Потужні низьковольтні СВЧ транзистори для рухомих засобів зв'язку
Журнал "Радіо" постійно інформує своїх читачів про нові розробки Воронезького НДІ електронної техніки в галузі створення потужних НВЧ транзисторів для різних областей застосування. У цій статті ми знайомимо фахівців і радіоаматорів з останніми розробками групи СВЧ транзисторів КТ8197, КТ9189, КТ9192, 2Т9188А, КТ9109А, КТ9193 для рухомих засобів зв'язку з вихідною потужністю від 0,5 до 20 Вт в діапазонах МВ і ДМВ. Жорсткість вимог до функціональних і експлуатаційних параметрів сучасної апаратури засобів зв'язку пред'являє відповідно і більш високі вимоги до енергетичних параметрах потужних НВЧ транзисторів, їх надійності, а також до конструктивного виконання приладів.
Перш за все необхідно мати на увазі, що возяться і портативні радіостанції харчуються безпосередньо від первинних джерел. Для цієї мети використовують хімічні джерела струму (малогабаритні батареї елементів або акумуляторів) з напругою, як правило, від 5 до 15 В. Знижена напруга живлення накладає обмеження на показники потужності та підсилювальні властивості генераторного транзистора. Разом з тим потужні низьковольтні СВЧ транзистори повинні володіти високими енергетичними параметрами (такими, як коефіцієнт посилення за проектною потужністю курей і коефіцієнт корисної дії колекторної ланцюга ηК) у всьому робочому частотному діапазоні.
З огляду на той факт, що вихідна потужність генераторного транзистора пропорційна квадрату напруги основної гармоніки на колекторі, ефект зниження рівня його вихідної потужності зі зменшенням напруги колекторного напруги може бути конструктивним шляхом скомпенсований відповідним збільшенням амплітуди струму корисного сигналу. Тому при проектуванні низьковольтних транзисторів в поєднанні з вирішенням комплексу конструкторсько-технологічних завдань повинні бути оптимально вирішені питання, пов'язані одночасно з проблемою зменшення напруги насичення колектор-емітер і збільшення щільності критичного струму колектора.
Робота низьковольтних транзисторів в режимі з більш високими густиною струму в порівнянні зі звичайними генераторними транзисторами (призначеними для використання при Uпит \u003d 28 В і вище) посилює проблему забезпечення довготривалої надійності через необхідність придушення більш інтенсивного прояву деградаційних механізмів в струмоведучих елементах і контактних шарах металізації транзисторної структури. З цією метою в розроблених СВЧ низьковольтних транзисторах застосована багатошарова високонадійна система металізації на основі золота.
Розглянуті в цій статті транзистори спроектовані з урахуванням їх основного застосування в підсилювачах потужності в режимі класу С при включенні по схемі із загальним емітером. Разом з тим допустима їх робота в режимі класів А, В, і АВ під напругою, відмінному від номінального значення, за умови, що робоча точка знаходиться в межах області безпечної роботи і вжиті заходи, що не допускають входу в режим Автоматичне створення.
Транзистори працездатні і при значенні Uпит менш номінального. Але в цьому випадку значення електричних параметрів можуть відрізнятися від паспортних. Допускається робота транзисторів з струмовим навантаженням, відповідної значенням IК max, якщо максимально допустима середня розсіює потужність колектора в безперервному динамічному режимі РК.ср max не перевищує граничного значення.
Завдяки тому, що кристали транзисторних структур розглянутих приладів виготовлені за базовою технологією та мають спільні конструктівнотехнологіческіе ознаки, у всіх транзисторів однаковий рівень пробивної напруги. Відповідно до ТУ на прилади область їх застосування обмежена значенням максимально допустимого постійної напруги між емітером і базою UЕБmax< 3 В и максимально допустимого постоянного напряжения между коллектором и эмиттером UКЭ max < 36 В. При этом указанные значения пробивного напряжения справедливы для всего интервала рабочей температуры окружающей среды.
Основний концептуальної ідеєю, що дозволила зробити ще один крок в області створення потужних низьковольтних транзисторів в мініатюрному виконанні, стала розробка нових оригінальних конструктивно-технологічних рішень при створенні серій безкорпусних транзисторів КТ8197, КТ9189, КТ9192. Сутність ідеї полягає в створенні конструкції транзистора на основі керамічного крісталлодержателя з окису берилію і стрічкових металізованих висновків на гнучкому носії - полиимидной плівці.
Стрічковий носій із спеціальним фотолітографічним малюнком у вигляді вивідний рамки служить єдиним провідним елементом, на якому одночасно формують контакт до многоячеістой транзисторної структурі і зовнішні висновки приладу. Всі елементи внутрішньої стрічкової арматури герметизують компаундом. Розміри основи металізованого керамічного власника - 2,5x2,5 мм. Монтажна поверхня крісталлодержателя і висновки покриті шаром золота. Вид і габарити транзистора представлені на рис. 1, а. Для порівняння зазначимо, що найбільш мініатюрні зарубіжні транзистори в металлокерамическом корпусі (наприклад, CASE 249-05 фірми Motorola) мають круглий керамічне підставу діаметром 7 мм.
Конструктивне виконання транзисторів серій КТ8197, КТ9189, КТ9192 передбачає їх установку на друковану плату методом поверхневого монтажу. Відповідно до рекомендацій щодо застосування цих транзисторів пайку зовнішніх висновків необхідно проводити при температурі 125 ... 180 ° С протягом не більше 5 с.
Завдяки реалізації запасів по електричним і теплофізичними параметрами вдалося істотно розширити область споживчих функцій безкорпусних СВЧ транзисторів. Зокрема, для транзисторів серії КТ8197 з номінальним значенням напруги Uпит \u003d 7,5 В і серій КТ9189, КТ9192 (12,5 В) межа області безпечної роботи в динамічному режимі розширена до Uпит max \u003d 15 В. Збільшення напруги живлення щодо номінального значення дозволяє підняти рівень вихідної потужності портативного передавача і відповідно збільшити дальність радіозв'язку. Транзистори здатні працювати без зниження потужності, що розсіюється в безперервному динамічному режимі в усьому робочому температурному інтервалі.
