一种MOS管类型的PIN二极管器件激励电路及开关速度调节方法与流程

一种mos管类型的pin二极管器件激励电路及开关速度调节方法
技术领域
1.本发明属于pin二极管器件激励驱动技术领域，具体涉及一种mos管类型的pin二极管器件激励电路，应用于实现pin二极管器件的激励驱动功能。


背景技术：

2.由于半导体pin二极管移相器的温度稳定性好，开关速度快、体积小、重量轻，使它在低频雷达系统中得到了广泛应用。pin二极管器件是最主要的微波半导体器件之一，它具有可控功率大、损耗小以及在正反向偏置下能获得接近短路和开路的特性，所以在微波控制电路中pin二极管器件应用最多、最广。pin二极管器件在正向偏压下，导通阻抗很小，近似短路，在反向偏压下则近似一个固定的小电容，阻抗很高，近似开路，而且具有随偏压连续改变阻抗的特性。与pin二极管相关的器件在低频雷达中有着非常广泛的应用，无论是pin二极管移相器还是pin二极管开关器件，对于激励电路都有着同样的功能和性能需求。激励电路不仅需要提供一定大小的正向偏置激励电流，同时还需要提供相对较高的反向偏置激励电压。在询问机天线系统中，为了完成敌我识别功能，也需要设计一种激励电路对功分移相网络进行控制，从而实现天线单元所需幅相的控制进而完成天线系统波束在空间的快速灵活扫描。
3.大功率pin二极管移相器目前所采用的激励电路存在着激励电流小，开关时间长，抗高功率差的问题，在高温环境中pin二极管移相器的损伤极容易被烧毁。大功率pin二极管移相器需要激励电路为其提供稳定的正向偏置激励电流和反向偏置激励电压。因此，激励电路的首要功能就是作为控制信号与电源组之间的电压缓冲器和电流缓冲器。在任意时刻，两个pin二极管移相器的工作状态始终是相反的。在正向偏置激励状态下，所需要的是提供持续稳定的正向偏置激励电流，而在反向偏置激励状态下，所需要的是提供一定的反向偏置激励电流。否则，在大功率射频输入时，pin二极管移相器很可能会在反向偏置激励状态下过热而被突然烧坏。在正向偏置激励状态下，pin二极管器件需要提供持续稳定的正向偏置激励电流，正向偏置激励电流的大小会根据实际需求而有所不同。但在反向偏置激励状态下，激励电路除了提供反向偏置激励电压外，提供一定大小的反向偏置激励电流也是有好处的。因为这不仅提供了一条脉冲电流泄放通路，保证了激励电路的安全，同时还提高了激励电路的开关时间。
4.mos管是利用多数载流子导电，所以称之为单极型器件。而普通晶体管既利用多数载流子导电，同时也利用少数载流子导电，所以称之为双极型器件。mos管的优势在于它是一种电压控制器件，mos管的导通与关断只受v
gs
的影响。对于nmos管，当v
gs
》4v时，管子就会导通；而对于pmos管，当v
gs
《-4v时，管子才会导通。
5.目前，一般的pin二极管激励电路都用普通晶体管实现，但现有的pin二极管激励电路大多都存在着开关速度相对较慢，激励电流不好调节的问题，无法满足实际的工程应用。因此，为了满足实际的工程需求，本发明提供了一种mos管类型的激励电路。


技术实现要素：

6.要解决的技术问题
7.由普通晶体管所组成的激励电路可以实现基本的激励驱动功能，但实际的工程应用效果都一般，性能达不到最优。因此，为了进一步提高pin二极管激励电路的开关速度以及解决激励电流可调节问题，本发明提供了一种mos管类型的激励电路，改善了激励电路的性能，较好地解决了这些问题。
8.技术方案
9.一种mos管类型的pin二极管器件激励电路，其特征在于包括直流供电电源，信号发生器、比较电路、反向偏置激励电路和正向偏置激励电路；
10.所述直流供电电源分为供电正电源和供电负电源，其中，供电正电源为比较电路提供供电正电源，同时为正向偏置激励电路以及反向偏置激励电路提供供电正电源；供电负电源为比较电路提供负电源，同时为正向偏置激励电路以及反向偏置激励电路提供供电负电源；所述信号发生器的输出端与比较电路中的输入端相连；所述比较电路中的输出端分别与反向偏置激励电路的输入端、正向偏置激励电路的输入端相连。
