Мощные низковольтные СВЧ транзисторы для подвижных средств связи. Справочные данные

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Справочные материалы

 Комментарии к статье

Журнал "Радио" постоянно информирует своих читателей о новых разработках Воронежского НИИ электронной техники в области создания мощных СВЧ транзисторов для различных областей применения [1-3]. В этой статье мы знакомим специалистов и радиолюбителей с последними разработками группы СВЧ транзисторов КТ8197, КТ9189, КТ9192, 2Т9188А, КТ9109А, КТ9193 для подвижных средств связи с выходной мощностью от 0,5 до 20 Вт в диапазонах МВ и ДМВ. Ужесточение требований к функциональным и эксплуатационным параметрам современной аппаратуры средств связи предъявляет соответственно и более высокие требования к энергетическим параметрам мощных СВЧ транзисторов, их надежности, а также к конструктивному исполнению приборов.

Прежде всего необходимо иметь в виду, что возимые и носимые радиостанции питаются непосредственно от первичных источников. Для этой цели используют химические источники тока (малогабаритные батареи элементов или аккумуляторов) с напряжением, как правило, от 5 до 15 В. Пониженное напряжение питания накладывает ограничения на мощностные и усилительные свойства генераторного транзистора. Вместе с тем мощные низковольтные СВЧ транзисторы должны обладать высокими энергетическими параметрами (такими, как коэффициент усиления по мощности КуР и коэффициент полезного действия коллекторной цепи ηК) во всем рабочем частотном диапазоне.

Учитывая тот факт, что выходная мощность генераторного транзистора пропорциональна квадрату напряжения основной гармоники на коллекторе, эффект снижения уровня его выходной мощности с уменьшением питающего коллекторного напряжения может быть конструктивным путем скомпенсирован соответствующим увеличением амплитуды тока полезного сигнала. Поэтому при проектировании низковольтных транзисторов в сочетании с решением комплекса конструкторско-технологических задач должны быть оптимально решены вопросы, связанные одновременно с проблемой уменьшения напряжения насыщения коллектор-эмиттер и увеличения плотности критического тока коллектора.

Работа низковольтных транзисторов в режиме с более высокими плотностями тока по сравнению с обычными генераторными транзисторами (предназначенными для использования при Uпит=28 В и выше) усугубляет проблему обеспечения долговременной надежности из-за необходимости подавления более интенсивного проявления деградационных механизмов в токоведущих элементах и контактных слоях металлизации транзисторной структуры. С этой целью в разработанных СВЧ низковольтных транзисторах применена многослойная высоконадежная система металлизации на основе золота.

Рассматриваемые в настоящей статье транзисторы спроектированы с учетом их основного применения в усилителях мощности в режиме класса С при включении по схеме с общим эмиттером. Вместе с тем допустима их работа в режиме классов А, В, и АВ под напряжением, отличном от номинального значения, при условии, что рабочая точка находится в пределах области безопасной работы и приняты меры, не допускающие входа в режим автогенерации.

Транзисторы работоспособны и при значении Uпит менее номинального. Но в этом случае значения электрических параметров могут отличаться от паспортных. Допускается работа транзисторов с токовой нагрузкой, соответствующей значению IК max, если максимально допустимая средняя рассеиваемая мощность коллектора в непрерывном динамическом режиме РК.ср max не превышает предельного значения.

Благодаря тому, что кристаллы транзисторных структур рассматриваемых приборов изготовлены по базовой технологии и имеют общие конструктивнотехнологические признаки, у всех транзисторов одинаковый уровень пробивного напряжения. В соответствии с ТУ на приборы область их применения ограничена значением максимально допустимого постоянного напряжения между эмиттером и базой UЭБmax < 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.

Основной концептуальной идеей, позволившей сделать еще один шаг в области создания мощных низковольтных транзисторов в миниатюрном исполнении, стала разработка новых оригинальных конструктивно-технологических решений при создании серий бескорпусных транзисторов КТ8197, КТ9189, КТ9192. Сущность идеи состоит в создании конструкции транзистора на основе керамического кристаллодержателя из окиси бериллия и ленточных металлизированных выводов на гибком носителе - полиимидной пленке.

Ленточный носитель со специальным фотолитографическим рисунком в виде выводной рамки служит единым проводящим элементом, на котором одновременно формируют контакт к многоячеистой транзисторной структуре и внешние выводы прибора. Все элементы внутренней ленточной арматуры герметизируют компаундом. Размеры основания металлизированного керамического держателя - 2,5x2,5 мм. Монтажная поверхность кристаллодержателя и выводы покрыты слоем золота. Вид и габариты транзистора представлены на рис. 1,а. Для сравнения заметим, что наиболее миниатюрные зарубежные транзисторы в металлокерамическом корпусе (например, CASE 249-05 фирмы Motorola) имеют круглое керамическое основание диаметром 7 мм.

