Jaudas mikroviļņu tranzistori Philips Semiconductors. Jaudīgi zemsprieguma mikroviļņu tranzistori mobilajiem sakariem. Atsauces dati Mazas un vidējas jaudas mikroviļņu tranzistori, sadzīves

Jaudīgi zemsprieguma mikroviļņu tranzistori mobilajiem sakariem

Žurnāls Radio pastāvīgi informē savus lasītājus par jaunumiem Voroņežas Elektronisko tehnoloģiju pētniecības institūtā lieljaudas mikroviļņu tranzistoru radīšanas jomā dažādiem lietojumiem. Šajā rakstā mēs iepazīstinām speciālistus un radioamatierus ar jaunākajiem sasniegumiem mikroviļņu tranzistoru grupā KT8197, KT9189, KT9192, 2T9188A, KT9109A, KT9193 mobilajiem sakariem ar izejas jaudu no 0,5 līdz 20 W MV un UHF diapazonos. Stingrākas prasības mūsdienu sakaru iekārtu funkcionālajiem un darbības parametriem izvirza attiecīgi augstākas prasības lieljaudas mikroviļņu tranzistoru enerģētiskajiem parametriem, to uzticamībai, kā arī ierīču konstrukcijai.

Pirmkārt, jāpatur prātā, ka pārnēsājamās un pārnēsājamās radiostacijas tiek darbinātas tieši no primārajiem avotiem. Šim nolūkam tiek izmantoti ķīmiskie strāvas avoti (maza izmēra elementu vai bateriju baterijas) ar spriegumu, parasti no 5 līdz 15 V. Samazināts barošanas spriegums uzliek ierobežojumus ģeneratora tranzistora jaudai un pastiprināšanas īpašībām. Tajā pašā laikā jaudīgiem zemsprieguma mikroviļņu tranzistoriem visā darbības frekvenču diapazonā ir jābūt augstiem enerģijas parametriem (piemēram, jaudas palielinājumam KuP un kolektora ķēdes efektivitātei ηK).

Ņemot vērā to, ka ģeneratora tranzistora izejas jauda ir proporcionāla kolektora pamata harmonikas sprieguma kvadrātam, tā izejas jaudas līmeņa samazināšanas efektu, samazinoties barošanas kolektora spriegumam, var konstruktīvi kompensēt ar atbilstošu noderīgā signāla strāvas amplitūda. Tāpēc, projektējot zemsprieguma tranzistorus kombinācijā ar konstrukciju un tehnoloģisku problēmu kopas risināšanu, optimāli jāatrisina jautājumi, kas vienlaikus saistīti ar kolektora-emitera piesātinājuma sprieguma samazināšanas un kritiskā kolektora strāvas blīvuma palielināšanas problēmu.

Zemsprieguma tranzistoru darbība režīmā ar lielāku strāvas blīvumu, salīdzinot ar parastajiem ģeneratora tranzistoriem (paredzēts lietošanai uz augšu = 28 V un vairāk), saasina ilgtermiņa uzticamības nodrošināšanas problēmu, jo ir nepieciešams apspiest intensīvākas degradācijas mehānismi strāvu nesošajos elementos un metalizācijas tranzistora struktūras kontaktslāņos. Šim nolūkam izstrādātajos zemsprieguma mikroviļņu tranzistoros tiek izmantota daudzslāņu ļoti uzticama metalizācijas sistēma uz zelta bāzes.

Šajā rakstā aplūkotie tranzistori ir izstrādāti, ņemot vērā to galveno izmantošanu jaudas pastiprinātājos C klases režīmā, kad tie ir savienoti kopējā emitētāja ķēdē. Tajā pašā laikā to darbība A, B un AB klases režīmos pie sprieguma, kas atšķiras no nominālās vērtības, ir pieļaujama, ja darbības punkts atrodas drošas darbības zonā un tiek veikti pasākumi, lai novērstu iekļūšanu pašģenerācijā. režīmā.

