Ранее была получена одна из форм дифференциального уравнения автогенератора с внешней ОС (15.9)

с коэффициентом a _э, определяемым формулой (15.11):

Здесь G_вн – проводимость, вносимая в колебательный контур за счет действия внешней ОС. Стационарному режиму соответствует равенство G_вн = —G. Условие возникновения колебаний удовлетворяется при G_вн < 0 и |G_вн| > G.

Сравнение данного дифференциального уравнения с дифференциальным уравнением одиночного колебательного контура (15.2) позволяет составить эквивалентную схему генератора. Она дана на рис. 15.4 и отличается от схемы обычного контура наличием в ней отрицательной проводимости.

Отрицательную проводимость можно получать не только за счет действия внешней ОС, но и с помощью НЭ с ВАХ, имеющей падающий участок. Электронные приборы, являющиеся резистивными нелинейными элементами с падающими участками ВАХ i = F(u), называются приборами с отрицательным сопротивлением. В частности, таким прибором является туннельный диод.

Генераторы, построенные на приборах с отрицательным сопротивлением, не содержат внешней цепи ОС и называются поэтому генераторами с внутренней ОС.

На рис. 15.19, а приведена ВАХ туннельного диода.

На участке а—б дифференциальная проводимость G(u) = di/ du < 0.

Эквивалентная схема туннельного диода, соответствующая падающему участку характеристики, представляет собой параллельное соединение нелинейной отрицательной проводимости диода G(u), зависящей от приложенного к нему напряжения и, и емкости С_д р-п перехода (рис. 15.19, б).

Схема генератора с внутренней ОС, выполненного на туннельном диоде, изображена на рис. 15.20, а. При помощи напряжения смещения U₀ рабочая точка устанавливается примерно в середине падающего участка ВАХ диода. Блокировочная емкость С_бл образует путь для переменного тока генерируемой частоты. Заменив туннельный диод параллельным соединением отрицательной проводимости G(u) и емкости С_д перейдем к эквивалентной схеме генератора по переменному току. Она дана на рис. 15.20, б. Емкость эквивалентной схемы С = С_к + С_д. Данная эквивалентная схема полностью удовлетворяет приведенному в начале раздела дифференциальному уравнению.

Генератор на туннельном диоде является генератором почти гармонических колебаний, и анализ его работы можно провести так же, как и анализ работы генератора с внешней ОС.

Введем понятие средней проводимости НЭ G_cp(U_m.) < 0 по первой гармонике с амплитудой U_m.. Графики зависимостей, |G_cp(U_m.)| от амплитуды U_m. при различных напряжениях смещения U₀ приведены на рис. 15.21. На нем же показаны различные значения эквивалентной проводимости контура G.

Возбуждаются колебания при |G_cp(U_m.)| > G. Стационарные амплитуды колебаний устанавливаются при |G_cp(U_m.)| = G.

Проводя анализ зависимостей рис. 15.21 (подобный анализ зависимостей выполнен с помощью рис. 15.8 и 15.9 для генераторов с внешней ОС), можно убедиться, что в генераторах с внутренней ОС возможны мягкий и жесткий режимы самовозбуждения (рис. 15.22).

Мягкий режим самовозбуждения происходит при напряжениях смещения 0,15 B < U₀ < 0,3 В, жесткий режим – при U₀ > 0,3 В. На рис. 15.21 на кривой средней проводимости |G_cp(U_m.)|, полученной при U₀ = 0,4 В показаны стационарные точки А¢ , А¢ ¢ и А¢ ¢ ¢ . Колебания возникают при значении эквивалентной проводимости контура G¢ (точка А¢ ). Амплитуда колебаний равна . При увеличении проводимости G стационарная амплитуда уменьшается, срыв колебаний происходит при G¢ ¢ ¢ (точка А¢ ¢ ¢ ). Поэтому жесткому режиму самовозбуждения соответствует сплошная кривая на рис. 15.22. Мягкому режиму возбуждения соответствует пунктирная кривая, полученная для средней проводимости при U₀ = 0,3 В.