Конструктивное исполнение транзисторов серий КТ8197, КТ9189, КТ9192 предусматривает их установку на печатную плату методом поверхностного монтажа. В соответствии с рекомендациями по применению этих транзисторов пайку внешних выводов необходимо производить при температуре 125...180°С в течение не более 5 с.

Благодаря реализации запасов по электрическим и теплофизическим параметрам удалось существенно расширить область потребительских функций бескорпусных СВЧ транзисторов. В частности, для транзисторов серии КТ8197 с номинальным значением напряжения Uпит=7,5 В и серий КТ9189, КТ9192 (12,5 В) граница области безопасной работы в динамическом режиме расширена до Uпит max=15 В. Увеличение питающего напряжения относительно номинального значения позволяет поднять уровень выходной мощности портативного передатчика и соответственно увеличить дальность радиосвязи. Транзисторы способны работать без снижения рассеиваемой мощности в непрерывном динамическом режиме во всем рабочем температурном интервале.

В целом, при разработке этих транзисторов принципиальным образом, были решены вопросы не только миниатюризации, но и снижения стоимости. В результате транзисторы оказались примерно в пять раз дешевле зарубежных аналогичного класса в металлокерамическом корпусе. Разработанные миниатюрные СВЧ транзисторы могут найти самое широкое применение как при традиционном использовании в виде дискретных компонентов, так и в составе гибридных микросхемных усилителей ВЧ мощности. Очевидно, что наиболее эффективно их применение в носимых портативных радиостанциях.

Выходные ступени мобильных передатчиков обычно питают непосредственно от автомобильной аккумуляторной батареи. Транзисторы для выходных ступеней рассчитаны на номинальное напряжение питания Uпит=12,5 В. Параметрические ряды транзисторов для каждого связного диапазона построены с учетом обеспечения разрешенного максимального уровня выходной мощности для возимых передатчиков Рвых=20 Вт [4]. Разработка мощных низковольтных СВЧ транзисторов (с Рвых>10 Вт) сопряжена с более сложными конструкторскими задачами. Дополнительно здесь возникают проблемы сложения динамической мощности и отвода тепла от больших кристаллов СВЧ структур.

Топология кристалла мощных транзисторов имеет весьма развитую эмиттерную структуру, характеризующуюся малым импедансом. Для обеспечения требуемой частотной полосы, упрощения согласования и повышения коэффициента усиления по мощности в транзисторы встраивают LC-цепь внутреннего согласования по входу. Конструктивно LC-цепь выполнена в виде микросборки на основе МДП-конденсатора и системы проволочных выводов, выполняющих роль индуктивных элементов.

В развитие мощностного ряда ранее разработанных транзисторов серии 2Т9175 для применения в УКВ диапазоне [2] созданы транзисторы 2Т9188А (Рвых=10 Вт) и КТ9190А (20 Вт). Для диапазона ДМВ разработаны транзисторы КТ9193А (Рвых=10 Вт) и КТ9193Б (20 Вт). Транзисторы выполнены в стандартном корпусе КТ-83 (см. рис. 1,б).

Использование этого металлокерамического корпуса в свое время позволило создать высоконадежные транзисторы двойного назначения для РЭА с повышенными требованиями к внешним факторам и с возможностью эксплуатации в жестких климатических условиях. С целью обеспечения гарантированной надежности при температуре корпуса от +60°С применительно к транзисторам с выходной мощностью Рвых=10 Вт, а с Рвых=20 Вт - от +40 до +125°С максимально допустимую среднюю рассеиваемую мощность в непрерывном динамическом режиме необходимо линейно уменьшать в соответствии с формулой РК.ср max=(200-Ткорп)/RТ.п-к (где Ткорп - температура корпуса, °С; RТ.п-к - тепловое сопротивление перехода переход-корпус, °С/Вт).

В настоящее время в России создается федеральная сеть радиосвязи по стандарту NМT-450i (на частоте 450 МГц). Разработанная серия приборов КТ9189, 2Т9175, 2Т9188А, КТ9190А может практически полностью покрыть потребность в рассматриваемом секторе рынка аппаратуры на отечественной транзисторной элементной базе.

Кроме этого, уже начиная с 1995 г. в России разворачиваются федеральная сеть сотовой системы подвижной абонентной связи в рамках стандарта GSM (900 МГц) и сотовая система для региональной связи по американскому стандарту AMPS (800 МГц). Для создания указанных сотовых систем радиосвязи в ДМВ могут быть использованы малогабаритные транзисторы серии КТ9192 с выходной мощностью 0,5 и 2 Вт, а также серии КТ9193 с выходной мощностью 10 и 20 Вт.

