switching diodes что это
switching diode
Смотреть что такое «switching diode» в других словарях:
switching diode — perjungimo diodas statusas T sritis automatika atitikmenys: angl. switching diode vok. Schaltdiode, f rus. переключательный диод, m pranc. diode commutatrice, f … Automatikos terminų žodynas
switching diode — jungiklinis diodas statusas T sritis radioelektronika atitikmenys: angl. switching diode vok. Schaltdiode, f rus. переключательный диод, m pranc. diode de commutation, f … Radioelektronikos terminų žodynas
Diode — Figure 1: Closeup of a diode, showing the square shaped semiconductor crystal (black object on left) … Wikipedia
diode commutatrice — perjungimo diodas statusas T sritis automatika atitikmenys: angl. switching diode vok. Schaltdiode, f rus. переключательный диод, m pranc. diode commutatrice, f … Automatikos terminų žodynas
diode de commutation — jungiklinis diodas statusas T sritis radioelektronika atitikmenys: angl. switching diode vok. Schaltdiode, f rus. переключательный диод, m pranc. diode de commutation, f … Radioelektronikos terminų žodynas
Diode logic — (DL) or diode resistor logic constructs Boolean logic gates from diodes acting as electrically operated switches. While diode logic has the advantage of simplicity, the lack of an amplifying stage in each gate limits its application. Not all… … Wikipedia
Diode–transistor logic — DTL redirects here. For other uses, see DTL (disambiguation). Diode–transistor logic (DTL) is a class of digital circuits that is the direct ancestor of transistor–transistor logic. It is called so because the logic gating function (e.g., AND) is … Wikipedia
Schottky diode — The Schottky diode (named after German physicist Walter H. Schottky; also known as hot carrier diode) is a semiconductor diode with a low forward voltage drop and a very fast switching action.In the early days of wireless, cat s whisker detectors … Wikipedia
Light-emitting diode — LED redirects here. For other uses, see LED (disambiguation). Light emitting diode Red, pure green and blue LEDs of the 5mm diffused type Type Passive, optoelectronic Working principle Electr … Wikipedia
Step recovery diode — In electronics, a Step recovery diode (SRD) is a semiconductor junction diode having the ability to generate extremely short pulses. It is also called Snap off diode or charge storage diode or memory varactor, and has a variety of uses in… … Wikipedia
switching diode
Shottky diode — диод Шотки
chip diode — бескорпусный диод
tunnel diode — туннельный диод
pick-off diode — отсекающий диод
double-base diode — двухбазовый диод
Смотреть что такое «switching diode» в других словарях:
switching diode — perjungimo diodas statusas T sritis automatika atitikmenys: angl. switching diode vok. Schaltdiode, f rus. переключательный диод, m pranc. diode commutatrice, f … Automatikos terminų žodynas
switching diode — jungiklinis diodas statusas T sritis radioelektronika atitikmenys: angl. switching diode vok. Schaltdiode, f rus. переключательный диод, m pranc. diode de commutation, f … Radioelektronikos terminų žodynas
Diode — Figure 1: Closeup of a diode, showing the square shaped semiconductor crystal (black object on left) … Wikipedia
diode commutatrice — perjungimo diodas statusas T sritis automatika atitikmenys: angl. switching diode vok. Schaltdiode, f rus. переключательный диод, m pranc. diode commutatrice, f … Automatikos terminų žodynas
diode de commutation — jungiklinis diodas statusas T sritis radioelektronika atitikmenys: angl. switching diode vok. Schaltdiode, f rus. переключательный диод, m pranc. diode de commutation, f … Radioelektronikos terminų žodynas
Diode logic — (DL) or diode resistor logic constructs Boolean logic gates from diodes acting as electrically operated switches. While diode logic has the advantage of simplicity, the lack of an amplifying stage in each gate limits its application. Not all… … Wikipedia
Diode–transistor logic — DTL redirects here. For other uses, see DTL (disambiguation). Diode–transistor logic (DTL) is a class of digital circuits that is the direct ancestor of transistor–transistor logic. It is called so because the logic gating function (e.g., AND) is … Wikipedia
Schottky diode — The Schottky diode (named after German physicist Walter H. Schottky; also known as hot carrier diode) is a semiconductor diode with a low forward voltage drop and a very fast switching action.In the early days of wireless, cat s whisker detectors … Wikipedia
