Электронный переключатель Советский патент 1989 года по МПК H03K17/74 

Изобретение относится к импульсной технике, в частности к устройствам коммутации высокочастотных сигналов, и может быть использовано в коммутационно-распределительных трактах многолучевых фазированных антенных решеток.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей электронного переключателя путем использования одного или обоих выходных трансформаторов в качестве разветви- телей мощности с произвольным коэффициентом деления.

На чертеже представлена принципиальная электрическая схема устройства.

Электронный переключатель содержит входную шину 1 устройства, общую шину 2, входной трансформатор 3, имеющий выполненную со средним выводом первичную обмотку и вторичную обмотку 5, включенную между входной шиной 1 и общей шиной 2, два выходных трансформатора 6, имеющих выполненную со средним выводом первичную обмотку 7 и разделенную отводом на две части 8, 9 вторичную обмотку, коэффициенты трансформации которых относительно полной первичной обмотки 7 равны п,, п соответственно, два балластных резистора 10, два источника 11, 12 напряжения смещения, четыре нагрузки 13, I t, источник 15 электрических колебаний, включенный между входной шиной 1 и обсцей шиной 2, две коммутационные ячейки 1б, Первичная обмотка

7 nepRiiro выходного трансформатора 6 началом подключена к выходной шине 17 коммутационной ячейки 16, средним выводом - к выходной шине 18, концом - к выходной шине 19. Вторичная обмотка первого выходного трансформатора 6, состоящая из частей 8, 9, началом подключена к первой выходной шине 20 устройства, отводом - к первому выводу первого балластного резистора 10, второй вывод которого соединен с общей шиной 2, концом - к второй выходной шине 21 устройства. Первичная обмотка 7 второго выходного трансформатора 6 началом подключена к выходной шине 17 второй коммутационной ячейки 16, средним выводом - к выходной шине 18, концом - к выходной шине 19. Вторичная обмотка второго выходного трансформатора 6, состоящая из частей 8, 9, началом подключена к третьей выходной шине 22 устройства , отводом - к первому выводу второг балластного резистора Ю, второй вы- вод которого соединен с общей шиной 2, концом - к четвертой выходной шине 23 устройства. Первая и вторая нагрузки 13 первыми выводами подключены к выходным шинам 20, 22, а вторыми - к общей шине 2. Первая и вторая нагрузки 1 первыми выводами подключены к выходным 1иииам 21, 23, а вторыми - к общей шине 2. Входные шины 2k - 26 двух коммутационных ячеек 1б соединены параллельно и подключены соответственно к концу, среднему выводу и началу первичной обмотки k входного трансформатора 3. Шины смещения 27, 28 двух коммутационных ячеек 1б соединены параллельно и подключены к соответствующим источникам 11, 12 смещающего напряжения.

Каждая коммутационная ячейка 1б содержит коммутационные диоды 29-3, диодный мост, образованный коммутаци- оннь ми диодами , первый резистор 39, эквивалент нагрузки, образованный вторым и третьим резисторами 40 и 41 электронный ключ 42, источник 43 управляющего напряжения.. Выходная шина 17 соединена с анодом диода 30 и катодом диода 29, катод диода 30 соединен с вершиной 44 диодного моста и ано/iOM диода 31, катод которого соединен с входной шиной 26, анод диода 29 соединен с первым выводом резистора 40, второй вывод которого соединен с вершиной 45 диодного мос

0

0

5 5 Q

та, с входной шиной 25, шиной 28 смещения, с первым выводом резистора 41, второй вывод которого соединен с анодом диода 34, катод которого соединен с анодом диода 32 и выходной шиной 19, катод диода 32 соединен с вершиной 46 диодного моста и анодом диода 33, катод которого соединен с входной шиной 24, вершина 47 диодного моста соединена с выходной шиной lB, а также с первым выводом резистора 39 и вторым силовым выводом 48 электронного ключа 42, первый силовой вывод 49 которого подключен к общей шине 2, а управляющий вход 50 подключен к источнику 43 управляющего напряжения, второй вывод резистора 39 подключен к шине смещения 27.

Электронный переключатель работает следующим образом.

