سوئیچ های ممز
27 صفحه در قالب word
فهرست
تعریف سوئیچ الکتریکی . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
انواع سویچ ها . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
انواع سوئیچ های الکتریکی . . . .. . . . . . . . . . . . . . . 2
پارامترهای یک سوئیچ . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
سوئیچ های MEMSی . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
مزایا و معایب سوئیچ های memsی . . . . . . . . . . . . . . . 4
کاربرد سوئیچ های memsی . . . . . . . . . . . . 5
انواع سوئیچ های memsی . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
بهترین حالت سوئیچ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
تحریک سوئیچ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
مدل الکترومغناطیسی سوئیچ های سری . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . 13
- خازن در حالت قطع (up – state ) . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
- مقاومت حالت وصل سوئیچ . . . . . . . . . . . . 15
- تلفات . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
نمونه هایی از سوئیچ های سری ساخته شده . . . . . . . . . . . . . . . . 17
تعریف سوئیچ الکتریکی
سوئیچ ها المانی الکتریکی هستند که برای ایجاد اتصال یا انفصال در مسیر یک سیگنال در یک مدار الکتریکی بکار می رود . با توجه به اینکه هر سوئیچ تلفاتی دارد که در نحوه عملکرد آن تاثیر می گذارد مانند یک خازن بهمراه مقاومت می تواند مدل شود .
انواع سویچ ها
تاکنون از المانهای متنوعی برای طراحی سوئیچ استفاده می کردند که در زیر بطور خلاصه شرح داده شده است:
- ترانزیستورهای MOSFET : با اعمال ولتاژ به گیت این ترانزیستورها می توان آنها را کنترل کرد و از آنها بعنوان سوئیچ استفاده کرد .
- PIN diodeها : با تنظیم ولتاژ بایاس این دیودها می توان خازن ناحیه تخلیه آنها را تنظیم کرد که نتیجتا امپدانس دیود تغییر کرده و مانند سوئیچ عمل می کند .
- سوئیچ های مکانیکی : مانند رله ها که بصورت مکانیکی عمل قطع و وصل را انجام می دهد .
اما امروزه علاوه بر این سوئیچ ها با استفاده از تکنولوژی MEMS(Micro Electro Mechanical Systems) سوئیچ های memsی ساختند که در مقایسه با نمونه های الکتریکی و مکتنیکی فوق الذکر مزایای زیادی دارند که همواره مورد توجه طراحان قرار گرفته است .
انواع سوئیچ های الکتریکی
بطور کلی سوئیچ ها را با توجه به نوع عملکردشان به دو نوع سری و موازی می توان تقسیم بندی کرد .
همانطور که در شکل (1a) نشان داده است سوئیچ های سری در مسیر سیگنال از ورودی به خروجی قرار گرفته و مسیر را قطع و وصل می کند . و سوئیچ های موازی نیز طبق شکل (1b) در مسیر یک سیگنال تا زمین قرار گرفته و عمل قطع و وصل مسیر را انجام می دهد .
سوئیچ های MEMSی
این سوئیچ ها با تکنولوژی Micromatching ساخته می شوند و اساس کار آنها بدین صورت است که از طریق حرکت یک بخش مکانیکی که بگونه ای تحریک شده است و در دو وضعیت قطع و وصل قرار گرفته و می تواند برای ایجاد یک اتصال کوتاه یا مدار باز در مدارات مخصوصا خطوط انتقال RF بکار می رود .
پارامترهای یک سوئیچ
بطورکلی پارامترهای زیادی در طراحی یک سوئیچ باید درنظر داشت که در زیر بطور خلاصه بیان شده است.
- Transmition line : ( زمان گذر سوئیچ ) . زمانی است که خروجی بعنوان مثال از 10% به 90% مقدار نهایی خود برسد و سوئیچ تغییر وضعیت دهد. درواقع نماینده سرعت سوئیچ است.
- Switching rate : زمان مورد نیاز برای تبدیل سوئیچ از یک حالت به حالت دیگر. درواقع زمانیکه لازم است تا در اثر تغییر ولتاژ کنترل خروجی واکنش نشان دهد.
