: работа, типы и анализ цепей

— это разновидность полупроводниковых диодов. Они специально разработаны и изготовлены для включения и выключения цепи. Как следует из названия, это диод с функцией переключения.

Каталог

Ⅰ Введение

Переключающие диоды — это разновидность полупроводниковых диодов. Они специально разработаны и изготовлены для включения и выключения цепи.Как следует из названия, это диод с функцией переключения. Этот диод пропускает ток (ВКЛ), когда напряжение подается в прямом направлении, и останавливает (ВЫКЛ) ток, когда напряжение подается в обратном направлении. По сравнению с другими диодами, время обратного восстановления (trr) мало, то есть время, которое переключающий диод переходит из включенного состояния в полностью выключенное состояние, мало. Общие переключающие диоды имеют серии 2AK, 2DK и другие, в основном используемые в электронных компьютерах, импульсах и схемах переключения.

Ⅱ Принцип работы переключающих диодов

Когда полупроводниковый диод включен, это эквивалентно включению переключателя (цепь включена). Когда он выключен, это эквивалентно размыканию переключателя (цепь выключена). Из-за характеристик однонаправленной проводимости полупроводниковых диодов, PN-переход включается при положительном смещении, а сопротивление в открытом состоянии очень мало, от десятков до сотен Ом; при обратном смещении он выключен, а сопротивление у него очень большое.Обычный кремниевый диод имеет сопротивление более 10 МОм, а германиевая трубка также имеет сопротивление от десятков тысяч до сотен тысяч Ом. Используя эту функцию, диод будет играть роль в управлении током включения или выключения в цепи, что делает его идеальным электронным переключателем.

Структура переключающего диода

Приведенное выше описание применимо к любому обычному диоду или принципу самого диода. Но для переключающих диодов наиболее важной особенностью является работа на высоких частотах. В условиях высоких частот барьерная емкость диода имеет чрезвычайно низкий импеданс и включена параллельно диоду. Когда емкость этого барьерного конденсатора достигает определенного уровня, это серьезно влияет на коммутационные характеристики диода. В экстремальных условиях диод может закоротить. Высокочастотный ток больше не проходит через диод, а напрямую идет в обход барьерной емкости, и диод выходит из строя. Барьерная емкость переключающего диода обычно очень мала, что эквивалентно блокированию пути барьерной емкости, что обеспечивает эффект поддержания хорошей однонаправленной проводимости при высокой частоте.

Принципиальная схема переключающих диодов

Ⅲ Рабочие характеристики переключающих диодов

Время от выключения (состояние высокого сопротивления) до проводимости (состояние низкого сопротивления) переключающего диода называется временем включения. Время от включения до конца называется временем обратного восстановления. Сумма двух времен называется временем переключения. Обычно время обратного восстановления больше, чем время включения, поэтому в рабочих параметрах переключающего диода указывается только время обратного восстановления.Скорость переключения переключающего диода довольно высокая. Время обратного восстановления кремниевого переключающего диода составляет всего несколько наносекунд. Даже у германиевого переключающего диода время обратного восстановления составляет всего несколько сотен наносекунд.

Переключающий диод обладает такими характеристиками, как высокая скорость переключения, небольшой размер, длительный срок службы и высокая надежность. Он широко используется в схемах переключения, схемах обнаружения, схемах высокочастотного и импульсного выпрямления, а также схемах автоматического управления электронным оборудованием.

Когда прямое напряжение подается на два полюса переключателя, диод находится во включенном состоянии, что эквивалентно включенному состоянию переключателя. Когда на переключающий диод подается обратное напряжение, диод находится в выключенном состоянии, что эквивалентно выключенному состоянию переключателя. Переключающие диоды используют эту функцию для достижения лучших характеристик переключения, более высокой скорости переключения, меньшей емкости PN-перехода, меньшего внутреннего сопротивления во время проводимости и большего сопротивления в выключенном состоянии.

(1) Время включения. Переключающему диоду требуется время для включения с момента отключения, что называется временем включения. Чем короче на этот раз, тем лучше.

(2) Время обратного восстановления. После включения переключающего диода прямое напряжение снимается. Время, необходимое для того, чтобы диод включился и выключился, называется временем обратного восстановления. Чем короче на этот раз, тем лучше.

(3) Время переключения. Сумма времени включения и времени обратного восстановления называется временем переключения.Чем короче на этот раз, тем лучше.

Ⅳ Типы переключающих диодов

Переключающие диоды делятся на обычные переключающие диоды, высокоскоростные переключающие диоды, сверхбыстродействующие переключающие диоды, маломощные переключающие диоды, переключающие диоды с высоким обратным давлением, кремниевые переключающие диоды напряжения, и так далее. Форма корпуса переключающего диода включает пластиковый корпус и поверхностный корпус.

Форма переключающего диода

Обычно используемые переключающие диоды общего назначения представляют собой германиевые переключающие диоды серии 2AK.В таблице ниже представлены основные параметры переключающих диодов серии 2AK.

