Cтраница 2
Из проведенного рассмотрения требовании к параметрам мощных высокочастотных транзисторов видно, что задача создания подобных приборов связана с одновременным обеспечением высокой граничной частоты, малой емкости коллектора, большой допустимой мощности рассеяния, малого сопротивления насыщения и малого теплового сопротивления.
В обычных источниках питания изменения напряжения и гальваническая развязка выполнялись на стальном сердечниковом трансформаторе, работающем на частоте 50 Гц, твердотельном выпрямителе и на линейном стабилизаторе напряжения. Однако эффективность этой системы очень низкая, огромное количество энергии преобразуется в трансформатор, диод и аналоговый термостабилизатор. Стабилизация выходной мощности достигается за счет изменения ширины импульса на постоянных частотах или путем включения манипуляции с определенными интервалами в зависимости от мгновенной нагрузки схемы.
Таким образом, тепловой поток в мощном высокочастотном транзисторе, чтобы попасть на теплоотвод, должен преодолеть сопротивление многослойной структуры.
В высокочастотных усилителях и умножителях частоты применяются мощные высокочастотные транзисторы. Большинство таких транзисторов - биполярные кремниевые типа п-р - п, многоэмиттерные, изготовленные по планарно-эпитаксиальной технологии.
Низкий вес, уменьшенный объем, улучшенная производительность. Низкие конденсаторы емкостного фильтра для высоких частот переключения. Не слышны прерывания, вызванные тем, что частота подключения выходит за пределы слышимого диапазона. Простое управление различными выходами напряжения. Простота настройки больших сетевых напряжений.
Тем не менее, эти преимущества уменьшаются нежелательным более сильным высокочастотным излучением, а также меньшими коэффициентами реагирования с возможными изменениями нагрузки. Как производитель индуктивных компонентов мы можем доставлять правильные индуктивные компоненты всем источникам питания общего режима, таким как.
| Корпус типа ТО-3. |
Конструкции корпусов, которые разработаны специально для мощных высокочастотных транзисторов, будут рассмотрены в гл.
| Семейство входных статических характеристик транзистора в схеме с общей базой.| Семейство иходных статических характеристик транзистора в схеме с общим эмиттером.| Семейство выход - [ IMAGE ] - 18. Семейство вы-ных статических характери - ходных статических ха-стик транзистора в схеме рактеристик транзистора с общей базой при парамет - в схеме с общей базой ре - ток эмиттера. при параметре - напря.| Семейство выходных статических характеристик транзистора в схеме с общим эмиттером при параметре - ток базы.| Семейство выходных статических характеристик транзистора в схеме с общим эмиттером при параметре - напряжение базы. |
Методы диффузионной технологии используются также для изготовления мощных высокочастотных транзисторов.
В зависимости от требуемой выходной мощности используются различные типы источников питания. Преимущества различных типов трансформаторов заключаются в следующем. На приведенной ниже диаграмме показаны основные формы сигналов и напряжения для трансформатора обратного хода.
Дивайи ведет себя как энергия. Чтобы получить гальваническое разделение между входным и выходным цепями, резонатор заменяется трансформатором. Этот элемент используется в качестве промежуточного хранилища энергии, поэтому схема нагрузки может использовать энергию, хранящуюся в трансформаторе, и нет прямой нагрузки на источник питания.
Экспериментально исследовано явление перераспределения тока по площади в мощных высокочастотных транзисторах. Описаны методы, позволяющие с помощью косвенных измерений выявить подобную внутреннюю неустойчивость токораспределения.
Для увеличения крутизны фронтов в усилителе импульсов можно применять сравнительно мощные высокочастотные транзисторы, с которыми можно получить длительность фронтов импульсов порядка 1 5 - 2 мксек.
Условием для хранения энергии является то, что сердечник трансформатора имеет воздушный сердечник в средней колонне или изолирующий зазор между двумя концами сердечника с использованием воздушного зазора в среднем столбце сердечника для обеспечения лучшего распределения между обмотками.
