モバイル通信用の強力な低電圧マイクロ波トランジスタ。 参照データ

無線電子工学と電気工学の百科事典 / 参考資料

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Radio 誌は、さまざまな用途向けの高出力マイクロ波トランジスタの作成分野におけるヴォロネジ電子技術研究所の新たな開発について常に読者に知らせています [1-3]。 この記事では、専門家やアマチュア無線家に、MV および UHF 範囲で出力 8197 ～ 9189 W のモバイル通信用マイクロ波トランジスタ KT9192、KT2、KT9188、9109T9193A、KT0,5A、KT20 グループの最新開発について紹介します。 最新の通信機器の機能および動作パラメータに対する要件が厳しくなっているため、高出力マイクロ波トランジスタのエネルギーパラメータ、その信頼性、およびデバイスの設計に対する要求もそれに応じて高まっています。

まず第一に、ポータブルおよびポータブル無線局は一次電源から直接電力を供給されることに留意する必要があります。 この目的のために、通常 5 ～ 15 V の電圧を持つ化学電流源 (セルまたはバッテリーの小型バッテリー) が使用されます。供給電圧が低下すると、発電機トランジスタの電力と増幅特性に制限が課されます。 同時に、強力な低電圧マイクロ波トランジスタは、動作周波数範囲全体にわたって高いエネルギーパラメータ (電力利得 KuP やコレクタ回路効率 ηK など) を持たなければなりません。

発電機トランジスタの出力電力がコレクタの基本高調波電圧の二乗に比例するという事実を考慮すると、電源コレクタ電圧の低下に伴う出力電力レベルの低下の影響は、対応する電圧の増加によって積極的に補償できます。有効な信号電流の振幅。 したがって、一連の設計上および技術上の問題の解決と組み合わせて低電圧トランジスタを設計する場合、コレクタ・エミッタ間飽和電圧の低減と臨界コレクタ電流密度の増加という問題に同時に関連する問題を最適に解決する必要があります。

従来の発電機トランジスタ（Up = 28 V 以上での使用を目的）と比較して、より高い電流密度のモードで低電圧トランジスタを動作させると、より激しい電圧の発生を抑制する必要があるため、長期信頼性を確保するという問題がさらに悪化します。メタライゼーショントランジスタ構造の通電素子とコンタクト層の劣化メカニズム。 この目的のために、開発された低電圧マイクロ波トランジスタは、多層で信頼性の高い金ベースのメタライゼーション システムを使用しています。

この記事で説明するトランジスタは、エミッタ接地回路に接続された場合のクラス C モードのパワーアンプでの主な用途を考慮して設計されています。 同時に、動作点が安全動作領域内にあり、自己侵入防止措置が講じられている限り、定格値と異なる電圧下でのクラス A、B、AB のモードでの動作が許容されます。 -生成モード。

Up の値が公称値より小さい場合でも、トランジスタは動作します。 ただし、この場合、電気パラメータの値はパスポートの値と異なる可能性があります。 連続ダイナミックモードにおけるコレクタの最大許容平均消費電力 РК.ср max が制限値を超えない場合、IК max の値に対応する電流負荷でトランジスタを動作させることができます。

検討中のデバイスのトランジスタ構造の結晶は基本技術を使用して製造されており、共通の設計および技術的特徴を備えているため、すべてのトランジスタは同じレベルのブレークダウン電圧を備えています。 デバイスの仕様に従って、その適用範囲は、エミッタとベース間の最大許容直流電圧 UEBmax < 3 V、およびコレクタとエミッタ間の最大許容直流電圧 UKE max < 36 V によって制限されます。示された降伏電圧値は、動作温度範囲全体の環境に対して有効です。

小型設計で強力な低電圧トランジスタを作成する分野で新たな一歩を踏み出すことを可能にした主な概念的アイデアは、一連のパッケージ化されていないトランジスタ KT8197、KT9189、KT9192 を作成する際の新しいオリジナルの設計と技術ソリューションの開発でした。 このアイデアの本質は、酸化ベリリウムで作られたセラミック結晶ホルダーと、柔軟なキャリアであるポリイミドフィルム上の金属化テープリードに基づいてトランジスタ設計を作成することです。