Основные параметры переключающих диодов серии 2AK

Высокоскоростные переключающие диоды имеют более короткое время обратного восстановления, чем обычные переключающие диоды, и имеют более высокие частоты включения и выключения. Обычно используемые в быту быстродействующие переключающие диоды — это серия 2CK, серия 1N, серия 1S, серия 1SS (пластиковый корпус с выводами) и серия RLS (поверхностный монтаж).

Параметры модели высокоскоростного диода

Обычно используются сверхбыстрые диоды серии 1SS (корпус из свинцового пластика) и серия RLS (корпус на поверхности).

Параметры модели сверхбыстрого переключающего диода

Маломощные переключающие диоды имеют меньшее энергопотребление, но их емкость при нулевом смещении и время обратного восстановления ниже те из высокоскоростных переключающих диодов.Обычно используемые маломощные переключающие диоды — это серия RLS (поверхностный корпус) и серия 1SS (пластиковый корпус с выводами).

Параметры переключающего диода малой мощности

Напряжение обратного пробоя переключающих диодов высокого обратного напряжения выше 220 В, но его емкость смещения нуля и значение времени обратного восстановления относительно большой. Обычно используемые переключающие диоды с высоким противодавлением — это серия RLS (поверхностный корпус) и серия 1SS (свинцовый пластиковый корпус).

Параметры модели переключающего диода высокого противодавления

Кремниевые переключающие диоды напряжения — это новый тип полупроводникового прибора, который подразделяется на однонаправленные переключающие диоды напряжения и двунаправленные переключающие напряжения диоды. Они в основном используются в триггерах, схемах защиты от перенапряжения, генераторах импульсов и высоковольтных выходах, задержках, электронных переключателях и других схемах.

Основные параметры двух обычно используемых кремниевых диодов переключения напряжения

Чертеж однонаправленного диода переключения напряжения и графические символы схемы

Диоды переключения напряжения однонаправленного действия также называются поворотными диодами. Они состоят из кремниевых полупроводниковых материалов с четырехслойной структурой PnPN. Положительное направление — это переключение с отрицательным сопротивлением (это означает, что когда приложенное напряжение повышается до положительного значения напряжения поворота, переключающий диод переходит из выключенного состояния во включенное состояние, то есть изменяется с высокого сопротивления на низкое сопротивление) , а обратная — устойчивая характеристика.Двунаправленный диод напряжения состоит из пятислойного кремниевого полупроводникового материала NPnPN, и его прямое и обратное направления имеют одинаковые характеристики переключения с отрицательным сопротивлением.

Контурный рисунок и графический символ схемы двунаправленного переключающего диода напряжения

Ⅴ Анализ типовой схемы применения переключающих диодов

1. На рисунке ниже показана типичная схема переключения диодов. VD1 в цепи представляет собой переключающий диод, а L1 и конденсатор C1 образуют параллельный LC-резонансный контур.

(1) Когда переключатель S1 выключен, напряжение постоянного тока + V не может быть добавлено к положительному полюсу VD1. В это время VD1 отключен, и сопротивление между положительным и отрицательным полюсами очень велико. Таким образом, C2 не может быть подключен к цепи из-за разомкнутой цепи VD1. L1 работает параллельно с C1, который составляет параллельный резонансный контур LC.

(2) Когда переключатель S1 включен, постоянное напряжение + V подается на положительный электрод VD1 через S1 и R1, чтобы включить VD1.Сопротивление между положительным электродом и отрицательным электродом очень мало, что эквивалентно соединению между положительным электродом и отрицательным электродом VD1. Таким образом, C2 подключается к цепи и включается параллельно конденсатору C1. L1, C1 и C2 образуют параллельный LC-резонансный контур.

В двух вышеупомянутых состояниях, из-за разной емкости в параллельном резонансном контуре LC, в одном случае используется только C1, а в другом — параллельные C1 и C2.Когда емкость отличается, резонансная частота параллельного резонансного контура LC отличается. Следовательно, реальная роль контура, в котором расположен VD1, заключается в управлении резонансной частотой параллельного резонансного контура LC.

Когда в цепи есть переключатель, анализ схемы берет случай включения и выключения в качестве примера для анализа рабочего состояния цепи. Следовательно, когда в схеме появляются переключающие элементы, они могут дать идеи для анализа схемы.Сигнал в параллельном резонансном контуре LC добавляется к положительному полюсу VD1 через C2. Но поскольку амплитуда сигнала в резонансном контуре относительно мала, положительная амплитуда сигнала полупериода, приложенная к положительному полюсу VD1, очень мала и не сделает VD1 проводящим.

2. Анализ принципа работы аналогичных схем

Как показано на рисунке, VD1 в схеме представляет собой переключающий диод, а управляющее напряжение подается на положительный электрод VD1 через R1.Управляющее напряжение представляет собой прямоугольное импульсное напряжение, форма волны которого показана на рисунке.

