DE2106166C2 - Four-pole attenuator in the form of a bridged T-link - Google Patents
Four-pole attenuator in the form of a bridged T-linkInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Vierpol-Dämpfungsglied in Form eines überbrückten T-Gliedes unter Verwendung zweier in ihrer Größe veränderbarer ohmscher Widerstände, die durch PIN-Dioden gebildet sind.The invention relates to a four-pole attenuator in the form of a bridged T-link Use of two ohmic resistors which can be changed in size and which are formed by PIN diodes.
PIN-Dioden enthalten zwischen mit p- und n-dotierten Siliziumschichten eine als I-Schicnt (»intrinsic«) bezeichnete Schicht aus reinem Silizium. Auf diese Weise wird die Umschalt- oder Ausräumzeit dieser Diode verlangsamt. Sie verhalten sich deshalb bei tiefen Frequenzen wie normale Dioden. Oberhalb einer gewissen Freqeunz, die je nach der Bauform entsprechend gewählt werden kann, ist die Zeit einer Halbwelle zu kurz, um in der Sperrphase alle Ladungsträger aus dem aktiven Diodenraum zu entfernen. Die PIN-Dioden verhalten sich dann wie lineare Widerstände, deren Wert mit dem Diodengleichstrom gesteuert werden kann. Sie lassen sich auch leicht sperren, weil lediglich die Nullachse z. B. einer anliegenden Wechselspannung in den Sperrbereich verschoben werden muß, wobei die kurzen in die Flußspannung hineinreichenden Spannungsspitzen in der trägen PIN-Diode keinen Strom hervorrufen können.PIN diodes contain an I-layer (»intrinsic«) between p- and n-doped silicon layers designated layer made of pure silicon. This will reduce the switching or clearing time of this diode slowed down. They therefore behave like normal diodes at low frequencies. Above a certain Freqeunz, which can be selected depending on the design, the time of a half-wave is too short, in order to remove all charge carriers from the active diode space in the blocking phase. The PIN diodes behave then look like linear resistors, the value of which can be controlled with the diode direct current. You can also easily lock because only the zero axis z. B. an applied AC voltage in the blocking range must be shifted, the short voltage peaks reaching into the forward voltage cannot generate any current in the inert PIN diode.
In der Hochfrequenztechnik werden vielfach veränderbare Dämpfungsglieder benötigt, die auch bei Einstellung verschiedenerDämpfungswerte einen gleichbleibenden Wellenwiderstand aufweisen sollen. Es ist bekannt, daß das überbrückte T-Glied mit zwei veränderbaren Widerständen auskommt, wobei der eine Widerstand R\ im Querzweig liegt und der zweite Widerstand Rl im Überbrückungsweg. Es gilt dann die Regel, daßIn high-frequency technology, attenuators that can be changed in many ways are required, which should have a constant characteristic impedance even when different attenuation values are set. It is known that the bridged T-link manages with two variable resistors, one resistor R \ being in the shunt branch and the second resistor Rl in the bridging path. The rule then applies that
Λ1·Rl =Λ1 · Rl =
A -1 A -1
-- -Z-M-I) = Z2 (D- -ZMI) = Z 2 (D
sein muß, wenn der Wellenwiderstand Z des so aufgebauten Dämpfungsvierpols auch bei Änderung des Dämpfungswertes konstant bleiben soll. Der Wert A ist definiert durchmust be, if the characteristic impedance Z of the damping quadrupole constructed in this way is to remain constant even when the damping value changes. The value A is defined by
A -A -
uiui
wobei (71 die Eingangsspannung und t/2 die Ausgangs^, spannung des Vierpols ist. ■where (71 is the input voltage and t / 2 is the output ^, voltage of the quadrupole. ■
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Vierpol-Dämpfungsglied za schaffen, welches unter Verwendung von PIN-Dioden aufgebaut ist und bei dem eine Dämpfun^sänderung ohne Beeinträchtigung des Wellenwiderstandes des Dämpfungsgliedes durchgeführt werden kann. Gemäß der Erfindung, welche sich auf ein Vierpol-Dämpfungsglied der eingangs genannten Art bezieht, wird dies dadurch erreicht, daß die PIN-Dioden gleichstrommäßig in Serie geschaltet und die Ströme durch die PIN-Dioden in Abhängigkeit von einer veränderbaren Steuergröße einstellbar sind und daß dabei die die Ströme durch die PIN-Dioden treibende Spannung, die die Summenspannung der einzelnen Betriebsspannungen an den beiden PIN-Dioden ist, konstant gehalten wird.The present invention is based on the object to create a four-pole attenuator za, which is constructed using PIN diodes, and wherein a Dämpfun ^ sänderung without affecting the characteristic impedance of the attenuator may be carried out. According to the invention, which relates to a four-pole attenuator of the type mentioned, this is achieved in that the PIN diodes are connected in series with direct current and the currents through the PIN diodes can be adjusted as a function of a variable control variable and that in doing so the voltage driving the currents through the PIN diodes, which is the total voltage of the individual operating voltages at the two PIN diodes, is kept constant.