Light-emitting diode — LED redirects here. For other uses, see LED (disambiguation). Light emitting diode Red, pure green and blue LEDs of the 5mm diffused type Type Passive, optoelectronic Working principle Electr … Wikipedia
Step recovery diode — In electronics, a Step recovery diode (SRD) is a semiconductor junction diode having the ability to generate extremely short pulses. It is also called Snap off diode or charge storage diode or memory varactor, and has a variety of uses in… … Wikipedia
switching diode
1 switching diode
Тематики
2 switching diode
3 switching diode
4 switching diode
5 switching diode
6 switching diode
7 switching diode
8 switching diode
9 switching diode
10 switching diode
11 switching diode
12 switching diode
13 switching diode
14 switching diode
15 switching diode
16 switching diode
17 switching diode
18 switching diode
19 dioda impulsowa
См. также в других словарях:
switching diode — perjungimo diodas statusas T sritis automatika atitikmenys: angl. switching diode vok. Schaltdiode, f rus. переключательный диод, m pranc. diode commutatrice, f … Automatikos terminų žodynas
switching diode — jungiklinis diodas statusas T sritis radioelektronika atitikmenys: angl. switching diode vok. Schaltdiode, f rus. переключательный диод, m pranc. diode de commutation, f … Radioelektronikos terminų žodynas
Diode — Figure 1: Closeup of a diode, showing the square shaped semiconductor crystal (black object on left) … Wikipedia
diode commutatrice — perjungimo diodas statusas T sritis automatika atitikmenys: angl. switching diode vok. Schaltdiode, f rus. переключательный диод, m pranc. diode commutatrice, f … Automatikos terminų žodynas
diode de commutation — jungiklinis diodas statusas T sritis radioelektronika atitikmenys: angl. switching diode vok. Schaltdiode, f rus. переключательный диод, m pranc. diode de commutation, f … Radioelektronikos terminų žodynas
Diode logic — (DL) or diode resistor logic constructs Boolean logic gates from diodes acting as electrically operated switches. While diode logic has the advantage of simplicity, the lack of an amplifying stage in each gate limits its application. Not all… … Wikipedia
Diode–transistor logic — DTL redirects here. For other uses, see DTL (disambiguation). Diode–transistor logic (DTL) is a class of digital circuits that is the direct ancestor of transistor–transistor logic. It is called so because the logic gating function (e.g., AND) is … Wikipedia
Schottky diode — The Schottky diode (named after German physicist Walter H. Schottky; also known as hot carrier diode) is a semiconductor diode with a low forward voltage drop and a very fast switching action.In the early days of wireless, cat s whisker detectors … Wikipedia
Light-emitting diode — LED redirects here. For other uses, see LED (disambiguation). Light emitting diode Red, pure green and blue LEDs of the 5mm diffused type Type Passive, optoelectronic Working principle Electr … Wikipedia
Step recovery diode — In electronics, a Step recovery diode (SRD) is a semiconductor junction diode having the ability to generate extremely short pulses. It is also called Snap off diode or charge storage diode or memory varactor, and has a variety of uses in… … Wikipedia
Диоды сверхвысокочастотные: Переключательные диоды
Переключательные диоды предназначены для применения в устройствах коммутации СВЧ сигналов (в защитных устройствах, в устройствах переключения типа “прием/передача”, в сканируемых антенных решетках и т.п.). Работа таких диодов основана на изменении их полного сопротивления на частоте сигнала в зависимости от величины и полярности напряжения смещения. Переключательные диоды бывают двух типов — резонансные и структуры \(p\)‑\(i\)‑\(n\) (см. диоды структуры p-i-n).
В резонансных диодах используется возможность получения последовательного или параллельного резонанса контура, составленного из реактивностей диода. Параметры схемы подбирают таким образом, чтобы при прямом смещении возникал резонанс параллельного контура, характеризующийся большим сопротивлением. При обратном смещении наступает резонанс последовательного контура и сопротивление диода резко падает. Такие диоды позволяют коммутировать СВЧ сигнал мощностью до 1 кВт в импульсном режиме и до 10 Вт в непрерывном режиме с временем переключения не более 20 нс.
Для повышения уровня коммутируемой мощности требуется увеличивать площадь перехода, что приводит к росту его емкости. Увеличение площади перехода при незначительной емкости достигается в \(p\)-\(i\)-\(n\)-диодах. Основой любого \(p\)-\(i\)-\(n\)-диода является многослойная полупроводниковая структура, наиболее простой вид которой показан на рис. 2.8-4.
