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ENCICLOPEDIA DELLA RADIOELETTRONICA ED ELETTRICA Potenti transistor a microonde a bassa tensione per comunicazioni mobili. Dati di riferimento
Enciclopedia della radioelettronica e dell'elettrotecnica / materiali di riferimento La rivista Radio informa costantemente i suoi lettori sui nuovi sviluppi presso l'Istituto di ricerca di tecnologia elettronica di Voronezh nel campo della creazione di transistor a microonde ad alta potenza per varie applicazioni [1-3]. In questo articolo presentiamo specialisti e radioamatori agli ultimi sviluppi del gruppo di transistor a microonde KT8197, KT9189, KT9192, 2T9188A, KT9109A, KT9193 per comunicazioni mobili con una potenza di uscita da 0,5 a 20 W nelle gamme MV e UHF. I requisiti più severi per i parametri funzionali e operativi delle moderne apparecchiature di comunicazione pongono requisiti corrispondentemente più elevati sui parametri energetici dei transistor a microonde ad alta potenza, sulla loro affidabilità e sulla progettazione dei dispositivi. Innanzitutto è necessario tenere presente che le stazioni radio portatili e portatili sono alimentate direttamente da fonti primarie. A tale scopo vengono utilizzate sorgenti di corrente chimica (batterie di celle o batterie di piccole dimensioni) con una tensione, solitamente compresa tra 5 e 15 V. Una tensione di alimentazione ridotta impone restrizioni sulle proprietà di potenza e amplificazione del transistor del generatore. Allo stesso tempo, i potenti transistor a microonde a bassa tensione devono avere parametri energetici elevati (come il guadagno di potenza KuP e l'efficienza del circuito del collettore ηK) nell'intero intervallo di frequenze operative. Considerando il fatto che la potenza di uscita del transistor del generatore è proporzionale al quadrato della tensione armonica fondamentale sul collettore, l'effetto di ridurre il suo livello di potenza di uscita con una diminuzione della tensione di alimentazione del collettore può essere compensato costruttivamente da un corrispondente aumento di l'ampiezza della corrente del segnale utile. Pertanto, quando si progettano transistor a bassa tensione in combinazione con la risoluzione di una serie di problemi progettuali e tecnologici, è necessario risolvere in modo ottimale i problemi legati contemporaneamente al problema della riduzione della tensione di saturazione collettore-emettitore e all'aumento della densità di corrente critica del collettore. Il funzionamento dei transistor a bassa tensione in una modalità con densità di corrente più elevate rispetto ai transistor generatori convenzionali (destinati all'uso a Up = 28 V e oltre) aggrava il problema di garantire l'affidabilità a lungo termine a causa della necessità di sopprimere manifestazioni più intense di meccanismi di degrado negli elementi che trasportano corrente e negli strati di contatto della struttura dei transistor di metallizzazione. A questo scopo, i transistor a microonde a bassa tensione sviluppati utilizzano un sistema di metallizzazione multistrato a base di oro altamente affidabile. I transistor discussi in questo articolo sono progettati tenendo conto del loro utilizzo principale negli amplificatori di potenza in modalità classe C quando collegati in un circuito di emettitore comune. Allo stesso tempo, il loro funzionamento è consentito nella modalità delle classi A, B e AB con una tensione diversa dal valore nominale, a condizione che il punto di funzionamento si trovi all'interno dell'area operativa sicura e siano adottate misure per impedire l'ingresso nell'auto. -modalità di generazione. I transistor sono operativi anche se il valore di Up è inferiore al valore nominale. Ma in questo caso i valori dei parametri elettrici potrebbero differire dai valori del passaporto. È consentito il funzionamento di transistor con un carico di corrente corrispondente al valore di IК max, se la dissipazione di potenza media massima consentita del collettore in modalità dinamica continua РК.ср max non supera il valore limite. A causa del fatto che i cristalli delle strutture dei transistor dei dispositivi in esame sono fabbricati utilizzando la tecnologia di base e hanno caratteristiche progettuali e tecnologiche comuni, tutti i transistor hanno lo stesso livello di tensione di rottura. Secondo le specifiche tecniche degli apparecchi, il loro campo di applicazione è limitato dalla tensione continua massima consentita tra l'emettitore e la base UEBmax < 3 V e dalla tensione continua massima consentita tra il collettore e l'emettitore UKE max < 36 V. Inoltre, i valori di tensione di rottura indicati sono validi per tutto il range di temperature di esercizio ambiente. L'idea concettuale principale, che ha permesso di fare un altro passo avanti nel campo della creazione di potenti transistor a bassa tensione dal design in miniatura, è stata lo sviluppo di un nuovo design originale e soluzioni tecnologiche durante la creazione di una serie di transistor non imballati KT8197, KT9189, KT9192. L'essenza dell'idea è quella di creare un design di transistor basato su un supporto di cristallo ceramico realizzato in ossido di berillio e conduttori di nastro metallizzato su un supporto flessibile - pellicola di poliimmide. Un supporto del nastro con uno speciale disegno fotolitografico sotto forma di telaio conduttore funge da unico elemento conduttivo sul quale vengono formati contemporaneamente il contatto con la struttura del transistor multicella e i terminali esterni del dispositivo. Tutti gli elementi della striscia di rinforzo interna sono sigillati con un composto. Le dimensioni della base del supporto in ceramica metallizzata sono 2,5x2,5 mm. La superficie di montaggio del supporto in cristallo e i terminali sono rivestiti con uno strato d'oro. Il tipo e le dimensioni del transistor sono mostrati in Fig. 1, a. Per fare un confronto, notiamo che i transistor estranei più piccoli in un pacchetto metallo-ceramica (ad esempio CASE 249-05 di Motorola) hanno una base ceramica rotonda con un diametro di 7 mm.