На следующем рисунке показана базовая конфигурация прямого трансформатора. На этом этапе энергия одновременно переносится в дроссель и на нагрузку. Когда ключ открывается, магнитное поле клапана прекращается. Полярность дросселя вращается, в результате чего диод открывается. Мощность от дросселя подается от диода к конденсатору и нагрузке. Поскольку передача энергии в систему вывода также выполняется, когда ключ закрыт, тип этого трансформатора называется вперед.
Следует еще раз подчеркнуть, что проведенное рассмотрение предельных возможностей мощных высокочастотных транзисторов носит лишь оценочный характер.
В § 7 - 1 было сказано, что в мощных высокочастотных транзисторах требуется сочетать высокую граничную частоту и малую емкость коллектора с малым сопротивлением насыщения и большой величиной ЯДОп. Большая допустимая мощность рассеяния может быть обеспечена только при достаточно большой величине максимального рабочего тока или напряжения. Как будет рассмотрено в § 7 - 5, имеются определенные соображения в пользу того, что в мощных высокочастотных транзисторах целесообразно увеличивать рабочий ток, а не напряжение.
Аналогично трансформаторам обратного хода энергия в этом типе источника питания, хранящаяся в дросселе, может быть изменена с помощью разных времен переключения. На приведенной ниже диаграмме показан обширный источник питания с трансформатором для разделения и переключения сетевого напряжения. При использовании сердечника без воздушного зазора между первичной и вторичной катушками поддерживается постоянная магнитная связь. Диод открывается, изменяя полярность емкости для хранения энергии. По сравнению с пролетными и передними трансформаторами эта конфигурация дает возможность работать с полным гистерезисом.
Хотя частотные характеристики транзисторов со слоистой структурой пока несколько уступают характеристикам некоторых других типов мощных высокочастотных транзисторов, экспериментальные образцы подобных приборов уже могут дать в нагрузку 10 - 100 вт на частотах порядка 10 - 100 Мгц и до 800 вт на 1 Мгц.
В результате проделанной экспериментальной работы на примере двух типов приборов показано, что в мощных высокочастотных транзисторах при мощности, не, превышающей максимально допустимой, возможно резкое перераспределние тока по площади структуры транзистора.
Благодаря биполярной системе можно получить вдвое больше энергии при одном и том же размере ядра. С тех пор в ряде приложений растет интерес к таким функциям, что неудивительно, учитывая его очень хорошие свойства по сравнению с обычными диодами и кремниевыми транзисторами. В результате потери электропроводности и коммутации в полупроводниковых компонентах значительно ниже. Благодаря этому дизайнеры силовой электроники, в том числе инверторы, открывают новые возможности. для повышения энергоэффективности проектируемых схем, а также для увеличения частоты переключения транзисторов.
Конверсионные транзисторы интересны тем, что в них могут быть получены тонкие базовые слои большой площади, необходимые для изготовления более мощных высокочастотных транзисторов. В конверсионных транзисторах диффузионный эмиттерный переход образуется за счет обратной диффузии примеси из полупроводника в металл эмиттерного электрода. Для этой цели служит пластинка германия (исходный материал), содержащая одновременно донорные и акцепторные примеси. В качестве последней применяется медь, которая при вплавлении эмиттерного сплава энергично диффундирует из германия в эмиттер.
Таким образом, можно ограничить размеры пассивных компонентов, которые являются незаменимыми компонентами преобразовательных систем. Благодаря высокой частоте полупроводниковых компонентов, присутствующих в преобразователе напряжения, было достигнуто значительное уменьшение размеров и массы выходных фильтров и входного конденсатора. Ожидаемые потери мощности также переходят на небольшие размеры радиатора.
Уменьшение указанных параметров уменьшает размеры устройства, которое достигает высокой плотности плотности мощности. Фото прототипа двухуровневого трехфазного инвертора напряжения с полупроводниковыми элементами из карбида кремния. Лабораторные исследования Прототип инвертора был подвергнут серии испытаний с источником питания постоянного тока и резистивной нагрузкой. Были протестированы два метода модуляции: синусоидальный с добавлением третьей гармоники и прерывистой модуляцией, который заключается в непереключении фазы с наивысшей абсолютной величиной выходного тока.