リードフレームの形で特殊なフォトリソグラフィパターンを備えたテープキャリアは、マルチセルトランジスタ構造へのコンタクトとデバイスの外部端子が同時に形成される単一の導電要素として機能します。 内部ストリップ補強材のすべての要素はコンパウンドでシールされています。 金属化セラミックホルダーのベースの寸法は 2,5x2,5 mm です。 水晶ホルダーと端子の取り付け面には金の層がコーティングされています。 トランジスタの種類と寸法は図の通りです。 1、a. 比較のために、金属セラミック パッケージの最小の外国トランジスタ (たとえば、モトローラの CASE 249-05) は、直径 7 mm の円形セラミック ベースを備えていることに注意してください。

KT8197、KT9189、KT9192 シリーズのトランジスタは、表面実装方式を使用してプリント基板に実装できるように設計されています。 これらのトランジスタの使用に関する推奨事項に従って、外部端子のはんだ付けは 125 ～ 180 °C の温度で 5 秒以内に行う必要があります。

電気的および熱物理的パラメータのリザーブの実装のおかげで、パッケージレスマイクロ波トランジスタの消費者向け機能の範囲を大幅に拡大することができました。 特に、公称電圧値 Upit = 8197 V の KT7,5 シリーズおよび KT9189、KT9192 シリーズ (12,5 V) のトランジスタの場合、ダイナミック モードでの安全動作領域の境界は Upit max = 15 V まで拡張されます。公称値と比較して供給電圧を高くすることで、ポータブル送信機の出力電力レベルを上げることができ、それに応じて無線範囲を広げることができます。 トランジスタは、動作温度範囲全体にわたって連続動的モードで消費電力を低減することなく動作できます。

一般的に、これらのトランジスタを根本的に開発する際に、小型化だけでなくコスト削減の問題も解決されました。 その結果、このトランジスタは、金属セラミック筐体の同クラスの外国製トランジスタよりも約 XNUMX 倍安価であることが判明しました。 開発された小型マイクロ波トランジスタは、ディスクリート部​​品の形での従来の使用と、ハイブリッド超小型回路 RF パワーアンプの一部としての両方で最も幅広い用途が見出されます。 明らかに、最も効果的に使用されるのはウェアラブル携帯ラジオ局です。

モバイル送信機の出力段は通常、車両のバッテリーから直接電力を供給されます。 出力段のトランジスタは、定格電源電圧 Upit = 12,5 V 向けに設計されています。各接続範囲のパラメトリック直列トランジスタは、ポータブル送信機の許容最大出力レベル Pout = 20 W を考慮して構築されています [4]。 強力な低電圧マイクロ波トランジスタ (Pout > 10 W) の開発には、より複雑な設計問題が伴います。 さらに、動的電力を追加したり、マイクロ波構造の大きな結晶から熱を除去したりするという問題もあります。

パワー トランジスタの結晶トポロジは、低インピーダンスを特徴とする非常に発達したエミッタ構造を持っています。 必要な周波数帯域を確保し、マッチングを簡素化し、電力ゲインを高めるために、入力側の LC 内部マッチング回路がトランジスタに組み込まれています。 構造的には、LC 回路は、MIS コンデンサと誘導素子として機能するリード線システムに基づくマイクロアセンブリの形式で作成されます。

VHF 範囲で使用するために以前に開発された 2T9175 シリーズのトランジスタの電力範囲 [2] の開発において、トランジスタ 2T9188A (Pout = 10 W) および KT9190A (20 W) が作成されました。 UHF 範囲用に、トランジスタ KT9193A (Pout = 10 W) および KT9193B (20 W) が開発されました。 トランジスタは標準の KT-83 パッケージで製造されています (図 1、b を参照)。

この金属セラミックハウジングを一度に使用することで、外部要因に対する要件が増大し、過酷な気候条件でも動作する機能を備えた電子デバイス向けに、信頼性の高い多目的トランジスタを作成することが可能になりました。 出力電力 Pout = 60 W のトランジスタおよび Pout = 10 W - +20 ～ +40 °C のトランジスタに関して +​​125°C のハウジング温度で保証された信頼性を確保するには、最大許容平均電力損失連続ダイナミックモードでは、式 RK.sr max=(200-Tcorp)/RT.p-c に従って線形減少する必要があります (ここで、Tcorp はハウジング温度 °C、RT.p-c はジャンクションケースの熱抵抗です)遷移、°C/W)。