Когда управляющее напряжение равно 0 В, VD1 не может быть включен. Это эквивалентно разомкнутой цепи. В настоящее время это не влияет на цепи L1 и C1, а также L2 и C2. Когда управляющее напряжение высокое, управляющее напряжение включает переключающий диод VD1. Сигнал переменного тока в точке A в цепи заземляется через проводящий VD1 и конденсатор C3, что эквивалентно заземлению переменного тока в точке A в цепи, что делает цепи L2 и C2 неработоспособными.

Из приведенного выше анализа можно увидеть, что диод VD1 в цепи эквивалентен переключателю, который контролирует, заземлен ли сигнал переменного тока в точке A в цепи.

Ⅵ Как проверить переключающие диоды?

1. Проверить полярность

Переключение мультиметра в диапазоне R & times; 100 или R & times; 1k. Два измерительных провода должны быть подключены к двум электродам диода соответственно. После первого теста поменяйте местами два тестовых провода и повторите тест.Среди результатов двух тестов один — большее значение сопротивления (обратное сопротивление), а другой — меньшее значение сопротивления (прямое сопротивление). В тесте с малым сопротивлением черный измерительный провод подключается к аноду диода, а красный измерительный провод подключается к катоду диода.

Как правило, значение прямого сопротивления диода из германиевого материала составляет около 1 кОм, а значение обратного сопротивления — около 300.Значение сопротивления диода из кремниевого материала составляет около 5 кОм, а значение обратного сопротивления — ∞ (бесконечность). Чем меньше прямое сопротивление, тем лучше, а чем больше обратное сопротивление, тем лучше. Чем больше разница между прямым и обратным сопротивлением, тем лучше однонаправленная проводимость диода. Если измеренные значения прямого и обратного сопротивления диода близки к 0 или значение сопротивления небольшое, это означает, что диод вышел из строя коротким замыканием или поврежден.Если измеренные значения положительного и отрицательного сопротивления диода бесконечны, это означает, что диод был открыт и поврежден.

Статья Рекомендация:

Что такое лавинные диоды?

Диоды Шоттки: принцип, функции и применение

ОСНОВЫ ПЕРЕКЛЮЧЕНИЯ ДИОДОВ

Повторите эксперимент 1, но подключите вольтметр постоянного тока к клеммам диода. Измеритель должен иметь чувствительность 20 кОм / вольт и быть установлен на диапазон 10 В.В идеале вы должны использовать измеритель с центральным отсчетом 10–0–10 в, но вы можете использовать обычный измеритель и поменять местами провода, чтобы получить положительное показание.

Когда цепь была подключена в соответствии со схемой, показание напряжения было 0,7 В постоянного тока. Это связано с тем, что диод был проводящим, а 0,7 В — это падение напряжения прямого смещения диода. Когда аккумулятор был перевернут, показание напряжения было 10 В. Диод разомкнут, и полное напряжение батареи находится на диоде.

Практическое применение — домофон

Показанный до сих пор простой переключатель можно использовать в простых аудиоприложениях.Вот простая схема внутренней связи «все ведущие», которая направляет усилитель звука на один из нескольких удаленных приемников. Все показанные блоки идентичны и подключены к одному многопарному кабелю. Все устройства питаются от одной батареи.

Вы нажимаете кнопку, соответствующую станции, с которой хотите поговорить. При нажатии любого переключателя «TALK» горизонтальные диоды подают питание 12 В постоянного тока от кабеля на усилитель 741 MIC.Здесь вы можете увидеть, как диоды используются для объединения постоянного тока с общим источником. Это предотвращает обратную подачу энергии на другие каналы.

Резисторы 1K0 подают питание постоянного тока на один из четырех выбранных диодов. Рабочая точка постоянного тока 741 операционного усилителя составляет около 5,5 В, которая подается на катод всех четырех вертикальных диодов. Переключатель TALK и соответствующий резистор вызывают положительное смещение одного из этих четырех диодов. Диод будет ограничивать линию выбранной станции до 6,2 В, с наложением на нее 500 мВ RMS aoudio.На этой схеме вы можете видеть, что была нажата кнопка станции 2.

На станции 2 постоянный ток и аудиосигнал проходят через заслонку для удаления нежелательных радиочастот. Резистор 2K2 зажимает вход на землю при отсутствии входного сигнала. При вызове значение 2K2 слишком велико, чтобы повлиять на это. Схема приемника представляет собой аудиоусилитель со связью по постоянному току. Когда он не вызывается, условия постоянного тока нарушаются, и он не потребляет ток. При вызове от вызывающей станции поступает правильное смещение постоянного тока, и усилитель приводит в действие динамик.