Il design dei transistor delle serie KT8197, KT9189, KT9192 prevede la loro installazione su un circuito stampato utilizzando il metodo di montaggio superficiale. In conformità con le raccomandazioni per l'uso di questi transistor, la saldatura dei terminali esterni deve essere eseguita ad una temperatura di 125...180 ° C per non più di 5 s. Grazie all'implementazione delle riserve nei parametri elettrici e termofisici, è stato possibile espandere in modo significativo la gamma di funzioni di consumo dei transistor a microonde senza pacchetto. In particolare, per i transistor della serie KT8197 con valore di tensione nominale Upit = 7,5 V e delle serie KT9189, KT9192 (12,5 V), il confine dell'area di funzionamento sicuro in modalità dinamica viene ampliato a Upit max = 15 V. Un aumento nella tensione di alimentazione rispetto al valore nominale consente di aumentare il livello di potenza in uscita del trasmettitore portatile e di conseguenza aumentare la portata radio. I transistor sono in grado di funzionare senza ridurre la dissipazione di potenza in modalità dinamica continua nell'intero intervallo di temperature operative. In generale, durante lo sviluppo fondamentale di questi transistor, sono stati risolti i problemi non solo della miniaturizzazione, ma anche della riduzione dei costi. Di conseguenza, i transistor si sono rivelati circa cinque volte più economici di quelli stranieri della stessa classe in un alloggiamento in metallo-ceramica. I transistor a microonde miniaturizzati sviluppati possono trovare la più ampia applicazione sia nell'uso tradizionale sotto forma di componenti discreti, sia come parte di amplificatori di potenza RF a microcircuito ibrido. Ovviamente, il loro utilizzo più efficace è nelle stazioni radio portatili indossabili. Gli stadi di uscita dei trasmettitori mobili sono solitamente alimentati direttamente dalla batteria del veicolo. I transistor per gli stadi di uscita sono progettati per una tensione di alimentazione nominale Upit = 12,5 V. Le serie parametriche di transistor per ciascuna gamma collegata sono costruite tenendo conto del livello di potenza di uscita massimo consentito per i trasmettitori portatili Pout = 20 W [4]. Lo sviluppo di potenti transistor a microonde a bassa tensione (con Pout>10 W) è associato a problemi di progettazione più complessi. Inoltre, ci sono problemi legati all'aggiunta di potenza dinamica e alla rimozione del calore dai grandi cristalli delle strutture a microonde. La topologia cristallina dei transistor di potenza presenta una struttura di emettitore molto sviluppata, caratterizzata da bassa impedenza. Per garantire la banda di frequenza richiesta, semplificare l'adattamento e aumentare il guadagno di potenza, nei transistor è integrato un circuito di adattamento interno LC all'ingresso. Strutturalmente, il circuito LC è realizzato sotto forma di un microinsieme basato su un condensatore MIS e un sistema di conduttori che fungono da elementi induttivi. Nello sviluppo della gamma di potenza dei transistor precedentemente sviluppati della serie 2T9175 per l'uso nella gamma VHF [2], sono stati creati i transistor 2T9188A (Pout = 10 W) e KT9190A (20 W). Per la gamma UHF sono stati sviluppati i transistor KT9193A (Pout = 10 W) e KT9193B (20 W). I transistor sono realizzati in un contenitore KT-83 standard (vedere Fig. 1,b). L'uso di questo alloggiamento in metallo-ceramica ha consentito un tempo di creare transistor a doppio scopo altamente affidabili per dispositivi elettronici con maggiori requisiti per fattori esterni e con la capacità di operare in condizioni climatiche difficili. Per garantire l'affidabilità garantita con una temperatura dell'alloggiamento di +60°C rispetto ai transistor con una potenza di uscita Pout = 10 W e con Pout = 20 W - da +40 a +125°C, la dissipazione di potenza media massima consentita in modalità dinamica continua deve essere ridotta in modo lineare secondo la formula RK.sr max=(200-Tcorp)/RT.p-c (dove Tcorp è la temperatura dell'alloggiamento, °C; RT.p-c è la resistenza termica della custodia di giunzione