專利名稱：具有增益功能的高頻訊號單刀多擲開關(guān)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種由晶體管組成的具有增益功能的高頻訊號單刀多擲開關(guān)，特別是一種用晶體管構(gòu)成的單刀多擲開關(guān)。
本發(fā)明適用于切換經(jīng)降頻后的垂直、水平偏極化衛(wèi)星訊號的開關(guān)。目前在切換式選擇高頻訊號的開關(guān)元件中，一種為繼電器，另一種為PIN二極管，均能對多個信號源形成通路或開路的特性，但是，使用繼電器作為選擇開關(guān)時(即單刀多擲開關(guān))，由于繼電器為一種機械元件，與電子元件相比，在溫度太高或太低時，其故障率較高，壽命又較短，而且屬于被動元件，對訊號沒有增益功能。利用PIN二極管作為此類開關(guān)時，雖能解決繼電器故障率較高和壽命短問題，但要能達(dá)到與繼電器開關(guān)相同的訊號隔離度，所需元件數(shù)目較多(一般需要4至8個PIN二極管才能達(dá)到在BHF頻段時20dB的隔離度)，而且對訊號有損耗。
本發(fā)明的目的是提供一種可靠性高、壽命長、元件數(shù)目少、結(jié)構(gòu)簡單的具有增益功能的高頻訊號單刀多擲開關(guān)。
本發(fā)明采用晶體三極管作為開關(guān)元件，并利用切換其工作電壓的方式?jīng)Q定晶體三極管進(jìn)入線性放大區(qū)或截止區(qū)，以控制訊號的選通。
本發(fā)明包括多個訊號輸入端，其特征在于還包括與訊號輸入端相同數(shù)目的晶體三極管，該晶體三極管構(gòu)成具有增益功能的開關(guān)元件;與晶體三極管相同數(shù)目的輸入匹配網(wǎng)路，每一個輸入匹配網(wǎng)路接在相應(yīng)的訊號輸入端和晶體三極管輸入端之間;一個訊號輸出端;一個輸出匹配網(wǎng)路，該輸出匹配網(wǎng)路接在上述所有晶體三極管輸出端與上述訊號輸出端之間;一個直流偏壓網(wǎng)絡(luò)，該直流偏壓網(wǎng)絡(luò)為上述各晶體三極管提供偏壓，使得在切換某輸入訊號時，與其對應(yīng)的晶體三極管處于線性放大區(qū)，而其它晶體三極管處于截止區(qū)。
由于本發(fā)明只采用了一個輸出匹配網(wǎng)路，使整個開關(guān)的結(jié)構(gòu)更為簡單，又由于采用的開關(guān)元件為一成本低有增益的晶體三極管，因而不需另設(shè)放大器以補償訊號的損失，進(jìn)一步降低了成本。


圖1是晶體三極管作為高頻訊號增益元件的電路原理圖。
圖2是本發(fā)明的單刀雙擲開關(guān)的電路原理圖。
圖3是圖2所示電路的等效電路圖。
圖4是本發(fā)明的一個實施例電路圖。
圖5是本發(fā)明的另一個實施例電路圖。
圖6是圖5中A、B、C、D點接入的直流偏壓網(wǎng)絡(luò)中的主動下拉電路的電路圖。
圖7是圖6中輸入電壓與各輸出點的狀態(tài)表。
圖8是一種輸入匹配網(wǎng)路的電路圖。
圖9是一種輸出匹配網(wǎng)路的電路圖。
在圖1中，晶體三極管BG1接成一個放大器，由圖可知為使訊號源10與晶體三極管BG1輸入端以及使晶體三極管BG1輸出端與負(fù)載14之間彼此匹配，需在晶體三極管BG1的輸入端和輸出端上分別連接一輸入匹配網(wǎng)路11和一輸出匹配網(wǎng)路12，這樣才能使放大器具有較佳的性能。其中電容CB、CC分別為BG1的輸入，輸出電容以防止基板、集電極電壓被輸入、輸出網(wǎng)路所影響。扼流圈LB、LC用來防止交流訊號被直流電路影響，Zin、Zout分別表示BG1的輸入、輸出阻抗，電阻RB、RC分別為偏置電阻和集電極電阻。
當(dāng)晶體三極管BG1的偏壓使其工作在線性放大區(qū)時，對高頻訊號具有放大作用，具有特定的輸入和輸出阻抗。但BG1進(jìn)入截止區(qū)時，則失去放大作用，輸入、輸出阻抗接近無窮大。
適當(dāng)選擇電容CB、CC和扼流圈LB、LC的數(shù)值或采用其他偏壓電路使之成為輸入、輸出匹配電路的一部分或全部，可以減少匹配電路所用元件。