В цілому, при розробці цих транзисторів принциповим чином, були вирішені питання не тільки мініатюризації, а й зниження вартості. В результаті транзистори виявилися приблизно в п'ять разів дешевше закордонних аналогічного класу в металлокерамическом корпусі. Розроблені мініатюрні СВЧ транзистори можуть знайти найширше застосування як при традиційному використанні в вигляді дискретних компонентів, так і в складі гібридних мікросхемних підсилювачів ВЧ потужності. Очевидно, що найбільш ефективно їх застосування в носяться портативних радіостанціях.
Вихідні ступені мобільних передавачів зазвичай живлять безпосередньо від автомобільної акумуляторної батареї. Транзистори для вихідних ступенів розраховані на номінальну напругу харчування Uпит \u003d 12,5 В. Параметричні ряди транзисторів для кожного зв'язкового діапазону побудовані з урахуванням забезпечення дозволеного максимального рівня вихідної потужності для возимих передавачів Рвих \u003d 20 Вт. Розробка потужних низьковольтних СВЧ транзисторів (з Рвих\u003e 10 Вт) пов'язана з більш складними конструкторськими завданнями. Додатково тут виникають проблеми складання динамічної потужності і відведення тепла від великих кристалів СВЧ структур.
Топологія кристала потужних транзисторів має вельми розвинену еміттерную структуру, що характеризується малим опором. Для забезпечення необхідної частотної смуги, спрощення узгодження і підвищення коефіцієнта посилення за проектною потужністю в транзистори вбудовують LC-ланцюг внутрішнього узгодження по входу. Конструктивно LC-ланцюг виконаний у вигляді мікросхеми на основі МДП-конденсатора і системи дротяних висновків, що виконують роль індуктивних елементів.
У розвиток мощностного ряду раніше розроблених транзисторів серії 2Т9175 для застосування в УКХ діапазоні створені транзистори 2Т9188А (вих \u003d 10 Вт) і КТ9190А (20 Вт). Для діапазону ДМВ розроблені транзистори КТ9193А (вих \u003d 10 Вт) і КТ9193Б (20 Вт). Транзистори виконані в стандартному корпусі КТ-83 (див. Рис. 1, б).
Використання цього металокерамічного корпусу свого часу дозволило створити високонадійні транзистори подвійного призначення для РЕА з підвищеними вимогами до зовнішніх чинників і з можливістю експлуатації в жорстких кліматичних умовах. З метою забезпечення гарантованої надійності при температурі корпусу від + 60 ° С стосовно транзисторів з вихідною потужністю Рвих \u003d 10 Вт, а з Рвих \u003d 20 Вт - від +40 до + 125 ° С максимально допустиму середню рассеиваемую потужність в безперервному динамічному режимі необхідно лінійно зменшувати відповідно до формули РК.ср max \u003d (200-Ткорп) /RТ.п-к (де Ткорп - температура корпусу, ° с; RТ.п-к - тепловий опір переходу перехід-корпус, ° с / Вт).
В даний час в Росії створюється федеральна мережу радіозв'язку за стандартом NМT-450i (на частоті 450 МГц). Розроблена серія приладів КТ9189, 2Т9175, 2Т9188А, КТ9190А може практично повністю покрити потребу в даному секторі ринку апаратури на вітчизняній транзисторної елементної бази.
Крім цього, вже починаючи з 1995 р в Росії розгортаються федеральна мережа стільникового системи рухомого абонентної зв'язку в рамках стандарту GSM (900 МГц) і стільникова система для регіональної зв'язку за американським стандартом AMPS (800 МГц). Для створення зазначених стільникових систем радіозв'язку в ДМВ можуть бути використані малогабаритні транзистори серії КТ9192 з вихідною потужністю 0,5 і 2 Вт, а також серії КТ9193 з вихідною потужністю 10 і 20 Вт.
Рішення завдання мініатюризації апаратури і, відповідно, її елементної бази торкнулося не тільки носяться портативних радіопередавачів. У ряді випадків і для возить апаратури радіозв'язку, а також апаратури спеціального призначення виникає потреба в зменшенні масо-габаритних показників потужних НВЧ низьковольтних транзисторів.
Для цих цілей розроблена модифікована безфланцева конструкція корпусу на базі КТ-83 (рис. 1, в), в якому випускають транзистори 2Т9175А-4-2Т9175В-4, 2Т9188А-4, КТ9190А-4, КТ9193А-4, КТ9193Б-4. За електричним характеристикам вони аналогічні відповідним транзисторів в стандартному конструктивному виконанні. Ці транзистори монтують низькотемпературної пайки крісталлодержателя безпосередньо до теплоотводу. Температура корпусу в процесі пайки не повинна перевищувати + 150 ° С, а сумарний час нагрівання і пайки - 2 хв.
Основні технічні характеристики розглянутих транзисторів представлені в табл. 1. Коефіцієнт корисної дії ланцюга колектора всіх транзисторів - 55%. Значення максимально допустимого постійного струму колектора відповідають всьому інтервалу робочої температури.
