книги из ГПНТБ / Микроминиатюризация элементов радиоэлектронной аппаратуры

Методика расчета преобразователей СВЧ

Расчет преобразователей можно проводитьпо следующей методике.

1. Построить вольт-амперную характеристику и методом выравнивания проверить правильность выбранной аппрокси­ мации.

2. Определить величину а и J s .

8. Рассчитать величину проводимости или сопротивления нагрузки на промежуточной частоте

61

УДК 621.374.3

P. M. Сергеев, Л. С. Шиманский

ИССЛЕДОВАНИЯ МИКРОМИНИАТЮРНЫХ ФАЗОСТАБИЛЬНЫХ ПЕРЕКЛЮЧАТЕЛЕЙ

D статье рассмотрены результаты экспериментальных

Основные требования, предъявляемые к переключающим элементам устройств фазовой обработки, состоят в следую­ щем:

1. Переключатели должны быть линейными в заданном ди­ намическом диапазоне.

2.Переключатели не должны вносить фазового сдвига или, но крайней мере, этот сдвиг должен быть одинаковым в приня­ том динамическом диапазоне.

3.Амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) переклю­ чателей должна быть плоской, а фазо-частотная (ФЧХ) — ли­ нейной.

4.Динамическое проходное сопротивление замкнутого пе­ реключателя должно быть минимально, а разомкнутого — максимально.

Дополнительные требования, возникающие в условиях мик­ роминиатюрного исполнения переключателей, сводятся к сле­ дующему:

1. Переключатели не должны содержать нетехнологичные элементы.

2.Число резисторов и конденсаторов не должно превышать заданного числа, а их номиналы не должны выходить из за­ данных пределов.

3.Число активных элементов и элементов, рассеивающих мощность, должно быть учтено из соображений допустимой мощности рассеивания подложки.

64'

Анализ мостовых переключателей на диодах и сопротивле­ ниях показал, что основной недостаток — потребление значи­ тельной мощности по цепям управления — ограничивает их применение в микроминиатюрном исполнении. Весьма эффек­ тивно, на наш взгляд, использовать фазостабильные переклю­ чатели по схеме транзисторных модуляторов, широко приме­ няемых в качестве прерывателей малых сигналов постоянного тока при построении высокостабильных УПТ.

Кратко проанализируем возможность использования тран­ зисторных модуляторов в качестве переключателей коммута­ тора ПЧ диапазона. Основная функция, которую должен реа­ лизовать коммутатор, — это переключение определенного набо­

требование минимального фазового сдвига, вносимого пере­ ключателями (ключами), либо постоянство фазового сдвига, вносимого ключами в каждый канал.

Ключевые схемы на одном транзисторе обычно не удовлет­ воряют поставленным требованиям из-за относительно боль­ ших значений остаточных параметров и их температурной не­ стабильности. Ключевая схема, построенная на двух встречно включенных кремниевых транзисторах, лишена недостатков предыдущей схемы. Предварительная оценка ключевых свойств такой схемы, приведенной на рис. 1, может быть сде­ лана на основе анализа ее статических характеристик. В част­ ности, представляют интерес следующие параметры: сопротив­ ление ключа в разомкнутом и замкнутом состояниях (Rp, R3), остаточные параметры (Uo, / 0 ) .

Оценка ключевого элемента по статическим параметрам яв­ ляется лишь предварительной, существенной для правильного выбора транзисторов и цепей управления.

Для определения статических параметров ключа восполь­ зуемся статической эквивалентной схемой, приведенной на

рис. 2. Параметры эквивалентной схемы ключа связаны с па­ раметрами транзисторов соотношениями:

Замкнутый ключевой элемент с цепями управления и на­ грузкой при достаточно малых R 3 l и R X 2 можно представить упрощенной эквивалентной схемой (рис. 3 ) .

Нетрудно заметить, что для достижения большего jA^i и меньшего ] АФ | необходимо уменьшать R 3 - При постоянных источниках меньшее значение R 3 можно получить за счет уве-

66

личения тока базы каждого транзистора, т. е. за счет уменьше­ ния Ry. Но так как /?у оказывает шунтирующее действие на полезный сигнал, его величина должна быть по возможности большой. Поэтому должно существовать некоторое оптималь­

с другой. В первом приближении следует выбирать кремние­

ную схему разомкнутого ключа можно представить в следую­ щем виде (рис. 4).

Передаточная функция в этом случае принимает вид

">3 ci Rm R« y'u) CaRu 4 1

Здесь разомкнутые транзисторы заменены эквивалентными емкостями Сэ , приведенными к некоторой общей точке управ­ ления а. Цепь управления представлена эквивалентным сопро­ тивлением Rw. Очевидно, для уменьшения | Кр | необходимо выбирать транзисторы с возможно меньшим значением Сэ .

Краткий анализ особенностей статической эквивалентной схемы до некоторой степени определил конфигурацию ключа. Так, в частности, предпочтительнее оказалась схема с после­ довательным (рис. б), а не с параллельным (рис. 5) управле-

07

нием, поскольку она более экономична при достижении одина­ ковых R3. Правда, эта схема требует применения в управляю­ щей цепи транзистора противоположной проводимости, но воз­ можно и инверсное включение однотипного транзистора. Экс­ периментальные исследования проводились на коммутаторе, выполненном по тонкопленочной технологии пассивной части с навесными активными элементами. Анализ амплитудных и фа­ зовых свойств ключей коммутатора показал, что стремление увеличить плотность элементов на одной подложке за счет снижения мощности каждого ключа, а следовательно, и управ­

имели низкую повторяемость и сильно зависели от тока управ­ ления.

Поиски удовлетворительного решения путем увеличения управляющего тока до значений, когда интересующие нас па­ раметры не зависели бы от режима управления, показали, что для транзистора типа КТ-307 этот режим нецелесообразен в энергетическом смысле. При этом ток управления на каждый ключ должен превосходить 4 мА, а число ключей не должно превышать 2. Естественно, что перспектива низкой плотности элементов никак не согласовывалась с тенденцией микроми­ ниатюризации.

Анализ начальных участков выходных характеристик КТ-307 в режиме насыщения показал, что нестабильность \К3\ и (A'f) при изменении управляющего тока связана с веерообразностью статической характеристики. Специфика конструк­ ции КТ-307, состоящая в наличии явно выраженной двухслой­ ной области коллектора, приводит к аномальности статической характеристики. Это явление находит отражение в отсутствии

необходимо обеспечить постоянство проводимости ключа в по­ ложении «включено» при изменении /б, т. е. слабую зависи­ мость начального участка статической характеристики тран­ зистора от тока управления. С появлением транзисторов типа КТ-202, на наш взгляд, такие возможности открываются. Бег­ ло оценить ожидаемый результат уже можно из сравнения ста­ тических характеристик ключей на КТ-307 и КТ-202, которые приведены на рис. 7.

Для получения ключей со слабой зависимостью фазового сдвига от изменения управляющего напряжения и, в первом приближении, от свойств транзистора, следует рекомендовать

68

•

Рис. 7

60