ทรานซิสเตอร์กำลังไมโครเวฟ Philips Semiconductors ทรานซิสเตอร์ไมโครเวฟแรงดันต่ำอันทรงพลังสำหรับการสื่อสารเคลื่อนที่ ข้อมูลอ้างอิง ทรานซิสเตอร์ไมโครเวฟกำลังต่ำและปานกลาง ในประเทศ

ทรานซิสเตอร์ไมโครเวฟแรงดันต่ำอันทรงพลังสำหรับการสื่อสารเคลื่อนที่

นิตยสาร Radio แจ้งให้ผู้อ่านทราบอย่างต่อเนื่องเกี่ยวกับการพัฒนาใหม่ที่สถาบันวิจัยเทคโนโลยีอิเล็กทรอนิกส์ Voronezh ในด้านการสร้างทรานซิสเตอร์ไมโครเวฟกำลังสูงสำหรับการใช้งานต่างๆ ในบทความนี้เราแนะนำผู้เชี่ยวชาญและนักวิทยุสมัครเล่นเกี่ยวกับการพัฒนาล่าสุดของกลุ่มทรานซิสเตอร์ไมโครเวฟ KT8197, KT9189, KT9192, 2T9188A, KT9109A, KT9193 สำหรับการสื่อสารเคลื่อนที่ด้วยกำลังขับ 0.5 ถึง 20 W ในช่วง MV และ UHF ข้อกำหนดที่เข้มงวดมากขึ้นสำหรับพารามิเตอร์การทำงานและการทำงานของอุปกรณ์สื่อสารสมัยใหม่ทำให้ความต้องการพารามิเตอร์พลังงานของทรานซิสเตอร์ไมโครเวฟกำลังสูงสูงขึ้นตามลำดับ ความน่าเชื่อถือตลอดจนการออกแบบอุปกรณ์

ประการแรก จำเป็นต้องจำไว้ว่าสถานีวิทยุแบบพกพาและแบบพกพานั้นได้รับพลังงานโดยตรงจากแหล่งสัญญาณหลัก เพื่อจุดประสงค์นี้ มีการใช้แหล่งจ่ายกระแสเคมี (แบตเตอรี่เซลล์หรือแบตเตอรี่ขนาดเล็ก) ที่มีแรงดันไฟฟ้าปกติตั้งแต่ 5 ถึง 15 V แรงดันไฟฟ้าที่ลดลงจะกำหนดข้อ จำกัด เกี่ยวกับคุณสมบัติกำลังและการขยายของทรานซิสเตอร์เครื่องกำเนิด ในเวลาเดียวกัน ทรานซิสเตอร์ไมโครเวฟแรงดันต่ำกำลังแรงจะต้องมีพารามิเตอร์พลังงานสูง (เช่น กำลังรับ KuP และประสิทธิภาพของวงจรตัวรวบรวม ηK) ตลอดช่วงความถี่การทำงานทั้งหมด

เมื่อพิจารณาถึงความจริงที่ว่ากำลังขาออกของทรานซิสเตอร์เครื่องกำเนิดไฟฟ้าเป็นสัดส่วนกับกำลังสองของแรงดันไฟฟ้าฮาร์มอนิกพื้นฐานบนตัวสะสม ผลของการลดระดับพลังงานเอาต์พุตพร้อมกับการลดลงของแรงดันไฟฟ้าตัวสะสมของตัวจ่ายสามารถชดเชยเชิงสร้างสรรค์ด้วยการเพิ่มขึ้นที่สอดคล้องกัน แอมพลิจูดของกระแสสัญญาณที่มีประโยชน์ ดังนั้นเมื่อออกแบบทรานซิสเตอร์แรงดันต่ำร่วมกับการแก้ปัญหาการออกแบบและเทคโนโลยีปัญหาที่เกี่ยวข้องพร้อมกันกับปัญหาการลดแรงดันไฟฟ้าอิ่มตัวของตัวสะสมและตัวปล่อยและการเพิ่มความหนาแน่นกระแสของตัวสะสมที่สำคัญจะต้องได้รับการแก้ไขอย่างเหมาะสมที่สุด