Таблиця 1
| транзистор | Робочий частотний діапазон, МГц | Вихідна потужність, Вт | Коефіцієнт посилення по потужності, раз | Напруга живлення, В | Максимально допустима середня расс. потужність в непр. динамічний. режимі, Вт | Максимально допустимий постійний струм колектора, А | Граничні допустимі значення температури навколишнього середовища, ° С | Максимально допустима температура корпусу, ° С | Максимально допустима температура переходу, ° С | Тепловий опір перехід - корпус, ° С / Вт | Ємність колектора, пФ | Гранична частота підсилення, МГц |
| КТ8197А-2 | 30...175 | 0,5 | 15 | 7,5 | 2 | 0,5 | -45...+85 | - | 160 | - | 5 | 400 |
| КТ8197Б-2 | 2 | 10 | 5 | 1 | 15 | |||||||
| КТ8197В-2 | 5 | 8 | 8 | 1,6 | 25 | |||||||
| КТ9189А-2 | 200...470 | 0,5 | 12 | 12,5 | 2 | 0,5 | -45...+85 | - | 160 | - | 4,5 | 1000 |
| КТ9189Б-2 | 2 | 10 | 5 | 1 | 13 | |||||||
| КТ9189В-2 | 5 | 6 | 8 | 1,6 | 20 | 900 | ||||||
| КТ9192А-2 | 800...900 | 0,5 | 6 | 12,5 | 2 | 0,5 | -45...+85 | - | 160 | - | 4,5 | 1200 |
| КТ9192Б-2 | 2 | 5 | 5 | 1,6 | 13 | |||||||
| 2Т9175А; 2Т9175А-4 | 140...512 | 0,5 | 10 | 7,5 | 3,75 | 0,5 | -60 | 125 | 200 | 12 | 10 | 900 |
| 2Т9175Б; 2Т9175Б-4 | 2 | 6 | 7,5 | 1 | 6 | 16 | ||||||
| 2Т9175В; 2Т9175В-4 | 5 | 4 | 15 | 2 | 3 | 30 | 780 | |||||
| 2Т9188А; 2Т9188А-4 | 200...470 | 10 | 5 | 12,5 | 35 | 5 | -60 | 125 | 200 | 4 | 50 | 700 |
| КТ9190А; КТ9190А-4 | 200...470 | 20 | - | 12,5 | 40 | 8 | -60 | 125 | 200 | 3 | 65 | 720 |
| КТ9193А; КТ9193А-4 | 800...900 | 10 | 4 | 12,5 | 23 | 4 | -60 | 125 | 200 | 5 | 35 | 1000 |
| КТ9193Б; КТ9193Б-4 | 20 | - | 40 | 8 | 3 | 60 |
На рис. 2, а зображена повна схема транзисторів 2Т9188А, КТ9190А, а на рис. 2, б - транзисторів серій КТ8197, КТ9189, КТ9192, 2Т9175 (l - відстань від кордону пайки до клейового шва герметизуючої кришки або герметизуючого покриття крісталлодержателя. Це відстань регламентовано в рекомендаціях щодо застосування СВЧ транзисторів в ТУ на них і обов'язково враховується при розрахунку реактивних елементів транзисторів). Параметри реактивних елементів, показаних на схемах, зведені в табл. 2. Ці параметри необхідні для розрахунку узгоджувальних ланцюгів підсилювального тракту розроблюваних пристроїв.
Розробка нової транзисторної елементної бази відкриває широку перспективу як створення сучасної професійної комерційної, а також аматорської апаратури радіозв'язку, так і вдосконалення вже розробленої з метою поліпшення її електричних параметрів, зниження маси, габаритів і вартості.
Таблиця 2
| Параметри реактивних елементів транзистора | транзистор | |||||||||
| 2Т9175А; 2Т9175А-4 | 2Т9175Б; 2Т9175Б-4 | 2Т9175В; 2Т9175В-4 | 2Т9188А; 2Т9188А-4 | КТ9190А; КТ9190А-4 | КТ9193А; КТ9193А-4 | КТ9193Б; КТ9193Б-4 | КТ8197А-2; КТ9189А-2; КТ9192А-2 | КТ8197Б-2; КТ9189Б-2; КТ9192Б-2 | КТ8197В-2; КТ9189В-2 | |
| L Б1, нГн | 3 | 2,3 | 1,8 | 0,66 | 0,73 | 1 | 0,84 | 0,19 | 0,1 | 0,2 |
| L Б2, нГн | - | - | - | 0,17 | 0,38 | 0,58 | 0,37 | - | - | - |
| L Е1, нГн | 0,5 | 0,35 | 0,28 | 0,16 | 0,15 | 0,26 | 0,19 | 0,22 | 0,12 | 0,12 |
| L Е2, нГн | - | - | - | 0,2 | 0,22 | 0,31 | 0,26 | - | - | - |
| L К1, нГн | 1,25 | 1,1 | 1 | 0,61 | 0,57 | 0,71 | 0,61 | 0,59 | 0,59 | 0,59 |
| С1, пФ | - | - | - | 370 | 600 | 75 | 150 | - | - | - |
література
- Асессоров В., Кожевников В., Косий А. Науковий пошук російських інженерів. Тенденція розвитку потужних НВЧ транзисторів. - Радіо, 1994, № 6, с. 2, 3.
- Асессоров В., Кожевников В., Косий А. Нові транзистори СВЧ. - Радіо, 1996, № 5, с. 57, 58.
- Асессоров В., асессоров А., Кожевников В., Матвєєв С. Лінійні СВЧ транзистори для підсилювачів потужності. - Радіо, 1998, № 3, с. 49-51.
- Радіостанції з кутовою модуляцією сухопутної рухомої служби. ГОСТ 12252-86 (СТ РЕВ 4280-83).
Читайте і пишіть корисні
Довідники радіоаматора
Сучасний рівень розвитку РЕА та її елементної бази дозволяє в даний час створювати повністю твердотільні УКХ ЧМ і телевізійні передавачі з вихідною потужністю до 5 кВт. Підсилювальні тракти на основі широкосмугових транзисторних підсилювачів мають ряд переваг в порівнянні з ламповими. Твердотільні передавачі більш надійні, електробезпеки, зручні в експлуатації і легше в виробництві.
При блочно-модульної конструкції передавача відмова одного з блоків крайового підсилювача не призводить до зриву ефірного мовлення, оскільки передача триватиме до заміни блоку, тільки зі зниженою потужністю. Крім того, широкосмуговий тракт транзисторного підсилювача не вимагає додаткової настройки на конкретний канал в межах робочої смуги частот.
Прийнято вважати, що надійність передавача залежить, перш за все, від надійності застосовуваних активних компонентів. Завдяки застосуванню сучасних потужних лінійних СВЧ транзисторів, конструктивні особливості та технологія виготовлення яких забезпечують істотне збільшення їх часу напрацювання на відмову, питання підвищення надійності твердотільних передавачів отримав принципове рішення.