Tranzistori darbojas pat tad, ja Up vērtība ir mazāka par nominālvērtību. Bet šajā gadījumā elektrisko parametru vērtības var atšķirties no pases vērtībām. Ir atļauts darbināt tranzistorus ar strāvas slodzi, kas atbilst IК max vērtībai, ja kolektora maksimālā pieļaujamā vidējā jaudas izkliede nepārtrauktā dinamiskā režīmā РК.ср max nepārsniedz robežvērtību.

Sakarā ar to, ka aplūkojamo ierīču tranzistoru konstrukciju kristāli tiek ražoti, izmantojot pamattehnoloģiju un tiem ir kopīgas konstrukcijas un tehnoloģiskās īpašības, visiem tranzistoriem ir vienāds pārrāvuma sprieguma līmenis. Saskaņā ar ierīču tehniskajām specifikācijām to pielietojuma jomu ierobežo maksimālā pieļaujamā tiešā sprieguma vērtība starp emitētāju un bāzes UEBmax.< 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.

Galvenā konceptuālā ideja, kas ļāva spert vēl vienu soli jaudīgu zemsprieguma tranzistoru radīšanas jomā miniatūrā dizainā, bija jauna oriģināla dizaina un tehnoloģisko risinājumu izstrāde, veidojot neiepakotu tranzistoru sēriju KT8197, KT9189, KT9192. Idejas būtība ir izveidot tranzistora dizainu, pamatojoties uz keramikas kristālu turētāju, kas izgatavots no berilija oksīda un metalizētiem lentes vadiem uz elastīgas nesēja - poliimīda plēves.

Lentes nesējs ar īpašu fotolitogrāfisku rakstu svina rāmja formā kalpo kā viens vadošs elements, uz kura vienlaikus tiek veidots kontakts ar daudzšūnu tranzistora struktūru un ierīces ārējiem spailēm. Visi iekšējās sloksnes stiegrojuma elementi ir noslēgti ar savienojumu. Metalizētā keramikas turētāja pamatnes izmēri ir 2,5x2,5 mm. Kristāla turētāja montāžas virsma un spailes ir pārklātas ar zelta slāni. Tranzistora tips un izmēri ir parādīti attēlā. 1, a. Salīdzinājumam mēs atzīmējam, ka mazākajiem ārvalstu tranzistoriem metālkeramikas iepakojumā (piemēram, CASE 249-05 no Motorola) ir apaļa keramikas pamatne ar diametru 7 mm.

KT8197, KT9189, KT9192 sērijas tranzistoru dizains paredz to uzstādīšanu uz iespiedshēmas plates, izmantojot virsmas montāžas metodi. Saskaņā ar šo tranzistoru lietošanas ieteikumiem ārējo spaiļu lodēšana jāveic 125...180 ° C temperatūrā ne ilgāk kā 5 s.

Pateicoties elektrisko un termofizikālo parametru rezervju ieviešanai, bija iespējams ievērojami paplašināt bezpaketes mikroviļņu tranzistoru patērētāju funkciju klāstu. Jo īpaši KT8197 sērijas tranzistoriem ar nominālā sprieguma vērtību Upit = 7,5 V un KT9189, KT9192 sērijām (12,5 V) drošas darbības zonas robeža dinamiskajā režīmā tiek paplašināta līdz Upit max = 15 V. barošanas spriegumā attiecībā pret nominālo vērtību ļauj paaugstināt portatīvā raidītāja izejas jaudas līmeni un attiecīgi palielināt radio diapazonu. Tranzistori spēj darboties, nesamazinot jaudas izkliedi nepārtrauktā dinamiskā režīmā visā darba temperatūras diapazonā.