การทำงานของทรานซิสเตอร์แรงดันต่ำในโหมดที่มีความหนาแน่นกระแสสูงกว่าเมื่อเปรียบเทียบกับทรานซิสเตอร์กำเนิดแบบทั่วไป (มีไว้สำหรับการใช้งานที่สูงถึง = 28 V ขึ้นไป) ทำให้ปัญหาในการรับรองความน่าเชื่อถือในระยะยาวรุนแรงขึ้นเนื่องจากจำเป็นต้องระงับอาการที่รุนแรงยิ่งขึ้นของ กลไกการย่อยสลายในองค์ประกอบที่พากระแสไฟและชั้นสัมผัสของโครงสร้างทรานซิสเตอร์เคลือบโลหะ เพื่อจุดประสงค์นี้ ทรานซิสเตอร์ไมโครเวฟแรงดันต่ำที่พัฒนาขึ้นใช้ระบบการเคลือบโลหะด้วยทองคำแบบหลายชั้นและมีความน่าเชื่อถือสูง

ทรานซิสเตอร์ที่กล่าวถึงในบทความนี้ได้รับการออกแบบโดยคำนึงถึงการใช้งานหลักในเพาเวอร์แอมป์ในโหมดคลาส C เมื่อเชื่อมต่อในวงจรตัวปล่อยทั่วไป ในเวลาเดียวกัน อนุญาตให้ดำเนินการในโหมดคลาส A, B และ AB ภายใต้แรงดันไฟฟ้าที่แตกต่างจากค่าที่กำหนด โดยมีเงื่อนไขว่าจุดปฏิบัติงานอยู่ภายในพื้นที่การทำงานที่ปลอดภัย และดำเนินมาตรการเพื่อป้องกันการเข้าสู่การสร้างตัวเอง โหมด.

ทรานซิสเตอร์ทำงานได้แม้ว่าค่าของ Up จะน้อยกว่าค่าที่กำหนดก็ตาม แต่ในกรณีนี้ค่าของพารามิเตอร์ทางไฟฟ้าอาจแตกต่างจากค่าหนังสือเดินทาง อนุญาตให้ใช้งานทรานซิสเตอร์ที่มีโหลดปัจจุบันซึ่งสอดคล้องกับค่า IК สูงสุดหากการกระจายพลังงานเฉลี่ยสูงสุดที่อนุญาตของตัวสะสมในโหมดไดนามิกต่อเนื่อง РК.ср max ไม่เกินค่าขีด จำกัด

เนื่องจากคริสตัลของโครงสร้างทรานซิสเตอร์ของอุปกรณ์ที่อยู่ระหว่างการพิจารณานั้นผลิตขึ้นโดยใช้เทคโนโลยีพื้นฐานและมีการออกแบบและคุณสมบัติทางเทคโนโลยีที่เหมือนกัน ทรานซิสเตอร์ทั้งหมดจึงมีแรงดันพังทลายในระดับเดียวกัน ตามข้อกำหนดทางเทคนิคของอุปกรณ์ ขอบเขตการใช้งานจะถูกจำกัดด้วยค่าแรงดันไฟฟ้าตรงสูงสุดที่อนุญาตระหว่างตัวปล่อยและฐาน 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.

แนวคิดหลักซึ่งทำให้สามารถก้าวไปอีกขั้นในด้านการสร้างทรานซิสเตอร์แรงดันต่ำที่ทรงพลังในการออกแบบขนาดเล็กคือการพัฒนาการออกแบบดั้งเดิมและโซลูชั่นทางเทคโนโลยีเมื่อสร้างชุดทรานซิสเตอร์ที่ไม่มีบรรจุภัณฑ์ KT8197, KT9189, KT9192 แก่นแท้ของแนวคิดนี้คือการสร้างการออกแบบทรานซิสเตอร์โดยใช้ตัวยึดคริสตัลเซรามิกที่ทำจากเบริลเลียมออกไซด์และสายเทปเคลือบโลหะบนตัวพาที่ยืดหยุ่น - ฟิล์มโพลีอิไมด์

ผู้ให้บริการเทปที่มีรูปแบบการถ่ายภาพหินพิเศษในรูปแบบของลีดเฟรมทำหน้าที่เป็นองค์ประกอบนำไฟฟ้าเดี่ยวซึ่งมีการสัมผัสกับโครงสร้างทรานซิสเตอร์หลายเซลล์และเทอร์มินัลภายนอกของอุปกรณ์พร้อมกัน องค์ประกอบทั้งหมดของแถบเสริมภายในถูกปิดผนึกด้วยสารประกอบ ขนาดของฐานของที่วางเซรามิกเคลือบโลหะคือ 2.5x2.5 มม. พื้นผิวการติดตั้งของที่ยึดคริสตัลและขั้วต่อเคลือบด้วยชั้นทอง ชนิดและขนาดของทรานซิสเตอร์แสดงไว้ในรูปที่ 1 1, ก. สำหรับการเปรียบเทียบ เราสังเกตว่าทรานซิสเตอร์แปลกปลอมที่เล็กที่สุดในแพ็คเกจโลหะเซรามิก (เช่น CASE 249-05 จาก Motorola) มีฐานเซรามิกทรงกลมที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 7 มม.