Напряжение источника 15 электрических колебаний прикладывается к вторичной обмотке 5 входного трансформатора 3, при этом напряжение, снимаемое с первичной обмотки 4,одновременно присутствует на входных шинах 24, 26 двух соединенных параллельно коммутационных ячеек 1б. Дальнейшее прохождение высокочастотного сигнала определяется состоянием коммутационной ячейки 15 Закрыто или Открыто.

Под открытым состоянием ячейки 1б понимается такое ее состояние, когда коммутационные диоды 30-33 смещены в прямом направлении, т.е. сопротивления их переходов анод-катод малы, а диоды 29, 34, 35-38 смещены в обратном направлении, т.е. сопротивления их переходов анод - катод велики.

Под закрытым состоянием ячейки 16 понимается такое ее состояние, когда коммутационные диоды 30-33 смещены 5 8 обратном направлении, а диоды 23, 34, 35-38 - в прямом направлении.

Коммутационные ячейки работают в противофазе, т.е. если одна находится в состоянии Открыто, то другая в этот момент находится в состоянии Закрыто. Рассмотрим прохождение высокочастотного сигнала в том и другом случаях.

В состоянии ячейки 16 Открыто высокочастотный сигнал с входных шин 24, 26 через прямосмещенные диоды 30-33 поступает на выходные шины 17, 19, подключенные к первичной обмотке 7 выходного трансформатора 6 и делит5

0

0

5

Ья между двумя нагрузками 13, 1, т.к. выходной трансформатор 6 преобразован в гибридный делитель мощности.

В состоянии ячейки 1б Закрыто диоды 30-33 смещены в обратном направлении и имеют большое сопротивление перехода анод - катод, а диоды 35-38, 29, смещены в прямом направлении и обладают малым сопротивлением. При этом запертые диоды 30-33 разрывают цепь прохождения высокочастотного сигнала, а открытые диоды 35-38 шунтируют ее, повышая развязку. Открытые диоды 29, З подключают к обмоткам 7 выходного трансформатора 6 эквивалент внутреннего сопротивления источника 15 электрических колебаний, образованный последовательно соединенными резисторами , 41 , что позволяет сохранить условия гибридного делителя мощности, выполненного на базе выходно г о трансформатора 6, и, следовательно, сохранить согласованный режим со стороны нагрузок при отключении источника 15 электрических колебаний.

Смещение коммутационных диодов 30- 33, 29, 3, 35-38 в прямом и обратном направлениях осуществляется при помощи цепей управления и подачи смещения Рассмотрим их работу. Цепи управления и подачи смещения включают в себя: источники 11, 12 смещающего напряжения, причем напряжение источника 11, приложенное относительно общей шины, должно быть выше напряжения источника 12, приложенного также относительно общей шины резистор 39; электронный ключ 2, в качестве которого может быть использован любой управляемый электронный контакт или реле; источник 43 управляющего напряжения.Электронный ключ может иметь два состояния: закрытое и открытое. Под закрытым состоянием электронного ключа понимается такое его состояние, когда сопротивление между его выводами 8, 9 имеет большую величину (несколько килоом). В случае применения в качестве электронного ключа k2 транзистора это соответствует его запертому состоянию, т.е. подаче на управляющий электрод (базу) запирающего напряжения. Под открытым состоянием электронного ключа k2 понимается его противоположное состояние. Такое состояние принимает транзисторный ключ при

. х

- м яя а 10

15

20

25

259U46

подаче на его управляющий электрод (базу) отпирающего напряжения.

