Manuali per radioamatori
L'attuale livello di sviluppo di REA e della sua base elementare consente attualmente la realizzazione di trasmettitori VHF FM e televisivi completamente a stato solido con una potenza di uscita fino a 5 kW. I percorsi di amplificazione basati su amplificatori a transistor a banda larga presentano numerosi vantaggi rispetto a quelli a valvole. I trasmettitori a stato solido sono più affidabili, elettricamente sicuri, facili da usare e più facili da produrre.
Con un design modulare a blocchi del trasmettitore, il guasto di una delle unità di amplificazione terminali non comporta l'interruzione della trasmissione, poiché la trasmissione continuerà fino alla sostituzione dell'unità, solo con potenza ridotta. Inoltre, il percorso a banda larga dell'amplificatore a transistor non richiede un'ulteriore sintonizzazione su un canale specifico all'interno della banda di frequenza operativa.
È generalmente accettato che l'affidabilità di un trasmettitore dipenda principalmente dall'affidabilità dei componenti attivi utilizzati. Grazie all'utilizzo di moderni transistor a microonde lineari ad alta potenza, caratteristiche del progetto e la cui tecnologia di produzione fornisce un aumento significativo del tempo tra i guasti, il problema dell'aumento dell'affidabilità dei trasmettitori a stato solido ha ricevuto una soluzione fondamentale.
Crescenti requisiti per gli indicatori tecnici ed economici di VHF FM e trasmettitori televisivi ad alta potenza, nonché il livello raggiunto di tecnologia domestica nel campo della creazione di silicio ad alta potenza transistor bipolari ha stimolato lo sviluppo di una nuova classe di dispositivi: potenti transistor a microonde lineari. L'Istituto di ricerca di tecnologia elettronica (Voronezh) li ha sviluppati e li produce vasta gamma per l'uso nelle gamme di lunghezza d'onda del metro e del decimetro.
I transistor sono appositamente progettati per l'uso in trasmettitori di trasmissioni televisive e radiofoniche ad alta potenza, ripetitori, in particolare, in ripetitori televisivi con amplificazione congiunta di segnali audio e di immagini, nonché in amplificatori di segnali multicanale di stazioni base sistema cellulare comunicazioni. Questi transistor soddisfano requisiti estremamente severi per la linearità della caratteristica di trasferimento, hanno un margine di dissipazione di potenza e, di conseguenza, una maggiore affidabilità.
Strutturalmente, tali transistor sono realizzati in custodie in metallo-ceramica. Loro aspetto esteriore mostrato in fig. 1 (vengono mostrati i casi di non tutti i transistor citati nell'articolo; quelli mancanti sono visibili nell'articolo). Elevate proprietà lineari e di frequenza delle strutture dei transistor sono realizzate grazie all'uso della tecnologia isoplanare di precisione. Gli strati di diffusione hanno una velocità di progettazione inferiore al micron. La larghezza degli elementi emettitori della topologia è di circa 1,5 μm con il loro perimetro estremamente sviluppato.
Per eliminare i guasti causati da guasti elettrici e termici secondari, la struttura del transistor è formata su un chip di silicio con un collettore epitassiale a due strati e resistori di stabilizzazione dell'emettitore. I transistor devono anche l'affidabilità a lungo termine all'uso della metallizzazione multistrato a base di oro.
I transistor lineari con una dissipazione di potenza superiore a 50 W (ad eccezione di KT9116A, KT9116B, KT9133A), di norma, hanno un circuito di adattamento dell'ingresso LC strutturalmente integrato, realizzato sotto forma di un microassemblaggio basato su un built- nel condensatore MIS e un sistema di conduttori. I circuiti di adattamento interni consentono di espandere la banda di frequenza operativa, semplificare l'adattamento di ingresso e uscita e aumentare anche il guadagno di potenza Cp nella banda di frequenza.
