Электронный переключатель

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИРЕСПУБЛИК 1525 9) 4 н 03 к 7 Л 4 ТЕНИЯ ский инст СССР 980.ований. пульсный 1 10,льство 7/74, 1 иссльный ометр ульсйстен наИзобретение технике, в час коммутации высо и может быть ис ционно-распреде голучевых фазир к импульсн оси ности к устроиствам очастотных сигналов ользовано в коммута актах м ительных ванных а ны ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБР К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(56) Авторское свидетй 928647, кл. Н 03 КПриборы для научныГибсон и др, Универсагетеродинный ВЧтспект1981 г., стр,80, рис. 54) ЭЛЕКТРОННЫЙ ПЕРЕКЛОЧАТЕЛЬ 57) Изобретение относится к и ой технике, в частности к уст ам коммутации высокочастотных шеток.Целью изобретения является расширение функциональных воэможностей электронного переключателя путем использования одного или обоих выходных трансформаторов в качестве разветвителей мощности с произвольным коэффициентом деления.На чертеже представлена принципиальная электрическая схема устройстваЭлектронный переключатель содержит входную шину 1 устройства, общую шилов, и может быть использовано в коммутационно-распределительных трактахмноголучевых фазированных антенныхрешеток, Цель изобретения - расширение функциональных возможностей путемиспользования одного или обоих выходных трансформаторов в качестве разветвителей мощности с произвольнымкоэффициентом деления. Для этого вторичная обмотка одного или обоих выходных трансформаторов выполнена сотводом, а в устройство введены балластный резистор, дополнительная выходная шина, дополнительная нагрузка.Устройство содержит входной трансформатор, два источника напряжения мещ ия, источник электрических колебаний, две коммутационные ячейки, 1 ил. ну 2, входной трансформатор 3, имеющий выполненную со средним выводом первичную обмотку 4 и вторичную обмотку 5, включенную между входной шиной 1 и общей шиной 2, два выходны трансформатора 6, имеющих выполненную со средним выводом первичную обмотку и разделенную отводом на две части 8 9 вторичную обмотку, коэффициенты трансформации которых относительно полной первичной обмотки 7 равны и и соответственно, два балластных резистора 10, два источника 11, 12 напряжения смещения, четыре нагрузки 13, 14, источник 15 электрических колебаний, включенный между входной шиной 1 и общей шиной 2 две коммутационные ячейки 16. Первичная обмоткагперо 1 го выходного трансформатора 6 началм подклюцена к выходной шине 7 пер лй коммутационной ячейки 16, средним выводом - к выходной шине 18, концом - к выходной шине 19. Вторичная обмотка первого выходного трансФорматора 6, состоящая из частей 8, 9, началом подключена к первой выходной шине 20 устройства, отводом - к первому выводу первого балластного резистора 10, второй вывод которого соединен с общей шиной 2, концом - к второй выходной шине 21 устройства. Первичная оЬмотка 7 второго выходного 15 трансформатора 6 началом подключена к выходной шине 17 второй коммутационной ячейки 16, средним выводом - к выходной шине 18, концом - к выходной шине 19. Вторичная обмотка второго 20 выходного трансформатора 6, состоящая из частей 8, 9, началом подключена к третьей выходной шине 22 устройства, отводом - к первому выводу второго балластного резистора 10, второй вы вод которого соединен с общей шиной 2, концом - к четвертой выходной шине 23 устройства. Первая и вторая нагрузки 13 первыми выводами подключены к выходным шинам 20, 22, а вторыми к общей шине 2, Первая и вторая нагрузки 14 первыми выводами подключены к выходным шинам 21, 23, а вторыми к общей шине 2. Входные шины 24 - 26 двух коммутационных ячеек 16 соедине 35 ны параллельно и подключены соответственно к концу, среднему выводу и началу первичной обмотки 4 входного трансформатора 3. Шины смещения 27, 28 двух коммутационных ячеек 16 сое диогены параллельно и подключены к соответствующим источникам 11, 12 смещающего напряжения.