Достаточно малые величины w могут быть получены только в транзисторах, изготовленных с помощью диффузии или эпитаксиального выращивания, поэтому в качестве мощных высокочастотных транзисторов могут использоваться только такие приборы. Получение тонких баз в сплавных транзисторах технологически весьма сложно, да и если бы их можно было получить, то использование таких транзисторов было бы нецелесообразно из-за низкого напряжения прокола.
Система характеризуется достаточно высокой энергоэффективностью, что подтверждается измерениями, выполненными прецизионным анализатором мощности, показанным на рисунке. В этих условиях качество выходного сигнала и тока аналогично, как показано на рисунке.
По-видимому, пропорциональное увеличение частоты переключения транзисторов будет также получено для систем с более высокими номинальными токами, построенными с использованием силовых модулей. В результате в силовой цепи генерируются высокочастотные колебания, которые заставляют высвобождать процесс переключения, что приводит к неполному использованию потенциала новых полупроводниковых структур. Поэтому необходимо использовать инновационные решения для расширения корпусов и методов комбинирования полупроводниковых структур в модулях, характеризующихся все более низкими паразитными индуктивностями внутренних проводов.
Справочники радиолюбителя
Современный уровень развития РЭА и ее элементной базы позволяет в настоящее время создавать полностью твердотельные УКВ ЧМ и телевизионные передатчики с выходной мощностью до 5 кВт . Усилительные тракты на основе широкополосных транзисторных усилителей имеют ряд преимуществ по сравнению с ламповыми. Твердотельные передатчики более надежны, электробезопасны, удобны в эксплуатации и легче в производстве.
Также важно подчеркнуть конструкцию низкоиндуктивных силовых цепей и использование подходящих конденсаторов, также характеризующихся низкой индуктивностью. С другой стороны, в случае магнитных элементов следует обратить внимание на паразитную емкость обмоток, которая ухудшает характеристики систем при очень быстром изменении напряжений.
Мариуш Здановски Варшавский технологический университет Институт управления и промышленной электроники. Кроме того, неудивительно, что в реальном мире транзисторы также могут быть неисправными, и поэтому вам нужно что-то знать о проверке транзистора. Поэтому, чтобы прояснить эти вещи, в сегодняшней статье мы рассмотрим следующие темы.
При блочно-модульной конструкции передатчика отказ одного из блоков оконечного усилителя не приводит к срыву эфирного вещания, поскольку передача будет продолжаться до замены блока, только с пониженной мощностью. Кроме того, широкополосный тракт транзисторного усилителя не требует дополнительной настройки на конкретный канал в пределах рабочей полосы частот.
- Категории транзисторов.
- Прозрачные капсулы.
- Проверка транзисторов.
Транзисторы средней мощности. Существуют транзисторы, которые обычно. Все упомянутые до сих пор категории транзисторов также известны как универсальные транзисторы. Кроме того, есть более специальные категории, названные в соответствии с приложениями, для которых они были оптимизированы.
Принято считать, что надежность передатчика зависит, прежде всего, от надежности применяемых активных компонентов. Благодаря применению современных мощных линейных СВЧ транзисторов, конструктивные особенности и технология изготовления которых обеспечивают существенное увеличение их времени наработки на отказ, вопрос повышения надежности твердотельных передатчиков получил принципиальное решение .
Они чаще всего используются в радиоэлектронике. Коммутируемые транзисторы. Существуют транзисторы, которые используются в качестве выключенного переключателя, т.е. в закрытом режиме работы. Для этой цели эти транзисторы оптимизированы таким образом, что переключение с закрытого на открытый режим может быть выполнено очень быстро. Основные применения этих типов транзисторов находятся в области логических схем и импульсных источников питания.
Аудио транзисторы. Существуют транзисторы с линейным усилением в рабочем диапазоне транзисторов. Другими словами, в случае аудио-транзисторов, независимо от того, насколько велики проходят через них токи, пропорциональность между размером входного сигнала и выходным сигналом очень хорошо сохраняется. Как следует из названия, аудио транзисторы являются транзисторами, используемыми в аудиоэлектронике.