Allo stesso tempo, questi transistor sono "bilanciati", il che significa che ci sono due strutture di transistor identiche su una flangia, unite da un emettitore comune. Tale soluzione costruttiva e tecnica consente di ridurre l'induttanza dell'uscita dell'elettrodo comune e contribuisce anche all'espansione della banda di frequenza e alla semplificazione dell'adattamento.
Con l'accensione push-pull dei transistor bilanciati, il potenziale del loro punto medio è teoricamente uguale a zero, che corrisponde alla condizione di "massa" artificiale. Tale inclusione fornisce effettivamente un aumento di circa quattro volte dell'impedenza complessa di uscita rispetto a un ciclo singolo allo stesso livello del segnale di uscita e un'efficace soppressione anche delle componenti armoniche nello spettro del segnale utile.
È noto che la qualità della trasmissione televisiva dipende principalmente dalla linearità della caratteristica di trasferimento del percorso elettronico. Il problema della linearità è particolarmente acuto quando si progettano nodi per l'amplificazione congiunta di segnali di immagini e suoni a causa della comparsa di componenti combinatorie nello spettro di frequenza. Pertanto, è stato adottato il metodo a tre toni per valutare la linearità della caratteristica di trasferimento proposto da esperti stranieri transistor domestici secondo il livello di soppressione della componente combinatoria del terzo ordine.
Il metodo si basa sull'analisi di un segnale televisivo reale con un rapporto di segnale della frequenza portante dell'immagine di -8 dB. -16 dB di frequenza della banda laterale e -7 dB di frequenza della portante audio rispetto alla potenza di uscita al picco dell'inviluppo. I transistor per l'amplificazione congiunta, a seconda della frequenza e della gamma di potenza, dovrebbero fornire il valore del coefficiente dei componenti combinatori del MOH, di norma, non superiore a -53 ... -60 dB.
La classe di transistor a microonde in esame con una rigorosa regolamentazione della soppressione dei componenti combinatori è stata chiamata transistor superlineari all'estero. Va notato che tale alto livello la linearità è solitamente implementata solo nella modalità di classe A, dove è possibile eseguire la massima linearizzazione di modo della caratteristica di trasferimento.
Nella gamma del misuratore, come si può vedere dalla tabella, sono presenti numerosi transistor, rappresentati dai dispositivi KT9116A, KT91166, KT9133A e KT9173A con una potenza di picco in uscita di Rvmx.peak, rispettivamente, 5,15, 30 e 50 watt. Nella gamma delle onde decimetriche, tale serie è rappresentata dai dispositivi KT983A, KT983B, KT983V, KT9150A e POS con РВВ1Х, PIK pari a 0,5, 1,3,5, 8 e 25 W.
I transistor superlineari vengono solitamente utilizzati negli amplificatori congiunti (in modalità classe A) di ripetitori televisivi e moduli amplificatori di potenza di trasmettitori con una potenza fino a 100 watt.
Tuttavia, gli stadi di uscita di potenti trasmettitori richiedono di più transistor di potenza, fornendo il livello richiesto del limite superiore dell'intervallo dinamico lineare quando si opera in una modalità energetica favorevole. È possibile ottenere una distorsione armonica accettabile a un livello di segnale elevato applicando l'amplificazione divisa in modalità di classe AB.
Sulla base dell'analisi delle condizioni termofisiche del funzionamento del transistor e delle caratteristiche della formazione della linearità di un segnale monotono, è stata sviluppata appositamente una serie di transistor a microonde per la modalità operativa in classe AB. La linearità delle caratteristiche di questi dispositivi secondo un metodo estraneo è stimata dal livello di compressione (compressione) del guadagno in termini di potenza di un segnale monotono - il rapporto di compressione Kszh o altro - determinare la potenza di uscita a un certo Kszh normalizzato.
Per l'uso nella gamma delle onde del misuratore in modalità di classe AB, ora sono disponibili transistor KT9151A con una potenza di uscita di 200 W e transistor KT9174A - 300 W. Per la gamma decimetrica, sono stati sviluppati transistor 2T9155A, KT9142A, 2T9155B, KT9152A, 2T9155V, KT9182A con una potenza di uscita da 15 a 150 W.