Каждая коммутационная ячейка 16содержит коммутационные диоды 29-3", 45 диодный мост, образованный коммутационньми диодами 35-38, первый резистор 39, эквивалент нагрузки, образованный вторым и третьим резисторами 40 и 41, электронный ключ 42, источник 43 управляющего напряжения., Выходная шина 17 соединена с анодом диода 30 и катодом диода 29, катод диода 30 соединен с вершиной 44 диодного моста и анодом диода 31, катод которого55 соединен с входной шиной 26, анод диода 29 соединен с первым выводом резистора 40, второй вывод которого соединен с вершиной 45 диодного моста, с входной шиной 25, шиной 28смещения, с первым выводом резистора41, второй вывод которого соединенс анодом диода 34, катод которогосоединен с анодом диода 32 и выходнойшиной 19, катод диода 32 соединен свершиной 46 диодного моста и анодомдиода 33, катод которого соединен свходной шиной 24, вершина 47 диодногомоста соединена с выходной шиной 18,а также с первым выводом резистора39 и вторым силовым выводом 48электронного ключа 42, первый силовойвывод 49 которого подключен к общейшине 2, а управляющий вход 50 подключен к источнику 43 управляющего напряжения, второй вывод резистора 39подключен к шине смещения 27.Электронный переключатель работает следующим образом,Напряжение источника 15 электрических колеЬаний прикладывается квторичной оЬмотке 5 входного трансформатора 3, при этом напряжение,снимаемое с первичной обмотки 4,одно"временно присутствует на входных шинах 24, 26 двух соединенных параллельно коммутационных ячеек 16, Дальнейшее прохождение высокочастотногосигнала определяется состоянием коммутационной ячейки 15 "Закрыто" или"Открыто",Под открытым состоянием ячейки 16 понимается такое ее состояние, когда коммутационные диоды 30-33 смещены в прямом направлении, т.е. сопротивления их переходов анод-катод малы, а диоды 29, 34, 35-38 смещены в обратном направлении, т.е. сопротивления их переходов анод - катод велики.Под закрытым состоянием ячейки 16 понимается такое ее состояние, когда коммутационные диоды 30-33 смещены в обратном направлении, а диоды 29, 34, 35-38 - в прямом направлении,Коммутационные ячейки работают в противофазе, т.е, если одна находится в состоянии "Открыто", то другая в этот момент находится в состоянии "Закрыто". Рассмотрим прохождение высокочастотного сигнала в том и другом случаях.В состоянии ячейки 16 "Открыто" высокочастотный сигнал с входных шин 24, 26 через прямосмещенные диоды 30-33 поступает на выходные шины 17, 19, подключенные к первичной обмотке 7 выходного трансформатора 6 и делит 12590 чся между двумя нагрузками 13, 14, т.к, выходной трансформатор 6 преобразован в гибридный делитель мощности.5В состоянии ячейки 16 "Закрыто" диоды 30-33 смещены в обратном направлении и имеют большое сопротивление перехода анод - катод, а диоды 35-38, 29, 34 смещены в прямом нап равлении и обладают малым сопротивлением. При этом запертые диоды 30-33 разрывают цепь прохождения высокочастотного сигнала, а открытые диоды 35-38 шунтируют ее, повышая развязку, 15 Открытые диоды 29, 34 подключают к обмоткам 7 выходного трансформатора 6 эквивалент внутреннего сопротивления источника 15 электрических колебаний, образованный последовательно 20 соединенными резисторами 40, 41, что позволяет сохранить условия гибридного делителя мощности, выполненного на базе выходного трансформатора 6, и, следовательно, сохранить согласо ванный режим со стороны нагрузок при отключении источника 15 электрических колебаний.Смещение коммутационных диодов 30- 33, 29, 34 35-38 в прямом и обратном 30 направлениях осуществляется при помощи цепей управления и подачи смещения. Рассмотрим их работу, 11 епи управления и подачи смещения включают в себя; источники 11, 12 смещающего напряжения, причем напряжение источника 11, приложенное относительно общей шины, должно быть выше напряжения источника 12, приложенного также относительно общей шины, резистор 39 электронный 40 ключ 42, в качестве которого может быть использован любой управляемый электронный контакт или реле, источник 43 управляющего напряжения,Электронный ключ 42 может иметь два сос тояния: закрытое и открытое. Под зак" рытым состоянием электронного ключа понимается такое его состояние, когда сопротивление между его выводами 48, 49 имеет большую величину (несколько 50 килоом), В случае применения в качестве электронного ключа 42 транзистора это соответствует его запертому состоянию, те, подаче на управляющий электрод (базу) запирающего напряже" ния. Под открытым состоянием электронного ключа 42 понимается его противоположное состояние. Такое состояние принимает транзисторный ключ при подаче на его управляющий электрод(базу) отпирающего напряжения.