Во время работы вы просто нажимаете кнопку станции, с которой хотите поговорить. Этот человек нажимает кнопку вашей станции, чтобы ответить. Этот метод означает, что другие станции также бесплатны и могут также вести личный разговор: например, станции с 1 по 2 и другой разговор между станциями 3 и 4.

Сопротивление динамика должно быть 36 Ом.

Практическое применение — частотная модуляция

Вот довольно новое приложение. Большинство из вас, вероятно, узнают схему генератора как генератор Кольпита. «Интересный» бит — это диод и потенциометр. Вот схема для вашего прочтения:

В этом случае частота генератора определяется номиналами конденсатора и катушки индуктивности: C и L.Обратите внимание, что я добавил диод и еще один конденсатор 10C (в 10 раз больше, чем C). Колебания на концах L представляют собой синусоидальную волну, изменяющуюся выше и ниже клеммы Gnd (батарея -ve).

Я подключил диод к концу L и подключил его к потенциометру. Поток обеспечивает переменное напряжение от 0 до +3 В. в моем примере. Как только колебания превышают напряжение потенциометра, конденсатор 10С включается в цепь, увеличивая время периода колебаний.Я выбрал 3В, потому что в последнем измеренном мной осцилляторе уровень составлял +/- 3В от пика до пика.

Общий эффект заключается в понижении частоты генератора за счет изменения VR1. Максимальное напряжение должно быть равным без сдвига частоты. Этот метод может дать ОЧЕНЬ широкий частотный сдвиг, хотя искажение присутствует из-за асимметричной формы волны. Следовательно, для схемы действительно требуется некоторая форма постфильтрации, но, поскольку должен быть также буфер, добавление фильтра нижних частот должно быть легко реализовано.

Шунтирующие диоды

До сих пор я рассмотрел последовательные диоды и то, как их можно включать и выключать при прохождении тока. Если вы вернетесь к эксперименту №1, но на этот раз включите генератор на 1 МГц, вы увидите, что схема не полностью отключает сигнал при перестановке батареи. Это связано с тем, что через диод проходит некоторый сигнал «перепрыгивания». Это связано с магнитной и емкостной связью. Рассмотрим этот эксперимент .:

Здесь мы видим ту же схему, что и раньше, но в сигнальную цепь были добавлены еще один резистор и диод. Опять же, конденсаторы «вставляются», когда это необходимо, чтобы блокировать коммутационные напряжения постоянного тока.

Когда батарея подключена, как показано, положительный полюс батареи подается через резистор на анод D1, заставляя его проводить. Другой резистор подает положительный полюс на катод D2, предотвращая проводимость D2. Но когда аккумулятор перевернут, D1 перестанет проводить, нарушая путь прохождения сигнала.D2 также будет проводить, замыкая любой сигнал «прыжка» на землю. Таким образом, комбинация последовательных и шунтирующих диодов может улучшить изоляцию. Такая изоляция необходима при работе с передатчиками УКВ и чувствительными приемниками.

RF Коммутация

При переключении антенны между передатчиком и приемником 1N914 или 1N4148 все еще можно использовать, но с уменьшением успеха по мере увеличения частоты. Обычной практикой в ​​преобразователях УКВ является использование диода с PN переходом, но со слегка легированной «собственной» областью между слоями P и N. Диод называется PIN-диодом.

Когда PIN-диод пропускает ток, он имеет низкое сопротивление, как и обычный PN-диод. Но когда ток удаляется, возникает задержка, когда носители заряда не рекомбинируют немедленно, что приводит к задержке. Эта задержка приводит к фазовому сдвигу и может дать PIN-диоду много других применений, например, в качестве заглушки детектора скорости полицейского РАДАРА. Но свойства «более совершенного диода» и задержка выключения — это те, на которые полагаются, чтобы защитить ваш хороший 0.Приемник с чувствительностью 1 мкВ от сотрясения 100 В.

Вот основная схема переключения диода T / R:

Когда переключатель S1 разомкнут, оба D1 и D2 вообще не смещены, поэтому сигнал антенны проходит через 1/4 волновую линию к приемнику. Когда S1 замкнут, ток проходит через RFC1, D1 и RFC2, поэтому D1 эффективно передает RF от передатчика к антенне.

Ток также будет проходить через RFC3 и диод D2, поэтому D2 будет шунтировать любые RF на входе приемника на землю. Полное короткое замыкание на входе приемника отражается на передатчик в виде высокого импеданса четвертьволновой линией. Таким образом, диод D2 не будет шунтировать цепь передатчика / антенны.

Этот метод может быть построен до довольно сложной схемы, требующей большого количества диодов и способной обрабатывать 100, если не 1000 ватт, и на частотах в диапазоне ГГц.

Я надеюсь, что вы узнали что-то полезное из этой информации. С наилучшими пожеланиями от Гарри — SM0VPO

— Как указать переключатели со штыревыми диодами

И.ВВЕДЕНИЕ

При покупке переключателей с ПИН-диодами важно, чтобы они были полностью специфицированы, чтобы гарантировать производительность системы. Также важно, чтобы технические характеристики были достижимыми. Эта страница предназначена для помощи разработчику системы в определении реализуемых переключателей на ПИН-диодах.