Рассмотрим работу цепей управления в случае использования в качестве электронного ключа транзистора. При подаче на вход 50 от источника 43 управляющего напряжения в виде уровня логической 1 ключ k2 открывается, т.е. сопротивление между его выводами , становится малым, потенциал вывода 8 примерно потенциалу вывода kS. Средняя точка обмотки 7 выходного трансформатора 6 подключается через открытый ключ 2 к общей шине 2, а источник 11 смещающего напряжения нагружается на резистор 39. Напряжение источника 12 прикладывается к анодам диодов 35-38 и через резисторы 40, k к анодам диодов 29, . По цепям: резистор 40, диод 29, выходная шина 17, половина обмотки 7, выходная шина 18, вывод й, общая шина 2; резистор 41, диод , выходная шина 19, половина обмотки 7, выходная шина 18, вывод А8, общая шина 2; вершина 45 моста, вершина 4 4 моста, вершина 7 моста, вывод 8 общая шина 2; вершина 45 моста, вершина 46 моста, вершина 47 моста, вывод 48, общая шина 2 - потечет управляющий ток прямого смещения. В результате диоды 29, 34, 35-38 открываются. Одновременно напряжение источника 12 прикладывается через обмотку 4 входного трансформатора 3 к катодам диодов 30-33, а так как их аноды через половинки обмотки 7 выходного трансформатора 6, выходную шину 18 и открытый ключ 42 подключены к общей шине 2, эти диоды запираются. Таким образом, при подаче на вход 50 управляющего сигнала в виде уровня логической 1 ячейки 16 переходят в состояние 45 Закрыто.

При подаче на вход 50 управляющего напряжения в виде уровня логического О ключ 42 закрывается, т.к. сопротивление между его выводами 48,49 становится большим и вывод 48 отрывается от общей шины 2. Напряжение источника 11 через резистор 41, половинки обмотки 7 выходного трансформатора 6 прикладывается к анодам диодов 30-33. По цепям: источник 11, резистор 39, выходная шина 1В, половина обмотки 7, выходная шина 17, диоды 30, 31, входная шина 26, половина обмотки 4 трансформатора 3, входная ши30

35

40

50

55

на 25, внутреннее сопротивление источника 12, общая шина 2; источник

11,резистор 39, выходная шина Ib, половина обмотки 7, выходная шина 19, диоды 32,33, входная шина 2k, половина обмотки 4 трансформатора 3, внутреннее сопротивление источника 12, общая шина 2 - потечет управляющий ток прямого смещения. В результате диоды 30 - 33 открываются. Прохождение тока прямого смещения через внутреннее сопротивление источника 12 обусловлено тем, что напряжение источника 11 выше напряжения источника

12.Одновременно напряжение источника 11 прикладывается через резистор 39, половинки обмотки 7 выходного трансформатора 6 к катодам диодов 29 3, а также через резистор 39 к като- дам диодов 35-ЗВ, а так как аноды диодов 29, через резисторы 40, 41

и внутреннее сопротивление источника 12, а аноды диодов 35-38 непосредственно через внутреннее сопротивление источника 12 подключены к общей шине 2, диоды 29, 3, 35-38 запираются.

Таким образом, при подаче на вход 50 управляющего напряжения в виде ло

гического О ячейка 16 переходит в состояние Открыто.

Таким образом, переводя поочередно коммутационные ячейки 1б в состояние - Открыто или Закрыто, можно коммутировать сигнал источника 15 электрических колебаний в нагрузки 13, I первого или второго выходного трансформатора 6.

Коэффициенты трансформации п,, п частей 8, 9 вторичных обмоток выходных трансформаторов 6, коэффициент трансформации м, входного трансформатора 3, сумма величин сопротивлений резисторов 40, 41, величины сопротивлений нагрузок 13, 14 и двух балластных резисторов 10 определяются по известным формулам для трансформаторных гибридных делителей мощности:

Р,/Р n,/n,,(1)

де R

HI

К

не

сопротивления нагрузок 13, Р,, Pj - мо1цности в нагрузках

Кц,,к„;

m - коэффициент деления мощности;

Н{г 2) де R - величина резистора 10;

(,)

1

(3)

10

20

2590)и

где Н,,- величины резисторов 40 , «I ; -лГк, п.- п„/К,{ 4)

15

25

30

35

40

f 1 2 5; где п - коэффициент трансформации

входного трансформатора 3; R г - внутреннее сопротивление источника 15 электрических колебаний.

Проиллюстрируем порядок расчета параметров трансформаторов и элементов переключателя для различных значений коэффициента деления. Выбирают необходимый коэффициент деления мощности, затем, задавшись значениями сопротивления нагрузки 13, коэффициента трансформации п части 8 вторичной обмотки выходного трансформатора 6 и зная величину внутреннего сопротивления RP источника 15 электрических колебаний, рассчитывают значения остальных параметров по формулам (l)- (М.