Рис. 2.8-4. Структура p-i-n-диода
Вольт-амперная характеристика \(p\)-\(i\)-\(n\)-диода, снятая на постоянном токе, качественно не отличается от вольт-амперной характеристики \(p\)-\(n\)-диода (рис. 2.8‑5). Главной отличительной особенностью \(p\)-\(i\)-\(n\)-диода является то, что он представляет собой инерционную нелинейность. Механизм воздействия на диод напряжения СВЧ радикально отличается от воздействия постоянного напряжения или напряжения сравнительно низких частот.
Рис. 2.8-5. Статическая вольт-амперная характеристика p-i-n-диода и воздействие на него СВЧ сигнала
При воздействии на диод прямого постоянного тока в \(i\)-слое появляется накопленный заряд. При параллельном включении диода в передающую линию в нем протекает ток СВЧ. Влияние этого тока на накопленный заряд, т.е. на проводимость диода, много слабее, чем постоянного тока. Это объясняется тем, что изменение заряда, происходящее в положительный полупериод тока СВЧ, много меньше накопленного заряда. При отрицательных полупериодах СВЧ колебаний, когда ток через диод должен был бы отсутствовать (рис. 2.8‑5), изменение накопленного заряда и соответственно проводимости диода также оказывается незначительным.
Разница в воздействии на проводимость диода постоянного и СВЧ токов возрастает с увеличением времени жизни носителей заряда и повышением частоты колебаний СВЧ. При нулевом или отрицательном смещении низкая проводимость диода, ввиду его инерционности, сохраняется при сравнительно больших напряжениях СВЧ. Короткие положительные импульсы напряжения продолжительностью менее половины периода СВЧ колебаний (рис. 2.8‑5) недостаточны для изменения проводимости диода. Таким образом, для СВЧ колебаний, как в режиме прямого тока, так и в режиме обратного смещения, \(p\)‑\(i\)‑\(n\)‑диод может в первом приближении рассматриваться как стационарный линейный двухполюсник.
Мощность коммутируемого \(p\)‑\(i\)‑\(n\)‑диодами сигнала может достигать сотен киловатт в импульсе. Однако время переключения у этих диодов больше, чем у резонансных переключательных диодов, поскольку в основу их работы положены инерционные процессы инжекции и рассасывания носителей зарядов. При значительном увеличении СВЧ тока или снижении частоты колебаний в \(p\)-\(i\)-\(n\)-диодах может наблюдаться изменение проводимости диода под влиянием СВЧ сигналов, а также эффекты детектирования. Эти явления, с одной стороны, снижают значение коммутируемой мощности, а с другой стороны — полезны при построении полупроводниковых ограничителей СВЧ.
К основным параметрам переключательных диодов относятся: потери запирания (\(L_з\)) и потери пропускания (\(L_<пр>\)), связанные с ними параметр качества (\(K\)) и критическая частота диода (\(f_<кр>\)), время прямого и обратного восстановления, накопленный заряд и др.
Потери запирания (\(L_з\)) и потери пропускания (\(L_<пр>\)). Для любого переключательного диода характерны два основных режима работы. Первый режим — это такое состояние диода, когда коммутируемый им сигнал соответствующей мощности и частоты свободно проходит через коммутируемую цепь (режим пропускания). Второй режим заключается в блокировании диодом коммутируемой цепи на частоте коммутируемого сигнала (режим запирания). Коммутация осуществляется путем изменения сопротивления диода на рабочей частоте. Режиму запирания соответствует малое сопротивление, а режиму пропускания — высокое сопротивление. Для описания основных свойств диодного коммутатора в обоих режимах используется величина, равная отношению мощности СВЧ сигнала, подводимого к коммутационному устройству, к мощности проходящей через это устройство. Такое отношение, выражаемое обычно в децибелах, для режима запирания называется потерями запирания (\(L_з\)), а для режима пропускания — потерями пропускания (\(L_<пр>\)). Зная потери можно легко определить мощность, рассеиваемую на диоде в том или ином режиме работы:
Очевидно, что в режиме запирания рассеиваемая мощность выше и не должна превышать значения максимально допустимого для конкретного используемого в схеме диода.