Per la prima volta, gli specialisti NEC hanno dimostrato la possibilità di creare trasmettitori a stato solido modulari nella gamma dei decimetri con amplificazione congiunta di segnali di immagini e suoni con una potenza di 100 W. Successivamente, trasmettitori simili sono stati creati su transistor a microonde ad alta potenza domestici 12, 9]. In particolare, descrive la ricerca originale sull'ampliamento dell'ambito di utilizzo dei potenti transistor KT9151A e KT9152A durante la creazione di moduli di co-amplificazione da cento watt in modalità di classe A. È dimostrato che in questa modalità è possibile sopprimere i componenti combinatori quando la loro potenza è sottoutilizzato di 3...4 volte rispetto al valore nominale in modalità classe AB.
Gli specialisti della Novosibirsk State Technical University hanno condotto ricerche sull'uso di transistor a microonde ad alta potenza domestici nei moduli degli amplificatori di potenza televisivi con amplificazione separata.
Sulla fig. 2 presentato schema strutturale amplificatore di potenza del segnale immagine per i canali televisivi 1 - 5 con una potenza di picco in uscita di 250 watt. L'amplificatore è realizzato secondo lo schema di amplificazione separata dell'immagine e dei segnali sonori. Per i canali 6 - 12, l'amplificatore viene eseguito in modo simile con l'aggiunta di uno stadio intermedio su un transistor KT9116A operante in modalità classe A per ottenere il guadagno richiesto.
Nello stadio di uscita, i transistor KT9151A operano in classe AB. È assemblato secondo uno schema bilanciato push-pull. Ciò consente di ottenere la potenza di uscita nominale con circuiti di adattamento abbastanza semplici in completa assenza di "eco di alimentazione" e livello delle componenti anche armoniche non superiore a -35 dB. La non linearità della caratteristica di ampiezza dell'amplificatore viene impostata su un piccolo segnale selezionando l'offset del punto operativo in ogni stadio, nonché correggendo la non linearità nel modulatore video dell'eccitatore.
Lo schema a blocchi dell'amplificatore di potenza per i canali televisivi 21 - 60 è mostrato in fig. 3. Anche lo stadio di uscita dell'amplificatore è realizzato secondo uno schema push-pull bilanciato.
Per garantire l'adattamento a banda larga e il passaggio dal carico asimmetrico a quello simmetrico negli stadi di uscita degli amplificatori dei canali 6 - 12, 21 - 60, viene utilizzato un filtro passa-basso a due collegamenti come circuito correttivo. L'induttanza del primo collegamento del circuito di adattamento è implementata sotto forma di sezioni di microlinee a strisce su elementi della topologia generale scheda a circuito stampato. Le bobine del secondo collegamento sono le uscite della base dei transistor.
La struttura di questi amplificatori corrisponde alla Fig. 2 e 3. La separazione della potenza all'ingresso degli stadi di amplificazione e la sua aggiunta alla loro uscita, nonché l'adattamento degli ingressi e delle uscite con un carico standard, è stata eseguita utilizzando accoppiatori direzionali da 3dB. Strutturalmente, ogni accoppiatore è realizzato sotto forma di avvolgimenti bifilari (linee a quarto d'onda) su un telaio posto in un involucro schermante.
Pertanto, i moderni transistor a microonde lineari domestici consentono di creare potenti moduli amplificatori televisivi fino a 250 W. Utilizzando le batterie di tali moduli è possibile aumentare la potenza di uscita data al percorso antenna-alimentatore fino a 2 kW. Come parte dei trasmettitori, gli amplificatori sviluppati soddisfano tutti esigenze moderne sulle prestazioni elettriche e sull'affidabilità.
