Коммутаторы на основе PIN диодов

На СВЧ кроме диодов с PN переходом или с барьером Шоттки используются диоды, у которых между P и N слоями располагается нелегированный слой полупроводника (intrinsic semiconductor), называемые PIN диодами. Конструкция и эквивалентная схема такого устройства показана на рис. 9. 8.

Рис. 9.8

Слой I, располагающийся между тонкими P и N слоями имеет большую протяженность, Поэтому в запертом состоянии слой I эквивалентен диэлектрику, его сопротивление велико (порядка десятков тысяч Ом), а емкость между слоями P и N мала и схема диода соответствует правому рисунку. В открытом состоянии сопротивление I области падает до значений порядка единиц Ом (центральный рисунок). Элемент есть индуктивность вводов диода. Благодаря большим размерам I области PIN диод способен рассеять довольно большую мощность в открытом состоянии (порядка единиц ватт в отличие от диодов с PN переходом и барьером Шоттки) и поэтому может коммутировать довольно большие мощности (до сотен ватт). Однако время переключения его нс – заметно больше (примерно на два порядка) по сравнению с упомянутыми выше диодами. Для надежного запирания диода к нему надо прикладывать отрицательное напряжение, для отпирания – положительное напряжение. Ток управления диода может доходить до десятков мА.

На рис. 9. 9 приведена схема простейшего последовательного ключа. Здесь RF IN и RF OUT – вход и выход СВЧ тракта, BIAS – источник напряжения, управляющего ключом. Индуктивности необходимы для замыкания цепи управления по постоянному току. Сопротивление индуктивностей в рабочем диапазоне частот ключа должно быть на два порядка больше, чем волновое сопротивление ЛП, в которую включен ключ. В открытом состоянии и согласованной ЛП, отражения от ключа отсутствуют. На рис. 9. 10 приведена схема параллельного ключа. Очевидно, что в открытом состоянии он полностью отражает падающую на него волну. Рассмотрим теперь переключатели на два направления, с помощью которых один источник сигнала можно подключать к двум разным потребителям. На рис. 9. 11 приведена схема с последовательным включением ключей. Здесь V_g – источник сигнала с собственным сопротивлением Z₀ (согласован с ЛП с таким же волновым сопротивлением). BIAS 1, BIAS 2 – источники управления ключами. На рис. 9. 12 изображен переключатель с параллельным включением ключей. Здесь отрезки ЛП длиной трансформируют сопротивление короткозамкнутого ключа в бесконечное сопротивление, которое не шунтирует источник сигнала. Этот переключатель более узкополосный по сравнению с предыдущим, так как сопротивление четвертьволновых отрезков зависит от частоты. Для улучшения параметров иногда используют «комбинированные» ключи, в которых одновременно присутствуют как последовательные, так и параллельные секции (рис. 9. 13). При подаче положительного управляющего напряжения, последовательный диод заперт, а параллельный закорочен. Образуется делитель напряжения, существенно уменьшающий уровень проходящего в нагрузку сигнала.

На рис. 9. 14 показана структура переключателя на три положения (Т ключ). Подавая отрицательный сигнал на определенный вход управляющего сигнала (BIAS 1, 2, 3) мы открываем цепь между входом (RF COMMON) и соответствующим выходом (RF1, RF 2, RF 3). Номер выхода совпадает с номером управляющей цепи.

Дата добавления: 2015-11-03