Zur Erläuterung der Erfindung sowie der durch sie erz;elharen Vorteile und von Weiterbildungen der Erfindung ist im folgenden auf eine Zeichnung Bezug genommen, in der ein Vierpol-Dämpfungsglied samt zugehöriger Steuereinrichtung als Ausführungsbeispie! der Erfindung dargestellt ist. To explain the invention and the ore through it ; Elharen advantages and further developments of the invention reference is made below to a drawing in which a four-pole attenuator together with the associated control device as an exemplary embodiment! of the invention is shown.
Zum Verständnis der Wirkungsweise muß vorausgeschickt werden, daß der Durchlaßwiderstand RD einer PIN-Diode umgekehrt proportional dem Diodenstrom JD ist. Fs gilt die BeziehungTo understand how it works, it must first be said that the forward resistance RD of a PIN diode is inversely proportional to the diode current JD . Fs is the relationship
RD KRD K
JDJD
Dabei ist K eine Konstante, die vom Aufbau der PIN-Diode abhängt. Aus Gleichung (1) läßt sich zusammen mit Gleichung (3) folgende Beziehung ableiten: K is a constant that depends on the structure of the PIN diode. The following relationship can be derived from equation (1) together with equation (3):
«Dl ■ RDl =«Dl ■ RDl =
JDl JDlJDl JDl
_ Z2 _ Z 2
Dabei ist RDX der Widerstand einer PIN-Diode im Überbrückungsweg eines überbrückten T-Gliedes (entsprechend PIN-Diode Dl in der Zeichnung) und RDl der Widerstand einer PIN-Diode im Querzweig (entsprechend Dl der Zeichnung) eines überbrückten T-Gliedes. Für die Einhaltung der Wellenwiderstandsbedingungen bei veränderlicher Dämpfung muß bei konstantem Wellenwiderstand das Produkt der Diodenströme gleichbleiben. Da zwischen Diodenstrom JD und Diodenspannung UD einer PIN-Diode die Beziehung RDX is the resistance of a PIN diode in the bridging path of a bridged T element (corresponding to PIN diode Dl in the drawing) and RDl is the resistance of a PIN diode in the shunt arm (corresponding to Dl in the drawing) of a bridged T element. In order to maintain the characteristic impedance conditions with variable damping, the product of the diode currents must remain constant with constant wave impedance. Since the relationship between the diode current JD and the diode voltage UD of a PIN diode
UD= κ- in JD (5) UD = κ- in JD (5)
oder geformtor shaped
UDUD
JD ^e "κ (6) JD ^ e "κ (6)
gilt, läßt sich aus Gleichung (4) ableiten, daßholds, it can be deduced from equation (4) that
UDXUDX
UDlUDl
UDX + UDIUDX + UDI
= e= e
sein muß, wenn bei Veränderung des Dämpfungswertes des Dämpfungsgliedes eingangsseitig und augangsseitig der Wellenwiderstand beibehalten werden soll. Daraus ergibt sich, daß man ein konstantes Produkt der Diodenströme und damit den gleichbleibenden Wellenwiderstand des überbrückten T-Gliedes erhalten kann, wenn die Summe der Betriebsspannungen an den beiden PIN-Dioden konstant gehalten wird.Must be when changing the attenuation value of the attenuator on the input side and on the output side the wave resistance should be maintained. It follows that there is a constant product of the diode currents and thus the constant wave resistance of the bridged T-link can be maintained, if the sum of the operating voltages at the two PIN diodes is kept constant.