Potenti transistor a microonde lineari hanno recentemente iniziato ad essere ampiamente utilizzati anche nella costruzione di amplificatori di potenza per stazioni base di un sistema di comunicazione cellulare.
In base al loro livello tecnico, i potenti transistor lineari a microonde sviluppati da NIIET possono essere utilizzati come elemento di base per la creazione di moderne apparecchiature di trasmissione, televisione e altre apparecchiature radiofoniche economiche e amatoriali nazionali.
Materiale preparato
A. Assessori, V. Assessori, V. Kozhevnikov, S. Matveev Voronezh
LETTERATURA
1. Hlraoka K., FuJIwara S., Ikegami T. ecc. Tutti i trasmettitori UHF a stato solido ad alta potenza.- NEC Pes. & Sviluppare. 1985. a 79, pag. 61-69.
2. Assessori V., Kozhevnikov V., Kosoy A. Ricerca scientifica di ingegneri russi. La tendenza allo sviluppo dei transistor a microonde ad alta potenza - Radio, 1994, n. 6, p. 2.3.
3. Trasmettitori radio a banda larga. ed. Alekseeva O. A. - M .: Comunicazione, 1978, p. 304.
4. FuJIwurdS., IkegamI T., Maklagama I. ecc. Trasmettitore televisivo a stato solido serie SS. -NEC Ris. & Sviluppare. 1989. N. 94, pag. 78-89.
5. Assessorov V., Kozhevnikov V., Kosoy A. La tendenza allo sviluppo di transistor a microonde ad alta potenza per l'uso in trasmissioni, televisione e comunicazioni.
- Industria elettronica. 1994. N. 4, pag. 76-80.
6. Valutatori V., Kozhevnikov V.. Kosoy A. Nuovi transistor a microonde. - Radio. 1996. N. 5, pag. 57.58.
7. Mipler O. Potenti transistor superlineari della gamma decimetrica per la televisione cablata - TIIER, 1970. Vol. 58. No. 7. Insieme a. 138-147.
8. Kojlwara Y., Hlrakuwa K., Sasaki K. ecc. Amplificatore a transistor ad alta potenza UHF con substrato ad alto dielettrico. - NEC Res- & Develop. 1977. N. 45, pag. 50-57.
9. Grebennikov A., Nikiforov V., Ryzhikov A. Potenti moduli amplificatori a transistor per trasmissioni VHF FM e TV.- Electrosvyaz. 1996, n.3, pag. 28-31.
I transistor a microonde sono utilizzati in molte aree attività umana: trasmettitori di trasmissioni televisive e radiofoniche, ripetitori, radar civili e militari, stazioni base cellulari, avionica, ecc.
A l'anno scorso si nota una tendenza di passaggio dalla tecnologia bipolare per la produzione di transistor a microonde alle tecnologie VDMOS (Vertical Diffusion Metal Oxide Semiconductors) e LDMOS (Laterally Diffused Metal Oxide Semiconductors). La tecnologia LDMOS più avanzata ha la migliore prestazione, come linearità, guadagno, condizioni termiche, resistenza al mismatch, alta efficienza, margine di dissipazione di potenza, affidabilità. I transistor Philips hanno un'eccezionale ripetibilità da lotto a lotto e Philips ne è orgogliosa. Quando si sostituiscono i transistor guasti, non è necessario preoccuparsi del processo di riconfigurazione dell'apparecchiatura, poiché tutti i parametri dei transistor sono assolutamente identici. Nessuno dei concorrenti Philips può vantarsene.
Tutti i nuovi sviluppi Philips si basano sulla nuova e moderna tecnologia LDMOS.