การออกแบบทรานซิสเตอร์ของซีรีย์ KT8197, KT9189, KT9192 นั้นมีไว้สำหรับการติดตั้งบนแผงวงจรพิมพ์โดยใช้วิธีการยึดพื้นผิว ตามคำแนะนำในการใช้ทรานซิสเตอร์เหล่านี้ การบัดกรีขั้วต่อภายนอกจะต้องดำเนินการที่อุณหภูมิ 125...180 ° C เป็นเวลาไม่เกิน 5 วินาที

ด้วยการใช้ปริมาณสำรองในพารามิเตอร์ทางไฟฟ้าและอุณหฟิสิกส์ทำให้สามารถขยายช่วงฟังก์ชั่นผู้บริโภคของทรานซิสเตอร์ไมโครเวฟแบบไร้แพ็คเกจได้อย่างมีนัยสำคัญ โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับทรานซิสเตอร์ของซีรีย์ KT8197 ที่มีค่าแรงดันไฟฟ้าเล็กน้อย Upit = 7.5 V และซีรีย์ KT9189, KT9192 (12.5 V) ขอบเขตของพื้นที่การทำงานที่ปลอดภัยในโหมดไดนามิกจะขยายเป็น Upit max = 15 V การเพิ่มขึ้น ในแรงดันไฟฟ้าที่สัมพันธ์กับค่าที่ระบุจะช่วยให้เพิ่มระดับพลังงานเอาต์พุตของเครื่องส่งสัญญาณแบบพกพาและเพิ่มช่วงวิทยุตามลำดับ ทรานซิสเตอร์สามารถทำงานได้โดยไม่ต้องลดการกระจายพลังงานในโหมดไดนามิกต่อเนื่องตลอดช่วงอุณหภูมิการทำงานทั้งหมด

โดยทั่วไป เมื่อพัฒนาทรานซิสเตอร์เหล่านี้ในลักษณะพื้นฐาน ปัญหาไม่เพียงแต่การย่อขนาดเท่านั้น แต่ยังรวมถึงการลดต้นทุนอีกด้วย เป็นผลให้ทรานซิสเตอร์มีราคาถูกกว่าทรานซิสเตอร์ต่างประเทศในระดับเดียวกันประมาณห้าเท่าในตัวเรือนโลหะเซรามิก ทรานซิสเตอร์ไมโครเวฟขนาดเล็กที่พัฒนาขึ้นสามารถค้นหาการใช้งานที่กว้างที่สุดทั้งในการใช้งานแบบดั้งเดิมในรูปแบบของส่วนประกอบแยกและเป็นส่วนหนึ่งของเครื่องขยายกำลัง RF วงจรไมโครแบบไฮบริด แน่นอนว่าการใช้งานที่มีประสิทธิภาพสูงสุดคือสถานีวิทยุแบบพกพาที่สวมใส่ได้

ขั้นตอนเอาท์พุตของเครื่องส่งสัญญาณแบบเคลื่อนที่มักจะได้รับพลังงานโดยตรงจากแบตเตอรี่รถยนต์ ทรานซิสเตอร์สำหรับระยะเอาท์พุตได้รับการออกแบบสำหรับแรงดันไฟจ่ายที่กำหนด Upit = 12.5 V ซีรีย์พาราเมตริกของทรานซิสเตอร์สำหรับช่วงที่เชื่อมต่อแต่ละช่วงถูกสร้างขึ้นโดยคำนึงถึงระดับกำลังเอาท์พุตสูงสุดที่อนุญาตสำหรับเครื่องส่งสัญญาณแบบพกพา Pout = 20 W การพัฒนาทรานซิสเตอร์ไมโครเวฟแรงดันต่ำอันทรงพลัง (ที่มี Pout>10 W) มีความเกี่ยวข้องกับปัญหาการออกแบบที่ซับซ้อนมากขึ้น นอกจากนี้ยังมีปัญหาในการเพิ่มพลังงานไดนามิกและการนำความร้อนออกจากผลึกขนาดใหญ่ของโครงสร้างไมโครเวฟ