現在、ロシアでは、NMT-450i 標準 (周波数 450 MHz) に従って連邦無線通信ネットワークが構築されています。 開発された一連のデバイス KT9189、2T9175、2T9188A、KT9190A は、国内のトランジスタ素子に基づく機器の市場の検討分野のニーズをほぼ完全にカバーできます。

さらに、1995 年以来、セルラー移動加入者通信システムの連邦ネットワークが GSM 標準 (900 MHz) 内でロシアに展開され、地域通信用のセルラー システムはアメリカの AMPS 標準 (800 MHz) に準拠して展開されています。 これらのセルラー無線通信システムを UHF で構築するには、出力 9192 および 0,5 W の小型トランジスタ KT2 シリーズ、および出力 9193 および 10 W の KT20 シリーズを使用できます。

機器の小型化の問題に対する解決策、そしてそれに伴うその要素ベースは、ウェアラブル携帯無線送信機だけに影響を与えたわけではありません。 多くの場合、携帯無線通信機器や専用機器では、高出力マイクロ波低電圧トランジスタの重量と寸法を削減する必要があります。

これらの目的のために、KT-83 (図 1、c) に基づいて修正されたウェーハフリーのハウジング設計が開発されました。 KT2B-9175を生産します。 それらの電気特性は、標準設計の対応するトランジスタと同様です。 これらのトランジスタは、水晶ホルダーをヒートシンクに直接低温はんだ付けすることによって取り付けられます。 はんだ付けプロセス中の本体温度は +4°C を超えてはならず、加熱およびはんだ付けの合計時間は 2 分を超えてはなりません。

検討中のトランジスタの主な技術的特性を表に示します。 1. すべてのトランジスタのコレクタ回路の効率は 55% です。 最大許容直接コレクタ電流の値は、動作温度範囲全体に対応します。

表1

図では、 図２ａは、トランジスタ２Ｔ９１８８Ａ、ＫＴ９１９０Ａの完全な回路を示し、図２ａは、トランジスタ２Ｔ９１８８Ａ、ＫＴ９１９０Ａの完全な回路を示す。 2,b - KT2、KT9188、KT9190、2T8197 シリーズのトランジスタ (l - はんだ付け境界からシーリング キャップまたはクリスタル ホルダーのシーリング コーティングの接着継ぎ目までの距離。この距離は、使用に関する推奨事項で規制されています。マイクロ波トランジスタは技術仕様に記載されており、リアクタンス素子トランジスタを計算する際には必ず考慮されます)。 図に示されているリアクタンス要素のパラメータを表にまとめます。 9189. これらのパラメータは、開発中のデバイスの増幅経路の整合回路を計算するために必要です。

新しいトランジスタ素子ベースの開発は、現代のプロ用商用およびアマチュア無線通信機器の開発と、その電気的パラメータを改善し、重量、寸法、およびコストを削減するためにすでに開発されているものの改良の両方に幅広い展望を開きます。 。

表2

文学

1. Assesorov V.、Kozhevnikov V.、Kosoy A. ロシアの技術者の科学的調査。 高出力マイクロ波トランジスタの開発動向。 - ラジオ、1994 年、第 6 号、p. 2、3。
2. Assessorov V.、Kozhevnikov V.、Kosoy A. 新しいマイクロ波トランジスタ。 - ラジオ、1996 年、第 5 号、p. 57、58。
3. Assesorov V.、Assesorov A.、Kozhevnikov V.、Matveev S. パワーアンプ用のリニアマイクロ波トランジスタ。 - ラジオ、1998 年、第 3 号、p. 49-51。
4. 陸上移動サービスの角度変調無線局。 GOST 12252-86 (ST SEV 4280-83)。

著者: V.Kozhevnikov、V.Assessors、A.Assessors、V.Dikarev、Voronezh

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