11.本发明进一步的技术方案：所述比较电路由一个非门电路和运放电路组成，非门电路由单独的数字非门器件组成，其逻辑输入端接入信号发生器的输出端，其输出端直接接入比较电路中运放n2的同向输入端；运放电路由独立的2个运放以及电阻r4、r5、r9、r10组成；运放电路中运放n1的同向输入端接入信号发生器的输出端，运放n1的输出端直接接入反向偏置激励电路的输入端；运放电路中运放n2的同向输入端接入非门电路的输出端，运放n2的输出端直接接入正向偏置激励电路的输入端；电阻r4和r5将供电正电源电压分压后接入比较电路中运放n1的反向输入端，用来和运放n1正端输入的逻辑控制电平进行比较。同样，电阻r9和r10将供电正电源电压分压后接入比较电路中运放n2的反向输入端，用来和运放n2正端输入的非门电路所产生的逻辑控制电平进行比较。
12.本发明进一步的技术方案：所述反向偏置激励电路由电阻r2、功率电阻r1和r3，nmos管v1、pmos管v2和二极管v3组成；在反向偏置激励电路中nmos管v1和pmos管v2的栅极连接在一起同时与比较电路中n1的输出端相连；pmos管v2的漏极与功率电阻r1的一端相连，同时接入nmos管v1的源极；pmos管v2的源极与功率电阻r3的一端相连，同时接入二极管v3的正端；功率电阻r3的另外一端接入供电负电源的负端，二极管v3的负端接入供电负电源的正端然后接到地；nmos管v1的漏极与电阻r2的一端相连，电阻r2的另外一端直接接地，功率电阻r1的另外一端接入供电正电源的正端。
13.本发明进一步的技术方案：所述正向偏置激励电路由电阻r7、功率电阻r6和r8，nmos管v4、pmos管v5和二极管v6组成；在正向偏置激励电路中nmos管v4和pmos管v5的栅极连接在一起同时与比较电路中n2的输出端相连；pmos管v5的漏极与功率电阻r6的一端相连，同时接入nmos管v4的源极；pmos管v5的源极与功率电阻r8的一端相连，同时接入二极管v6的正端；功率电阻r8的另外一端接入供电负电源的负端，二极管v6的负端接入供电负电源的正端然后接到地。nmos管v4的漏极与电阻r7的一端相连，电阻r7的另外一端直接接地，功率电阻r6的另外一端接入供电正电源的正端。
14.一种提高pin二极管器件的开关速度和调节激励电路电流大小的方法，其特征在于步骤如下：
15.调节比较电路，改变比较电路的输入电平状态，可以使反向偏置激励电路(4)和正向偏置激励电路工作在不同状态，满足pin二极管器件激励电路所需的正向偏置激励电流和反向偏置激励电压；
16.调节反向偏置激励电路，改变反向偏置激励电路中功率电阻r1的阻值大小，可以在反向偏置激励电路工作时产生不同大小的激励电流；减小反向偏置激励电路中功率电阻r3的阻值，则可以提高反向偏置激励电路工作时的开关速度；
17.调节正向偏置激励电路，改变正向偏置激励电路中功率电阻r6的阻值大小，可以在正向偏置激励电路工作时产生不同大小的激励电流；减小正向偏置激励电路中功率电阻r8的阻值，则可以提高正向偏置激励电路工作时的开关速度。
18.有益效果
19.本发明提供的一种mos管类型的pin二极管器件激励电路，采用本发明中mos管类型的激励电路，不仅可以实现对pin二极管器件的更快速激励，同时也可以对pin二极管器件的激励电流进行灵活调节。
附图说明
20.附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。
21.图1为本发明组成结构示意图；
22.图2为本发明电路结构图。
具体实施方式
23.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图和实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
24.该种mos管类型的pin二极管器件激励电路由直流供电电源、信号发生器、比较电路、反向偏置激励电路和正向偏置激励电路组成。