Решение задачи миниатюризации аппаратуры и, соответственно, ее элементной базы коснулось не только носимых портативных радиопередатчиков. В ряде случаев и для возимой аппаратуры радиосвязи, а также аппаратуры специального назначения возникает потребность в уменьшении массо-габаритных показателей мощных СВЧ низковольтных транзисторов.

Для этих целей разработана модифицированная бесфланцевая конструкция корпуса на базе КТ-83 (рис. 1,в), в котором выпускают транзисторы 2Т9175А-4-2Т9175В-4, 2Т9188А-4, КТ9190А-4, КТ9193А-4, КТ9193Б-4. По электрическим характеристикам они аналогичны соответствующим транзисторам в стандартном конструктивном исполнении. Эти транзисторы монтируют низкотемпературной пайкой кристаллодержателя непосредственно к теплоотводу. Температура корпуса в процессе пайки не должна превышать +150°С, а суммарное время нагревания и пайки - 2 мин.

Основные технические характеристики рассматриваемых транзисторов представлены в табл. 1. Коэффициент полезного действия цепи коллектора всех транзисторов - 55%. Значения максимально допустимого постоянного тока коллектора соответствуют всему интервалу рабочей температуры.

Таблица 1

На рис. 2,а изображена полная схема транзисторов 2Т9188А, КТ9190А, а на рис. 2,б - транзисторов серий КТ8197, КТ9189, КТ9192, 2Т9175 (l - расстояние от границы пайки до клеевого шва герметизирующей крышки или герметизирующего покрытия кристаллодержателя. Это расстояние регламентировано в рекомендациях по применению СВЧ транзисторов в ТУ на них и обязательно учитывается при расчете реактивных элементов транзисторов). Параметры реактивных элементов, показанных на схемах, сведены в табл. 2. Эти параметры необходимы для расчета согласующих цепей усилительного тракта разрабатываемых устройств.

Разработка новой транзисторной элементной базы открывает широкую перспективу как создания современной профессиональной коммерческой, а также любительской аппаратуры радиосвязи, так и совершенствования уже разработанной с целью улучшения ее электрических параметров, снижения массы, габаритов и стоимости.

Таблица 2

Литература

1. Асессоров В., Кожевников В., Косой А. Научный поиск российских инженеров. Тенденция развития мощных СВЧ транзисторов. - Радио, 1994, № 6, с. 2, 3.
2. Асессоров В., Кожевников В., Косой А. Новые транзисторы СВЧ. - Радио, 1996, № 5, с. 57, 58.
3. Асессоров В., Асессоров А., Кожевников В., Матвеев С. Линейные СВЧ транзисторы для усилителей мощности. - Радио, 1998, № 3, с. 49-51.
4. Радиостанции с угловой модуляцией сухопутной подвижной службы. ГОСТ 12252-86 (СТ СЭВ 4280-83).

Авторы: В.Кожевников, В.Асессоров, А.Асессоров, В.Дикарев, г. Воронеж

Смотрите другие статьи раздела Справочные материалы.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Расставание действительно может причинять физическую боль 16.09.2026

Разрыв отношений с близким человеком способно вызывать настолько сильные переживания, что привычное выражение "разбитое сердце" иногда воспринимается почти буквально. Человек может испытывать тревогу, тоску и эмоциональное напряжение, сопровождающиеся вполне реальными телесными ощущениями. Исследования работы мозга показывают, что такая связь между эмоциональными и физическими страданиями может иметь вполне определенную нейробиологическую основу. Эксперимент, позволивший изучить этот вопрос, провела команда психолога Итана Кросса из Мичиганского университета. В исследовании участвовали 40 человек, недавно переживших расставание по инициативе партнера. Все добровольцы продолжали остро реагировать на произошедшее, что позволило исследователям изучить мозговую активность в период наиболее сильных переживаний. Во время эксперимента участников помещали в аппарат магнитно-резонансной томографии. Испытуемым поочередно показывали фотографию бывшего партнера и подвергали предплечье воздей ...>>