Растущие требования к техникоэкономическим показателям УКВ ЧМ и телевизионных мощных передатчиков, а также достигнутый уровень отечественной технологии в области создания мощных кремниевых биполярных транзисторов стимулировали развитие нового класса приборов - мощных линейных СВЧ транзисторов. НИИ электронной техники (г. Воронеж) разработал и выпускает их широкую номенклатуру для применения в метровом и дециметровом диапазонах волн.
Теоретически выходной сигнал транзистора должен «прослушивать» только его входной сигнал. В действительности, однако, по причинам технологии изготовления, сигналы, отличные от тех, которые диктуются входным сигналом, перекрываются с выходным сигналом. Эти паразитные сигналы называются «шумом транзистора».
Как вы подозреваете, вы уже догадались, малошумящие транзисторы имеют очень низкие значения этого «шума». В дополнение к вышеупомянутым категориям транзисторов вы также хотели бы знать, что. Крышка транзистора представляет собой форму, при которой компоненты транзистора монтируются и упаковываются. Другими словами, капсула предназначена для транзистора, что соответствует ТВ для его компонентов. Помимо защитной роли, транзисторные капсулы содержат некоторые металлические клеммы, которые, как известно, имеют легкий доступ к различным участкам транзистора.
Транзисторы специально рассчитаны на использование в мощных телевизионных и радиовещательных передатчиках, ретрансляторах, в частности, в телевизионных ретрансляторах с совместным усилением сигналов звука и изображения, а также в усилителях многоканального сигнала базовых станций сотовой системы связи . Эти транзисторы отвечают чрезвычайно жестким требованиям к линейности передаточной характеристики, имеют запас по рассеиваемой мощности и, как следствие, повышенную надежность.
Без существования этих контактов, считая, что транзисторы, как правило, очень малы, было бы чрезвычайно сложно соединить их с электрической схемой. Типы капсул, показанные ниже, используются для упаковки как биполярных, так и полевых транзисторов. Конфигурация контактов следующая.
Эта металлическая область всегда соединена с контактом 2; шпилька. . Хотя это выглядит как симметричная капсула, если вы внимательно посмотрите на правую сторону смежного фигуры, вы увидите, что два штифта ближе к верхнему краю, чем к нижнему краю. Эта асимметрия намеренно вводится производителем, чтобы помочь вам не путать контакт 1 с контактом 3 или наоборот. При этом конфигурация штыря выглядит следующим образом.
Конструктивно такие транзисторы выполнены в металло-керамических корпусах. Их внешний вид изображен на рис. 1 (показаны корпусы не всех упоминаемых в статье транзисторов; недостающие можно увидеть в статье ). Высокие линейные и частотные свойства транзисторных структур реализованы благодаря применению прецизионной изопланарной технологии. Диффузионные слои имеют субмикронную проектную норму. Ширина эмиттерных элементов топологии - около 1,5 мкм при чрезвычайно развитом их периметре.
Как вы видели в предыдущей статье, просто зная типы капсул, вы не всегда можете быть уверены в том, что сосна является эмиттером, который является основой и т.д. поэтому перед установкой транзисторов в схему разумно искать свою сеть и видеть, какая конфигурация контактов, какие транзисторы и т.д. но если вы не можете найти требуемые таблицы данных, то проверка транзисторов с помощью счетчика может дать вам достаточно информации, чтобы поместить эти транзисторы в работу. Конечно, проверка транзисторов также помогает выяснить, какие транзисторы неисправны, а какие нет.
В целях устранения отказов, вызванных вторичным электрическим и тепловым пробоем, транзисторную структуру формируют на кремниевом кристалле с двуслойным эпитаксиальным коллектором и использованием эмиттерных стабилизирующих резисторов. Долговременной надежностью транзисторы обязаны также применению многослойной металлизации на основе золота.
Линейные транзисторы с рассеиваемой мощностью более 50 Вт (за исключением КТ9116А, КТ9116Б, КТ9133А), как правило, имеют конструктивно встроенную LC-цепь согласования по входу, выполненную в виде микросборки на основе встроенного МДП-конденсатора и системы проволочных выводов. Внутренние цепи согласования позволяют расширить рабочую частотную полосу, упростить согласование по входу и выходу, а также повысить коэффициент усиления по мощности Кур в частотной полосе.