Существует шесть основных параметров, необходимых для определения переключателей на ПИН-диодах. Это:

• Тип, то есть SPST, SPDT, SP3T, DPDT и т. Д.
• Диапазон рабочих частот
• Вносимые потери
• Изоляция
• Скорость переключения
• Регулировка мощности

вторичных параметров это может потребовать уточнения.Это:

• Тип драйвера, совместимый с логикой, и скорость
• Фазо-отслеживающий рычаг к рычагу и / или блок к блоку
• Концевые муфты выключенного плеча
• Точка пересечения или точка сжатия
• Переходные процессы видео

II. ТИП ПЕРЕКЛЮЧАТЕЛЯ

Большинство переключателей с ПИН-диодами являются однополюсными, многоходовыми. Они варьируются от одиночного броска до 8-64 бросков. Самый популярный тип — SPST или импульсный модульный тип. В общем, чем больше количество бросков, тем менее популярный переключатель и, следовательно, менее доступный. PMI имеет стандартные конструкции переключателей на 5 ходов в трех популярных диапазонах: HF, UHF / VHF и Microwave. У нас также есть конструкции на 8 и 10 бросков на ВЧ и СВЧ.

Самым популярным многополюсным переключателем является тип DPDT, широко известный как автоматический переключатель. Эти устройства доступны в диапазонах UHF / VHF и Microwave. Многополюсные переключатели высокого порядка обычно называют матрицами переключателей, что само по себе является предметом обсуждения.

III. РАБОЧИЕ ЧАСТОТЫ

PMI классифицирует PIN-переключатели на пять рабочих частотных диапазонов.Это:

• Видео, охватывающее от 100 кГц до 2 МГц.
• HF, который покрывает от 2 до 32 МГц.
• UHF / VHF, от 10 до 2000 МГц.
• СВЧ, от 10 МГц до 20 ГГц.
• Коммутаторы миллиметрового диапазона, от 20 до 40 ГГц.

Вышеуказанные диапазоны имеют нечетко определенные границы, которые накладываются друг на друга. Они более показательны для пяти различных технологий, доступных производителю коммутатора, а также для конкретной области применения требований к коммутатору.

Есть несколько специальных диапазонов приложений и технологий, таких как высокоскоростная технология переключения ПЧ с малыми переходными процессами, которую предлагает PMI.

IV. КОНТАКТНЫЙ ДИОД

Упрощенная эквивалентная схема PIN-диода показана на рисунке 1. Диод с прямым смещением представляет собой резистор с регулируемым током. Поведение типичного PIN-диода в зависимости от тока показано на рисунке 2. Диод с обратным смещением представляет собой конденсатор, управляемый напряжением. Емкость vs.Напряжение типичного PIN-диода показано на рисунке 3.

В. ВСТАВЛЯЕМЫЕ ПОТЕРЯ

Простые, самые базовые переключатели имеют самые низкие потери для любого заданного рабочего диапазона. Для данной технологии или рабочего диапазона вносимые потери возрастают с увеличением частоты пропорционально квадратному корню из частоты в хорошо спроектированном PIN-переключателе. Вносимые потери возникают в трех основных областях.

• Потери в проводнике или линии передачи в самом коммутаторе из-за наличия микрополоски, коаксиальной линии или линий межсоединения волноводов.
• Потери сопротивления из-за конечного сопротивления последовательно соединенных компонентов, таких как PIN-диоды и / или конечные Q-конденсаторы.
• Потери по КСВ из-за несовпадения компонентов внутри переключателя или на его выводах. Потери по КСВ на выводах переключателя можно отрегулировать извне, чтобы уменьшить потери; те, которые находятся внутри коммутатора, должны быть минимизированы по конструкции. Фактически они являются причиной пульсаций в зависимости вносимых потерь от частотной характеристики.

Предполагая, что коммутатор хорошо спроектирован, т.е.е. используются среда передачи с наименьшими потерями, диоды с наименьшим сопротивлением и другие последовательные компоненты, а все внутренние КСВ минимизированы, потери переключателя в этом случае зависят от сложности конструкции. В общем, отряды с несколькими бросками теряют больше с потерями по мере увеличения количества бросков. Добавление выносных оконечных устройств и видеофильтров увеличивает потери коммутатора для данной технологии. Кроме того, усиление изоляции включения / выключения немного повлияет на потери. Вносимые потери самые низкие в наименее сложных конфигурациях коммутатора.Для переключателей с малыми потерями сохраняйте простую спецификацию.

