Stranica 2
Iz pregleda zahtjeva za parametrima visokofrekventnih tranzistora velike snage, može se vidjeti da je zadatak stvaranja takvih uređaja povezan s istovremenim obezbjeđivanjem visoke granične frekvencije, niske kolektorske kapacitivnosti, velike dozvoljene disipacije. snaga, niska otpornost na zasićenje i niska toplotna otpornost.
velike snage tranzistori snage na bazi galijum nitrida omogućavaju prekidačima električne energije da rade na mnogo većim frekvencijama prebacivanja u poređenju sa silikonskim. Povećana gustina snage po zapremini i težini, niži troškovi, manja upotreba materijala i, u slučaju mobilnog sistema, povećanje efikasnosti sistema.
Istovremena pojava izuzetno visokih frekvencija prebacivanja i velikog prijenosa snage zahtijeva korištenje posebnih inovativnih induktivnih komponenti. Razvoj ovakvih uređaja je značajan dio zajednički projekat. Zbog velikih gubitaka snage, rješenja koja su trenutno dostupna ograničavaju tehnički praktičnu frekvenciju uključivanja. Stoga postojeća rješenja nisu prikladna za buduće aplikacije koje zahtijevaju i veću gustinu snage i veću efikasnost.
Dakle, toplotni tok u visokofrekventnom tranzistoru velike snage mora savladati otpor višeslojne strukture da bi došao do hladnjaka.
Visokofrekventna pojačala i množitelji frekvencije koriste moćne tranzistori visoke frekvencije. Većina ovih tranzistora je bipolarni silicijum tip p-r- n, multiemiter, izrađen planarno-epitaksijalnom tehnologijom.
Ovo dostignuće može se ostvariti samo kroz inovacije u oblasti induktivnih komponenti. U oblasti upravljanja, sinhrono sa primijenjenom frekvencijom preklapanja, u zajedničkom projektu će se razmatrati novi problemi koji proizlaze iz viših frekvencija. Takvi problemi uključuju, na primjer, širokopojasnu akviziciju podataka i obradu signala.
Područje aeronautičke elektronike jedno je od mogućih područja primjene razvijenog rezonantnog naponskog pretvarača. U ovoj oblasti, kompaktnost i mala težina su od najveće važnosti. Količina štetnih emisija posebno zabrinjava, posebno u velike visine, može se smanjiti smanjenjem težine sistema. Zbog svoje velike gustine snage, elektronika je također pogodna za druge mobilne aplikacije. Mali zahtjevi za prostorom, niska potražnja za hlađenjem i mala težina su odlučujući kriteriji za sektor mobilnosti.
| Tip kućišta TO-3. |
Dizajn kućišta koji je posebno dizajniran za visokofrekventne tranzistore velike snage biće razmatran u Pogl.
| Familija ulaznih statičkih karakteristika tranzistora u kolu sa zajedničkom bazom.| Familija početnih statičkih karakteristika tranzistora u kolu sa zajedničkim emiterom.| Porodica izlaza - [ SLIKA ] - 18. Familija izlaznih statičkih karakteristika tranzistora u kolu karakteristika tranzistora sa zajedničkom bazom sa parametrima - u kolu sa zajedničkom bazom emiterskih releja. sa parametrom - napon | Familija izlaznih statičkih karakteristika tranzistora u kolu sa zajedničkim emiterom sa parametrom - bazna struja.| Familija izlaznih statičkih karakteristika tranzistora u kolu sa zajedničkim emiterom sa parametrom - bazni napon. |
Metode difuzijske tehnologije također se koriste za proizvodnju visokofrekventnih tranzistora velike snage.
Druga upotreba se može naći u napajanju za farme servera ili komunikacijskoj elektronici općenito. Danas je svjetska potrošnja energije za komunikacijsku infrastrukturu dostigla ogromne razmjere. Osim uštede materijala, ovom tehnologijom se mogu smanjiti i gubici energije. Ovo rezultira ne samo povećanom efikasnošću, već i smanjenim zahtjevima za hlađenjem.
