パワーアンプ用リニアマイクロ波トランジスタ。参照データ

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パワーアンプ用リニアマイクロ波トランジスタ。参照データ

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REA とその要素ベースの現在の開発レベルでは、最大 5 kW の出力を持つ完全ソリッドステートの VHF FM およびテレビ送信機を作成することが可能です [1,2、XNUMX]。広帯域トランジスタアンプに基づく増幅経路には、真空管アンプと比較して多くの利点があります。ソリッドステート送信機は、信頼性が高く、電気的に安全で、使いやすく、製造が簡単です。

送信機のブロックモジュラー設計では、ブロックが交換されるまで電力が低下するだけで送信が継続されるため、端末の増幅器ブロックの 3 つに障害が発生しても放送が中断されることはありません。さらに、トランジスタアンプの広帯域パスでは、動作周波数帯域内の特定のチャネルに追加の調整を行う必要がありません [XNUMX]。

一般に、送信機の信頼性は、まず使用される能動部品の信頼性に依存すると考えられています。最新の高出力リニアマイクロ波トランジスタの使用のおかげで、その設計機能と製造技術により、故障までの時間が大幅に増加し、ソリッドステート送信機の信頼性を高めるという問題は根本的な解決策を得ました[4]。。

VHF FM および高出力テレビ送信機の技術的および経済的指標に対する要求の高まり、および高出力シリコンバイポーラトランジスタの作成分野における国内技術の達成レベルが、新しいクラスのデバイスの開発を刺激しました。 -パワーリニアマイクロ波トランジスタ。電子技術研究所 (ヴォロネジ) は、メートルおよびデシメートルの波長範囲で使用できる幅広い製品を開発および製造しています。

トランジスタは、高出力テレビおよびラジオ放送送信機、中継器、特に音声信号と画像信号を共同増幅するテレビ中継器、およびセルラー通信システムの基地局のマルチチャンネル信号増幅器で使用するために特別に設計されています [5] ]。これらのトランジスタは、伝達特性の線形性に対する極めて厳しい要件を満たしており、電力損失に余裕があり、その結果、信頼性が向上します。

構造的には、このようなトランジスタは金属セラミックのハウジングで作られています。それらの外観を図に示します。 1 (記事で言及されているすべてのトランジスタのハウジングが示されているわけではありません。欠落しているものは記事 [6] で確認できます)。トランジスタ構造の高い線形特性と周波数特性は、高精度のアイソプラナー技術の使用によって実現されます。拡散層にはサブミクロンの設計基準があります。エミッタトポロジ要素の幅は約 1,5 ミクロンで、周囲が非常に発達しています。

パワーアンプ用リニアマイクロ波トランジスタ

二次的な電気的および熱的破壊によって引き起こされる故障を排除するために、トランジスタ構造は二層エピタキシャルコレクタとエミッタ安定化抵抗を使用してシリコン結晶上に形成されます。また、トランジスタの長期信頼性は、金ベースの多層メタライゼーションの使用によるものです。

消費電力が 50 W を超えるリニアトランジスタ (KT9116A、KT9116B、KT9133A を除く) には、原則として、構造的に LC 入力整合回路が組み込まれており、内蔵回路に基づくマイクロアセンブリの形式で作られています。 MISコンデンサとワイヤーリード方式で。内部整合回路により、動作周波数帯域を拡張し、入力と出力の整合を簡素化し、周波数帯域内の電力ゲイン CUR も増加させることができます。

同時に、これらのトランジスタは「バランス」されています。これは、XNUMX つのフランジ上に XNUMX つの同一のトランジスタ構造が存在し、共通のエミッタによって結合されていることを意味します。この設計と技術的ソリューションにより、共通電極出力のインダクタンスを低減することが可能となり、周波数帯域の拡大とマッチングの簡素化にも役立ちます。

平衡型トランジスタがプッシュプルでオンになると、それらの中点の電位は理論的にはゼロに等しくなります。これは、人工的な「接地」の状態に対応します。これにより、同じ出力信号レベルでシングルエンドの出力複素インピーダンスと比較して出力複素インピーダンスが約 XNUMX 倍増加し、有効信号のスペクトル内の偶数高調波成分が効果的に抑制されます。

テレビ放送の品質は、まず第一に、電子経路の伝達特性がどの程度線形であるかに依存することはよく知られています。線形性の問題は、周波数スペクトル内に結合成分が出現するため、画像信号と音声信号を共同増幅するノードを設計する場合に特に深刻です。そこで、海外の専門家が提案した、国産トランジスタの伝達特性の線形性を３次結合成分の抑制の程度に基づいて評価するスリートーン法を採用した。

この方法は、画像搬送波周波数の信号レベル比が -8 dB である実際のテレビ信号の分析に基づいています。エンベロープのピークにおける出力パワーに対して、サイド周波数は -16 dB、キャリア周波数は -7 dB です。共同増幅用のトランジスタは、周波数とべき級数に応じて、MS の組み合わせコンポーネントの係数の値を、原則として -53...-60 dB 以下にする必要があります。

組み合わせ成分の抑制を厳密に規制して検討されているクラスのマイクロ波トランジスタは、海外ではスーパーリニアトランジスタと呼ばれています[7]。このような高レベルの線形性は、通常、伝達特性の最大モード線形化が実行できるクラス A モードでのみ実現されることに注意してください。