Зростаючі вимоги до техніко-економічні показники УКХ ЧМ і телевізійних потужних передавачів, а також досягнутий рівень вітчизняної технології в області створення потужних кремнієвих біполярних транзисторів стимулювали розвиток нового класу приладів - потужних лінійних СВЧ транзисторів. НДІ електронної техніки (м Воронеж) розробив і випускає їх широку номенклатуру для застосування в метровому і дециметровому діапазонах хвиль.
Транзистори спеціально розраховані на використання в потужних телевізійних і радіомовних передавачах, ретрансляторах, зокрема, в телевізійних ретрансляторах зі спільним посиленням сигналів звуку і зображення, а також в підсилювачах багатоканального сигналу базових станцій стільникового системи зв'язку. Ці транзистори відповідають надзвичайно жорстким вимогам до лінійності передавальної характеристики, мають запас по потужності, що розсіюється і, як наслідок, підвищену надійність.
Конструктивно такі транзистори виконані в метало-керамічних корпусах. Їх зовнішній вигляд зображений на рис. 1 (показані корпуси не всіх зазначених у статті транзисторів; відсутні можна побачити в статті). Високі лінійні і частотні властивості транзисторних структур реалізовані завдяки застосуванню прецизійної ізопланарной технології. Дифузійні шари мають субмікронних проектну норму. Ширина емітерний елементів топології - близько 1,5 мкм при надзвичайно розвиненому їх периметрі.
З метою усунення відмов, викликаних вторинним електричним і тепловим пробоєм, транзисторную структуру формують на кремнієвому кристалі з двошаровий епітаксіальним колектором і використанням емітерний стабілізуючих резисторів. Довготривалої надійністю транзистори зобов'язані також застосування багатошарової металізації на основі золота.
Лінійні транзистори з потужністю, що розсіюється більше 50 Вт (за винятком КТ9116А, КТ9116Б, КТ9133А), як правило, мають конструктивно вбудовану LC-ланцюг узгодження по входу, виконану у вигляді мікросхеми на основі вбудованого МДП-конденсатора і системи дротяних висновків. Внутрішні ланцюга узгодження дозволяють розширити робочу частотну смугу, спростити узгодження по входу і виходу, а також підвищити коефіцієнт посилення за проектною потужністю Кур в частотній смузі.
Разом з тим ці транзистори є "балансними", що означає наявність на одному фланці двох ідентичних транзисторних структур, об'єднаних загальним емітером. Таке конструктивно-технічне рішення дозволяє зменшити індуктивність виведення загального електрода і також сприяє розширенню частотної смуги і спрощення узгодження.
При двотактному включенні балансних транзисторів потенціал їх середньої точки теоретично дорівнює нулю, що відповідає умові штучної "землі". Таке включення реально забезпечує приблизно чотириразове збільшення вихідного комплексного опору в порівнянні з однотактних при однаковому рівні вихідного сигналу і ефективне придушення парних гармонійних складових в спектрі корисного сигналу.
Добре відомо, що якість телевізійного мовлення, перш за все, залежить від того, наскільки лінійна передавальна характеристика електронного тракту. Особливо гостро питання лінійності варто при проектуванні вузлів спільного посилення сигналів зображення і звуку з огляду на появу в частотному спектрі комбінаційних складових. Тому було прийнято запропонований зарубіжними фахівцями трехтоновий метод оцінки лінійності передавальної характеристики вітчизняних транзисторів за рівнем придушення комбінаційної складової третього порядку.
Метод заснований на аналізі реального телевізійного сигналу при співвідношенні рівнів сигналів несучої частоти зображення -8 дБ. бічний частоти -16 дБ і несучої частоти звукового супроводу -7 дБ щодо віддається потужності в піку обвідної. Транзистори для спільного посилення в залежності від частотного і мощностного ряду повинні забезпечувати значення коефіцієнта комбінаційних складових МОЗ, як правило, не більше -53 ...- 60 дБ.
Розглянутий клас НВЧ транзисторів з жорсткою регламентацією придушення комбінаційних складових за кордоном отримав назву суперлінейних транзисторів. Слід зазначити, що такий високий рівень лінійності зазвичай реалізуємо тільки в режимі класу А, де можна максимально провести режимну линеаризацию передавальної характеристики.
У метровому діапазоні, як видно з таблиці, є ряд транзисторів, представлений приладами КТ9116А, КТ91166, КТ9133А і КТ9173А з вихідною піковою потужністю Рвмх.пік відповідно 5,15, 30 і 50 Вт. У дециметровому діапазоні хвиль такої ряд представлений приладами КТ983А, КТ983Б, КТ983В, КТ9150Аі ПОЗ з РВВ1Х, ПІК, яка дорівнює 0,5, 1,3,5, 8 і 25 Вт.
Суперлінейіие транзистори зазвичай застосовують в спільних підсилювачах (в режимі класу А) телевізійних ретрансляторів і модулях підсилювачів потужності передавачів потужністю до 100 Вт.
Однак для вихідних ступенів потужних передавачів потрібні більш потужні транзистори, що забезпечують необхідний рівень верхньої межі лінійного динамічного діапазону при роботі в вигідному енергетичному режимі. Прийнятні нелінійні спотворення на великому рівні сигналу можуть бути отримані застосуванням роздільного посилення в режимі класу АВ.
Виходячи з аналізу теплофізичних умов роботи транзистора і особливостей формування лінійності однотонового сигналу, була спеціально розроблена серія СВЧ транзисторів для режиму роботи в класі АВ. Лінійність характеристики цих приладів із зарубіжної методикою оцінюють за рівнем компресії (стиснення) коефіцієнта посилення за проектною потужністю однотонового сигналу - коефіцієнту стиснення КСЖ чи інакше - визначають вихідну потужність при деякому нормованому КСЖ.