Sa svojim raznovrsnim znanjem o energetskoj elektronici, induktivnim uređajima i vazduhoplovnoj elektronici, oni se savršeno nadopunjuju. Kao i obično, trzaji desnim i koljenima mogu da dovedu u zabludu, pogotovo ako zaboravite na ograničenja u originalnim priručnicima, koji su potom prešućeni kako bi se napravila "pravila" za nerazmišljanje.
Eksperimentalno je proučavan fenomen preraspodjele struje po površini u visokofrekventnim tranzistorima velike snage. Opisane su metode koje omogućavaju otkrivanje takve unutrašnje nestabilnosti distribucije struje korištenjem indirektnih mjerenja.
Za povećanje strmine frontova u impulsnom pojačivaču mogu se koristiti relativno snažni visokofrekventni tranzistori, pomoću kojih je moguće dobiti trajanje frontova impulsa reda veličine 15 - 2 mikrosekunde.
Ovo samo po sebi dovodi do čitavog niza kompromisa između dva uređaja koji nemaju nikakve veze s radnim naponom, strujom ili snagom. Oba uređaja mogu podnijeti istu snagu. Rasipanje snage uglavnom zavisi od pakovanja i oba uređaja su dostupna u sličnim paketima.
Prednosti kontrole napona i struje nisu tako jednostavne i jednostrane kao što bi mogli vjerovati drugi. Ovo dostiže 5mA na 12V ili 60mW. još jednom, različiti uređajiće imati različite kompromise, a uređaji tako složeni kao što su tranzistori neće uredno spadati u jednostavne kategorije koje se podnose osnovnim pravilima. Ne postoji zamjena za stvarno razumijevanje onoga što se događa i zatim vaganje kompromisa za vašu konkretnu aplikaciju kako biste odlučili koje dijelove koristiti.
Treba još jednom naglasiti da je gore navedeno razmatranje graničnih mogućnosti visokofrekventnih tranzistora velike snage samo procjena.
U § 7 - 1 je rečeno da je u visokofrekventnim tranzistorima velike snage potrebno kombinovati visoku graničnu frekvenciju i mali kapacitet kolektora sa niskim otporom zasićenja i velikom vrijednošću DRop. Velika dozvoljena snaga disipacije može se osigurati samo uz dovoljno veliku vrijednost maksimalne radne struje ili napona. Kao što će biti razmotreno u § 7 - 5, postoje određena razmatranja u prilog činjenici da je u visokofrekventnim tranzistorima velike snage preporučljivo povećati radnu struju, a ne napon.
Tranzistori su aktivne komponente i nalaze se svuda u elektronskim kolima. Koriste se kao pojačala i sklopni uređaji. Kao pojačala, koriste se na visokim i niskim frekvencijama, oscilatorima, modulatorima, detektorima i u bilo kojem krugu koji zahtijeva funkciju. U digitalnim kolima se koriste kao prekidači.
Postoji veliki broj proizvođača širom svijeta koji proizvode poluprovodnike, tako da ih ima doslovno na hiljade različite vrste. Na njoj je prikazano nekoliko različitih tranzistora. Njih građevinski materijal najčešće je silicijum ili germanijum. Originalni tranzistor je napravljen od germanijuma, ali su bili veoma osetljivi na temperaturu. Silicijumski tranzistori imaju veću termičku stabilnost i mnogo su jeftiniji za proizvodnju.
Iako su frekvencijske karakteristike tranzistora sa slojevitom strukturom još uvijek nešto inferiornije od karakteristika nekih drugih tipova visokofrekventnih tranzistora velike snage, eksperimentalni uzorci takvih uređaja već mogu opteretiti 10–100 W na frekvencijama reda 10– 100 MHz i do 800 W po 1 MHz.
Kao rezultat obavljenog eksperimentalnog rada, na primjeru dvije vrste uređaja, pokazalo se da u visokofrekventnim tranzistorima velike snage na snazi koja ne prelazi maksimalno dozvoljenu, dolazi do oštre preraspodjele struje na području od moguća je struktura tranzistora.