本發(fā)明正是利用晶體三極管在線性放大區(qū)時具有放大作用，在截止區(qū)時輸入、輸出具有高阻抗的特性來實現(xiàn)發(fā)明任務(wù)的。
本發(fā)明用多個晶體三極管作為開關(guān)元件，在各晶體三極管輸出端只采用一個輸出匹配網(wǎng)路(圖2的元件36)，為本發(fā)明的另一個主要特點，若各晶體三極管各自有其獨立的輸出匹配網(wǎng)路，則各匹配網(wǎng)路之間會產(chǎn)生相互影響，會使得各匹配網(wǎng)路內(nèi)各元件的數(shù)值計算相當(dāng)困難，本發(fā)明利用晶體三極管截止時，輸出阻抗高的特性，控制在同一時間內(nèi)只有一個晶體三極管處于線性放大區(qū)，并使各晶體三極管的輸出端接在同一接點(如圖2、圖4、圖5的符號A1點)上，而使開關(guān)電路在同一接點的輸出阻抗非常接近于單一晶體管的輸出阻抗，故只需使用一個晶體三極管的參數(shù)便可設(shè)計輸出匹配網(wǎng)路，因而減少了設(shè)計多個輸出匹配網(wǎng)路所需的元件，進(jìn)一步降低了成本。
圖2示出了單刀雙擲開關(guān)電路(單刀多擲開關(guān)電路的一種電路)，該電路利用偏壓切換單元35使晶體管BG1處于線性放大區(qū)，晶體管BG2處于截止區(qū)，等效電路如圖3所示，由圖可知，訊號從訊號源33經(jīng)過輸入匹配網(wǎng)絡(luò)31到BG1后被放大，再由輸出匹配網(wǎng)絡(luò)36耦合到負(fù)載37。由于BG2此時處于截止區(qū)，其輸入端接近開路、反射來自訊號源34的訊號，不會將該訊號耦合到輸出匹配網(wǎng)絡(luò)。這樣，一方訊號被放大，另一方訊號被反射，就得到了一個訊號隔離度高的高頻單刀雙擲開關(guān)。
圖4為本發(fā)明的一個實施例，在本例中，采用N溝道結(jié)型場效應(yīng)管作為放大元件，以開關(guān)41作為控制電路，偏置電壓Vss為負(fù)電壓且小于兩個N溝道結(jié)型場效應(yīng)管JFET1、JFET2的夾斷電壓VP1、VP2，當(dāng)開關(guān)41處于上端時，偏置電壓Vss接JFET1的柵極，使JFET1進(jìn)入截止區(qū)，失去了對來自輸入端I/P1的訊號放大作用，而且由于結(jié)型場效應(yīng)管在截止時其輸入、輸出阻抗很高，將輸入訊號反射回訊號源，而又不影響輸出電路的特性。而JFET2此時處于自偏壓狀態(tài)，對來自輸入端I/P2的訊號有放大作用，在圖中，IMN1、IMN2為輸入匹配網(wǎng)路，OMN為輸出匹配網(wǎng)路。
圖5示出了用晶體三極管作單刀四擲(單刀多擲的一種)開關(guān)的電路，在圖中，A、B、C、D四點分別為開關(guān)元件即晶體三極管BG1-BG4的基極直流偏壓插入點，扼流圈LB1、LB2、LB3、LB4分別接在各晶體三極管偏置電阻R11、R21、RB1、R12、RB2、R13、R23、RB3、R14、R24、RB4引出端(即A、B、C、D點)與各晶體三極管的基極之間，以阻隔高頻訊號，C61、C62、C63、C64為輸入電容，Lc輸出扼流圈，以阻隔高頻信號，Rc為降壓電阻，I/P1、I/P2、I/P3、I/P4為訊號輸入端，IMN1、IMN2、IMN3、IMN4為輸入匹配網(wǎng)路，Cc為輸出電容，OMN為輸出匹配網(wǎng)路，O/P為輸出端。在A、B、C、D四點上分別接如圖6所示的主動下拉電路的四個輸出端。晶體三極管BG1、BG2、BG3、BG4與外圍元件接成共發(fā)射極放大電路。