Качество диода (\(K\)). Для обобщенной характеристики параметров потерь переключательного диода введен специальный коэффициент, который называется качеством переключательного диода. Этот коэффициент вычисляется по формуле:
Таким образом, качество диода не зависит от схемы его включения в линию, волнового сопротивления линии и т.д., а целиком определяется характеристиками внутренней \(p\)‑\(i\)‑\(n\)‑структуры и параметрами сигнала.
Критическая частота (\(f_<кр>\)). Эффективность диодов при их применении в коммутационных устройствах СВЧ может быть оценена также с помощью такого параметра как критическая частота (\(f_<кр>\)). Критической частотой называется такая частота входного сигнала, при которой (при постепенном увеличении частоты) емкостное сопротивление структуры диода становится равным среднему геометрическому значению его активного сопротивления при прямом токе и обратном смещении.
В общем случае, для критической частоты выполняется:
\(C_д\) — емкость диода,
\(r_<пр>\) — прямое сопротивление потерь,
\(r_<обр>\) — обратное сопротивление потерь.
Критическая частота напрямую связана с качеством диода, которое может быть вычислено для рабочего сигнала с частотой \(f\) по следующей формуле:
Обычно в системе параметров переключательного диода содержатся: критическая частота, емкость и СВЧ сопротивление при определенном значении прямого тока. Активное сопротивление диода при отрицательном смещении может быть найдено исходя из приведенных выше формул.
PIN-диоды для чайников. Часть 3
PIN-диод представляет собой полупроводниковую структуру, состоящую из сильнолегированных p + и n + областей и разделяющего их слаболегированного слоя – слоя собственной проводимости (intrinsic). Благодаря наличию этого слоя, т.н. «базы», pin-диод является плохим выпрямителем и находит применение в СВЧ-технике. В данной статье рассмотрены аспекты использования pin-диодов в СВЧ-схемах для практических применений, то есть только необходимые разработчику данные, чтобы максимально точно выполнить проектирование. Статья не претендует на сколько-либо научный труд, а является скорее справочником и сборником разрозненной информации о pin-диодах. Особое внимание уделено особенностям использования pin-диодов на высоком уровне СВЧ-мощности, таких как вопросы пробоя, влияния высокочастотного поля на режим работы диода и проблемы тепловыделения, которые являются ключевыми для разработчика мощных приборов.
Первую часть, посвященную общей информации о pin-диодах, можно прочитать тут.
Вторая часть посвящена способам включения pin-диода в СВЧ схему и влиянию СВЧ на диод.
SPnT переключатель (один вход и n выходов)
Простейшим способом создать SPnT ключ является использование n идентичных SPST ключей. При этом все приведенные в части 2 выражения остаются актуальными, кроме развязки – она увеличивается на 6 дБ независимо от количества выходов. Это связано с тем, что на одиночном закрытом ключе оказывается все напряжение генератора, а при наличии нескольких выходов половина напряжения генератора падает на согласованной нагрузке открытого канала, а на закрытых ключах всех остальных каналов, параллельно подключенных к генератору – вторая половина. Уменьшение напряжения соответствует уменьшению мощности в 4 раза или на 6дБ. Надо отметить, что параллельные схемы ключей необходимо подключать на расстоянии, равном четверти длины волны от места разветвления каналов, поэтому такие ключи являются более габаритными и узкополосными, хотя и обеспечивают лучшую развязку по сравнению с последовательными схемами. Кроме того, в многоканальном переключателе все каналы, кроме одного, закрыты, но, при параллельном включении в линию pin-диоды в них открыты, то есть потребляют ток. При последовательном же включении открыт только один диод.
Для создания широкополосных ключей или ключей с высоким значением развязки используются комбинации последовательных и параллельных схем ключей, а также многокаскадные ключи.
Надо отметить, что ключи с несколькими выходами требуют создания цепей согласования, так как диод в закрытом состоянии является не идеальным разрывом, а представляет собой емкость. Кроме того, необходимо компенсировать паразитные параметры корпуса диода. Ниже приведен пример топологии параллельного ключа с согласующими элементами.
Вторым примером решения этой проблемы является более удобная схема параллельного ключа, не требующая согласования, однако также являющаяся узкополосной. Четвертьволновый разомкнутый шлейф создает КЗ в точке включения диода в линию, при условии, что диод открыт. Когда же диод закрыт, он представляет собой параллельную линии емкость, а короткозамкнутый шлейф, также подключенный к точке включения диода в линию, представляет собой распределенную индуктивность, образующую с емкостью диода параллельный резонансный контур на рабочей частоте, то есть в этом состоянии волна проходит без помех.