Rice. 1: Razni tranzistori. Postoji mogućnost trećeg slova, ali se ta slova razlikuju od proizvođača do proizvođača. Broj iza slova nije bitan korisnicima. Nekoliko različitih tranzistora je prikazano na fotografiji 1, a simboli za kola su na tranzistorima male snage smještenim u malim plastičnim ili metalnim kućištima. raznih oblika. Bipolarni tranzistori imaju tri žice: bazu, emiter i kolektor. Ovaj pin je spojen na masu kola kako bi zaštitio tranzistor od mogućeg vanjskog električnog šuma.
Konverzioni tranzistori su zanimljivi po tome što se mogu koristiti za dobivanje tankih baznih slojeva velike površine, koji su neophodni za proizvodnju snažnijih visokofrekventnih tranzistora. U konverzionim tranzistorima, difuzioni emiterski spoj nastaje zbog reverzne difuzije nečistoće iz poluvodiča u metal emiterske elektrode. U tu svrhu koristi se germanijumska ploča (izvorni materijal) koja sadrži i donorske i akceptorske nečistoće. Kao potonji, koristi se bakar, koji, kada se legura emitera fuzioniše, snažno difunduje iz germanijuma u emiter.
Tranzistori velike snage razlikuju se od niskih i srednje snage i po veličini i po obliku. Bitno je da katalog proizvođača odn tehnički opis znao koja je žica povezana s kojim dijelom tranzistora. Ovi dokumenti sadrže informacije o pravilnu upotrebu komponenta, kao i pinout. Postavljanje žice i razne vrste kućišta za neke najčešće korištene tranzistore prikazana su na dijagramu.
Slika 3: Pinoutovi za neke uobičajene pakete. Ovi tranzistori su oni koje ćete često viđati u svakodnevnom radu. Kolektor je povezan sa kućištem, a sa ostatkom kola se povezuje preko jednog od vijaka koji učvršćuju tranzistor za hladnjak.
Dovoljno male vrijednosti w mogu se dobiti samo u tranzistorima proizvedenim difuzijskim ili epitaksijalnim rastom; stoga se samo takvi uređaji mogu koristiti kao visokofrekventni tranzistori velike snage. Dobivanje tankih baza u tranzistorima od legure je tehnološki vrlo teško, a čak i kada bi se do njih moglo doći, onda bi upotreba takvih tranzistora bila nepraktična zbog niskog napona probijanja.
Tranzistori koji se koriste na vrlo visokim frekvencijama imaju kontakte različitih oblika. Ova tehnologija je omogućila proizvođačima da postignu sićušne komponente sa istim svojstvima kao i njihove veće kolege i stoga smanje veličinu i cijenu dizajna.
Kao što smo rekli, postoje doslovno hiljade različitih tranzistora, od kojih mnogi imaju slične karakteristike, što omogućava zamjenu neispravnog tranzistora drugim. Karakteristike i sličnosti mogu se naći u uporednim grafikonima. Ako nemate ove dijagrame, možete isprobati neke od tranzistora koje već imate. Ako krug nastavi ispravno raditi, sve je u redu. Također morate provjeriti da li je izrez ispravan prije nego što ga zalemite na mjesto i uključite. Kao koristan vodič, ovo poglavlje pruža dijagram koji pokazuje listu zamjena za neke najčešće korištene tranzistore.
(c) Izdavačka kuća radija i komunikacija, 1985
Predgovor
U modernoj elektronici mikroelektronika igra sve važniju ulogu, ali poluvodička tehnologija i dalje ima značajan značaj, povezana sa proizvodnjom i upotrebom diskretnih uređaja. Posebnu poziciju među diskretnim uređajima zauzimaju moćni poluvodički uređaji, a posebno moćni tranzistori. Široko se koriste u raznim elektronskim sistemima kao elementi upravljanja, regulacije i stabilizacije. Snažni poluprovodnički uređaji - tiristori i tranzistori - djeluju kao spojni elementi između elektronskog sistema i pokretačkih jedinica i mehanizama. Upravljanje mehaničkim i elektromehaničkim komponentama (releji, elektromotori, itd.) samo je jedna od mogućih upotreba moćnih tranzistora. Osim toga, koriste se u brojnim pretvaračima i pojačavačima, u televizijskoj tehnici (u uređajima za skeniranje i napajanje), u sistemima paljenja motora sa unutrašnjim sagorevanjem, u impulsnoj opremi itd.