Для застосування в метровому діапазоні хвиль в режимі класу АВ тепер є транзистори КТ9151А з вихідною потужністю 200 Вт і транзистори КТ9174А - 300 Вт. Для дециметрового діапазону розроблені транзистори 2Т9155А, КТ9142А, 2Т9155Б, КТ9152А, 2Т9155В, КТ9182А з вихідною потужністю від 15 до 150 Вт.
Вперше можливість створення модульних твердотільних передавачів в дециметровому діапазоні з спільним посиленням сигналів зображення і звукового супроводу потужністю 100 Вт була продемонстрована фахівцями фірми NEC. Пізніше і на вітчизняних потужних НВЧ транзисторах були створені аналогічні передавачі 12, 9]. Зокрема, в розказано про оригінальні дослідженнях по розширенню області використання потужних транзисторів КТ9151А і КТ9152А при створенні стоваттних модулів спільного посилення в режимі класу А. Показано, що в цьому режимі можливо забезпечувати придушення комбінаційних складових при недоиспользовании їх потужності в 3 ... 4 рази від номінальної в режимі класу АВ.
Фахівцями Новосибірського державного технічного університету проведені дослідження по застосуванню вітчизняних потужних НВЧ транзисторів в модулях телевізійних підсилювачів потужності з роздільним посиленням.
На рис. 2 представлена \u200b\u200bструктурна схема підсилювача потужності сигналу зображення для телевізійних каналів 1 - 5 з вихідною піковою потужністю 250 Вт. Підсилювач виконаний за схемою роздільного посилення сигналів зображення і звуку. Для каналів 6 - 12 підсилювач виконують за аналогічною схемою з додаванням проміжної ступені на транзисторі КТ9116А, що працює в режимі класу А, для отримання необхідного коефіцієнта посилення.
У вихідний щаблі транзистори КТ9151А працюють в класі АВ. Вона зібрана по балансно-двотактної схемою. Це дозволяє отримати номінальну вихідну потужність з досить простими погоджують ланцюгами при повній відсутності "фидерного луни" і рівні парних гармонійних складових не більше -35 дБ. Нелінійність амплітудної характеристики підсилювача встановлюють при малому сигналі підбіркою зміщення робочої точки в кожному ступені, а також коригуванням нелінійності в відеомодулятори збудника.
Структурна схема підсилювача потужності для телевізійних каналів 21 - 60 зображено на рис. 3. Вихідна щабель підсилювача виконана також за балансно-двотактної схемою.
Для забезпечення широкосмугового узгодження і переходу від несиметричною до симетричному навантаженні в вихідних щаблях підсилювачів каналів 6 - 12, 21 - 60 застосований в якості коректує ланцюга дволанковий ФНЧ. Індуктивність першої ланки узгоджувальний ланцюга реалізована у вигляді ділянок Полоскова мікроліній на елементах загальної топології друкованої плати. Котушками другої ланки служать висновки бази транзисторів.
Структура цих підсилювачів відповідає рис. 2 і 3. Поділ потужності на вході підсилюючих щаблів і її складання на їх виході, а також узгодження входів і виходів зі стандартною навантаженням виконано за допомогою трехдецібельних спрямовані відгалужувачі. Конструктивно кожен ответвитель виконаний у вигляді біфілярного обмоток (чвертьхвильових ліній) на каркасі, вміщеному в екранує кожух.
Таким чином, сучасні вітчизняні лінійні СВЧ транзистори дозволяють створювати потужні - до 250 Вт - модулі телевізійних підсилювачів. Використовуючи батареї таких модулів, можна доводити вихідну потужність, що віддається в антенно-фідерний тракт, до 2 кВт. У складі передавачів розроблені підсилювачі відповідають всім сучасним вимогам на електричні характеристики і надійність.
Потужні лінійні СВЧ транзистори останнім часом починають широко застосовувати також і при побудові підсилювачів потужності базових станцій стільникового системи зв'язку.
За своїм технічним рівнем розроблені НІІЕТ потужні НВЧ лінійні транзистори можуть бути використані в якості елементної бази для створення сучасної радіомовної, телевізійної та іншої економічній і радіоаматорського апаратури.
матеріал підготували
А. асесора, В. Асессоров, В. Кожевников, С. Матвєєв р Воронеж
ЛІТЕРАТУРА
1. Hlraoka К., FuJIwara S., IkegamI T. etc. Hig power all solid-state UHF transmitters.- NEC Pes. & Develop. 1985. to 79, p. 61 -69.
2. асесора В., Кожевников в., Косий А. Науковий пошук російських інженерів. Тенденція розвитку потужних НВЧ транзисторів - Радіо, 1994, № 6, с. 2,3.
3. Широкосмугові радиопередающие пристрою. Під ред. Алексєєва О. А.- М .: Связь, 1978, с. 304.
4. FuJIwurdS., IkegamI Т., Maklagama I. etc. SS series solid-state television transmitter. -NEC Res. & Develop. 1989. № 94, p. 78-89.
5. асесора В., Кожевников В., Косий А. Тенденція розвитку потужних НВЧ транзисторів для застосування в радіомовленні, телебаченні та засобах зв'язку.
- Електронна промисловість. 1994. № 4, с. 76-80.
6. асесора В., Кожевников В .. Косий А. Нові транзистори СВЧ. - Радіо. 1996. № 5, с. 57. 58.
7. Міплер О. Суперлінейние потужні транзистори дециметрового діапазону для проводового телевіденія- ТІІЕР, 1970. т. 58. №7. с. 138-147.
8. Kojlwara Y., Hlrakuwa К., Sasaki К. etc UHF high power transistor amplifier with high-dielectric substrate. - NEC Res- & Develop. 1977. № 45, p. 50-57.