Transistor per stazioni base cellulari
Oltre ai transistor confezionati in custodie, Philips produce moduli integrati.
| Tipo di | Pout, W | Tecnologia | Frequenza | Area di applicazione |
|---|---|---|---|---|
| BGY916 | 19 | BIPOLARE | 900MHz | GSM |
| BGY916/5 | 19 | BIPOLARE | 900MHz | GSM |
| BGY925 | 23 | BIPOLARE | 900MHz | GSM |
| BGY925/5 | 23 | BIPOLARE | 900MHz | GSM |
| BGY2016 | 19 | BIPOLARE | 1800-2000MHz | GSM |
| BGF802-20 | 4 | LDMOS | 900-900 Mhz | CDMA |
| BGF 844 | 20 | LDMOS | 800-900 Mhz | GSM/EDGE (USA) |
| BGF944 | 20 | LDMOS | 900-1000 Mhz | GSM/EDGE (EUROPA) |
| BGF1801-10 | 10 | LDMOS | 1800-1900MHz | GSM/EDGE (EUROPA) |
| BGF1901-10 | 10 | LDMOS | 1900-2000MHz | GSM/EDGE (USA) |
Caratteristiche distintive dei moduli integrati:
- Tecnologia LDMOS (saldatura diretta al dissipatore, linearità, maggiore guadagno), o minore distorsione,
- minor riscaldamento del semiconduttore grazie all'utilizzo di una flangia in rame, o compensazione dell'offset di temperatura integrata,
- Ingressi/uscite da 50 ohm,
- amplificazione lineare,
- supporto per molti standard (EDGE, CDMA).
BGF0810-90
- potenza di uscita: 40 W,
- guadagno: 16 dB,
- Efficienza: 37%,
BLF1820-90
- potenza di uscita: 40 W,
- guadagno: 12 dB,
- Efficienza: 32%,
- Attenuazione della potenza del canale adiacente ACPR: -60 dB,
- Ampiezza del vettore di errore EVM: 2%.
Transistor per stazioni di trasmissione
Negli ultimi 25 anni, Philips ha mantenuto la sua leadership in questo campo. L'utilizzo degli ultimi progressi nella tecnologia LDMOS (serie BLF1xx, BLF2xx, BLF3xx, BLF4xx, BLF5xx) consente di rafforzare costantemente la propria posizione sul mercato. Un esempio è il grande successo del transistor BLF861 per i trasmettitori TV. A differenza dei transistor della concorrenza, il BLF861 ha dimostrato di essere un elemento altamente affidabile e altamente stabile, protetto dai guasti quando l'antenna è scollegata. Nessuno dei concorrenti potrebbe avvicinarsi alle caratteristiche del BLF861 in termini di stabilità. Possiamo citare le principali aree di applicazione di tali transistor: trasmettitori per frequenze da HF a 800 MHz, stazioni radio private PMR (TETRA), trasmettitori VHF per scopi civili e militari.
| Tipo di | F, GHz | Vcc,B | Tp, ms | Coeff. Riempimento, % | Potenza, w | Efficienza,% | Guadagno, dB | |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Banda L | 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 | |
| Legge 21435 | 1,2-1,4 | 36 | 100 | 10 | >35 | 45 | >13 | |
| BLL1214-250 | 1,2-1,4 | 36 | 100 | 10 | >250 | 45 | >13 | |
| Banda S | 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 | |
| Banda S superiore | 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 |
| Tipo di | F, GHz | Vcc,B | Tp, ms | Coeff. Riempimento, % | Potenza, w | Efficienza,% | Guadagno, dB | |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| BIPOLARE | 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 |
Le principali caratteristiche del transistor BLF861A
- Transistor push-pull (amplificatore push-pull),
- potenza di uscita superiore a 150 W,
- guadagno oltre 13 dB,
- Efficienza oltre il 50%,
- copre la banda da 470 a 860 MHz (bande IV e V),
- è oggi lo standard del settore nei trasmettitori TV.
Nuovo modello a transistor BLF647
- progettato sulla base di BLF861A,
- grande guadagno di 16 dB a 600 MHz,
- potenza di uscita fino a 150 W,
- copre la banda da 1,5 a 800 MHz,
- affidabile, resistente al disadattamento,
- resistente alla disconnessione dell'antenna,
- ha una resistenza incorporata che permette di lavorare alle frequenze HF e VHF,
- Transistor push-pull (amplificatore push-pull).