Вместе с тем эти транзисторы являются "балансными", что означает наличие на одном фланце двух идентичных транзисторных структур, объединенных общим эмиттером. Такое конструктивно-техническое решение позволяет уменьшить индуктивность вывода общего электрода и также способствует расширению частотной полосы и упрощению согласования.
При двухтактном включении балансных транзисторов потенциал их средней точки теоретически равен нулю, что соответствует условию искусственной "земли". Такое включение реально обеспечивает примерно четырехкратное увеличение выходного комплексного сопротивления по сравнению с однотактным при одинаковом уровне выходного сигнала и эффективное подавление четных гармонических составляющих в спектре полезного сигнала.
Хорошо известно, что качество телевизионного вещания, прежде всего, зависит от того, насколько линейна передаточная характеристика электронного тракта. Особенно остро вопрос линейности стоит при проектировании узлов совместного усиления сигналов изображения и звука ввиду появления в частотном спектре комбинационных составляющих. Поэтому был принят предложенный зарубежными специалистами трехтоновый метод оценки линейности передаточной характеристики отечественных транзисторов по уровню подавления комбинационной составляющей третьего порядка.
Метод основан на анализе реального телевизионного сигнала при соотношении уровней сигналов несущей частоты изображения -8 дБ. боковой частоты -16 дБ и несущей частоты звукового сопровождения -7 дБ относительно отдаваемой мощности в пике огибающей. Транзисторы для совместного усиления в зависимости от частотного и мощностного ряда должны обеспечивать значение коэффициента комбинационных составляющих МЗ, как правило, не более -53...-60 дБ.
Рассматриваемый класс СВЧ транзисторов с жесткой регламентацией подавления комбинационных составляющих за рубежом получил название суперлинейных транзисторов . Следует отметить, что столь высокий уровень линейности обычно реализуем только в режиме класса А, где можно максимально провести режимную линеаризацию передаточной характеристики.
В метровом диапазоне, как видно из таблицы, имеется ряд транзисторов, представленный приборами КТ9116А, КТ91166, КТ9133А и КТ9173А с выходной пиковой мощностью Рвмх.пик соответственно 5,15, 30 и 50 Вт. В дециметровом диапазоне волн такой ряд представлен приборами КТ983А, КТ983Б, КТ983В, КТ9150Аи ПОЗ с РВВ1Х,ПИК, равной 0,5, 1,3,5, 8 и 25 Вт.
Суперлинейиые транзисторы обычно применяют в совместных усилителях (в режиме класса А) телевизионных ретрансляторов и модулях усилителей мощности передатчиков мощностью до 100 Вт.
Однако для выходных ступеней мощных передатчиков нужны более мощные транзисторы, обеспечивающие необходимый уровень верхней границы линейного динамического диапазона при работе в выгодном энергетическом режиме. Приемлемые нелинейные искажения на большом уровне сигнала могут быть получены применением раздельного усиления в режиме класса АВ.
Исходя из анализа теплофизических условий работы транзистора и особенностей формирования линейности однотонового сигнала, была специально разработана серия СВЧ транзисторов для режима работы в классе АВ. Линейность характеристики этих приборов по зарубежной методике оценивают по уровню компрессии (сжатия) коэффициента усиления по мощности однотонового сигнала - коэффициенту сжатия Ксж или иначе - определяют выходную мощность при некотором нормированном Ксж.
Для применения в метровом диапазоне волн в режиме класса АВ теперь есть транзисторы КТ9151А с выходной мощностью 200 Вт и транзисторы КТ9174А - 300 Вт. Для дециметрового диапазона разработаны транзисторы 2Т9155А, КТ9142А, 2Т9155Б, КТ9152А, 2Т9155В, КТ9182А с выходной мощностью от 15 до 150 Вт.
Впервые возможность создания модульных твердотельных передатчиков в дециметровом диапазоне с совместным усилением сигналов изображения и звукового сопровождения мощностью 100 Вт была продемонстрирована специалистами фирмы NEC . Позднее и на отечественных мощных СВЧ транзисторах были созданы аналогичные передатчики 12, 9]. В частности, в рассказано об оригинальных исследованиях по расширению области использования мощных транзисторов КТ9151А и КТ9152А при создании стоваттных модулей совместного усиления в режиме класса А. Показано, что в этом режиме возможно обеспечивать подавление комбинационных составляющих при недоиспользовании их мощности в 3...4 раза от номинальной в режиме класса АВ.