9. Гребенников А., Нікіфоров В., Рижиков А. Потужні транзисторні підсилювальні модулі для УКХ ЧМ і ТБ вещанія.- Електрозв'язок. 1996 року, № 3, с. 28-31.
| транзистор | параметр | |||||||||||||
| n-p-n | Iкбо при Uкб мА / В | Iебо при Uеб мА / В | h21е од. | Frp Мгц | Ск пф | т до ПС | Uкб max В | Uке max В | Uеб max В | Ік max А | I до імп А | Іб max А | P max Вт | Рт max Вт |
| 2Т606А | 1/65 | 0,1/4 | 3,5 | 0,01 | 0,4 | 0,8 | 0,1 | 0,8 | 2,5 | |||||
| КТ606А | 1,5/65 | 0,3/4 | 0.012 | 0,4 | 0,8 | 0,1 | 0,8 | 2,5 | ||||||
| КТ606Б | 1,5/65 | 0,3/4 | 0,012 | 0,4 | 0,8 | 0,1 | 0,6 | 2,0 | ||||||
| 2Т607А-4 | н / д | н / д | 0,125 | н / д | н / д | 0,3 | 1,0 | |||||||
| КТ607А-4 | н / д | н / д | 0,15 | н / д | н / д | 0.9 | 1.5 | |||||||
| КТ607Б-4 | н / д | н / д | 4,5 | 0,15 | н / д | н / д | 0,8 | 1,5 | ||||||
| 2Т610А | 0,5/20 | 0,1/4 | 50-250 | 4,1 | 0,3 | н / Д | н / д | 1,5 | н / д | |||||
| 2Т610Б | 0,5/20 | 0,1/4 | 20-250 | 4,1 | 0,3 | н / д | н / д | 1,5 | н / д | |||||
| КТ610А | 0,5/20 | 0,1/4 | 50-300 | 4,1 | 0,3 | н / д | н / д | 1,5 | н / д | |||||
| КТ610Б | 0,5/20 | 0,1/4 | 50-300 | 4,1 | 0,3 | н / д | н / д | 1,5 | н / д | |||||
| 2Т633А | 0,003/30 | 0,003/4 | 40-140 | 3,3 | н / д | 4,5 | 0,2 | 0,5 | 0,12 | 0,36 | 1,2 | |||
| КТ633Б | 0,01/30 | 0,01/4 | 20-160 | 3,3 | н / д | 4,5 | 0,2 | 0,5 | 0,12 | 0,36 | 1,2 | |||
| 2Т634А | 1/30 | 0,2/3 | н / д | 3,5 | 0,15 | 0,25 | 0,07 | 0,96 | 1.8 | |||||
| КТ634Б | 2/30 | 0,4/3 | н / д | 3,5 | 0,15 | 0,25 | 0,07 | 0,96 | 1,8 | |||||
| 2Т637А | 0,1/30 | 0,2/2,5 | 30-140 | 2,5 | 0,2 | 0,3 | 0,1 | 1,5 | н / д | |||||
| КТ637А | 0,1/30 | 0,2/2,5 | 30-140 | 2,5 | 0,2 | 0,3 | 0,1 | 1,5 | н / д | |||||
| КТ637Б | 2/30 | 0,2/2,5 | 30-140 | 2,5 | 0,2 | 0,3 | 0,1 | 1,5 | н / д | |||||
| 2Т640А | 0,5/25 | 0,1/3 | min 15 | 1,3 | 0,6 | 0,06 | н / д | н / д | 0,6 | н / д | ||||
| КТ640А | 0,5/25 | 0,1/3 | min 15 | 1,3 | 0,6 | 0,06 | н / д | н / д | 0,6 | н / д | ||||
| КТ640Б | 0,5/25 | 0,1/3 | min 15 | 1,3 | 0,06 | н / д | н / д | 0,6 | н / д | |||||
| КТ640В | 0,5/25 | 0,1/3 | min 15 | 1,3 | 0,06 | н / д | н / д | 0,6 | н / д | |||||
| 2Т642А | 1/20 | 0,1/2 | н / д | 1,1 | н / д | 0,06 | н / д | н / д | 0,5 | н / д | ||||
| КТ642А | 1/20 | 0,1/2 | н / Д | 1,1 | н / д | 0,06 | н / д | н / д | 0,5 | н / д | ||||
| 2Т642А1 | 0,5/15 | 0,1/2 | н / д | н / д | н / д | 0,04 | н / д | н / д | 0.35 | н / д | ||||
| 2Т642Б1 | 0,5/15 | 0,1/2 | н / д | н / д | н / д | 0,04 | н / д | н / д | 0,35 | н / д | ||||
| 2Т642В1 | 0,5/15 | 0,1/2 | н / д | н / д | н / д | 0,04 | н / д | н / д | 0,2 с | н / д | ||||
| 2Т642Г1 | 0,5/15 | 0,1/2 | н / д | н / д | н / д | 0,04 | н / д | н / д | 0,23 | н / д | ||||
| 2Т643А-2 | 0,02/25 | 0,01/3 | 50-150 | 1,8 | н / д | 0,12 | 0,12 | н / д | 3,15 | н / д | ||||
| 2Т643Б-2 | 0,02/25 | 0,01/3 | 50-150 | 1,8 | н / д | 0,12 | 0,12 | н / д | 0,15 | н / д | ||||
| 2Т647А-2 | 0,05/18 | 0,2/2 | н / Д | 1,5 | н / д | н / Д | 0,09 | н / д | н / д | 5,56 | 0,8 | |||
| КТ647А-2 | 0,05/18 | 0,2/2 | н / д | 1.5 | н / д | н / д | 0,09 | н / Д | н / д | 0,56 | 0,8 | |||
| 2Т648А-2 | 1/18 | 0.2/2 | н / д | 1,5 | н / д | н / д | 0,06 | н / д | н / д | 0,4 | 0,6 | |||
| КТ648А-2 | 1/18 | 0,2/2 | н / д | 1,5 | н / д | н / д | 0,06 | н / д | н / д | 0,4 | 0,6 | |||
| 2Т657А-2 | 1/12 | 0,1/2 | 60-200 | н / д | н / д | 0,06 | н / д | н / д | 0,31 | н / д | ||||
| 2Т657Б-2 | 1/12 | 0,1/2 | 60-200 | н / д | н / д | 0.06 | н / д | н / д | 0,31 | н / д | ||||
| 2Т657В-2 | 1/12 | 0,1/2 | 35-50 | н / д | н / д | 0,06 | н / д | н / д | 3,37 | н / д | ||||
| КТ657А-2 | 1/12 | 0,1/2 | 60-200 | н / д | н / д | 0,06 | н / д | н / д | 3,37 | н / д | ||||
| КТ657Б-2 | 1/12 | 0,1/2 | 60-200 | н / д | н / д | 0,06 | н / д | н / д | 3,37 | н / д | ||||
| КТ657В-2 | 1/12 | 0,1/2 | 35-50 | н / д | н / д | 0.06 | н / д | н / д | 3,37 | н / д | ||||
| КТ659А | н / д | н / д | min 35 | н / д | 1,2 | н / д | н / д | н / д | ||||||
| 2Т671А | 1/15 | 0,4/1,5 | н / д | 1,5 | н / д | 1,5 | 0,15 | 0,15 | н / д | 0,9 | н / д | |||
| 2Т682А-2 | 1мкА / 10 | 0,02/1 | 40-70 | н / д | н / д | 0,05 | н / д | н / д | 0,33 | н / д | ||||
| 2Т682Б-2 | 1мкА / 10 | 0,02/1 | 80-100 | н / д | н / Д | 0,05 | н / д | н / д | 0,33 | н / д | ||||
| КТ682А-2 | 1мкА / 10 | 0,02/1 | 40-50 | н / д | н / д | 0,05 | н / д | н / д | 0,33 | н / д |
У таблиці прийняті такі позначення електричних параметрів транзисторів:
Iкбо - зворотний струм колектора (колектор-база), в чисельнику, при напрузі між колектором і базою, в знамінателе.