（クリックして拡大）

表からわかるように、メーター範囲には、ピーク出力電力 Pvmkh.peak がそれぞれ 9116、91166、9133 W である KT9173A、KT5,15、KT30A、および KT50A デバイスで代表される多数のトランジスタがあります。デシメートル波長範囲では、このような範囲は、RVV983X,PIK が 983、983、9150、および 1 W に等しいデバイス KT0,5A、KT1,3,5B、KT8V、KT25A、および POZ によって表されます。

スーパーリニアトランジスタは、通常、テレビ中継器のジョイントアンプ (クラス A モード) および最大 100 W の電力の送信機のパワーアンプモジュールで使用されます。

ただし、高出力送信機の出力段には、有利なエネルギーモードで動作するときに線形ダイナミックレンジの上限に必要なレベルを提供する、より強力なトランジスタが必要です。クラス AB モードで個別の増幅を使用することにより、高信号レベルで許容可能な非線形歪みを得ることができます。

トランジスタの熱物理的動作条件とシングルトーン信号の線形性形成の特性の分析に基づいて、一連のマイクロ波トランジスタがABクラスの動作モード用に特別に開発されました。外国の方法によるこれらのデバイスの特性の線形性は、シングルトーン信号のパワーに基づくゲイン係数の圧縮（圧縮）レベル（圧縮係数Kszhまたはその他）によって評価され、出力電力は次のように決定されます。ある正規化されたクシュ。

クラス AB モードのメーター波長範囲で使用するために、出力電力 9151 W の KT200A トランジスタと出力電力 9174 W の KT300A トランジスタがあります。デシメートル範囲用に、出力電力 2 ～ 9155 W のトランジスタ 9142T2A、KT9155A、9152T2B、KT9155A、9182T15V、KT150A が開発されました。

100 Wの出力で画像信号と音声信号を組み合わせた増幅を備えたデシメートル範囲のモジュール式ソリッドステート送信機を作成できる可能性が、NECの専門家によって初めて実証されました[8]。その後、家庭用の高出力マイクロ波トランジスタを使用して同様の送信機が作成されました 12、9]。特に、[9] では、クラス A モードで 9151 ワットの結合増幅モジュールを作成する際に、高出力トランジスタ KT9152A および KT3A の使用範囲を拡大するための独自の研究が記載されており、このモードでは、クラス AB モードでの公称値の 4.. .XNUMX 倍の電力を十分に活用せずに組み合わせコンポーネントを抑制します。

ノボシビルスク州立工科大学の専門家は、独立した増幅を備えたテレビの電力増幅器モジュールにおける国産の高出力マイクロ波トランジスタの使用に関する研究を実施した。

図では、図 2 に、ピーク出力電力 1 W のテレビチャンネル 5 ～ 250 用の画像信号電力増幅器のブロック図を示します。アンプは映像信号と音声信号を別々に増幅する回路に従って設計されています。チャンネル 6 ～ 12 のアンプは、必要なゲインを得るためにクラス A モードで動作する KT9116A トランジスタに中間段を追加した同様の回路に従って作成されます。

パワーアンプ用リニアマイクロ波トランジスタ

出力段では、KT9151A トランジスタが AB 級で動作します。バランスプッシュプル回路に従って組み立てられています。これにより、「フィーダエコー」がまったくなく、偶数高調波成分のレベルが -35 dB 以下の非常に単純な整合回路で定格出力電力を得ることができます。アンプの振幅特性の非線形性は、各段の動作点のシフトを選択することと、エキサイタービデオ変調器の非線形性を調整することによって、小信号に対して確立されます。

テレビチャンネル 21 ～ 60 のパワーアンプのブロック図を図に示します。 3. アンプの出力段もバランスド・プッシュプル回路となっています。

パワーアンプ用リニアマイクロ波トランジスタ

広帯域のマッチングと非対称負荷から対称負荷への移行を確保するために、チャンネル 6 ～ 12、21 ～ 60 のアンプの出力段で補正回路として XNUMX リンクローパスフィルターが使用されます。整合回路の最初のリンクのインダクタンスは、プリント回路基板の一般的なトポロジの要素上のストリップマイクロラインのセクションの形式で実装されます。 XNUMX 番目のリンクのコイルは、トランジスタのベースの端子です。

これらのアンプの構造は図に対応します。増幅段の入力での電力の分割と出力での加算、および入力と出力の標準負荷とのマッチングは、2 dB 方向性結合器を使用して実行されます。構造的には、各カプラーはシールドケース内に配置されたフレーム上のバイファイラー巻線 (3/XNUMX 波長線路) の形で作られています。

したがって、最新の家庭用リニアマイクロ波トランジスタを使用すると、最大 250 W の強力なテレビ増幅器モジュールを作成することができます。このようなモジュールのバッテリーを使用すると、アンテナと給電経路に供給される出力電力を 2 kW に増やすことができます。開発されたアンプは送信機の一部として、電気特性と信頼性に関する現代の要件をすべて満たしています。

強力な線形マイクロ波トランジスタは、最近、セルラー通信システムの基地局用の電力増幅器の構築に広く使用され始めています。

技術レベルの点では、NIIET が開発した高出力マイクロ波線形トランジスタは、現代のラジオ放送、テレビ、その他の国家経済機器やアマチュア無線機器を作成するための要素ベースとして使用できます。

文学

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著者: A.Assessors、V.Assessors、V.Kozhevnikov、S.Matveev、Voronezh

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