- Switching transient : مدت زمانی است که سوئیچ ناپایدار است تا به حالت پایدار خود برسد .
- RF power handling : نماینده بازده سوئیچ در عبور سیگنال است .
- Impedance matching : سوئیچ ها باید در ورودی و خروجی در هردو وضعیت خود با دیگر اجزای مدار تطبیق داشته باشند .
- Available bandwidth : در فرکانس های بالا بعلت تلفات هادی و راکتانس های پارازیتی محدودیت هایی در عملکرد سوئیچ بوجود می آید .
- Insertion Loss : نشان دهنده میزان بازده سوئیچ در انتقال سیگنال است که فقط در زمان وصل سوئیچ تعیین می شود .
- Isolation : نماینده عایق سازی ورودی از خروجی در زمان قطع سوئیچ است. بالا بودن این سوئیچ نشان دهنده تزویج کم بین ورودی و خروجی و جریان نشتی کم است .
- Series resistance : مقاومت سری که سوئیچ در زمان وصل خود همانند آن عمل می کند . بالا بودن مقاومت سبب تلفات و عملکرد نامطلوب سوئیچ می شود .
- Actuation voltage : ولتاز مورد نیاز برای تحریک سوئیچ
- Life-cycle : طول عمر سوئیچ
- Resonant frequency : فرکانس تشدید
بین این پارامترها چند نمونه از آن مانند زمان گذر ، تلفات ، مقاومت سری ، ولتاژ تحریک و عایق سازی از اهمیت بالایی برخوردار است .
مزایا و معایب سوئیچ های memsی
تاکنون سوئیچ های memsی زیادی ساخته شده اند . با مشاهده عملکرد آنها و مقایسه ای که با دیگر انواع سوئیچ های الکتریکی صورت گرفته مزایا و معایبی نسبت به آنها دارد که در زیر برشمردیم .
مزایا :
- مصرف توان کمتر - خاصیت عایقی خیلی زیاد در حالت قطع
- تلفات اهمی پایین تر - راندمان انتقال سیگنال
- قیمت و حجم کمتر - مشخصه خطی تر
لازم به ذکر است که هزینه ساخت خود سوئیچ ها پایین است ولی بسته بندی مناسب کردن آنها مستلزم هزینه های بالاتری است .
معایب :
- سرعت سوئیچ کردن پایین ( در حد میکرو ثانیه )
- ولتاژ تحریک بالا
- نبودن بسته بندی مناسب و قابلیت اطمینان کم آنها
در شکل 2 مقایسه ای بین چند نمونه سوئیچ در چند خاصیت نشان داده شده صورت گرفته است [1] . همانطور که مشاهده می شود سوئیچ های memsی عملکرد بهتری نسبت به بقیه از خود نشان می دهد.
بنابراین با این ویژگی هایی که برشمردیم تلاش بر آن است تا این سوئیچ ها را جایگزین مناسبی برای سوئیچ ها الکتریکی درمدارات قرار دهند .
کاربرد سوئیچ های memsی
این سوئیچ ها در مسیر سیگنال قرار گرفته و کاربردهای گوناگونی دارد که در زیر به چند نمونه از آن اشاره می کنیم :
- قطع یا وصل کردن یک ولتاژ الکتریکی
- بمنظور انتخاب سیگنال ها ، بعنوان مثال سیگنال ورودی یا خروجی یک آنتن
- سوئیچ کردن مسیر تاخیرها در شیفت دهنده فاز
- سیستم های رادار ، برای کاربردهای دفاع کردن ، رادار خودکار ، سیستم های ارتباطاتی ماهواره ای و وایرلس
- سیستم های دستگاه های سنجش
و ....
بسته به خصوصیات فرکانسی هرکدام از اتصالات خازنی یا فلزی می تواند بکار برده شود که در جدول (1) نشان داده شده است .
چون فقط تکه هایی از متن برای نمونه در این صفحه درج شده است ممکن است هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود، ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل می‌باشد.
متن کامل با فرمت word را که قابل ویرایش و کپی کردن می باشد، می توانید در ادامه تهیه و دانلود نمائید.
سوئیچ های ممز