In der Zeichnimg ist das eigentliche Dämpfungsglied durch eine gestrichelte Umrahmung angedeutet, wobei der Hochfrequenzeingang mit HE, der Hochfrequenzausgang mit HA bezeichnet ist. Kapazitäten, welche für die zu bedämpfende Hochfrequenz einen Kurzschluß darstellen und lediglich der Verblockung gegen Gleichspannungen dienen, sind in der Schaltung jeweils mit CB bezeichnet. Drosseln, welchefürGleichstromdurchlässig, für die zu übertragende Hochfrequenz dagegen gesperrt sind, tragen das Bezugszeichen DR. Das Dämpfungsglied besteht aus den beiden ohmsehen Längswiderständen RZ, deren Widerstandswert gleich demIn the drawing, the actual attenuator is indicated by a dashed frame, the high-frequency input being denoted by HE and the high-frequency output by HA . Capacities, which represent a short circuit for the high frequency to be damped and are only used to block against direct voltages, are each denoted by CB in the circuit. Chokes are welchefürGleichstromdurchlässig, blocked for high frequency to be transmitted, however, the reference numeral DR wear. The attenuator is composed of the two longitudinal ohmsehen RZ resistors whose resistance value is equal to
ίο Wellenwiderstand des Vierpols gewählt wird, sowie einer im Überbrückungsweg dieser beiden Widerstände liegenden PIN-Diode Dl. Im Querzweig ist zwischen den beiden Widerständen RZ eine zweite PIN-Diode D 2 angeschlossen, deren zweiter Anschluß über den Kondensator CSl hochfrequenzmäßig nach Masse geführt ist. Die Summeiispannung UD in Form einer Gleichspannung gelangt über eine Drossel DRX an die PIN-Diode Dl (Betriebsspannung UDX) und eine weitere an den Ausgang der PIN-Diode Dl angeschlossene Drossel DRl an die PIN-Diode Dl (Betriebsspannung UDl). An die Drossel DRl ist eine weitere Drossel DR3 angeschlossen, der ein Kondensator CBA sowie ein Widerstand R V nachgeschaltet sind. Die Blockkondensatoren CBl und CB3 verhindern ein Austreten der Summenspannung UD zu dem Hochfrequenzein- bz>v. -ausgang HE und HA. ίο Characteristic impedance of the quadrupole is selected, as well as a PIN diode Dl located in the bridging path of these two resistors. In the shunt branch, a second PIN diode D 2 is connected between the two resistors RZ , the second connection of which is routed to ground via the capacitor CSl. The summation voltage UD in the form of a direct voltage reaches the PIN diode Dl (operating voltage UDX) via a choke DRX and a further choke DRl connected to the output of the PIN diode Dl to the PIN diode Dl (operating voltage UDl). Another choke DR3 is connected to the choke DR1 , followed by a capacitor CBA and a resistor RV . The block capacitors CB1 and CB3 prevent the total voltage UD from escaping to the high-frequency input or> v. -output HE and HA.