VI. ИЗОЛЯЦИЯ

PIN-диоды подключаются к линии передачи последовательно или шунтируется. Изоляция достигается последовательным соединением диодов с обратным смещением для прямого смещения диодов, соединенных шунтом. Шунтирующий диод обеспечивает наиболее эффективное средство для достижения широкополосной, относительно независимой от частоты изоляции. В идеале он не зависит от частоты, но на практике небольшое паразитное реактивное сопротивление обычно влияет на характеристики широкополосной связи.Изоляция также достигается с помощью последовательно установленных диодов с обратным смещением. Изоляция последовательно установленного диода уменьшается с увеличением частоты.

Конфигурации последовательных шунтирующих диодов часто используются в многоходовых широкополосных переключателях для достижения относительно высокой изоляции в простой конструкции. Пример работы последовательного шунтирующего соединения показан на рисунке 4. Обратите внимание, как изоляция уменьшается с увеличением частоты. Несколько диодов, соединенных последовательно или шунтирующих, часто используются в PIN-переключателях для достижения относительно высокой изоляции в широком диапазоне частот.Изоляция в зависимости от частотной характеристики соединенной шунтом матрицы диодов с прямым смещением показана на рисунке 5. Пример переключателя, установленного на шунте, показан на рисунке 6, который обеспечивает изоляцию 85 дБ в диапазоне 2–18 ГГц за счет разумного разнесения четырех шунтирующие диоды. Пример переключателя, использующего массив последовательно соединенных диодов с обратным смещением, показан на рисунке 7, который обеспечивает минимальную изоляцию 70 дБ в диапазоне 10–2000 МГц.

Для узкополосных применений возможности комбинирования и настройки диодов безграничны, что обеспечивает превосходный компромисс между вносимыми потерями и изоляцией.Многие разработчики использовали последовательные и шунтирующие катушки индуктивности, чтобы резонировать с емкостью PIN-диодов с обратным смещением, чтобы добиться отличных характеристик изоляции-вносимых потерь в ограниченных диапазонах частот. (См. Ссылку 1.)

VII. СКОРОСТЬ ПЕРЕКЛЮЧЕНИЯ

Скорость переключения переключателя на ПИН-диоде обычно определяется как время прохождения РЧ сигнала от 10% до 90% уровней. Другие определения, такие как время от 1 дБ до 60 дБ, иногда используются для высоких требований к изоляции.Скорость переключения обычно контролируется двумя факторами: временем, необходимым для удаления накопленного заряда с диодного перехода, и теоретической максимальной скоростью, с которой заряд может быть удален из перехода. Время, необходимое для удаления накопленного заряда из перехода, ограничено временем прохождения PIN-диода.

Время прохождения определяется по формуле:

It = W1 / Vs

Где W1 = толщина I-области устройства (см)

Vs = максимальная скорость насыщения = 10 * 7 см / сек

I -Толщина области связана с напряжением пробоя Vb следующим образом:

W1 = Vb / 20

Кроме того, накопленный заряд в прямом смещенном диодном переходе связан со временем жизни неосновных носителей заряда перехода следующим образом:

Qs = I * T

Где Qs = накопленный заряд (кулоны)

I = прямой ток (амперы)

T = срок службы неосновной несущей (секунды)

Как минимум для работы в качестве PIN-переключателя отображается срок службы диода против.самая низкая рабочая частота на рисунке 8. Кроме того, время прохождения как функция напряжения пробоя показано на рисунке 9 (см. ссылку 2). Для времени жизни неосновных носителей менее 10 нс современные драйверы PIN могут переключаться примерно за время перехода устройства. Для увеличения срока службы требуются более высокие токи и большие транзисторы с более медленным переключением, что приводит к увеличению времени переключения по сравнению с временем перехода.

Для PIN-переключателей с низким уровнем интермодуляции и гармонических искажений требуются диоды с более длительным, чем минимальный срок службы неосновной несущей, и, следовательно, переключение происходит медленнее.

Для мощных PIN-переключателей требуются диоды с более высоким напряжением Vb, что приводит к более медленному времени перехода и более медленному времени переключения.

VIII. УПРАВЛЕНИЕ ПИТАНИЕМ

Мощность переключателей на PIN-диодах регулируется тремя параметрами. Во-первых, это верхняя рабочая температура устройства. Во-вторых, это напряжение пробоя, а в-третьих, способность устройства накапливать заряд. Для кремниевых PIN-диодов наилучшая надежность достигается при поддержании рабочих температур перехода ниже 200 градусов по Цельсию.Поскольку диоды, устанавливаемые последовательно, обладают большей рассеивающей способностью и худшими теплоотводами, чем конфигурации, устанавливаемые на шунте, разработчики коммутаторов стараются избегать последовательной конфигурации в приложениях с высокой мощностью. Поскольку последовательные конфигурации необходимы для широкополосных многоходовых переключателей, эти устройства, как правило, имеют конфигурации с наименьшей потребляемой мощностью. Следовательно, сложно реализовать мощные широкополосные переключатели. Обычно в конечном итоге власть обменивается на пропускную способность.