Рассмотрим работу цепей управленияв случае использования в качествеэлектронного ключа транзистора. Приподаче на вход 50 от источника 43 управляющего напряжения в виде уровня логической "1" ключ 42 открывается, т.е. сопротивление между его выводами 48, 49 становится малым, потенциал вывода 48 примерно рутвен потенциалу вывода 49. Средняя точка обмотки выходного трансформатора 6 подключается через открытый ключ 42 к общей шине 2, а источник 11 смещающего напряжения нагружается на резистор 39, Напряжение источника 12 прикладывается к анодам диодов 35-38 и через резисторы 40, 41 к анодам диодов 29, 34, По цепям: резистор 40, диод 29, выходная шина 17, половина обмотки 7, выходная шина 18, вывод 48, общая шина 2; резистор 41, диод 34, выходная шина 19, половина обмотки 7, выходная шина 18, вывод 48, общая шина 2; вершина 45 моста, вершина 44 моста, вершина 47 моста, вывод 48 общая шина 2; вершина 45 моста, вершина 46 моста вершина 47 моста, вывод 48, общая шина 2 - потечет управляющий ток прямого смещения. В результате диоды 29, 34 35-38 открываются, Одновременно напряжение источника 12 прикладывается через обмотку 4 входного трансформатора 3 к катодам диодов 30-33, а так как их аноды через половинки обмотки 7 выходного трансформатора 6, выходную шину 18 и открытый ключ 42 подключены к общей шине 2, эти диоды запираются. Таким образом, при подаче на вход 50 управляющего сигнала в виде уровня логической "1" ячейки 16 переходят в состояние "Закрыто".При подаче на вход 50 управляющего напряжения в виде уровня логического "0" ключ 42 закрывается, т.к. сопротивление между его выводами 48,49 становится большим и вывод 48 отрывается от общей шины 2, Напряжение источника 11 через резистор 41, половинки обмотки 7 выходного трансформатора 6 прикладывается к анодам диодов 30-33. По цепям: источник 11, резистор 39, выходная шина 18, половина обмотки 7, выходная шина 17, диоды 30, 31, входная шина 26, половина обмотки 4 трансформатора 3, входная ши 1525904на 25, внутреннее сопротивление источника 12, общая шина 2; источник11, резистор 39, выходная шина 18,половина обмотки 7, выходная шина 19,диоды 32,33, входная шина 24, половина обмотки 4 трансформатора 3, внутреннее сопротивление источника 12,общая шина 2 - потечет управляющийток прямого смещения. В результатедиоды 30 - 33 открываются, Прохождение тока прямого смещения через внутреннее сопротивление источника 12обусловлено тем, что напряжение источника 11 выше напряжения источника12. Одновременно напряжение источника 11 прикладывается через резистор39, половинки обмотки 7 выходноготрансформатора 6 к катодам диодов 29,34, а также через резистор 39 к катодам диодов 35-38, а так как анодыдиодов 29, 34 через резисторы 40, 41и внутреннее сопротивление источника12, а аноды диодов 35-38 непосредственно через внутреннее сопротивлениеисточника 12 подключены к общей шине2, диоды 29, 34, 35-38 запираются,Таким образом, при подаче на вход50 управляющего напряжения в виде логического "0" ячейка 16 переходит всостояние "Открыто".Таким образом, переводя поочереднокоммутационные ячейки 16 в состояние"Открыто" или "Закрыто", можно коммутировать сигнал источника 15 электрических колебаний в нагрузки 13, 14первого или второго выходного трансформатора 6,Коэффициенты трансформации и и частей 8, 9 вторичных обмоток выходных трансформаторов 6, коэффициент трансформации и, входного трансформатора 3, сумма величин сопротивлений резисторов 40, 41, величины сопротивлений нагрузок 13, 14 и двух балластных резисторов 10 определяются по известным формулам для трансформаторных гибридных делителей мощности;Р /Р = и /и,=К /К =тп, (1) где КК- сопротивления нагрузок13, 14;Р, Р - мощности в нагрузкахЯи - коэффициент делениямощности;К = К /1+г, (2) где К- - величина резистора 10;(К+К,)=К/и, и (3) где К ,К, - величины резисторов 40,41;ОО 41и = -1 К, и, и /К (4)где и - коэффициент трансформацииэ5 входного трансформатора 3;К, - внутреннее сопротивление источника 15 электрическихколебаний,Проиллюстрируем порядок расчета1 Опараметров трансформаторов и элементов переключателя для различных значений коэффициента деления. Выбираютнеобходимый коэффициент деления мощ -ности, затем, задавшись значениями15сопротивления нагрузки 13, коэффициента трансформации и, части 8 вторичной обмотки выходного трансформатора6 