Kopumā fundamentāli izstrādājot šos tranzistorus, tika atrisināti ne tikai miniaturizācijas, bet arī izmaksu samazināšanas jautājumi. Rezultātā tranzistori izrādījās apmēram piecas reizes lētāki nekā ārvalstu tādas pašas klases tranzistori metālkeramikas korpusā. Izstrādātie miniatūrie mikroviļņu tranzistori var atrast visplašāko pielietojumu gan tradicionālajā lietošanā atsevišķu komponentu veidā, gan kā hibrīda mikroshēmu RF jaudas pastiprinātāju sastāvdaļa. Acīmredzot tos visefektīvāk izmanto pārnēsājamās pārnēsājamās radiostacijās.

Mobilo raidītāju izejas posmi parasti tiek darbināti tieši no transportlīdzekļa akumulatora. Tranzistori izejas pakāpēm ir paredzēti nominālajam barošanas spriegumam Upit = 12,5 V. Parametru tranzistoru sērijas katram pievienotajam diapazonam ir konstruētas, ņemot vērā atļauto maksimālo izejas jaudas līmeni portatīviem raidītājiem Pout = 20 W. Jaudīgu zemsprieguma mikroviļņu tranzistoru izstrāde (ar Pout>10 W) ir saistīta ar sarežģītākām dizaina problēmām. Turklāt ir problēmas ar dinamiskās jaudas pievienošanu un siltuma noņemšanu no lieliem mikroviļņu struktūru kristāliem.

Jaudas tranzistoru kristāla topoloģijai ir ļoti attīstīta emitētāja struktūra, ko raksturo zema pretestība. Lai nodrošinātu nepieciešamo frekvenču joslu, vienkāršotu saskaņošanu un palielinātu jaudas pieaugumu, tranzistoros ieejā ir iebūvēta LC iekšējā saskaņošanas shēma. Strukturāli LC ķēde ir izgatavota mikrosavienojuma veidā, pamatojoties uz MIS kondensatoru un vadu vadu sistēmu, kas darbojas kā induktīvie elementi.

Izstrādājot iepriekš izstrādāto 2T9175 sērijas tranzistoru jaudas diapazonu, tika izveidoti tranzistori 2T9188A (Pout = 10 W) un KT9190A (20 W) izmantošanai VHF diapazonā. UHF diapazonam ir izstrādāti tranzistori KT9193A (Pout = 10 W) un KT9193B (20 W). Tranzistori izgatavoti standarta KT-83 iepakojumā (skat. 1.,b att.).

Šī metālkeramikas korpusa izmantošana vienā reizē ļāva izveidot ļoti uzticamus divējāda lietojuma tranzistorus elektroniskām ierīcēm ar paaugstinātām prasībām ārējiem faktoriem un ar spēju darboties skarbos klimatiskajos apstākļos. Lai nodrošinātu garantētu uzticamību pie korpusa temperatūras +60°C attiecībā pret tranzistoriem ar izejas jaudu Pout = 10 W un ar Pout = 20 W - no +40 līdz +125°C, maksimālā pieļaujamā vidējā jaudas izkliede nepārtrauktā dinamiskā režīmā jābūt lineārai samazināšanai saskaņā ar formulu RK.sr max=(200-Tcorp)/RT.p-c (kur Tcorp ir korpusa temperatūra, °C; RT.p-c ir savienojuma korpusa termiskā pretestība krustojums, °C/W).

Pašlaik Krievijā tiek veidots federālais radiosakaru tīkls atbilstoši NMT-450i standartam (ar frekvenci 450 MHz). Izstrādātā ierīču sērija KT9189, 2T9175, 2T9188A, KT9190A var gandrīz pilnībā segt vajadzību attiecīgajā tirgus sektorā pēc iekārtām, kuru pamatā ir iekšzemes tranzistoru elementi.

