Электронный высокочастотный выключатель Советский патент 1987 года по МПК H03K17/74 

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в радиоприемных и радиопередающих устройствах.

Це.пыо изобретения является улучшение коммутирующих свойств и повышение надежности.

На чертеже приведена принципиальная электрическая схема предлагаемог элехтронного высокочастотного татора.

Устройство содержит подключенную к входной шине 1 устройства через разделительный конденсатор 2 первую диодную мостовую матрицу, образованную диумя параллельными цепочками, одна из которых содержит йстречновклю- ченные первый p-i-n-диод 3 и второй

isTopoit p-i-n-диод 4, а друт ая - нстреч} овкл1оченные p-i-n-диод 5 и p i-n-диoд 6.

Средние точки цепочек соединены между co6oii разделительным конденсатором 7. Анод диода 3 и катод диода 5 соединены с обкладкой конденсатора 2, анод диода 4 и катод диода 6 Соединены с первичной понижающей обмоткой входного повышающего трансформатора 8, другой конец которой через конденсатор 9 зазеь лен.

Повьп11а1ои;ая обмотка трансформатора 8 одним концом соединена с второй диодно; матрицей, образованной двумя параллельными цепочками, одна из котор -лх содержит нстречнонключенные р-1-п-,г 1юи,м 10 и 11, а другая - ветр чнонключе HE;ie p-i-n-диоды 12 и 13. Средние точки цепочек соединены между co6ofi разделительным конденсатором 14. При этом а гюд диода 10 и катод диода 12 соединен ; с повышающей обмоткой по ьш а1ощего трансформатора 3, а анод диода 11 и катод диода 13 через разделительный конденсатор 15 заземле)ы.

Друго конец обмотки трансформатора 8 через разделительнь коидс саторы 16 и 17 соединен с поныпающей обмоткой выходного понижаю- Q шину 35 происходит открывание транщего трансформатора 18, другой конец которой заземлен. Понижающая обмотка трансформатора 18 одним концом соединена с выходной Ш1НОЙ 19, а дру- ги м заземлена.

Между обкп-здками конденсаторов 1Ь и 17 .гю1чена третья диодная мостовая матрица, образованная двумя параллельными цепочками, одна из ко55

зисторов 33 и 40 и соответственно закрывание транзистора 39.

При этом ток прямого смещения от источника 26 питания через ограни- чива.ющий резистор 27, импульсный диод 28, p-i-n-диод 29, развязывающи фильтр 31 поступает на аноды p-i-n- диодов 5 и 6, а затем через них соот ветственно - на анод p-i-п-диода 3

5

торых содержит встречновключенные pi-n-диоды 20 и 21, а другая - pi-n-диоды 22 и 23.

Средние точки цепочек соединены между собой разделительным конденсатором 24. Анод диода 21 и катод дий- да 23 через разделительньш конденсатор 25 заземлены.

Источник 26 тока прямого смещения, отрицательнаяклемма которого заземлена, положительной клеммой через ограничивающий резистор 27 и импульсный диод 28 соединен с анодами p-i-n- диодов 29 и 30 цепи питания. Катод диода 29 через развязывающий фильтр 31 соединен с анодами p-i-n-диодов 5 и 6 первой диодной матрицы. Катоды pi-п-диодов 3 и 4 сое/1инены через 0 развязывающий фильтр 32 с коллектором транзистора 33 (ключевого элемента) цепи управления, эмиттер которого заземлен, а база через согласующий резистор 34 подключена к 5 шине 35 управления.

Катод диода 30 через развязывающий фильтр 36 соединен с анодами p-i-n-диодов 12 и 13 второй матриць и анодами p-i-n-диодов 22 и 23 тре- 0 тьей матрицы. Катоды диодов 10 и 11 второй матрицы через развязывающий фильтр 37 соединены с коллектором транзистора 33.

Катоды p-i-n-диодов 20 и 21 через 15 равязывающий фильтр 38 соединены

с коллектором транзистора 39 (ключевого элемента), эмиттер которого заземлен, а база соединена с коллектором транзистора 40 и через огранио чительный резистор 41 - с положительной клеммой источника 26 тока прямого смещения. База транзистора 40 (ключевого элемента) через ограничи- тельны резистор 42 соединена с клем- 5 35 управления.

Устройство работает следующим образом.

При подаче открыва ощего положительного напряжения на управляющую

5

зисторов 33 и 40 и соответственно закрывание транзистора 39.

При этом ток прямого смещения от источника 26 питания через ограни- чива.ющий резистор 27, импульсный диод 28, p-i-n-диод 29, развязывающий фильтр 31 поступает на аноды p-i-n- диодов 5 и 6, а затем через них соответственно - на анод p-i-п-диода 3

и анод р-1-п-ди()да 4. Затем ток проходит через развязывающий фильтр 32 на коллектор транзистора 33 и замыкается на общую шину (земля), к которо подсоединен и минус источника 26 питания.