Moderni energetski tranzistori na bazi galijum nitrida omogućavaju vam rad sa energetskim elektronskim kolima sa znatno višim frekvencijama prebacivanja nego sa konvencionalnim silicijumskim tranzistorima. Prednosti uključuju povećanu produktivnost i težinu, smanjene troškove, uštedu materijala i, u slučaju mobilni sistemi, poboljšavajući efikasnost čitavog sistema.
Ove izuzetno visoke frekvencije preklapanja sa istovremenom velikom snagom prijenosa zahtijevaju posebne inovativne induktivne komponente. Njihov razvoj je značajan dio zajedničkog projekta. Današnja rješenja ograničavaju tehnički razumne preklopne frekvencije zbog velikih gubitaka snage. Stoga nisu prikladni za zahtjeve budućnosti, koje karakterizira znatno veća gustina snage i istovremeno visoka efikasnost. To se može postići samo kroz inovacije u oblasti induktivnih komponenti.
Jedna od najčešćih klasa energetskih tranzistora su visokofrekventni (RF) uređaji velike snage. Prema svojim frekvencijskim svojstvima, tranzistori se dijele na niskofrekventne (sa graničnom frekvencijom koeficijenta prijenosa struje do 3 MHz), visokofrekventne (sa graničnom frekvencijom do 300 MHz) i mikrovalne (sa granična frekvencija preko 300 MHz). Snažnim tranzistorima smatraju se uređaji kod kojih je dozvoljena snaga disipacije veća od 1 W. U ovom slučaju, ponekad se tranzistori sa snagom disipacije od 1 do 10 W nazivaju tranzistori srednje snage, a s većom snagom disipacije - tranzistori velike snage.
U oblasti frekventno-frekventne tehnologije upravljanja, novi izazovi nastaju kao rezultat visokih frekvencija koje se obrađuju u zajedničkom projektu. Na primjer, prijem i obrada širokopojasnih mjerenja. Da bi se mogla iskoristiti visoka frekvencija prebacivanja, procesorska snaga digitalnih računara koji se koriste za upravljanje mora se povećavati s povećanjem frekvencije prebacivanja u istoj mjeri, ili se dijelovi upravljanja moraju izvoditi na sličan način.
Jedna od mogućih primjena rezonantnog naponskog transformatora je oblast aeronautike, jer su kompaktnost i mala vlastita težina ovdje od najvećeg interesa. Oslobađanje zagađivača, koje je posebno opasno na velikim visinama, može se smanjiti smanjenjem težine sistema. Visoka gustoća snage elektronike pogodna je i za druge mobilne aplikacije. Odlučujući argumenti su mali zahtjevi za prostorom, nizak rashladni zid i mala težina.
Glavno područje primjene RF tranzistora velike snage je komunikaciona oprema. U ovoj opremi, snažni tranzistori su glavni elementi izlaznih pojačala. Njihov zadatak je da kontrolišu sledeće, snažnije stepene ili da stvore moćan izlazni signal koji se dovodi direktno u antenski uređaj.
Drugo područje primjene je napajanje podatkovnih centara i komunikacijske elektronike općenito. Svjetska potrošnja energije za obezbjeđivanje moderne komunikacijske infrastrukture je ogromna. Osim uštede materijala, može se smanjiti i gubitak energije, a time se može poboljšati ne samo efikasnost, već i temperatura rashladnog zida.
Iako su tranzistori okosnica moderne elektronike, sa desetinama tipova i stotinama upotreba, ograničit ćemo našu analizu na samo jednu funkciju ovih komponenti: prekidač za uključivanje-isključivanje. Ovo može izgledati kao vrlo ograničen pogled na tako svestranu komponentu, ali istina je da svrha ovog članka nije teorijsko proučavanje elektronike, te je teško pronaći drugu funkciju za ovu komponentu koju ne izvodi najbolje cijena dostupna.