Für die Summenspannung UD sind die PIN-Dioden Dl und Dl in Serie geschaltet, wobei sich der Strom JDl, welcher die PIN-Diode Dl durchfließt, an der Verbindungsstelle A zwischen den Drosseln DRl und DR3 in die Ströme JDl und J3 aufteilen kann. Jc nachdem, wie groß JDl und JDl gewählt werden, ergibt sich ein entsprechender Dämpfungswert. Die Transistoren TA und TS, welche nach Darlington zusammengeschallet und mit ihren Kollektoren über einen Widerstand Rl mit einer Gleichspannung UB verbunden sind, werden dazu benutzt, die Veränderung des Stromes in den Dioden des Dämpfungsgliedes herbeizuführen. Der Emitter des Transistors TS ist über einen Widerstand Λ9 mit Masse verbunden, während der Basis des Transistors TA ein Widerstand Λ8 vorgeschaltet ist. An diesem Widerstand liegt als sich ändernde Steuergröße für die Beeinflussung der Dämpfung des Vierpols die Steuerspannung US an. Je nach-For the sum voltage UD , the PIN diodes Dl and Dl are connected in series, the current JDl, which flows through the PIN diode Dl, can be divided into the currents JDl and J3 at the junction A between the chokes DRl and DR3. Jc depending on how large JDl and JDl are selected, there is a corresponding damping value. The transistors TA and TS, which are connected according to Darlington and connected with their collectors via a resistor R1 to a direct voltage UB , are used to bring about the change in the current in the diodes of the attenuator. The emitter of the transistor TS is connected to ground via a resistor Λ9, while the base of the transistor TA is preceded by a resistor Λ8. The control voltage US is applied to this resistor as a changing control variable for influencing the damping of the quadrupole. Depending on-
dem, welche Spannung über den Widerstand R8 an die Basis des Transistors TA angeschlossen wird, ergibt sich ein dem Widerstand R V nachgeschalteter unterschiedlicher Widerstand, welcher durch die Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors T5 gebildet wird. Die Anordnung aus den Widerständen RT, dem Widerstand der Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors T5 sowie des Widerstandes R9 kann damit auch als Spannungsteiler der Versorgungsspannung + UB mit veränderbarem Teilerverhältnis aufgefaßt werden.which voltage is connected to the base of the transistor TA via the resistor R 8, there is a different resistor connected downstream of the resistor RV , which is formed by the collector-emitter path of the transistor T5 . The arrangement of the resistors RT, the resistance of the collector-emitter path of the transistor T5 and the resistor R9 can thus also be regarded as a voltage divider of the supply voltage + UB with a variable division ratio.
Schaltet der Transistor Γ5 durch, so fließt in erster Näherung praktisch nur durch die PIN-Diode Dl ein Strom JDl, weil die Widerstände RV und R9 gegenüber dem Widerstand der PIN-Diode D 2 vcrnachlüssigbar sind. Damit ist die PIN-Diode Dl vollIf the transistor Γ5 turns on, a current JD1 flows in a first approximation practically only through the PIN diode D1, because the resistors RV and R9 can be determined from the resistance of the PIN diode D 2. The PIN diode Dl is thus full
So leitend und die PIN-Diode D2 praktisch völlig gesperrt, und es ergibt sich eine minimale Durchgangsdämpfung des Dämpfungsglicdes. Bei abnehmendem Basisstrom des Transistors 75 wird ein Zustand erreicht, bei dem die Spannung am Kollektor des Transistors 7"5 genauso groß ist wie die Spannung am Verbindungspunkt/l zwischen den Drosseln DRl und DR3. Dann fließt über den Widerstand RY überhaupt kein Strom mehr. ./3 ist also Null und JDX JDl. So conductive and the PIN diode D2 practically completely blocked, and there is a minimal transmission loss of the attenuation glicdes. When the base current of the transistor 75 decreases, a state is reached in which the voltage at the collector of the transistor 7 "5 is exactly the same as the voltage at the connection point / 1 between the chokes DR1 and DR3. Then no current flows at all through the resistor RY. ./3 is zero and JDX JDl.