Transistor BLF872
- è stato sviluppato come sostituto più potente del BLF861A,
- inizio produzione 1° trimestre 2004,
- potenza di uscita fino a 250 W,
- il transistor più affidabile in termini di resistenza al disadattamento,
- mantiene la linearità,
- mantiene l'affidabilità,
- spostamento di corrente Idq inferiore al 10% per 20 anni,
- guadagnare più di 14 dB,
- copre la banda da 470 a 860 MHz.
Transistor per radar e avionica
Anche i nuovi transistor Philips per radar e avionica sono prodotti utilizzando la tecnologia LDMOS all'avanguardia. I cristalli realizzati utilizzando la tecnologia LDMOS si riscaldano meno, sono più affidabili, hanno una maggiore amplificazione e non richiedono un isolante tra il substrato e il dissipatore di calore. Di conseguenza, sono necessari meno transistor per ottenere le stesse prestazioni, migliorando ulteriormente l'affidabilità e riducendo il costo del prodotto.
Nuovi sviluppi:
BLA0912-250
- banda da 960 a 1250 MHz (tutte le principali frequenze avioniche),
- alto guadagno fino a 13 dB,
- affidabilità, resistenza allo sfasamento di fase 5:1,
(c) Casa editrice di radio e comunicazioni, 1985
Prefazione
Nell'elettronica moderna, la microelettronica gioca un ruolo sempre più importante, ma la tecnologia dei semiconduttori continua ad essere di notevole importanza, associata alla produzione e all'utilizzo di dispositivi discreti. Una posizione speciale tra i dispositivi discreti è occupata da potenti dispositivi a semiconduttore e, in particolare, da potenti transistor. Sono ampiamente utilizzati in vari sistemi elettronici come elementi di controllo, regolazione e stabilizzazione. Potenti dispositivi a semiconduttore - tiristori e transistor - fungono da elementi di collegamento tra il sistema elettronico e le unità e i meccanismi di attuazione. Il controllo di componenti meccanici ed elettromeccanici (relè, motori elettrici, ecc.) è solo uno dei possibili utilizzi dei potenti transistor. Inoltre, vengono utilizzati in numerosi dispositivi di conversione e amplificazione, nella tecnologia televisiva (nei dispositivi di scansione e negli alimentatori), nei sistemi di accensione dei motori a combustione interna, nelle apparecchiature a impulsi, ecc.
Una delle classi più comuni di transistor di potenza è costituita dai dispositivi ad alta frequenza (RF) ad alta potenza. In base alle loro proprietà di frequenza, i transistor sono suddivisi in bassa frequenza (con una frequenza di taglio del coefficiente di trasferimento di corrente fino a 3 MHz), alta frequenza (con una frequenza di taglio fino a 300 MHz) e microonde (con una frequenza di taglio superiore a 300 MHz). I transistor di potenza sono considerati dispositivi in cui la potenza di dissipazione consentita supera 1 W. In questo caso, a volte i transistor con una potenza di dissipazione da 1 a 10 W sono chiamati transistor di media potenza e con una potenza di dissipazione maggiore - transistor ad alta potenza.
La principale area di applicazione dei transistor RF ad alta potenza è l'apparecchiatura di comunicazione. In questa apparecchiatura, i potenti transistor sono gli elementi principali degli stadi di amplificazione di uscita. Il loro compito è controllare stadi successivi più potenti o creare un potente segnale di uscita alimentato direttamente al dispositivo dell'antenna.