Специалистами Новосибирского государственного технического университета проведены исследования по применению отечественных мощных СВЧ транзисторов в модулях телевизионных усилителей мощности с раздельным усилением.
На рис. 2 представлена структурная схема усилителя мощности сигнала изображения для телевизионных каналов 1 - 5 с выходной пиковой мощностью 250 Вт. Усилитель выполнен по схеме раздельного усиления сигналов изображения и звука. Для каналов 6 - 12 усилитель выполняют по аналогичной схеме с добавлением промежуточной ступени на транзисторе КТ9116А, работающем в режиме класса А, для получения требуемого коэффициента усиления.
В выходной ступени транзисторы КТ9151А работают в классе АВ. Она собрана по балансно-двухтактной схеме. Это позволяет получить номинальную выходную мощность с довольно простыми согласующими цепями при полном отсутствии "фидерного эха" и уровне четных гармонических составляющих не более -35 дБ. Нелинейность амплитудной характеристики усилителя устанавливают при малом сигнале подборкой смещения рабочей точки в каждой ступени, а также корректировкой нелинейности в видеомодуляторе возбудителя.
Структурная схема усилителя мощности для телевизионных каналов 21 - 60 изображена на рис. 3. Выходная ступень усилителя выполнена также по балансно-двухтактной схеме.
Для обеспечения широкополосного согласования и перехода от несимметричной к симметричной нагрузке в выходных ступенях усилителей каналов 6 - 12 , 21 - 60 применен в качестве корректирующей цепи двухзвенный ФНЧ. Индуктивность первого звена согласующей цепи реализована в виде участков полосковых микролиний на элементах общей топологии печатной платы. Катушками второго звена служат выводы базы транзисторов.
Структура этих усилителей соответствует рис. 2 и 3. Разделение мощности на входе усилительных ступеней и ее сложение на их выходе, а также согласование входов и выходов со стандартной нагрузкой выполнено с помощью трехдецибельных направленных ответвителеи. Конструктивно каждый ответвитель выполнен в виде бифилярных обмоток (четвертьволновых линий) на каркасе, помещенном в экранирующий кожух.
Таким образом, современные отечественные линейные СВЧ транзисторы позволяют создавать мощные - до 250 Вт - модули телевизионных усилителей. Используя батареи таких модулей, можно доводить выходную мощность, отдаваемую в антенно-фидерный тракт, до 2 кВт. В составе передатчиков разработанные усилители отвечают всем современным требованиям на электрические характеристики и надежность.
Мощные линейные СВЧ транзисторы в последнее время начинают широко применять также и при построении усилителей мощности базовых станций сотовой системы связи.
По своему техническому уровню разработанные НИИЭТ мощные СВЧ линейные транзисторы могут быть использованы в качестве элементной базы для создания современной радиовещательной, телевизионной и другой народнохозяйственной и радиолюбительской аппаратуры.
Материал подготовили
А. Асессоров,В. Асессоров, В. Кожевников, С. Матвеев г. Воронеж
ЛИТЕРАТУРА
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. Асессоров В., Кожевников в., Косой А. Научный поиск российских инженеров. Тенденция развития мощных СВЧ транзисторов - Радио, 1994, № 6, с. 2,3.
3. Широкополосные радиопередающие устройства. Под ред. Алексеева 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. Асессоров В., Кожевников В., Косой А. Тенденция развития мощных СВЧ транзисторов для применения в радиовещании, телевидении и средствах связи.
- Электронная промышленность. 1994. № 4, с. 76-80.
6. Асессоров В., Кожевников В.. Косой А. Новые транзисторы СВЧ. - Радио. 1996. № 5, с. 57. 58.
7. Миплер О. Суперлинейные мощные транзисторы дециметрового диапазона для проводного телевидения- ТИИЭР, 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., Никифоров В., Рыжиков А. Мощные транзисторные усилительные модули для УКВ ЧМ и ТВ вещания.- Электросвязь. 1996, № 3, с. 28-31.