25.直流供电电源分为供电正电源和供电负电源。其中，供电正电源为比较电路提供供电正电源，同时为正向偏置激励电路以及反向偏置激励电路提供供电正电源。供电正电源的正端与比较电路中运放n1的正电源输入端相连，同时与电阻r4的一端相连，电阻r4的另一端与运放n1的反向输入端相连。供电正电源的正端与比较电路中的运放n2的正电源输入端相连，同时与电阻r9的一端相连，电阻r9的另外一端与运放n2的反向输入端相连。供电正电源的正端与反向偏置激励电路中电阻r1的一端相连，负端与地相连。供电正电源的正端与正向偏置激励电路中电阻r6的一端相连，负端与地相连。供电负电源为比较电路提供负电源，同时为正向偏置激励电路以及反向偏置激励电路提供供电负电源。供电负电源的负端与比较电路中运放n1的负电源输入端相连，同时与比较电路中运放n2的负电源输入端相连，正端与地相连。供电负电源的负端与反向偏置激励电路中电阻r3的一端相连，正端与地相连。供电负电源的负端与正向偏置激励电路中电阻r8的一端相连，正端与地相连。信号发生器产生该激励电路的逻辑控制输入电平信号，其输出端与比较电路中运放n1的同向输
入端相连，同时与比较电路中非门d1的输入相连。比较电路会产生一对互斥的电平信号，分别为“0”和“1”二种，其中一种电平信号由比较电路中运放n1输出，然后与反向偏置激励电路中nmos管v1和pmos管v2的栅极相连，另外一种电平信号由比较电路中运放n2输出，然后与正向偏置激励电路中nmos管v4和pmos管v5的栅极相连。反向偏置激励电路的输出与pin二极管负载v3的正端相连。正向偏置激励电路的输出与pin二极管负载v6的正端相连。当信号发生器产生逻辑电平“1”时，比较电路中运放n1的输出就产生逻辑电平“1”。此时，nmos管v1导通、pmos管v2关断，该激励电路工作在反向偏置激励状态，在负载端就会产生给定大小的反向偏置激励电压，该反向偏置激励电压的高低取决于供电负电源电压的高低。当信号发生器产生逻辑电平“1”时，比较电路中运放n2的输出就产生逻辑电平“0”。此时，nmos管v4关断、pmos管v5导通，该激励电路工作在正向偏置激励状态，在负载端就会产生一定大小的正向偏置激励电流。
26.比较电路由一个非门电路和运放电路组成。非门电路由单独的数字非门器件组成，非门的输入与信号发生器的输出相连接，非门的输出直接接入比较电路中运放n2的同向输入端。运放电路由独立的2个运放以及电阻r4、r5、r9、r10组成。运放电路中运放n1的同向输入端直接与信号发生器的输出相连，运放n1的输出直接接入反向偏置激励电路的输入端。运放电路中运放n2的同向输入端直接与非门电路的输出相连，运放n2的输出直接接入正向偏置激励电路的输入端。电阻r4和r5将供电正电源电压分压后接入比较电路中运放n1的反向输入端，用来和运放n1正端输入的逻辑控制电平进行比较。同样，电阻r9和r10将供电正电源电压分压后接入比较电路中运放n2的反向输入端，用来和运放n2正端输入的非门电路所产生的逻辑控制电平进行比较。
27.反向偏置激励电路由电阻r2、功率电阻r1和r3，nmos管v1、pmos管v2和二极管v3组成。在反向偏置激励电路中nmos管v1和pmos管v2的栅极连接在一起同时与比较电路中n1的输出相连。pmos管v2的漏极与功率电阻r1的一端相连，同时接入nmos管v1的源极。pmos管v2的源极与功率电阻r3的一端相连，同时接入二极管v3的正端。功率电阻r3的另外一端接入供电负电源的负端，二极管v3的负端接入供电负电源的正端然后接到地。nmos管v1的漏极与电阻r2的一端相连，电阻r2的另外一端直接接地，功率电阻r1的另外一端接入供电正电源的正端。