Iебо - зворотний струм емітера (емітер-база), в чисельнику, при напрузі між емітером і базою, в знамінателе.
h21е - статичний коефіцієнт передачі струму (коефіцієнт посилення).
fгр - верхня гранична частота коефіцієнта передачі транзистора.
Ск - ємність колекторного переходу, т до - постійна часу ланцюга зворотного зв'язку (не більше).
Ukб max - максимальне допустиме напруження між колектором і базою.
Uке max - максимальне допустиме напруження між колектором і емітером
Uеб max - максимальне допустиме напруження між емітером і базою.
Ік max - максимальний струм колектора.
Ік імп. - максимальний імпульсний колекторний струм.
Іб max - максимальний струм бази.
Рmax - максимальна потужність без тепловідведення.
рт max - максимальна потужність з теплоотводом.
СВЧ-транзистори застосовуються в багатьох областях людської діяльності: телевізійні і радіомовні передавачі, ретранслятори, радари цивільного і військового призначення, базові станції стільникового системи зв'язку, авіоніка і т. Д.
В останні роки помітна тенденція переходу з біполярної технології виробництва НВЧ-транзисторів на технології VDMOS (Vertical Diffusion Metal Oxide Semiconductors) і LDMOS (Laterally Diffused Metal Oxide Semiconductors). Сама передова технологія LDMOS володіє найкращими характеристиками, такими, як лінійність, посилення, теплові режими, стійкість до неузгодженості, високий ККД, запас по потужності, що розсіюється, надійність. Продукція, Philips транзистори мають виключно високу повторюваність характеристик від партії до партії, і компанія Philips цим пишається. При заміні що вийшли з ладу транзисторів можна не турбуватися про процес налаштування обладнання заново, так як всі параметри транзисторів абсолютно ідентичні. Цим не може похвалитися жоден з конкурентів Philips.
Всі нові розробки Philips базуються на новій сучасній LDMOS-технології.
Транзистори для базових станцій стільникового зв'язку
Крім транзисторів упакованих в корпуси, Philips випускає інтегровані модулі.
| Тип | Pвих, Вт | технологія | частота | Область застосування |
|---|---|---|---|---|
| BGY916 | 19 | BIPOLAR | 900 МГц | GSM |
| BGY916 / 5 | 19 | BIPOLAR | 900 МГц | GSM |
| BGY925 | 23 | BIPOLAR | 900 МГц | GSM |
| BGY925 / 5 | 23 | BIPOLAR | 900 МГц | GSM |
| BGY2016 | 19 | BIPOLAR | 1800-2000 МГц | GSM |
| BGF802-20 | 4 | LDMOS | 900-900 МГц | CDMA |
| BGF 844 | 20 | LDMOS | 800-900 МГц | GSM / EDGE (USA) |
| BGF944 | 20 | LDMOS | 900-1000 МГц | GSM / EDGE (EUROPE) |
| BGF1801-10 | 10 | LDMOS | 1800-1900 МГц | GSM / EDGE (EUROPE) |
| BGF1901-10 | 10 | LDMOS | 1900-2000 МГц | GSM / EDGE (USA) |
Відмінні риси інтегрованих модулів:
- LDMOS-технологія (пайка прямо на радіатор, лінійність, більше посилення), o знижений спотворення,
- менше нагрівання напівпровідника за рахунок використання мідного фланця, o інтегрована компенсація температурного зсуву,
- 50-омні входи / виходи,
- лінійне посилення,
- підтримка багатьох стандартів (EDGE, CDMA).
BGF0810-90
- вихідна потужність: 40 Вт,
- посилення: 16 дБ,
- ККД: 37%,
BLF1820-90
- вихідна потужність: 40 Вт,
- посилення: 12 дБ,
- ККД: 32%,
- ослаблення потужності по сусідньому каналу ACPR: -60 дБ,
- амплітуда вектора помилок EVM: 2%.