主動下拉電路由電壓比較器Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6構(gòu)成(型號為LM339)，具有四個輸出端，每一個輸出端分別與4個晶體三極管的直流輸入端相接(即通過一扼流圈與晶體三極管的基極相接)。每一個比較器的一個輸入端接一個基準(zhǔn)電壓，每一個比較器的另一輸入端并接后接控制信號。比較器Q1的輸出端接A點，Q2、Q3的輸出端接B點，Q4、Q5的輸出端接C點，Q6的輸出端接D點，各輸出端的電壓與控制信號的電壓關(guān)系如圖7所示，在圖7中“1”表示電壓為0.7V，“0”表示電壓0.2V，當(dāng)控制電壓為0-4.5V時，D點的電壓為0.7V，BG4進(jìn)入放大區(qū)，BG1、BG2、BG3處于截止區(qū)，同理控制電壓為4.5V-7.5V時，BG3進(jìn)入放大區(qū)，BG1、BG2、BG4處于截止區(qū)，當(dāng)控制電壓為7.5V-10.5V時BG2進(jìn)入放大區(qū)，BG1、BG3、BG4處于截止區(qū)，當(dāng)控制電壓為10.5V-Vcc時，BG1進(jìn)入放大區(qū)，BG2、BG3、BG4處于截止區(qū)。對于晶體三極管BG1、BG2、BG3、BG4來說，偏置電阻和主動下拉電路構(gòu)成了直流偏壓網(wǎng)絡(luò)，主動下拉電路保證了開關(guān)元件即晶體三極管BG1、BG2、BG3、BG4只有一個晶體三極管處于放大區(qū)，而其它晶體三極和處于截止區(qū)。這樣就實現(xiàn)了通過改變控制信號的電壓選擇不同的高頻輸入訊號并對該信號進(jìn)行放大的目的。
圖8示出了一種輸入匹配電路的構(gòu)造。
圖9示出了一種輸出匹配電路的構(gòu)造。
輸入、輸出匹配電路還可以采用其它的電路構(gòu)造，但其電路結(jié)構(gòu)不屬于本發(fā)明的范圍。
圖6中所示的控制信號可來自遙控接收器輸出的信號，也可以通過轉(zhuǎn)換開關(guān)輸入電阻分壓器上的不同電壓。
圖5所示的單刀四擲開關(guān)特別適用于切換衛(wèi)星電視信號，與現(xiàn)有的技術(shù)手段相比，具有以下特點①、具有增益、且隔離度高。
②、可靠度高、壽命長。
③、電路結(jié)構(gòu)簡單。
④、成本低。
⑤、可以同各種控制信號相配合。
權(quán)利要求
1.一種具有增益功能的高頻訊號單刀多擲開關(guān)，包括多個訊號輸入端，其特征在于還包括與訊號輸入端相同數(shù)目的晶體三極管，該晶體三極管構(gòu)成具有增益功能的開關(guān)元件；與晶體三極管相同數(shù)目的輸入匹配網(wǎng)絡(luò)，每一個輸入匹配網(wǎng)路接在相應(yīng)的訊號輸入端和晶體三極管輸入端之間；一個訊號輸出端；一個輸出匹配網(wǎng)路，該輸出匹配網(wǎng)路接在上述所有晶體三極管輸出端與上述訊號輸出端之間；一個直流偏壓網(wǎng)絡(luò)，該直流偏壓網(wǎng)絡(luò)為上述各晶體三極管提供偏壓。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高頻訊號單刀多擲開關(guān)，其特征在于上述晶體三極管與外圍元件接成共發(fā)射極電路。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高頻訊號單刀多擲開關(guān)，其特征在于直流偏壓網(wǎng)絡(luò)包括與各晶體三極管連接的偏置電阻和連接晶體三極管直流輸入端的主動下拉電路。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高頻訊號單刀多擲開關(guān)，其特征在于主動下拉電路由電壓比較器構(gòu)成。
全文摘要
本發(fā)明屬于一種具有增益功能的高頻訊號單刀多擲開關(guān)，包括多個訊號輸入端，還包括與訊號輸入端相同數(shù)目的晶體三極管；與晶體三極管數(shù)目相同的輸入匹配網(wǎng)絡(luò)；一個輸出匹配網(wǎng)路；一個訊號輸出端；一個直流偏壓網(wǎng)絡(luò)，本發(fā)明采用晶體三極管作為具有增益功能的開關(guān)元件，通過改變直流偏壓網(wǎng)絡(luò)的偏壓值，使其中的一個晶體三極管處于線性放大區(qū)，其它的晶體三極管處于截止區(qū)以實現(xiàn)切換高頻訊號的功能。
文檔編號H03K17/62GK1111419SQ9410496
公開日1995年11月8日 申請日期1994年5月3日 優(yōu)先權(quán)日1994年5月3日
發(fā)明者古高桐 申請人:臺揚科技股份有限公司