Например, если п,1; R 73 Ом, сопротивления нагрузок 13 равны 75 Ом, то остальные параметры имеют следующие знамения: Ом , ,5 Пм; (R,/R,,) 37,5 Ом-, ,

П Г2.

Если в предыдущих исходных данных принять , то остальные параметры имеют следующие значения: R 150 Ом, Rj 50 OM;(,,) 25 Ом; п,,2; п

-{3. I

Техническая эффективность предложенного устройства по сравнению с прототипом состоит в расширении его функциональных возможностей путем использования выходных трансформаторов в качестве гибридных делителей мощности, что позволяет исключить разветвителив них.

следовательно, потери

формула изобретения

Электронный переключатель, содержащий входной и два выходных трансформатора, первичные обмотки которых имеют средний вывод, два источника напряжения смещения, выходную шину устройства, общую шину, между которыми включен источник электрических колебаний, четыре выходные шины устройства, нагруженные на четыре нагрузки, две коммутационные ячейки с тремя входными, тремя выходными и двумя шинами смещения каждая, каждая коммутационная ячейка выполнена на

трех резисторах, десяти диодах и электронном ключе, управляющий вход которого подключен к выходу источника управляющего напряжения, первый силовой вывод - к общей шине, второй - к второй выходной шине коммутационной ячейки, к катодной вершине диодного моста, который образован первыми четырьмя диодами, и через первый резистор - к первой шине смещения коммутационной ячейки, анодная вершина диодного моста подключена к второй входной шине коммутационной ячейки, анод- но-катодные вершины диодного моста через соответствующие пятый и шестой прямо включенные диоды подключены к первой и третьей входным шинам коммутационной ячейки, а через седьмой и восьмой обратные включенные диоды - к первой и третьей выходным шинам коммутационной ячейки, которые соединены с катодами девятого и десятого диодов, аноды которых через второй и третий резисторы подключены к второй шине смещения коммутационной ячейки и анодной вершине диодного моста, причем первая коммутационная ячейка тремя своими выходными шинами подключена к соответствующим выводам первичной обмотки первого выходного трансформатора, первый вывод вторичной обмотки которого соединен с первой выходной шиной устройства, вторая коммутационная ячейка тремя своими выходными шинами подключена к соответствующим выводам первичной обмотки второго выходного трансформатора, первый вывод вторичной обмотки которого соединен с второй выходной шиной устройства, шины смещения обеих коммутационных ячеек соединены параллель

0

5

о

0

5

0

5

но и подключены к соответствующим источникам напряжения смещения, обе коммутационные ячейки тремя параллельно соединенными своими входными шинами подключены к соответствующим выводам первичной обмотки входного трансформатора, первый вывод вторичной обмотки которого соединен с входной шиной устройства, а второй - с общей шиной, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей путем использования одного или обоих выходных трансформаторов в качестве разветвителей мощности с произвольным коэффициентом деления т, вторичная обмотка одного или обоих выходных трансформаторов выполнена с отводом, который соединен с первым выводом балластного резистора, второй вывод которого подключен к общей шине, второй вывод вторичной обмотки выходного трансформатора соединен с дополнительной выходной шиной устройства, нагруженной на дополнительную нагрузку, причем коэффициенты трансформации п,, п частей вторичной обмотки выходного трансформатора, разделенной отводом, связаны соотношением , где и сопротивления нагрузок, на которые нагружены выходные шины устройства, величина сопротивления балластного резистора Rg- выбирается равной Rf,/1+m, сумма величин сопротивлений второго и третьего резисторов равна Rg-/n, п, коэффициент транс- формации входного трансформатора п ,rp,e Rf внутреннее сопротивление источника электрических колебаний.

Изобретение относится к импульсной технике, в частности к устройствам коммутации высокочастотных сигналов, и может быть использовано в коммутационно-распределительных трактах многолучевых фазированных антенных решеток. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей путем использования одного или обоих выходных трансформаторов в качестве разветвителей мощности с произвольным коэффициентом деления. Для этого вторичная обмотка одного или обоих выходных трансформаторов выполнена с отводом, а в устройство введены балластный резистор, дополнительная выходная шина, дополнительная нагрузка. Устройство содержит входной трансформатор, два источника напряжения смещения, источник электрических колебаний, две коммутационные ячейки. 1 ил.