transizione, °C/W). Attualmente in Russia viene creata una rete federale di comunicazioni radio secondo lo standard NMT-450i (a una frequenza di 450 MHz). Le serie di dispositivi sviluppate KT9189, 2T9175, 2T9188A, KT9190A possono coprire quasi completamente la necessità nel settore considerato del mercato di apparecchiature basate su elementi transistor domestici. Inoltre, dal 1995, in Russia è stata implementata una rete federale di sistemi di comunicazione mobile di abbonati cellulari nell'ambito dello standard GSM (900 MHz) e un sistema cellulare per le comunicazioni regionali secondo lo standard americano AMPS (800 MHz). Per creare questi sistemi di comunicazione radio cellulare nell'UHF, è possibile utilizzare transistor di piccole dimensioni della serie KT9192 con una potenza di uscita di 0,5 e 2 W, nonché della serie KT9193 con una potenza di uscita di 10 e 20 W. La soluzione al problema della miniaturizzazione delle apparecchiature e, di conseguenza, della sua base elementare ha interessato non solo i trasmettitori radio portatili indossabili. In numerosi casi, per le apparecchiature di comunicazione radio portatili, nonché per le apparecchiature per scopi speciali, è necessario ridurre il peso e le dimensioni dei transistor a microonde a bassa tensione ad alta potenza. A tal fine, è stato sviluppato un design modificato dell'alloggiamento senza wafer basato su KT-83 (Fig. 1, c), in cui i transistor 2T9175A-4-2T9175V-4, 2T9188A-4, KT9190A-4, KT9193A-4, Vengono prodotti i modelli KT9193B-4. Le loro caratteristiche elettriche sono simili ai transistor corrispondenti in un design standard. Questi transistor sono montati mediante saldatura a bassa temperatura del supporto del cristallo direttamente sul dissipatore di calore. La temperatura corporea durante il processo di saldatura non deve superare i +150°C e il tempo totale di riscaldamento e saldatura non deve superare i 2 minuti. Le principali caratteristiche tecniche dei transistor in esame sono presentate nella tabella. 1. L'efficienza del circuito del collettore di tutti i transistor è del 55%. I valori della corrente diretta massima consentita del collettore corrispondono all'intero intervallo di temperature di esercizio. Tabella 1
Nella fig. 2a mostra il circuito completo dei transistor 2T9188A, KT9190A, e in Fig. 2,b - transistor delle serie KT8197, KT9189, KT9192, 2T9175 (l - distanza dal confine di saldatura alla giuntura adesiva del cappuccio sigillante o rivestimento sigillante del supporto del cristallo. Questa distanza è regolata nelle raccomandazioni per l'uso di transistor a microonde nelle specifiche tecniche su di essi ed è necessariamente preso in considerazione nel calcolo dei transistor degli elementi reattivi). I parametri degli elementi reattivi riportati nei diagrammi sono riepilogati in tabella. 2. Questi parametri sono necessari per calcolare i circuiti di adattamento del percorso di amplificazione dei dispositivi in fase di sviluppo.
Lo sviluppo di una nuova base di elementi transistor apre un'ampia prospettiva sia per la creazione di moderne apparecchiature di comunicazione radioamatoriali e commerciali professionali, sia per il miglioramento di quanto è già stato sviluppato al fine di migliorarne i parametri elettrici, ridurre peso, dimensioni e costi . Tabella 2
Letteratura
Autori: V.Kozhevnikov, V.Assessors, A.Assessors, V.Dikarev, Voronezh
Pelle artificiale per l'emulazione del tocco
15.04.2024 Lettiera per gatti Petgugu Global
15.04.2024 L'attrattiva degli uomini premurosi
14.04.2024
▪ Controller di alimentazione multitensione per monitor LCD ▪ Nuovo stack di protocollo wireless 802.15.4e/g per CC1310 ▪ Sensori fotoelettrici a forma di U della serie BUP di Autonics ▪ Riparazione della cartilagine danneggiata
▪ sezione del sito dedicata ai radioamatori. Selezione di articoli ▪ articolo di Marcel Proust. Aforismi famosi ▪ articolo Educatore. Istruzioni standard sulla protezione del lavoro ▪ articolo Riparazione piastra guida. Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica
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