Die Dämpfung beträgt in diesem Fall ζ. B. 6 db. Bei weiterem Abnehmen des Basisstromes des Transistors TS kehrt der Strom J3 die in der Figur eingezeichnete Richtung um, und JDl wird zunehmend größer als- JDl. Bei gesperrtem Transistor TS erreicht die PIN Diode Dl den höchsten Strom, und Dl ist praktisch gesperrt. Damit ist die maximale Dämpfung des Vierpols eingestellt. Diese maximale Dämpfung ist somit abhängig vom minimalen Widerstand, der bei der PIN-Diode Dl erreicht werden kann, wobei bei hohen Frequenzen auch die Kapazität der PIN-Diode Dl mit eingeht.In this case, the attenuation is ζ. B. 6 db. With a further decrease in the base current of the transistor TS , the current J3 reverses the direction shown in the figure, and JD1 becomes increasingly greater than -JD1. When the transistor TS is blocked, the PIN diode Dl reaches the highest current, and Dl is practically blocked. This sets the maximum damping of the quadrupole. This maximum attenuation is therefore dependent on the minimum resistance that can be achieved in the case of the PIN diode Dl , the capacitance of the PIN diode Dl also being included at high frequencies.
Die Einhaltung der Wellenwiderstandsbedingungen bei Veränderung des Dämpfungswertes ist abhängig davon, daß die Summenspannung UD, welche die Steuerung der in Serie geschalteten PIN-Dioden Dl und Dl bewirkt, unabhängig von den in diesen Dioden fließenden Strömen JDi und JDl konstant gehalten werden kann. Hierzu ist eine eigene Stabilisierungsschaltung vorgesehen, welche links von dem Vierpol- Dämpfungsglied dargestellt ist. Die Versorgungsspannung -f UB in Form einer Gleichspannung wird einem Widerstand Λ1 zugeführt, dem Dioden D3 und D4 sowie eine Zenerdiode DS nachgeschaltet sind. Die Dioden D3 und DA sind durch einen einstellbaren ohmschen Widerstand Rl und einen weiteren ohmschen Widerstand Λ3 überbrückt, welche eine Spannungsteilerschaltung für die Basisschaltung eines Transistors Tl bilden. Da die Durchgangswiderstände der PIN-Dioden Dl und Dl etwas temperaturabhängig sind, ist eine Kompensationsschaltung vorgesehen. Hierzu ist dem Widerstand Λ3 ein temperaturabhängiger Widerstand RT mit negativem Temperaturkoeffizienten parallel geschaltet. Der Emitter des Transistors Tl, dessen Kollektor an die Versorgungsspannung UB angelegt ist, wird über den Widerstand R4 mit Masse verbunden und steht gleichzeitig in Verbindung mit dem Emitter des Transistors Tl. Der Kollektor des Transistors Tl ist über den Kondensator CBl nach Masse geführt und über den Widerstand RS mit der Versorgungsspannung UB verbunden. An den Kollektor des Transistors Tl ist die Basis des Transistors 7"3 angeschaltet, dessen Kollektor an die Versorgungsspannung UB und dessen Emitter an die Basis des Transistors Tl angeschlossen ist. Dar Widerstand RS verbindet die Basis des Transistors Tl mit dem für Hochfrequenz auf Masse liegenden Ausgang der PIN-Diode Dl, so daß hier zwischen den Anschlüssen des Wi Verstandes Λ 6 die konstantzuhaltende Summenspannung UD für dan Betrieb der PIN-Dioden Dl und Dl anliegt. Die Stabilisiierungsschaltung bildet somit einen Konstantspannungs-Strom versorger.Compliance with the characteristic impedance conditions when changing the attenuation value depends on the fact that the total voltage UD, which controls the series-connected PIN diodes Dl and Dl , can be kept constant regardless of the currents JDi and JDl flowing in these diodes. For this purpose, a separate stabilization circuit is provided, which is shown to the left of the four-pole attenuator. The supply voltage -f UB in the form of a direct voltage is fed to a resistor Λ1, which is followed by diodes D3 and D4 and a Zener diode DS . The diodes D3 and DA are bridged by an adjustable ohmic resistor Rl and a further ohmic resistor Λ3, which form a voltage divider circuit for the base circuit of a transistor Tl . Since the volume resistances of the PIN diodes Dl and Dl are somewhat temperature-dependent, a compensation circuit is provided. For this purpose, a temperature-dependent resistor RT with a negative temperature coefficient is connected in parallel to the resistor Λ3. The emitter of the transistor Tl, the collector of which is connected to the supply voltage UB , is connected to ground via the resistor R4 and is simultaneously connected to the emitter of the transistor Tl. The collector of the transistor Tl is routed to ground via the capacitor CBl and via the resistor RS connected to the supply voltage UB . The base of the transistor 7 "3 is connected to the collector of the transistor Tl , the collector of which is connected to the supply voltage UB and the emitter of which is connected to the base of the transistor Tl . The resistor RS connects the base of the transistor Tl to the high frequency grounded Output of the PIN diode Dl, so that the sum voltage UD to be kept constant for the operation of the PIN diodes Dl and Dl is present between the connections of the Wi mind Λ 6. The stabilization circuit thus forms a constant voltage power supply.