28.正向偏置激励电路由电阻r7、功率电阻r6和r8，nmos管v4、pmos管v5和二极管v6组成。在正向偏置激励电路中nmos管v4和pmos管v5的栅极连接在一起同时与比较电路中n2的输出相连。pmos管v5的漏极与功率电阻r6的一端相连，同时接入nmos管v4的源极。pmos管v5的源极与功率电阻r8的一端相连，同时接入二极管v6的正端。功率电阻r8的另外一端接入供电负电源的负端，二极管v6的负端接入供电负电源的正端然后接到地。nmos管v4的漏极与电阻r7的一端相连，电阻r7的另外一端直接接地，功率电阻r6的另外一端接入供电正电源的正端。
29.当信号发生器产生逻辑控制电平“1”时，正向偏置激励电路中pmos管v5导通，nmos管v4关断，此时激励电流由正向偏置激励电路产生。与此同时，反向偏置激励电路中pmos管v2关断，nmos管v1导通，此时反向偏置电压由反向偏置激励电路产生。当信号发生器产生逻辑控制电平“0”时，正向偏置激励电路中pmos管v5关断，nmos管v4导通，此时反向偏置电压由正向偏置激励电路产生。与此同时，反向偏置激励电路中pmos管v2导通，nmos管v1关断，
此时激励电流由反向偏置激励电路产生。
30.该技术方案中，通过调整反向偏置激励电路中功率电阻r1的阻值大小，可以改变反向偏置激励电路工作时激励电流的大小。功率电阻r1阻值减小，同时其功率容量增大，就可以提供更大的激励电流。通过调整正向偏置激励电路中功率电阻r6的阻值大小，可以改变正向偏置激励电路工作时激励电流的大小。功率电阻r6阻值减小，同时其功率容量增大，就可以提供更大的激励电流。
31.当反向偏置激励电路工作在反向偏置激励状态时，通过减小功率电阻r3的阻值，可以提高反向偏置激励电路工作时其输出由正压向负压转换的速度，这样反向偏置激励电压就能够很快建立。当正向偏置激励电路工作在反向偏置激励状态时，通过减小功率电阻r8的阻值，可以提高正向偏置激励电路工作时其输出由正压向负压转换的速度，这样反向偏置激励电压就能够很快建立。
32.为了使本领域技术人员更好地理解本发明，下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。
33.参见附图1和附图2，该mos管类型的pin二极管器件激励电路由直流供电电源1，信号发生器2、比较电路3、反向偏置激励电路4和正向偏置激励电路5组成。
34.直流供电电源1分为供电正电源和供电负电源。其中，供电正电源为比较电路(3)提供正电源，同时为反向偏置激励电路4和正向偏置激励电路5提供正电源。供电正电源的正端与比较电路3的供电输入端6、4相连，供电正电源的负端与地相连。供电负电源的负端与比较电路3的供电输入端3相连，供电负电源的正端与地相连。供电正电源的正端与反向偏置激励电路4和正向偏置激励电路5的供电输入端1相连，供电正电源的负端与地相连。供电负电源为反向偏置激励电路4和正向偏置激励电路5提供负电源，供电负电源的负端与这些电路的供电输入端3相连，供电负电源的正端与地相连。信号发生器2产生该激励电路的逻辑控制输入电平信号，其输出端与比较电路3中运放n1的输入端2相连，同时与比较电路3中非门d1的输入端1相连，其负端与地相连。比较电路3产生一对互斥的电平信号，分别为“0”和“1”二种，其中一种电平信号与反向偏置激励电路4的输入端4相连，另外一种电平信号与正向偏置激励电路5的输入端4相连。反向偏置激励电路4和正向偏置激励电路5的输出端8最终都接入相应的负载输入端1。当信号发生器2产生逻辑电平“1”时，比较电路3与反向偏置激励电路4相连的相应输出端5产生逻辑电平“1”。此时，nmos管v1导通、pmos管v2关断，该激励电路工作在反向偏置激励状态，在负载端就会产生给定大小的反向偏置激励电压，该反向偏置激励电压的高低取决于供电负电源电压的高低。当信号发生器2产生逻辑电平“1”时，比较电路3与正向偏置激励电路5相连的相应输出端5就产生逻辑电平“0”。此时，nmos管v4关断、pmos管v5导通，该激励电路工作在正向偏置激励状态，在负载端就会产生一定大小的正向偏置激励电流，该电流的大小取决于功率电阻r6的大小。
