Skip to main content
LibreTexts - Ukrayinska

11.12: Перемикач

  1. Last updated
  2. Save as PDF
  • Page ID
    28956

    • \( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

    У багатьох стільникових системах телефон не передається і не приймає одночасно. Отже, перемикач може використовуватися для поперемінного підключення передавача та приймача до антени. Ідеальний комутатор показаний на малюнку\(\PageIndex{1}\) (а)\(\text{RF}_{\text{IN}}\), де показано вхідний порт та вихідний порт.\(\text{RF}_{\text{OUT}}\) На мікрохвильових частотах реалістичні вимикачі повинні бути змодельовані за допомогою паразитів та з кінцевими опорами включення та вимкнення. Реалістична модель, застосована до багатьох типів комутаторів, показана на малюнку\(\PageIndex{1}\) (b). Ємнісні паразитики\(C_{P}\text{s}\), то, обмежують частоту спрацьовування і на опір\(R_{\text{ON}}\), викликає втрати. В ідеалі опір вимкнення\(R_{\text{OFF}}\), дуже великий, однак, паразитична ємність шунта\(C_{\text{OFF}}\), майже завжди більш значна. Результат полягає в тому, що

    Тип перемикача Потужність керованості Втрата вставки Робоча частота Напруга спрацьовування Час відгуку
    MEMS\(^{1}\) \(0.5\text{ W}\) \(0.5\text{ dB}\) до\(10\text{ GHz}\) \(90\text{ V}\) \(10\:\mu\text{s}\)
    MEMS\(^{1}\) \(4\text{ W}\) \(0.8\text{ dB}\) до\(35\text{ GHz}\) \(110\text{ V}\) \(10\:\mu\text{s}\)
    PhEMT\(^{2}\) \(10\text{ W}\) \(0.3\text{ dB}\) до\(6.5\text{ GHz}\) \(5\text{ V}\) \(0.5\:\mu\text{s}\)
    PhEMT\(^{2}\) \(0.3\text{ W}\) \(1.1\text{ dB}\) до\(25\text{ GHz}\) \(5\text{ V}\) \(0.5\:\mu\text{s}\)
    ШПИЛЬКА\(^{3}\) \(13\text{ W}\) \(0.35\text{ dB}\) до\(2\text{ GHz}\) \(12\text{ V}\) \(0.5\:\mu\text{s}\)
    ШПИЛЬКА\(^{3}\) \(10\text{ W}\) \(0.4\text{ dB}\) до\(6\text{ Hz}\) \(12\text{ V}\) \(0.5\:\mu\text{s}\)

    Таблиця\(\PageIndex{1}\): Типові властивості невеликих мікрохвильових вимикачів. (Джерела:\(^{1}\) Радант MEMS,\(^{2}\) РЧ мікропристрої та\(^{3}\) Tyco Electronics.)

    на високих частотах є альтернативна ємнісний зв'язок між входом і виходом через COFF. Опір включення перемикача вводить поділ напруги, що можна побачити, порівнявши ідеальне з'єднання, показане на малюнку\(\PageIndex{1}\) (c), і більш реалістичне з'єднання, показане на малюнку\(\PageIndex{1}\) (d). Існує чотири основних типи мікрохвильових вимикачів: механічні (рідко використовуються, крім приладів), PIN-діодні, FET і мікроелектромеханічні системи (MEMS), див. Рисунки\(\PageIndex{1}\) (e—g) і табл\(\PageIndex{1}\).

    Перемикач MEMS виготовлений з використанням фотолітографічних методів, подібних до тих, що використовуються у виробництві напівпровідників. Вони по суті являють собою мініатюрні механічні вимикачі з напругою, що використовуються для управління положенням короткозамикаючої руки, див\(\PageIndex{2}\). Рис.

    clipboard_ed48cd31521e7bcd073f4634e40b5ac6f.png

    Малюнок\(\PageIndex{1}\): Мікрохвильові вимикачі: (а) ідеальне підключення комутатора\(\text{RF}_{\text{IN}}\) та\(\text{RF}_{\text{OUT}}\) порти; (б) модель мікрохвильового вимикача; (в) ідеальна модель схеми з вимикачем і з джерелом і навантаженням; (г) реалістична модель низькочастотної схеми з вимикачем; (e) перемикач реалізований за допомогою PIN-діода; (f) перемикач реалізований за допомогою FET; і (g) перемикач реалізований за допомогою перемикача MEMS.

    clipboard_e85230e4e3e4f11f1a39a8ca49f51294a.png

    Малюнок\(\PageIndex{2}\): Перемикач RF MEMS: (а)\(\text{RF}_{\text{in}}\) лінія, що контактує з\(\text{RF}_{\text{out}}\) лінією; і (б) кантлевер промінь електростатично притягується до п'єдесталу, і немає радіочастотного з'єднання.

    clipboard_efde3f2539b2f98571df16f441d47bdba.png

    Малюнок\(\PageIndex{3}\): Модель, яка використовується при розрахунку втрат вимикача в\(50\:\Omega\) системі.

    Приклад\(\PageIndex{1}\): Insertion Loss of a Switch

    Що таке вносимі втрати перемикача з\(1\:\Omega\) включенням опору при його використанні в\(50\:\Omega\) системі?

    Рішення

    Модель, яка буде використовуватися для оцінки вносимих втрат перемикача, показана на малюнку\(\PageIndex{3}\). Внесені втрати знаходять, спочатку визначаючи доступну потужність від джерела, а потім фактичну потужність, що подається на навантаження. Доступна вхідна потужність розраховується, попередньо ігноруючи опір\(1\:\Omega\) вимикача. Потім відбувається максимальна передача потужності від джерела до навантаження. Доступна вхідна потужність

    \[\label{eq:1}P_{Ai}=\frac{1}{2}\frac{(\frac{1}{2}E)^{2}}{50}=\frac{E^{2}}{400} \]

    де\(E\) - пікова радіочастотна напруга на генераторі джерела еквівалента Тевеніна. Потужність, що подається на\(50\:\Omega\) навантаження, виявляється після першого визначення пікової напруги навантаження:

    \[\label{eq:2}V_{L}=\frac{50}{50+1+50}E=\frac{50}{101}E \]

    Таким чином, потужність, що подається на навантаження, становить

    \[\label{eq:3}P_{D}=\frac{1}{2}\frac{V_{L}^{2}}{50}=\frac{1}{100}\left(\frac{50}{101}\right)^{2}E^{2} \]

    Втрата при вставці становить

    \[\label{eq:4}\text{IL}=\frac{P_{Ai}}{P_{D}}=\frac{E^{2}}{400}\frac{100}{E^{2}}\left(\frac{101}{50}\right)^{2}=1.020=0.086\text{ dB} \]