Аналогичным образом открываются p-i-n-диоды 12, 13, 10 и 11, Цепь тока прямого смещения следующая: общая шина (земля) - минус источника 26 питания - плюс источника 26 питания - ограничиваюиий резистор 27 импульсный диод 28 - p-i-n-диод 30 - развязывающий фильтр 36 - аноды p-i-n-диодов 12 и 13, затем через p-i-n-диоды 10 и 11, развязывающий фильтр 37, коллектор транзистора 33 и через его эмиттер - на общую шину.

При этом первая и вторая диодные мостовые матрицы открыты для прохождения ВЧ-сигнала с минимальными искажениями и потерями.

Так как на базу транзистора 39 подано запирающее напряжение в результате того, что открыт транзистор 40, через третью диодную матрицу, состоящую из p-i-n-диодов 20-23, не течет ток прямого смещения При этом p-i-n-диоды 20 - 23 и ВЧ-сигнал не шунтируется третьей диодной матрицей,

ВЧ-сигнал, поступая на входную щину 1 выключателя., проходит затем через конденсатор 2, вторую диодную матрицу, понижающую обмотку трансформатора 8 и конденсатор 9 - на общую шину, а затем через конденсатор 15, вторую диодную матрицу, повьш1ающую обмотку трансформатора 8, конденсаторы 16 и 17 и повыщающую обмотку трансформатора 18 - на общую щину. С общей шины ВЧ-сигнал через понижающую обмотку трансформатора 18 проходит на выходную шину 19 выключателя,

В диодной матрице положительная полуволна ВЧ-сигнала проходит через p-i-n-диод 3 (10 для второй диодной матрицы), затем через разделительный конденсатор 7(14) и p-i-n-диод 6(13) При этом мощный БЧ-сигнал лишь добавляет неосновные носители заряда в i-область p-i-п-диодов, которые инжектируются через р -п-переход. Отрицательная полуволна ВЧ-сигнаЛа про- хоДит через соответств тощую ей по полярности включения p-i-n-диодов ветвь, а именно через p-i-n-диодов

закрыт

аой

- - .

я.

, , ) -

5(12), разделительный конденсатор 7(14) и p-i-n-диод 4(11). Такое рагэ- делительное прохождение полуволн различной полярности ВЧ-сигнала приводит к тому, что i-слой не обедняется носителями заряда на соответствующей отрицательной полуволне, тем самым сопротивление p-i-n-диодон не

10 увеличивается на время прохождения отрицательной полуволны. Это обеспечивает низкий уровень нелинейных искажений. Кроме того, не требуется увеличения тока прямого смещения для

15 компенсации части уходящего при от- ,

-г

рицательной полуволнеВЧ-сигнала заряда неосновных носителей, что позволяет уменьшить ток прямого смещения для поддержания p-i-n-диодов диодных ма20 триц в открытом состоянии.

При подаче на управляющую шину 35 отрицательного запирающего напряжения Uj транзисторы 33 и 40 закрываются, а транзистор 39 открывается,

25 так как на его базу от источника 26 питания подается открывающее положительное напряжение.

При этом первая и вторая диодные матрицы обесточиваются, что приводит ты 30 к резкому увеличению сопротивления p-i-п-диодов 3-6 и 10-12, а p-i-n- диоды 20-23 третьей диодной матрицы открываются в результате протекания через них тока прямого смещения,

3 , Поданный на входную iiiHHy 1 ВЧ-сигнал при прохождении 4eiie:i закрытые первую и вторую диодные матриць, включенные последовательно с ВЧ-нагруз- кой, подключаемой к выходной шине

40 19, ослабляется и при дальнейшем прохождении шунтируется третьей диодной матрицей, включенной параллельно ВЧ-Нагрузке, на общую шину. При этом шунтирование нагрузки про45 исходит более эффективно в высоко- омном ВЧ-тракте, которьм и создают повышающий и понижающий трансформаторы 8 и 18. Последние позволяют работать второй диодной матрице на

50 меньшем ВЧ-токе, что способствует уменьшению величины вносимых иска- жен1Й в спектр ВЧ-сигнала закрытой второй матрицей. Шунтирование третьей диодной матрицей уже ослабленgg ного первой и второй матрицами ВЧ-сигнала позволяет уменьшить ток прямого смещений в диодах 20 - 23,

Закрытое состояние p-i-п-диодов обеспечивается за счет наличия про513

тяженной i-области, обладающей значительным сопротивлением при разомкнутой цепи прямого и обратного тока. При этом ВЧ-сигнал даже большого напряжения не в состоянии осуществить движение неосновных носителей через i-область p-i-п-диода, т.е. p-i-n- диод сохраняет свое высокое сопротивление и при наложении на его электроды ВЧ-напряжеНИН.

Использование предлагаемого устройства позволяет по сравнению с известным увеличить величину вносимого ослабления в 8-12 раз.

За счет повьшения надежности за- крытого состояния величина гарантированного ослабления повышается на 10 дБ (для любых разбросов параметро применяемых р-1-п-диодо10 .