Аналогом такой схемы для последовательного включения pin-диода является схема, приведенная выше. Здесь параллельно диодам включены индуктивности, которые также обеспечивают резонанс с емкостью закрытого диода. Включения конденсатора с большой емкостью необходимо для того, чтобы анод и катод диода не были под одним потенциалом. Такая схема обеспечивает хорошую развязку, однако требует согласования.
Общие рекомендации
Для подачи смещения на диоды необходимо создать такие цепи, которые пропускали бы постоянный ток, но были бы изолированы по СВЧ. Обычно для этих целей используются печатные четвертьволновые линии с чередующимися высоким и низким волновыми сопротивлениями. Это проще с точки зрения изготовления, однако не очень компактно. Возможно использовать для подачи смещения сосредоточенные навесные индуктивности с высоким импедансом на высоких частотах. Кроме того, такие элементы имеют собственные корпусные резонансы, обусловленные наличием паразитной емкости корпуса. Если подобрать элемент по его s-параметрам с паразитным резонансом на центральной рабочей частоте, то можно добиться большой развязки при очень компактных размерах самого компонента. Необходимо только учесть, что индуктивности обладают ограничением по пропускаемому току, поэтому ток, открывающий диод, не должен превышать максимальный ток, разрешенный для конкретного компонента.
Вторым моментом, на который стоит обратить внимание, являются потери, обусловленные сопротивлением диода в открытом состоянии. Как видно из формул, приведенных в части 2, эти потери не зависят от частоты, а определяются самим значением сопротивления и импедансом подводящей линии. Поэтому целесообразно использовать линию с высоким волновым сопротивлением, так как это уменьшит потери, а соответственно и тепловыделение на диоде. Из минусов такого подхода можно отметить необходимость введения в схему трансформаторов для приведения импеданса линии к 50 Ом, а также повышенное напряжение на диоде.
Еще одним полезным фактом является то, что, благодаря различиям в вольт-амперных характеристиках, арсенид-галлиевый pin-диод, в отличие от кремниевого, может управляться стандартными TTL-напряжениями. +5 вольт логической единицы откроют оба диода, однако +0.2 вольта логического нуля частично откроют кремниевый диод, но еще не откроют диод из арсенида галлия. Соответственно при низких уровнях СВЧ-мощности удобно управлять арсенид-галлиевыми диодами без дополнительных источников питания.
Коммутационное качество pin-диода
Для количественного описания качества управляющего устройства применяют характеристику, называемую фактором коммутационного качества K. Она является универсальной характеристикой управляющего устройства любой природы (феррит, сегнетоэлектрик, полупроводник). В данном случае определяется оно исходя из того, что диод обладает большим и малым сопротивлением СВЧ-полю в закрытом и открытом состояниях соответственно. При этом можно считать, что в открытом состоянии диод представляет собой резистор r, а в закрытом – последовательно соединенные емкость C и резистор R, при этом r @ R— Тогда можно считать, что у диода меняется только мнимая часть импеданса, и в таком случае
Для любого переключаемого элемента, пригодного для практических применений K > 1000. Данная формула действительна для бескорпусного диода, однако K не изменится и в присутствии корпуса, если в нем нет существенных потерь.
Использованная литература
Microsemi corp. The PIN diode circuit designers’ handbook.
Skyworks solution inc. Design with PIN diodes.
О.Г.Вендик, М.Д.Парнес. Антенны с электрическим сканированием (Введение в теорию).
Г.С.Хижа, И.Б.Вендик, Е.А.Серебрякова. СВЧ фазовращатели и переключатели.
Г.Уотсон. СВЧ-полупроводниковые приборы и их применение.
А.В.Вайсблат. Коммутационные устройства СВЧ на полупроводниковых приборах.
СВЧ устройства на полупроводниковых диодах. Проектирование и расчет. Под редакцией И.В.Мальского и Б.В.Сестрорецкого.
R.Caverly and G.Hiller. Establishing the minimum reverse bias for a p-i-n diode in a high-power switch.
Н.Т.Бова, Ю.Г.Ефремов, В.В.Конин. Микроэлектронные устройства СВЧ.
MA-COM tech. Comparison of Gallium Arsenide and Silicon PIN diodes for High Speed Microwave Switches.