Транзистори для мовних станцій
Протягом останніх 25 років компанія Philips зберігає лідерство в цій галузі. Використання останніх досягнень в технології LDMOS (серії BLF1xx, BLF2xx, BLF3xx, BLF4xx, BLF5xx,) дозволяє постійно зміцнювати позиції на ринку. Як приклад можна привести величезний успіх транзистора BLF861 для ТВ-передавачів. На відміну від транзисторів конкурентів, BLF861 зарекомендував себе високонадійним і високостабільним елементом, захищеним від виходу з ладу при відключенні антени. Ніхто з конкурентів не зміг наблизитися до характеристик BLF861 по стабільності роботи. Можна назвати основні сфери застосування таких транзисторів: передавачі на частоти від HF до 800 МГц, приватні радіостанції PMR (TETRA), передавачі VHF цивільного і військового призначення.
| Тип | F, ГГц | Vcc, B | Tp, мкс | Переходи. заповнення,% | Потужність, Вт | ККД,% | Посилення, дБ | |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| L-смуга | RZ1214B35Y | 1,2-1,4 | 50 | 150 | 5 | >35 | >30 | >7 |
| RZ1214B65Y | 1,2-1,4 | 50 | 150 | 5 | >70 | >35 | >7 | |
| RX1214B130Y | 1,2-1,4 | 50 | 150 | 5 | >130 | >35 | >7 | |
| RX1214B170W | 1,2-1,4 | 42 | 500 | 10 | >170 | >40 | >6 | |
| RX1214B300Y | 1,2-1,4 | 50 | 150 | 5 | >250 | >35 | >7 | |
| RX1214B350Y | 1,2-1,4 | 50 | 130 | 6 | >280 | >40 | >7 | |
| Bill 21435 | 1,2-1,4 | 36 | 100 | 10 | >35 | 45 | >13 | |
| BLL1214-250 | 1,2-1,4 | 36 | 100 | 10 | >250 | 45 | >13 | |
| S-смуга | BLS2731-10 | 2,7-3,1 | 40 | 100 | 10 | >10 | 45 | 9 |
| BLS2731-20 | 2,7-3,1 | 40 | 100 | 10 | >20 | 40 | 8 | |
| BLS2731-50 | 2,7-3,1 | 40 | 100 | 10 | >50 | 40 | 9 | |
| BLS2731-110 | 2,7-3,1 | 40 | 100 | 10 | >110 | 40 | 7,5 | |
| Верхня S-смуга | BLS3135-10 | 3,1-3,5 | 40 | 100 | 10 | >10 | 40 | 9 |
| BLS3135-20 | 3,1-3,5 | 40 | 100 | 10 | >20 | 40 | 8 | |
| BLS3135-50 | 3,1-3,5 | 40 | 100 | 10 | >50 | 40 | 8 | |
| BLS3135-65 | 3,1-3,5 | 40 | 100 | 10 | >65 | 40 | >7 |
| Тип | F, ГГц | Vcc, B | Tp, мкс | Переходи. заповнення,% | Потужність, Вт | ККД,% | Посилення, дБ | |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| BIPOLAR | MZ0912B50Y | 0,96-1,215 | 50 | 10 | 10 | >50 | >42 | >7 |
| MX0912B100Y | 0,96-1,215 | 50 | 10 | 10 | >100 | >42 | >7 | |
| MX0912B251Y | 0,96-1,215 | 50 | 10 | 10 | >235 | >42 | >7 | |
| MX0912B351Y | 0,96-1,215 | 42 | 10 | 10 | >325 | >40 | >7 | |
| LDMOS | Vds | |||||||
| BLA1011-200 | 1,03-1,09 | 36 | 50 | 1 | >200 | 50 | 15 | |
| BLA1011-10 | 1,03-1,09 | 36 | 50 | 1 | >10 | 40 | 16 | |
| BLA1011-2 | 1,03-1,09 | 36 | 50 | 1 | >2 | - | 18 |
Основні характеристики транзистора BLF861A
- Push-pull-транзистор (двотактний підсилювач),
- вихідна потужність понад 150 Вт,
- посилення більше 13 дБ,
- ККД більше 50%,
- закриває смугу від 470 до 860 МГц (смуги IV і V),
- є індустріальним стандартом в ТВ-передавачах на сьогоднішній день.
Нова модель транзистора BLF647
- розроблений на основі BLF861A,
- великий коефіцієнт посилення 16 дБ на 600 МГц,
- вихідна потужність до 150 Вт,
- закриває смугу від 1,5 до 800 МГц,
- надійний, стійкий до неузгодженості,
- стійкий до відключення антени,
- має вбудований резистор, що дозволяє працювати на частотах HF і VHF,
- Push-pull-транзистор (двотактний підсилювач).
транзистор BLF872
- розробляється як більш потужна заміна BLF861A,
- початок виробництва 1 квартал 2004 року,
- вихідна потужність до 250 Вт,
- найнадійніший транзистор по стійкості до неузгодженості,
- зберігає лінійність,
- зберігає надійність,
- зміщення струму Idq менше 10% на 20 років,
- коефіцієнт підсилення понад 14 дБ,
- закриває смугу від 470 до 860 МГц.
Транзистори для радарів і авіоніки
Нові транзистори Philips для радарів і авіоніки також виробляються за сучасною LDMOS-технології. Кристали, виконані за технологією LDMOS, менше нагріваються, є більш надійними, мають більше посилення, не вимагають ізолятора між підкладкою і радіатором. Відповідно, для досягнення тих же характеристик потрібна менша кількість транзисторів, що додатково підвищує надійність і знижує вартість виробу.
Нові розробки:
BLA0912-250
- смуга від 960 до 1250 МГц (всі головні частоти авіоніки),
- високе посилення до 13 дБ,
- надійність, стійкість до неузгодженості фаз 5: 1,
- лінійність,
- зразки будуть доступні з червня 2003 року.
BLS2934-100
- смуга від 2,9 до 3,4 ГГц (всі головні частоти авіоніки),
- використання стандартного негерметичного корпусу,
- зразки будуть доступні до кінця 2003 року.
Підводячи підсумки, можна з упевненістю сказати, що компанія Philips йде в ногу з часом і пропонує транзистори, що дозволяють створювати нові пристрої, які володіють більш досконалими характеристиками: менший розмір, велика вихідна потужність, менше число компонентів обв'язки і менша ціна кінцевого виробу.