Turklāt kopš 1995. gada Krievijā ir izvietots federālais mobilo mobilo abonentu sakaru sistēmu tīkls GSM standarta ietvaros (900 MHz) un mobilo sakaru sistēma reģionālajiem sakariem saskaņā ar Amerikas AMPS standartu (800 MHz). Lai izveidotu šīs mobilo radiosakaru sistēmas UHF, var izmantot maza izmēra KT9192 sērijas tranzistorus ar izejas jaudu 0,5 un 2 W, kā arī KT9193 sēriju ar izejas jaudu 10 un 20 W.

Iekārtu miniaturizācijas problēmas risinājums un attiecīgi tā elementārā bāze skāra ne tikai pārnēsājamos portatīvos radioraidītājus. Vairākos gadījumos pārnēsājamām radiosakaru iekārtām, kā arī speciālām iekārtām ir jāsamazina lieljaudas mikroviļņu zemsprieguma tranzistoru svars un izmēri.

Šiem nolūkiem, pamatojoties uz KT-83 (1. att., c), ir izstrādāts modificēts bezvafeļu korpusa dizains, kurā tranzistori 2T9175A-4-2T9175V-4, 2T9188A-4, KT9190A-4, KT9193A-4 , tiek ražoti KT9193B-4. To elektriskie raksturlielumi ir līdzīgi standarta konstrukcijas atbilstošajiem tranzistoriem. Šie tranzistori tiek montēti, lodējot kristāla turētāju zemā temperatūrā tieši pie siltuma izlietnes. Ķermeņa temperatūra lodēšanas procesā nedrīkst pārsniegt +150°C, un kopējais karsēšanas un lodēšanas laiks nedrīkst pārsniegt 2 minūtes.

Apskatāmo tranzistoru galvenie tehniskie parametri ir parādīti tabulā. 1. Visu tranzistoru kolektoru ķēdes efektivitāte ir 55%. Kolektora maksimālās pieļaujamās līdzstrāvas vērtības atbilst visam darba temperatūras diapazonam.

1. tabula

Attēlā 2.a attēlā ir parādīta visa tranzistoru 2T9188A, KT9190A shēma, un attēlā. 2,b - sērijas KT8197, KT9189, KT9192, 2T9175 tranzistori (l - attālums no lodēšanas robežas līdz blīvējuma vāciņa vai kristāla turētāja blīvējuma pārklājuma līmējošajai šuvei. Šis attālums ir regulēts lietošanas ieteikumos mikroviļņu tranzistori to tehniskajās specifikācijās, un tas noteikti tiek ņemts vērā, aprēķinot reaktīvo elementu tranzistorus). Diagrammās parādītie reaktīvo elementu parametri ir apkopoti tabulā. 2. Šie parametri ir nepieciešami, lai aprēķinātu izstrādājamo ierīču pastiprināšanas ceļa saskaņošanas shēmas.

Jaunas tranzistoru elementu bāzes izstrāde paver plašas perspektīvas gan modernu profesionālu komerciālu un amatieru radiosakaru iekārtu izveidei, gan jau izstrādātā pilnveidošanai, lai uzlabotu to elektriskos parametrus, samazinātu svaru, gabarītus un izmaksas. .

2. tabula

Literatūra

1. Assesorovs V., Koževņikovs V., Kosojs A. Zinātniskie meklējumi krievu inženieriem. Lieljaudas mikroviļņu tranzistoru attīstības tendence. - Radio, 1994, 6.nr., 1. lpp. 2, 3.
2. Assesorovs V., Koževņikovs V., Kosojs A. Jauni mikroviļņu tranzistori. - Radio, 1996, 5.nr., lpp. 57, 58.
3. Assesorovs V., Assesorovs A., Koževņikovs V., Matvejevs S. Lineārie mikroviļņu tranzistori jaudas pastiprinātājiem. - Radio, 1998, 3.nr., 1. lpp. 49-51.
4. Sauszemes mobilā dienesta leņķmodulētas radiostacijas. GOST 12252-86 (ST SEV 4280-83).

Lasi un raksti noderīga