Quasi tutti i transistor RF ad alta potenza sono attualmente realizzati in silicio. La stragrande maggioranza dei tipi di transistor RF seriali in silicio ad alta potenza sono dispositivi bipolari, sebbene negli ultimi anni abbiano iniziato a essere creati anche transistor ad effetto di campo RF in silicio ad alta potenza. I transistor ad effetto di campo RF presentano una serie di vantaggi significativi rispetto ai dispositivi bipolari e un tempo si credeva che i dispositivi bipolari avrebbero dovuto lasciare completamente il posto ai transistor ad effetto di campo. Tuttavia, con la comparsa di sempre più nuovi tipi di transistor ad effetto di campo RF e bipolari ad alta potenza, si è riscontrato che, rispetto ai transistor bipolari RF, i dispositivi di campo presentano non solo vantaggi, ma anche svantaggi. Ciò consente di considerare che entrambe le direzioni si svilupperanno in futuro.
I transistor bipolari possono avere entrambi n-p-n , Così p-n-p struttura, tuttavia, le proprietà dei materiali semiconduttori iniziali e le peculiarità della tecnologia di produzione rendono necessario privilegiare i transistor con n-p-n struttura. Pertanto, i moderni transistor al silicio RF bipolari potenti sono quasi sempre n-p-n elettrodomestici.
Il libro discute i parametri, le caratteristiche delle strutture dei transistor e i metodi per la produzione di silicio bipolare n-p-n potenti transistor RF. Particolare attenzione è rivolta alle problematiche relative alla loro affidabilità. Ciò è dovuto a due circostanze. In primo luogo, la creazione di dispositivi della classe in esame è diventata possibile solo grazie alla rigorosa ottimizzazione della struttura del transistor e del design del transistor in termini di una serie di parametri. A questo proposito, non è quasi mai possibile deporre in questi dispositivi un margine significativo rispetto alle modalità di funzionamento limitanti. In secondo luogo, le condizioni operative dei dispositivi di questa classe sono piuttosto difficili. Quindi, ad esempio, nei dispositivi reali, esiste un'altissima probabilità di un disallineamento del carico a breve termine, ma molto significativo, che comporta il superamento dei valori consentiti di correnti o tensioni, o entrambi contemporaneamente. questo rende evidente l'importante ruolo svolto dai transistor RF ad alta potenza in relazione alla loro affidabilità.
A causa della somiglianza delle caratteristiche di due classi di dispositivi: RF ad alta potenza e transistor a microonde, le questioni discusse nel libro a volte si riferiscono non solo alla RF, ma anche ai dispositivi a microonde. Tuttavia, nello sviluppo, nella progettazione e nell'applicazione di transistor a microonde ad alta potenza, sorgono una serie di problemi specifici che non vengono considerati in questo libro.
Ci auguriamo che questo libro possa interessare sia gli sviluppatori di transistor che gli specialisti che li utilizzano in REE. I capitoli 1, 2 e 4 sono stati scritti da E. 3. Mazel, cap. 3 - I. I. Kaganova e A. I. Mirkin, cap. 5 - Yu V. Zavrazhnov. La redazione generale del libro è stata curata da E. Z. Mazel. Gli autori sono grati al Prof. Dr. Tech. Sci. Ya. A. Fedotov, che ha intrapreso il compito di rivedere il libro e ha fatto una serie di osservazioni preziose.
Pagina 2
Dalla considerazione dei requisiti per i parametri dei transistor ad alta frequenza ad alta potenza, si può vedere che il compito di creare tali dispositivi è associato alla fornitura simultanea di un'alta frequenza di taglio, bassa capacità del collettore, elevata dissipazione consentita potenza, bassa resistenza di saturazione e bassa resistenza termica.
Pertanto, il flusso di calore in un transistor ad alta frequenza ad alta potenza deve superare la resistenza della struttura multistrato per raggiungere il dissipatore di calore.