и зная величину внутреннего сопро 20тивления К источника 15 электричесгких колебаний, рассчитывают значенияостальных параметров по формулам (1)- (4)Например, если в=1; и=1; К =25 =75 Ом, сопротивления нагрузок 13равны 75 Ом, то остальные параметрыимеют следующие значения: Кц =75 Ом,К=37 5 Ом; (К+К)=37,5 Ом; и =1,иЕсли в предыдущих исходных данныхпринять я=2, то остальные параметрыимеют следующие значения; Кн =150 Ом;К= 50 Ом,(К+К)= 25 Ом; и 2; и=ТТехническая эффективность предло"женного устройства по сравнению спрототипом состоит в расширении егофункциональных возможностей путем использования выходных трансформаторов40 в качестве гибридных делителей мощности, что позволяет исключить разветвители и, следовательно, потерив них,45 формула изобретенияЭлектронный переключатель, содержащий входной и два выходных трансформатора, первичные обмотки которых имеют средний вывод, два источника напряжения смещения, выходную шину устройства, общую шину, между которыми включен источник электрических колебаний, четыре выходные шины устройства, нагруженные на четыре нагрузки, две коммутационные ячейки с тремя входными, тремя выходными и двумя шинами смещения каждая, каждая коммутационная ячейка выполнена натрех резисторах, десяти диодах иэлектронном ключе, управляющий входкоторого подключен к выходу источникауправляющего напряжения, первый силовой вывод - к общей шине, второйк второй выходной шине коммутационнойячейки, к катодной вершине диодногомоста, который образован первыми четырьмя диодами, и через первый резис Отор - к первой шине смещения коммутационной ячейки, анодная вершина диодного моста подключена к второй входной шине коммутационной ячейки, анод"но-катодные вершины диодного мостачерез соответствующие пятый и шестойпрямо включенные диоды подключены кпервой и третьей входным шинам коммутационной ячейки, а через седьмой ивосьмой обратные включенные диодык первой и третьей выходным шинамкоммутационной ячейки, которые соединены с катодами девятого и десятогодиодов, аноды которых через второйи третий резисторы подключены к второй шине смещения коммутационнойячейки и анодной вершине диодного моста, причем первая коммутационнаяячейка тремя своими выходными шинамиподключена к соответствующим выводам 30первичной обмотки первого выходноготрансформатора, первый вывод вторичной обмотки которого соединен с первой выходной шиной устройства, втораякоммутационная ячейка тремя своимивыходными шинами подключена к соответствующим выводам первичной обмоткивторого выходного трансформатора,первый вывод вторичной обмотки которого соединен с второй выходной шиной 40устройства, шины смещения обеих коммутационных ячеек соединены параллельно и подключены к соответствующим источникам напряжения смещения, обе коммутационные ячейки тремя параллельно соединенными своими входными шинами подключены к соответствующим выводам первичной обмотки входного трансформатора, первый вывод вторичной обмотки которого соединен с входной шиной устройства, а второй - с общей шиной, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей путем использования одного или обоих выходных трансформаторов в качестве разветвителей мощности с произвольным коэффициентом деления щ, вторичная обмотка одного или обоих выходных трансформаторов выполнена с отводом, который соединен с первым выводом балластного резистора, второй вывод которого подключен к общей шине, второй вывод вторичной обмотки выходного трансформатора соединен с дополнительной выходной шиной устройства, нагруженной на дополнительную нагрузку, причем коэффициенты трансформации и ичастей вторичной обмотки выходного трансформатора, разделенной отводом, связанысоотношением и /п,=Кн,/Кн, тп, где Кк , К- сопротивления нагрузок, на которые нагружены выходные шины устройства, величина сопротивления балластного резистора К выбирается равной К /1+в, сумма величин сопротивлений второго и третьего резисторов равна Кр/п,п , коэффициент трансформации входного трансформатора и = п 7 Ш, ж ротивление источника электрических колебаний,1525904 Составитедактор М,Циткина Техред М роль,ираж 8 венного комитета по 113935 р Москва, Жинат "Патент", г.ужгород, ул.Гагарина, 101 Производственно-иэдательски а ка э 7244/5 5 НИИПИ Государ Г.Тередык на Корректор Подписноеобретениям и открытиям при ГКНТ СССР Раушская наб д. 4/5