Необходимо, чтобы напряжение пробоя было по крайней мере в два раза выше пикового РЧ-напряжения, которое будет видеть диод, и чтобы прямой заряд, накопленный в переходе, был больше, чем заряд, перемещаемый за половину цикла формы волны РЧ-тока.Первое требование гарантирует, что напряжение на диоде не превысит своего пробоя, а второе — что смещенный в прямом направлении переход не истощится во время работы. Эти элементы необходимы для линейной неразрушающей работы диода при работе на большой мощности.

IX. ЛОГИЧЕСКИЕ СОВМЕСТИМЫЕ ДРАЙВЕРЫ

Три самых популярных логических семейства — это логические логические транзисторы-трансляторы (TTL), эмиттерно-связанные логические схемы (ECL) и металлооксидные полупроводники (MOS / CMOS).

Из этих трех логика TTL является наиболее популярной, ECL и CMOS — далеко позади.На рисунке 10 показаны четыре наиболее популярных формы схем TTL-драйверов. Мы ограничимся этим обсуждением TTL-совместимыми драйверами. Для достижения наилучшей производительности драйверы переключателей должны быть электрически, а также механически интегрированы в коммутационный блок. Путем разработки электрически совместимых драйверов можно добиться чистой коммутации без переходных процессов. Драйверы с «единичной нагрузкой» весьма желательны, поскольку они совместимы с широчайшим диапазоном ИС линейки продуктов TTL. «Единичная нагрузка» определяется как максимальный ток источника 40 мкА и 1.Максимальный ток стока 6 мА. Доступны драйверы с кратной «удельной нагрузкой». Истинная совместимость с TTL также требует, чтобы «низкий» логический уровень составлял 0–8 В, а логический «высокий» — 2,0–5,0 В на входе (0,8–2,0 В — неопределенная область).

Все TTL-совместимые драйверы имеют задерживать. Обычно задержка драйвера определяется как время от 50% уровня TTL до изменения РЧ сигнала на 10%, то есть на 1–10% для включения или 100–-90% для выключения. Это вызвано накоплением энергии в драйвере и / или RF-схеме.Задержка является результатом времени, необходимого для удаления накопленной энергии, прежде чем можно будет изменить состояние переключения. Накопленная энергия может храниться в виде заряда в базовой области переключающего транзистора или храниться в различных конденсаторах и катушках индуктивности в схеме драйвера или в схеме развязки смещения. Часто эта задержка бывает разной для включения или выключения. Это явление может привести к сжатию или расширению импульса, когда PIN-переключатель работает в импульсном режиме. Поскольку задержка драйвера согласована от устройства к устройству в хорошо спроектированном PIN-переключателе, разработчик системы часто может предварительно запустить переключатель и по существу «запрограммировать» задержку драйвера.Если предвидеть задержку невозможно, необходимо указать выравнивание задержки. Пример переключателя PIN с выравниваемой задержкой показан на рисунке 11. Этот блок имеет выравнивание задержки включения / выключения до 5 нс, максимум. Еще одно явление задержки драйвера — это минимальная ширина импульса. Поскольку задержка включает в себя зарядку и разрядку компонентов в схеме драйвера, необходимо «зарядить» или «разрядить» драйвер до того, как будут обнаружены какие-либо радиочастотные изменения уровня сигнала. Это приводит к минимальной длительности импульса для любого переключателя со встроенными логическими драйверами.Минимальная ширина импульса примерно равна задержке в драйвере.

X. PHASE TRACKING

Часто системам требуются переключатели с «отслеживанием фазы». Требование отслеживания фазы лучше всего достигается путем сначала выравнивания временной задержки между плечами многоходового переключателя (если указано многоходовое переключение) и выравнивания временной задержки от блока к блоку в рамках производственного цикла или производственной линии, если это необходимо.

Так как переключатель PIN состоит из многих элементов, т.е.Например, диоды, конденсаторы и дроссели с соответствующими паразитными реактивными сопротивлениями и потерями, необходимо контролировать однородность деталей и методов сборки для достижения наилучшего отслеживания фазы.

Для отслеживания фазы от единицы к единице на основе партии к партии необходимо построить стандартную единицу фазы, которая обслуживается на предприятии поставщика коммутатора, что влияет на цену начальной партии коммутаторов.

Типичное современное отслеживание фазы выглядит следующим образом:

XI.ВЫКЛЮЧЕНИЕ РЫЧАГА

Часто PIN-переключатели используются для коммутации или переключения компонентов, чувствительных к КСВН, таких как антенные элементы в решетке, генераторы или усилители. Обычно переключатели имеют бесконечный КСВН в положении ВЫКЛ. На рисунке 12 показан переключатель с выводами выключенного плеча, имеющий дополнительную секцию переключения, которая переключает рассматриваемый вывод на согласованную нагрузку, когда этот рычаг выключен. Это, по сути, контролирует и стабилизирует КСВН как в состоянии ВКЛ, так и в состоянии ВЫКЛ переключателя.Вы должны указать оконечные нагрузки в выключенном состоянии, когда необходимо управлять КСВН в выключенном состоянии.

