9.3. 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

С

Рис. 9. 9

лой 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.

Н

Рис. 9. 9

Рис. 9.10

а 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 к

Рис.9. 11

ороткозамкнутого 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 п

Рис. 9. 12

араллельные секции (рис. 9. 13). При подаче положительного управляющего напряжения, последовательный диод заперт, а параллельный закорочен. Образуется делитель напряжения, существенн

Рис. 9. 13

о уменьшающий уровень проходящего в нагрузку сигнала.

Н

Рис. 9.14

а 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.