Gotovo svi RF tranzistori velike snage trenutno su napravljeni od silicija. Ogromna većina tipova serijskih silicijumskih RF tranzistora velike snage su bipolarni uređaji, iako su poslednjih godina počeli da se stvaraju i silicijumski tranzistori velike snage RF sa efektom polja. RF tranzistori sa efektom polja imaju niz značajnih prednosti u odnosu na bipolarne uređaje, a jedno vrijeme se vjerovalo da bi bipolarni uređaji morali u potpunosti ustupiti mjesto tranzistorima s efektom polja. Međutim, kako se sve više i više novih tipova bipolarnih i RF silikonskih tranzistora sa efektom polja pojavilo, pokazalo se da, u poređenju sa RF bipolarnim tranzistorima, terenski uređaji imaju ne samo prednosti, već i nedostatke. To omogućava da se smatra da će se oba smjera razvijati u budućnosti.
U svima njima struja teče između dva od tri terminala tranzistora, kontrolirana električnim signalom u trećem, kao što je prikazano na slici. Bipolarni tranzistori Ovi tranzistori propuštaju struju između dva terminala nazvana kolektor i emiter kada se mnogo manja struja propušta kroz terminal koji se zove baza.
Zapravo, u nedostatku signala, tj. kao osnovni pin, isključen iz kola, dva tipa su "isključeni" bez struje. Slika 3 prikazuje pojednostavljene hidraulične analogije bipolarni tranzistori. Za analizu brojeva, imajte na umu da glavni ventil kontrolira veliki ventil, a ne drugi.
Bipolarni tranzistori mogu imati oba n-p-n , tako p-n-p strukture, međutim, svojstva početnih poluprovodničkih materijala i osobenosti proizvodne tehnologije čine da je neophodno dati prednost tranzistorima sa n-p-n struktura. Stoga su moderni bipolarni moćni RF silikonski tranzistori gotovo uvijek n-p-n aparati.
U knjizi se razmatraju parametri, karakteristike tranzistorskih struktura i metode za proizvodnju bipolarnog silicijuma n-p-n moćni RF tranzistori. Posebna pažnja posvećena je pitanjima koja se odnose na njihovu pouzdanost. To je zbog dvije okolnosti. Prvo, stvaranje uređaja ove klase postalo je moguće samo zbog stroge optimizacije strukture tranzistora i dizajna tranzistora u smislu niza parametara. S tim u vezi, gotovo nikada nije moguće položiti u ove uređaje značajnu marginu u odnosu na ograničavajuće načine rada. Drugo, uvjeti rada uređaja ove klase su prilično teški. Tako, na primjer, u stvarnim uređajima postoji vrlo velika vjerojatnost kratkoročne, ali vrlo značajne neusklađenosti opterećenja, što podrazumijeva prekoračenje dopuštenih vrijednosti struja ili napona, ili oboje u isto vrijeme. Sve ovo jasno stavlja do znanja značajnu ulogu pitanja koja se odnose na njihovu pouzdanost.
Zbog sličnosti karakteristika dvije klase uređaja: RF tranzistora velike snage i mikrovalnih tranzistora, pitanja koja se razmatraju u knjizi ponekad se odnose ne samo na RF, već i na mikrovalne uređaje. Međutim, u razvoju, dizajnu i primjeni moćna mikrotalasna tranzistori, postoji niz specifičnih problema o kojima se u ovoj knjizi ne govori.
Nadamo se da će ova knjiga biti od interesa i za programere tranzistora i za stručnjake koji ih koriste u REE. Poglavlja 1, 2 i 4 napisao je E. 3. Mazel, gl. 3 - I. I. Kaganova i A. I. Mirkin, gl. 5 - Yu. V. Zavrazhnov. Generalno uređivanje knjige izvršio je E. Z. Mazel. Autori se zahvaljuju prof. dr. teh. Sci. Ya. A. Fedotov, koji je preuzeo zadatak da recenzira knjigu i dao niz vrijednih napomena.