Имейте в виду, что при коммутации или переключении указанного плеча существует период времени, когда КСВН не указан. Это особенно важно в переключателях большой мощности, где мгновенно высокие уровни отраженной мощности могут быть неприятными.

Добавление выводов в выключенном состоянии усложняет коммутатор.

XII. ТОЧКА ПЕРЕХВАТА ИЛИ ТОЧКА СЖАТИЯ

Сжатие в PIN-переключателе — менее четко определенный параметр, чем, скажем, в усилителе.Итак, мы ограничим наши замечания в этом разделе точкой перехвата. Концепция точки перехвата хорошо документирована в литературе, и мы не будем вдаваться в нее здесь. Скорее, мы рассмотрим элементы, которые управляют точкой перехвата переключателей на PIN-диодах, и их компромисс с общей производительностью переключателя.

Интермодуляция является результатом нелинейных механизмов внутри PIN-диода, в первую очередь, а иногда и вызываемых другими элементами, такими как нелинейные конденсаторы, резисторы и / или ферритовые сердечники в дросселях развязки смещения.Мы ограничимся этим обсуждением только PIN-диода.

Первичным генератором интермодуляционных искажений в PIN-переключателе является последовательный PIN-диод с прямым смещением. Интермодуляция генерируется в диоде, когда накопленный заряд приближается к тому, чтобы быть выметанным (или истощенным) из области слоя «I». Следовательно, в переключателях с низким уровнем интермодуляционных искажений используются диоды с более длительным, чем минимальный срок службы неосновных носителей, и они смещены при относительно высоких прямых токах для сохранения логарифма заряда в переходе. Степень линейности контролируется процентом заряда, истощенного из перехода за счет радиочастотного цикла.Высоколинейные переключатели имеют небольшой процент истощения заряда. См. Ссылку 3 для более полного обсуждения механизмов интермодуляционных искажений.

Вторичный промежуточный генератор — это нелинейная характеристика зависимости емкости от напряжения обратносмещенного PIN-диода. Этим явлением относительно легко управлять, выбирая диоды с плоскими характеристиками зависимости емкости от напряжения и смещая устройство в эту область кривой.

XIII. ВИДЕО ПЕРЕХОДЫ

См. Рисунок 13, эквивалентную схему типичного PIN-переключателя.Когда диоды переключаются между условиями смещения, изменение напряжения или тока происходит на элементе развязки смещения, расположенном рядом с выходными клеммами. Элемент действует, чтобы различать форму волны (ток для шунтирующей катушки индуктивности и напряжение для последовательного конденсатора) и вызывать импульс, всплеск или переходный процесс видеосигнала на выходном зажиме. Этот переходный процесс возникает во всех переключателях PIN, но контролируется различными способами.

Наиболее эффективными средствами управления переходными процессами видеосигнала являются:

• Замедление формы сигнала переключения
• Фильтрация видеоспектра
• Балансировка или отмена двух равных переходных процессов видеосигнала

Первый вариант очень эффективен, когда скорость переключения не важна.Замедление формы сигнала переключения замедлит скорость переключения. Второй эффективен, когда рабочая полоса переключателя находится выше полосы частот, в которой сконцентрирован видеоспектр. Добавление фильтров верхних частот на входных и выходных клеммах PIN-переключателей на частотах выше 500 МГц оказалось очень эффективным для уменьшения переходных процессов. Как правило, переключатели с самой высокой скоростью (1 нс) имеют не менее 90% видеоспектра ниже 1 ГГц. Фильтрация имеет сопутствующие побочные эффекты. Это часто приводит к нежелательному «звену» в форме волны переключения.Балансировка использовалась очень эффективно как средство уменьшения переходных процессов видеосигнала, не влияя на скорость переключения или не вызывая «звона». К сожалению, современные технологии ограничивают технику балансировки диапазоном UHF / VHF. Примером техники балансировки является серия переключателей ПЧ, показанная на рисунке 14.

XIV. ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Шесть основных и пять дополнительных параметров были представлены для помощи в спецификации переключателей на PIN-диодах.Также были изучены компромиссы между различными параметрами. Есть надежда, что это поможет преодолеть разрыв между пользователями коммутаторов и разработчиками коммутаторов.

PowerPath, идеальные диоды и переключатели нагрузки

Некоторые файлы cookie необходимы для безопасного входа в систему, а другие необязательны для функциональной активности. Сбор наших данных используется для улучшения наших продуктов и услуг. Мы рекомендуем вам принять наши файлы cookie, чтобы обеспечить максимальную производительность и функциональность нашего сайта.Для получения дополнительной информации вы можете просмотреть сведения о файлах cookie. Узнайте больше о нашей политике конфиденциальности.