyto diody nezměřil. Takže pokud se vám podaří diodu sehnat přeji dobrou zábavu při tunelování :-) a pozor při letování, má krátké vývody. No když neseženete tunelové diody ještě jsou tu diody lambda. Jsou to v podstatě spojené dva tranzistory J-FET opačné polarity. To už dokážeme napodobit, buď spojíme ty dva FETy nebo použijeme N-FET a PNP tranzistor podle obrázku. Laděný obvod připojíme do serie jako u tunelky. Rozdíl bude v napětí, oblast kmitání bude širší než u tunelky a bude asi 3 až 8 V. Použitím této diody lze zhotovit přijimač dobrých kvalit, podobně jako s tunelkou.

Pokud chcete vytvořit něco stabilního je třeba dodržet určité zásady pro VKV či UKV, tuner by měl být v uzavřené plechové krabičce a ovládací vývody vyvedeny přes průchodkvé kondenzátory ven. Takovou krabičku jsem obvykle realizoval z konzervového plechu. Udělal jsem rámeček a dvě víčka, jde to dobře v normálním svěráku. Rámeček je ze dvou půlek sletovaných k sobě, konzervový plech jde dobře letovat běžnou pistolkou.