Die Transistoren Tl bis Ti sowie Γ4 und Γ5 sind samt den zugehörigen passiven Schaltelementen zweckmäßig in einer integrierten Schaltung zusammengefaßt, die nur wenig Platz einnimmt und jedem derartigen Vierpol-Dämpfungsglied entsprechend zugeschaltet werden kann.The transistors Tl to Ti and Γ4 and Γ5 are together with the associated passive circuit elements of an integrated circuit useful in combined, occupies only little space, and each such four-pole attenuator can be switched accordingly.
Der Abgleich des Dämpfungsgliedes wird zweckmäßig so vorgenommen, daß zunächst eine Dämpfung von 6 db eingestellt wird, was z. B. dadurch erreicht werden kann, daß JDl = JD2 gemacht wird. In diesem Betriebszustand ist üblicherweise die Abweichung vom gewünschten Wellenwiderstand am höchsten. Mit dem Potentiometer Λ2 wird dann die stabilisierte Summenspannung UD an einem Refiexionsmepßlatz auf kleinste Welligkeit beim Durchlaufen des gewünschten DImpfungsbeKiches eingestellt. Bei einem praktisch ausgeführten Beispie! ließ sich bei einer Betriebsfrequenz von 73 MHz bei einer minimalen Durchgangsdampfung von 0,5 db ein Verstellbereich von 20 db der Dämpfung erzielen, wobei der Reflexionsfaktor, bezogen auf einen Wellenwiderstand von 50Ω, unter 5% gehalten werden konnte. Die Lineartiät des so aufgebauten Dämpfungsgliedes ist in einem großen Temperaturbereich so hoch, daß Intermodulationsprodukte mehr als 60 db gedämpft sind, und zwar bei einem Eingangspegel von 1 V effektiv.The adjustment of the attenuator is expediently carried out so that initially an attenuation of 6 db is set, which z. B. can be achieved by making JDl = JD2 . In this operating state, the deviation from the desired wave resistance is usually greatest. With the potentiometer Λ2, the stabilized total voltage UD is then set to the smallest ripple when passing through the desired damping range at a reflection measuring point. With a practically executed example! an adjustment range of 20 db of the attenuation could be achieved at an operating frequency of 73 MHz with a minimum throughput attenuation of 0.5 db, whereby the reflection factor, based on a characteristic impedance of 50Ω, could be kept below 5%. The linearity of the attenuator constructed in this way is so high over a wide temperature range that intermodulation products are attenuated by more than 60 db at an input level of 1 V effective.
Eine vorteilhafte Anwendungsmöglichkeil dieser Vierpol-Dämpfungsglieder besteht bei Funkempfängern zur Dämpfung in der Eingangsschaltung. Der Dämpfungsvierpol nach der Erfindung kann auch vorteilhaft als Entzerrernetzwerk, z. B. als Bode-Entzerrer, eingesetzt werden.One advantageous possible application of these four-pole attenuators is in radio receivers for attenuation in the input circuit. The four-pole attenuation according to the invention can also be advantageous as an equalizer network, e.g. B. can be used as a Bode equalizer.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings
Claims (13)
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DE19712106166 DE2106166C2 (en) | 1971-02-10 | Four-pole attenuator in the form of a bridged T-link |
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DE19712106166 DE2106166C2 (en) | 1971-02-10 | Four-pole attenuator in the form of a bridged T-link |
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DE2106166B2 DE2106166B2 (en) | 1972-09-21 |
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