โทโพโลยีคริสตัลของทรานซิสเตอร์กำลังมีโครงสร้างตัวปล่อยที่ได้รับการพัฒนาอย่างมาก โดยมีความต้านทานต่ำ เพื่อให้แน่ใจว่าต้องใช้ย่านความถี่ที่ต้องการ ลดความซับซ้อนของการจับคู่และเพิ่มกำลังไฟฟ้า จึงมีการสร้างวงจรจับคู่ภายใน LC ที่อินพุตไว้ในทรานซิสเตอร์ โครงสร้างวงจร LC ถูกสร้างขึ้นในรูปแบบของไมโครแอสเซมบลีโดยใช้ตัวเก็บประจุ MIS และระบบสายไฟที่ทำหน้าที่เป็นองค์ประกอบอุปนัย

ในการพัฒนาช่วงกำลังของทรานซิสเตอร์ที่พัฒนาก่อนหน้านี้ของซีรีย์ 2T9175 ทรานซิสเตอร์ 2T9188A (Pout = 10 W) และ KT9190A (20 W) ถูกสร้างขึ้นเพื่อใช้ในช่วง VHF สำหรับช่วง UHF ทรานซิสเตอร์ KT9193A (Pout = 10 W) และ KT9193B (20 W) ได้รับการพัฒนา ทรานซิสเตอร์ทำในแพ็คเกจมาตรฐาน KT-83 (ดูรูปที่ 1,b)

การใช้ตัวเรือนโลหะเซรามิกในคราวเดียวทำให้สามารถสร้างทรานซิสเตอร์อเนกประสงค์ที่มีความน่าเชื่อถือสูงสำหรับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่มีความต้องการปัจจัยภายนอกเพิ่มขึ้นและมีความสามารถในการทำงานในสภาพอากาศที่รุนแรง เพื่อรับประกันความน่าเชื่อถือที่รับประกันความน่าเชื่อถือที่อุณหภูมิตัวเรือน +60°C เทียบกับทรานซิสเตอร์ที่มีกำลังเอาต์พุต Pout = 10 W และสำหรับ Pout = 20 W - ตั้งแต่ +40 ถึง +125°C การกระจายพลังงานเฉลี่ยสูงสุดที่อนุญาต ในโหมดไดนามิกต่อเนื่องจะต้องลดเชิงเส้นตามสูตร RK.sr max=(200-Tcorp)/RT.p-c (โดยที่ Tcorp คืออุณหภูมิตัวเรือน, °C; RT.p-c คือความต้านทานความร้อนของกล่องรวมสัญญาณ จุดเชื่อมต่อ, °C/W)

ปัจจุบันเครือข่ายการสื่อสารวิทยุของรัฐบาลกลางกำลังถูกสร้างขึ้นในรัสเซียตามมาตรฐาน NMT-450i (ที่ความถี่ 450 MHz) ชุดอุปกรณ์ที่พัฒนาแล้ว KT9189, 2T9175, 2T9188A, KT9190A สามารถครอบคลุมความต้องการเกือบทั้งหมดในภาคส่วนที่พิจารณาของตลาดสำหรับอุปกรณ์ที่ใช้องค์ประกอบทรานซิสเตอร์ในประเทศ

นอกจากนี้ ตั้งแต่ปี 1995 เป็นต้นมา เครือข่ายของรัฐบาลกลางของระบบสื่อสารสมาชิกมือถือเคลื่อนที่ได้ถูกนำไปใช้ในรัสเซียภายใต้มาตรฐาน GSM (900 MHz) และระบบเซลลูล่าร์สำหรับการสื่อสารระดับภูมิภาคตามมาตรฐาน AMPS ของอเมริกา (800 MHz) ในการสร้างระบบสื่อสารวิทยุเซลลูล่าร์เหล่านี้ใน UHF สามารถใช้ทรานซิสเตอร์ขนาดเล็กของซีรีย์ KT9192 ที่มีกำลังเอาต์พุต 0.5 และ 2 W รวมถึงซีรีย์ KT9193 ที่มีกำลังเอาต์พุต 10 และ 20 W ได้

การแก้ปัญหาอุปกรณ์ย่อขนาดและดังนั้นฐานองค์ประกอบจึงส่งผลต่อเครื่องส่งสัญญาณวิทยุแบบพกพาที่สวมใส่ได้ไม่เพียงเท่านั้น ในหลายกรณี สำหรับอุปกรณ์สื่อสารด้วยวิทยุแบบพกพา รวมถึงอุปกรณ์วัตถุประสงค์พิเศษ จำเป็นต้องลดน้ำหนักและขนาดของทรานซิสเตอร์ไมโครเวฟแรงดันต่ำกำลังสูง