35.比较电路3由一个非门电路和运放电路组成。非门电路由单独的数字非门器件组成，其逻辑输入端1接入信号发生器2的输出端，其输出端直接接入比较电路3中运放n2的输入端2。运放电路由独立的2个运放以及电阻r4、r5、r9、r10组成。运放电路中运放n1的输入端2接入信号发生器2的输出端，运放n1的输出端5直接接入反向偏置激励电路4的输入端。运放电路中运放n2的输入端2接入非门电路的输出端，运放n2的输出端5直接接入正向偏置激励电路5的输入端。电阻r4和r5将供电正电源电压分压后接入比较电路3中运放n1的负
端，用来和运放n1正端输入的逻辑控制电平进行比较。同样，电阻r9和r10将供电正电源电压分压后接入比较电路3中运放n2的负端，用来和运放n2正端输入的非门电路所产生的逻辑控制电平进行比较。
36.反向偏置激励电路4由电阻r2、功率电阻r1和r3，nmos管v1、pmos管v2和二极管v3组成。在反向偏置激励电路4中nmos管v1和pmos管v2的栅极连接在一起同时与比较电路3中n1的输出端5相连。pmos管v2的漏极与功率电阻r1的一端相连，同时接入nmos管v1的源极。pmos管v2的源极与功率电阻r3的一端相连，同时接入二极管v3的正端。功率电阻r3的另外一端接入供电负电源的负端，二极管v3的负端接入供电负电源的正端然后接到地。nmos管v1的漏极与电阻r2的一端相连，电阻r2的另外一端直接接地，功率电阻r1的另外一端接入供电正电源的正端。
37.正向偏置激励电路5由电阻r7、功率电阻r6和r8，nmos管v4、pmos管v5和二极管v6组成。在正向偏置激励电路5中nmos管v4和pmos管v5的栅极连接在一起同时与比较电路3中n2的输出端5相连。pmos管v5的漏极与功率电阻r6的一端相连，同时接入nmos管v4的源极。pmos管v5的源极与功率电阻r8的一端相连，同时接入二极管v6的正端。功率电阻r8的另外一端接入供电负电源的负端，二极管v6的负端接入供电负电源的正端然后接到地。nmos管v4的漏极与电阻r7的一端相连，电阻r7的另外一端直接接地，功率电阻r6的另外一端接入供电正电源的正端。
38.当信号发生器2产生逻辑控制电平“1”时，正向偏置激励电路5中pmos管v5导通，nmos管v4关断，此时激励电流由正向偏置激励电路5产生，激励电流的大小取决于功率电阻r6的大小。与此同时，反向偏置激励电路4中pmos管v2关断，nmos管v1导通，此时反向偏置电压由反向偏置激励电路4产生，其反向偏置电压的高低直接取决于供电负电源电压的高低。当信号发生器2产生逻辑控制电平“0”时，正向偏置激励电路5中pmos管v5关断，nmos管v4导通，此时反向偏置电压由正向偏置激励电路5产生，其反向偏置电压的高低直接取决于供电负电源电压的高低。与此同时，反向偏置激励电路4中pmos管v2导通，nmos管v1关断，此时激励电流由反向偏置激励电路4产生，激励电流的大小取决于功率电阻r1的大小。
39.该技术方案中，通过调整反向偏置激励电路4中功率电阻r1的阻值大小，可以改变反向偏置激励电路4工作时激励电流的大小。功率电阻r1阻值减小，同时其功率容量增大，就可以提供更大的激励电流。通过调整正向偏置激励电路5中功率电阻r6的阻值大小，可以改变正向偏置激励电路5工作时激励电流的大小。功率电阻r6阻值减小，同时其功率容量增大，就可以提供更大的激励电流。
40.当反向偏置激励电路4工作在反向偏置激励状态时，通过减小功率电阻r3的阻值，可以提高反向偏置激励电路4工作时其输出由正压向负压转换的速度，这样反向偏置激励电压就能够很快建立。当正向偏置激励电路5工作在反向偏置激励状态时，通过减小功率电阻r8的阻值，可以提高正向偏置激励电路5工作时其输出由正压向负压转换的速度，这样反向偏置激励电压就能够很快建立。
41.以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明公开的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。