Negli amplificatori ad alta frequenza e nei moltiplicatori di frequenza vengono utilizzati potenti transistor ad alta frequenza. La maggior parte di questi transistor sono in silicio bipolare digitare p-r- n, multiemettitore, realizzato con tecnologia planare-epitassiale.
| Alloggiamento tipo TO-3. |
I design dei case progettati specificamente per transistor ad alta frequenza ad alta potenza saranno discussi nel Cap.
| Una famiglia di caratteristiche statiche di ingresso di un transistor in un circuito con una base comune.| Una famiglia di caratteristiche statiche iniziali di un transistor in un circuito con un emettitore comune.| Famiglia di uscita - [ IMAGE ] - 18. Famiglia di caratteristiche caratteristiche statiche di uscita di un transistor nel circuito di caratteristiche di un transistor con una base comune con parametri - in un circuito con una base comune dei relè dell'emettitore. con il parametro - tensione | Una famiglia di caratteristiche statiche di uscita di un transistor in un circuito con un emettitore comune con il parametro - corrente di base.| Una famiglia di caratteristiche statiche di uscita di un transistor in un circuito con un emettitore comune con il parametro - tensione di base. |
I metodi della tecnologia di diffusione vengono utilizzati anche per produrre transistor ad alta frequenza ad alta potenza.
Il fenomeno della ridistribuzione della corrente sull'area nei transistor ad alta frequenza ad alta potenza è stato studiato sperimentalmente. Vengono descritti metodi che consentono di rivelare tale instabilità interna della distribuzione corrente utilizzando misurazioni indirette.
Per aumentare la pendenza dei fronti nell'amplificatore di impulsi, possono essere utilizzati transistor ad alta frequenza relativamente potenti, con i quali è possibile ottenere una durata dei fronti degli impulsi dell'ordine di 15 - 2 microsecondi.
Va sottolineato ancora una volta che la suddetta considerazione delle capacità limitanti dei transistor ad alta frequenza ad alta potenza è solo una stima.
Nel § 7 - 1 si diceva che nei transistor ad alta frequenza ad alta potenza è necessario combinare un'elevata frequenza di taglio e una piccola capacità del collettore con una bassa resistenza di saturazione e un valore elevato di DRop. Una grande potenza di dissipazione ammissibile può essere garantita solo con un valore sufficientemente elevato della corrente o tensione massima di esercizio. Come verrà discusso in § 7 - 5, ci sono alcune considerazioni a favore del fatto che nei transistor ad alta frequenza ad alta potenza è consigliabile aumentare la corrente operativa e non la tensione.
Sebbene le caratteristiche di frequenza dei transistor con una struttura a strati siano ancora in qualche modo inferiori alle caratteristiche di alcuni altri tipi di transistor ad alta frequenza ad alta potenza, i campioni sperimentali di tali dispositivi possono già caricare 10–100 W a frequenze dell'ordine di 10– 100 MHz e fino a 800 W per 1 MHz.
Come risultato del lavoro sperimentale svolto, utilizzando l'esempio di due tipi di dispositivi, è stato dimostrato che nei transistor ad alta frequenza ad alta potenza con una potenza non superiore al massimo consentito, una netta ridistribuzione della corrente sull'area di la struttura a transistor è possibile.
I transistor di conversione sono interessanti in quanto possono essere utilizzati per ottenere strati di base sottili di ampia area, necessari per la produzione di transistor ad alta frequenza più potenti. Nei transistor di conversione, la giunzione emettitore di diffusione si forma a causa della diffusione inversa di un'impurità dal semiconduttore nel metallo dell'elettrodo emettitore. A tale scopo viene utilizzata una piastra di germanio (materiale di partenza) contenente sia impurezze donatrici che accettori. Come quest'ultimo viene utilizzato il rame che, quando la lega dell'emettitore viene fusa, si diffonde vigorosamente dal germanio nell'emettitore.
Valori sufficientemente piccoli di w possono essere ottenuti solo in transistor fabbricati mediante diffusione o crescita epitassiale; pertanto, solo tali dispositivi possono essere utilizzati come transistor ad alta frequenza ad alta potenza. Ottenere basi sottili nei transistor in lega è tecnologicamente molto difficile e, anche se fosse possibile ottenerle, l'uso di tali transistor sarebbe poco pratico a causa della bassa tensione di perforazione.