เพื่อจุดประสงค์เหล่านี้การออกแบบตัวเรือนที่ปราศจากเวเฟอร์ที่ได้รับการดัดแปลงได้รับการพัฒนาโดยใช้ KT-83 (รูปที่ 1, c) ซึ่งมีทรานซิสเตอร์ 2T9175A-4-2T9175V-4, 2T9188A-4, KT9190A-4, KT9193A-4 , KT9193B-4 ผลิตขึ้น ลักษณะทางไฟฟ้าคล้ายคลึงกับทรานซิสเตอร์ที่สอดคล้องกันในการออกแบบมาตรฐาน ทรานซิสเตอร์เหล่านี้ติดตั้งโดยการบัดกรีที่อุณหภูมิต่ำของตัวยึดคริสตัลเข้ากับแผงระบายความร้อนโดยตรง อุณหภูมิของร่างกายในระหว่างกระบวนการบัดกรีไม่ควรเกิน +150°C และเวลาในการทำความร้อนและการบัดกรีทั้งหมดไม่ควรเกิน 2 นาที

ลักษณะทางเทคนิคหลักของทรานซิสเตอร์ที่กำลังพิจารณาแสดงอยู่ในตาราง 1 1. ประสิทธิภาพของวงจรสะสมของทรานซิสเตอร์ทั้งหมดคือ 55% ค่าของกระแสสะสมโดยตรงสูงสุดที่อนุญาตนั้นสอดคล้องกับช่วงอุณหภูมิการทำงานทั้งหมด

ตารางที่ 1

KT9193B; KT9193B-4

ในรูป 2a แสดงวงจรสมบูรณ์ของทรานซิสเตอร์ 2T9188A, KT9190A และในรูป 2,b - ทรานซิสเตอร์ของซีรีย์ KT8197, KT9189, KT9192, 2T9175 (l - ระยะห่างจากขอบเขตการบัดกรีถึงตะเข็บกาวของฝาซีลหรือการเคลือบซีลของตัวยึดคริสตัล ระยะนี้ได้รับการควบคุมในคำแนะนำสำหรับการใช้งาน ทรานซิสเตอร์ไมโครเวฟในข้อกำหนดทางเทคนิคและจำเป็นต้องนำมาพิจารณาเมื่อคำนวณทรานซิสเตอร์องค์ประกอบปฏิกิริยา) พารามิเตอร์ขององค์ประกอบปฏิกิริยาที่แสดงในแผนภาพสรุปไว้ในตาราง 2. พารามิเตอร์เหล่านี้จำเป็นสำหรับการคำนวณวงจรการจับคู่ของเส้นทางการขยายของอุปกรณ์ที่กำลังพัฒนา

การพัฒนาฐานองค์ประกอบทรานซิสเตอร์ใหม่เปิดโอกาสกว้างสำหรับทั้งการสร้างอุปกรณ์สื่อสารวิทยุเชิงพาณิชย์และวิทยุสมัครเล่นระดับมืออาชีพที่ทันสมัย ​​และการปรับปรุงสิ่งที่ได้รับการพัฒนาแล้วเพื่อปรับปรุงพารามิเตอร์ทางไฟฟ้า ลดน้ำหนัก ขนาด และต้นทุน .

วรรณกรรม

1. Assessorov V., Kozhevnikov V., Kosoy A. การค้นหาทางวิทยาศาสตร์สำหรับวิศวกรชาวรัสเซีย แนวโน้มการพัฒนาทรานซิสเตอร์ไมโครเวฟกำลังสูง - วิทยุ พ.ศ. 2537 ฉบับที่ 6 หน้า 2, 3.
2. Assessorov V., Kozhevnikov V., Kosoy A. ทรานซิสเตอร์ไมโครเวฟใหม่ - วิทยุ พ.ศ. 2539 ฉบับที่ 5 หน้า 57, 58.
3. Assesorov V. , Assesorov A. , Kozhevnikov V. , Matveev S. ทรานซิสเตอร์ไมโครเวฟเชิงเส้นสำหรับเพาเวอร์แอมป์ - วิทยุ พ.ศ. 2541 ฉบับที่ 3 หน้า 49-51.
4. สถานีวิทยุกระจายเสียงแบบปรับมุมของบริการโทรศัพท์เคลื่อนที่ทางบก GOST 12252-86 (ST SEV 4280-83)

อ่านและเขียนมีประโยชน์