Кроме того, примене}П1с спедиалъ- ных цепей питания, .трансформаторов и диодных матриц позволяет уменьшить величину тока прямого смешения на 20-25%.

Формула изобретения

Электронны высокочастотный выключатель, содержащиГ подключенный к ИХОДН01 шине через пернын конденсатор анодом первый p-i-n-диод, катод которого соединен с первой оОкладкой второго конденсатора и первым ньиюдом фильт 1а. второй p-i-n диод, катодом по:1кл сче11ный к первой обкладке- третьего конл,е; сатора, анодом - к nepBOii обкладке че-тпертого конденсатора и к первому выводу второго фильтра, три кл1оче1 ых элемента, два из которьк управляющими входами подключены через соответствующие первый и втоцрй резисторы к шине управления, второй ключевой элемент первьи- коммутирующим выводом через третиГ: резистор подключен к первой шине источника питания, третий - первым коммутирующим выводом к первому выводу трет1)его фильтра, четвертый резистор и 1;ыхо7дн ао шину, отличающийся тем, что, с целью улучшения коммутирупощих свойств и повышения надежности, в него дополнительно введены пять конденсаторов, два фильтра, импульсный диод, входной повьшшющий и выходной понижающий трансформаторы и двепад- дать р-1-п-диодов, причем первый Р-Х-П-ДИОД образует с пернььми тремя

дополнительными p-i-п-диодами первую мостовую матрицу, в одну диагональ которой включен второй конденсатор, первой обкладкой соединенный с катодом первого дополнительного p-i-n-диода, второй обкладкой,- с анодами второго и третьего дополнительных p-i-n-диодов, катоды которых подключены соответственно к первому и второму выводам второй диагонали первой мостовой матрицы, соединенным соответственно с анодом первого p-iдиода и с первым выводом первичной обмотки повышающего трансформатора, второй вывод которой через первый дополнительный конденсатор подключен к общей шине, с которой соединены вторая шина источника питания и второ коммутирующий вывод третьего ключеого соединен с первым коммутирующим ыводом второго ключевого элемента, второй коммутирующий вывод которого соединен с общей шиной, первый коммутирующий вывод первого ключевого элемента соединен с вторым выводом первого фильтра, вторым коммутирующим выводом - с общей шиной, анод импульсного диода через четвертый резистор соединен с первой шиной источника питания, катод - с анодами четвертого и пятого дополнительных p-i-п-диодов, катод одного из кото- рьк через первый дополнительный

фильтр соединен с второй обкладкой второго конденсатора, катод другого - с вторым выводом второго фильтра, первьш вывод которого соединен с первым выводом первой диагонали

втор|ой мостовой матрицы из шестого, седьмого, восьмого и девятого дополнительных p-i-n-диодов, соединенным через второй дополнительный конденсатор с вторым выводом первой диагопали, который через второй дополни- тсльньш фильтр соединен с первым коммутирующим выводом первого ключевого эле мента, первый вывод второй диагонали второй мостовой матрицы

через третий дополнительный конденсатор соединен с общей шиной, второй

вывод через вторичную обмотку повышающего трансформатора соединен с второй обкладкой третьего конденсатора, первая .обкладка которого через последовательно соединенные четвертый дополнительный конденсатор и .первичную обмотку понижающего трансформатора подключена к общей шине, которая через

вторичную обмот; у понижающего трансформатора соединена с вь ходной шиной, второй p-i-n-диод и десятый, одиннадцатый и двенадцатый дополнительные p-i-n-диоды образуют третью мостовую матрицу, в С)дну диагональ которой включен четвертый конденсатор, вторая

обкладка которого соединена с вторым выводом третьего фильтра, нторая диагональ первым выводом соединена с второй обкладкой третьего конденсатора, а вторым выводом мере а пятый дополнительный конденсатор - с общей шиной.

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в радиоприемных и радиопередающих устройствах. Цель изобретения - улучшение коммутирующего устройства и повьппение надежности - достигается дополнительным введением в устройство пяти конденсаторов, двух фильтров, импульсного диода, входного повышающего и выходного понижающего трансформатора и двенадцати p-i-п-диодов, образующих три диодно-мостовые матрицы. Закрытое состояние диодов в этих матрицах обеспечивается за счет наличия протяженной i-области, обладающей значительным сопротивлением при разомкнутой цепи прямого и обратного тока, что и реаличонано в предложенном устрсйстве. Использование предложенного устройства позволяет по сравнению с Г1готтгипом увеличить вносимое ослабл . -|:ь и 8-12 раз. Применение цепей oKi i in.:, трансформаторов и диодных матриц позволило уменьшить величину тока прямого смешения на 20-25%. 1 ил. (/ С

CocraR neiiii . Багян Редакт.лр Н. Швыдкая Т- хред м : . чич Корректор А. Обручар

Зак ч; 3592/56 Тираж 901Подписное

ВНИИПИ осударственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113ПЗ;), Москва, Ж-35, Раушская наб. , 4/5

Произво, тненно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, Д