Научно доказана невозможность создания нейтринного лазера 16.09.2026

Лазер давно перестал быть исключительно лабораторной технологией: сегодня он используется в связи, медицине, промышленности и научных исследованиях. Поэтому физики периодически предлагают необычные варианты устройств, способных работать по аналогичным принципам, но с другими типами частиц. В 2025 году появилась идея создать лазер, формирующий направленный поток нейтрино. Однако последующий теоретический анализ показал, что привлекательная на первый взгляд концепция сталкивается не просто с техническими трудностями, а с фундаментальными законами квантовой физики. Первоначальную концепцию предложили профессор Массачусетского технологического института (MIT) Джо Формаджио (Joe Formaggio) и Бен Джонс (Ben Jones) из Техасского университета в Арлингтоне. Согласно их замыслу, облако радиоактивных атомов следовало охладить до сверхнизких температур порядка нанокельвинов - миллиардных долей кельвина. В таких условиях атомы могли бы сформировать Бозе - Эйнштейновский конденсат, особое квантов ...>>

Индекс нижнего белья раскрыл состояние швейцарских почв 15.09.2026

Почва кажется обычной частью окружающего нас ландшафта, однако под ее поверхностью существует сложная экосистема, от состояния которой напрямую зависит жизнь человека. Миллиарды микроорганизмов, черви, грибы и другие обитатели почвы перерабатывают органические вещества и участвуют в круговороте питательных элементов. Чтобы привлечь внимание общества к этой мало заметной проблеме, исследователи из Цюрихского университета придумали весьма необычный эксперимент: они закопали более 2000 пар хлопкового нижнего белья в садах, на лугах, полях и газонах по всей Швейцарии. Проект получил название "Доказательство в виде нижнего белья" и представлял собой не массовую шутку, а научный эксперимент, позволяющий наглядно оценить биологическую активность почвы. Исследователи помещали хлопковые изделия в землю, а примерно через два месяца извлекали их и сравнивали степень разрушения ткани. Некоторые образцы за это время практически исчезали, оставляя лишь отдельные фрагменты швов, тогда как на други ...>>

Случайная новость из Архива Революционный фототранзистор 08.11.2015 Исследователи обещают совершить прорыв в цифровой фотографии с помощью нового фототранзистора, опережающего все существующие разработки по каждому из параметров, включая чувствительность к свету и скорость работы. Исследователи из Висконсинского университета в Мадисоне, США, разработали самый быстрый и отзывчивый в мире гибкий фототранзистор. Работа была опубликована в журнале Advanced Optical Materials. По словам исследователей Чжэньцян Ма (Zhenqiang Ma) и Цзюн-Хунь Сео (Jung-Hun Seo), новый высокопроизводительный транзистор значительно превосходит транзисторы всех предыдущих поколений по каждому из параметров, включая время реакции и чувствительность. Важным свойством нового транзистора стал его небольшой размер, благодаря чему можно создавать более компактные устройства. Новый фототранзистор обладает высокой чувствительностью к свету и в то же время демонстрирует способность сильно сгибаться без возникновения деформации и нарушения работоспособности. Такие свойства никогда не были достигнуты одновременно, подчеркнул Ма. Другим важным свойством нового фототранзистора является его конструкция - свет попадает непосредственно на ультратонкую кремниевую мембрану, которая эффективно поглощает энергию света. Никакие дополнительные слои не препятствуют свету и не блокируют его, как в других фототранзисторах. При создании элемента изобретатели черпали вдохновение из глаза млекопитающего. Транзистор выполнен на гибкой основе и способен улавливать едва видимый свет, преобразуя его в электрические импульсы точно так же, как это делает глаз животного, которое хорошо видит в темноте. Металлический слой и электроды, находящиеся под ультратонкой кремниевой мембраной, играют роль отражателей, что позволяет увеличить коэффициент поглощения без применения внешних приспособлений для увеличения светового потока. Достижение способно значительно увеличить производительность ряда продуктов, таких как цифровые фото- и видеокамеры, детекторы дыма, очки ночного видения, системы видеонаблюдения и прочие продукты, работа которых основана на измерении силы света. Например, цифровые фотоаппараты, оснащенные матрицами с фототранзисторами нового типа, позволят делать более светлые фотографии в темных помещениях без использования вспышки и увеличения чувствительности ISO, что ведет к появлению шумов. Кроме того, меньшие габариты транзисторов позволят делать устройства компактнее и легче без компромиссов по качеству съемки.

Другие интересные новости:

▪ Комплект разработки интерфейса камеры

▪ Флэш-память Nano Flash-100 от Toshiba

▪ Грибы смогут спасти человечество

▪ Дизель на кофейной гуще

▪ SHARP обновила линейку ЖК-телевизоров AQUOS 6 моделями

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Электромонтажные работы. Подборка статей

▪ статья А мне, что говорить не станут... Крылатое выражение

▪ статья Как работает ухо? Подробный ответ

▪ статья Работа на высокочастотных установках по изготовлению переплетных крышек. Типовая инструкция по охране труда

▪ статья Мотоциклетный охранный сигнализатор. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Угадывание одной из 16 карт. Секрет фокуса

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026