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ENCYCLOPÉDIE DE LA RADIOÉLECTRONIQUE ET DU GÉNIE ÉLECTRIQUE Puissants transistors micro-ondes basse tension pour les communications mobiles. Donnée de référence
Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique / Les références Le magazine Radio informe constamment ses lecteurs des nouveaux développements de l'Institut de recherche en technologie électronique de Voronej dans le domaine de la création de transistors micro-ondes de haute puissance pour diverses applications [1-3]. Dans cet article, nous présentons aux spécialistes et radioamateurs les derniers développements du groupe de transistors hyperfréquences KT8197, KT9189, KT9192, 2T9188A, KT9109A, KT9193 pour les communications mobiles avec une puissance de sortie de 0,5 à 20 W dans les gammes MV et UHF. Les exigences croissantes concernant les paramètres fonctionnels et opérationnels des équipements de communication modernes imposent des exigences proportionnellement plus élevées aux paramètres énergétiques des transistors micro-ondes de haute puissance, à leur fiabilité ainsi qu'à la conception des appareils. Tout d’abord, il faut garder à l’esprit que les stations de radio portatives et portatives sont alimentées directement à partir de sources primaires. A cet effet, des sources de courant chimique sont utilisées (batteries de cellules ou batteries de petite taille) avec une tension, généralement de 5 à 15 V. Une tension d'alimentation réduite impose des restrictions sur les propriétés de puissance et d'amplification du transistor générateur. Dans le même temps, les puissants transistors micro-ondes basse tension doivent avoir des paramètres énergétiques élevés (tels que le gain de puissance KuP et l'efficacité du circuit collecteur ηK) sur toute la plage de fréquences de fonctionnement. Compte tenu du fait que la puissance de sortie du transistor générateur est proportionnelle au carré de la tension harmonique fondamentale sur le collecteur, l'effet d'une réduction de son niveau de puissance de sortie avec une diminution de la tension d'alimentation du collecteur peut être compensé de manière constructive par une augmentation correspondante de l'amplitude du courant de signal utile. Par conséquent, lors de la conception de transistors basse tension en combinaison avec la résolution d'un ensemble de problèmes de conception et technologiques, les problèmes liés simultanément au problème de la réduction de la tension de saturation collecteur-émetteur et de l'augmentation de la densité de courant critique du collecteur doivent être résolus de manière optimale. Le fonctionnement des transistors basse tension dans un mode avec des densités de courant plus élevées par rapport aux transistors générateurs conventionnels (destinés à être utilisés à Up = 28 V et plus) aggrave le problème de la fiabilité à long terme en raison de la nécessité de supprimer des manifestations plus intenses de mécanismes de dégradation dans les éléments porteurs de courant et les couches de contact de la structure du transistor de métallisation. À cette fin, les transistors micro-ondes basse tension développés utilisent un système de métallisation multicouche à base d’or très fiable. Les transistors abordés dans cet article sont conçus en tenant compte de leur utilisation principale dans les amplificateurs de puissance en mode classe C lorsqu'ils sont connectés dans un circuit émetteur commun. Dans le même temps, leur fonctionnement est autorisé dans les modes de classes A, B et AB sous une tension différente de la valeur nominale, à condition que le point de fonctionnement se situe dans la zone de fonctionnement sûre et que des mesures soient prises pour empêcher l'entrée dans l'automate. -mode génération. Les transistors sont opérationnels même si la valeur de Up est inférieure à la valeur nominale. Mais dans ce cas, les valeurs des paramètres électriques peuvent différer des valeurs du passeport. Il est permis de faire fonctionner des transistors avec une charge de courant correspondant à la valeur de IК max, si la puissance dissipée moyenne maximale admissible du collecteur en mode dynamique continu РК.ср max ne dépasse pas la valeur limite. Étant donné que les cristaux des structures de transistors des dispositifs considérés sont fabriqués à l'aide d'une technologie de base et présentent des caractéristiques de conception et technologiques communes, tous les transistors ont le même niveau de tension de claquage. Conformément aux spécifications techniques des appareils, leur champ d'application est limité par la tension continue maximale admissible entre l'émetteur et la base UEBmax < 3 V et la tension continue maximale admissible entre le collecteur et l'émetteur UKE max < 36 V. De plus, les valeurs de tension de claquage indiquées sont valables pour toute la plage de température de fonctionnement. L'idée conceptuelle principale, qui a permis de franchir une nouvelle étape dans le domaine de la création de puissants transistors basse tension de conception miniature, a été le développement d'une nouvelle conception originale et de nouvelles solutions technologiques lors de la création d'une série de transistors non emballés KT8197, KT9189, KT9192. L'essence de l'idée est de créer une conception de transistor basée sur un support de cristal en céramique composé d'oxyde de béryllium et de bandes métallisées sur un support flexible - un film de polyimide. Un support de bande avec un motif photolithographique spécial sous la forme d'une grille de connexion sert d'élément conducteur unique sur lequel le contact avec la structure du transistor multicellulaire et les bornes externes du dispositif sont formés simultanément. Tous les éléments du renfort interne en bande sont scellés avec un composé. Les dimensions de la base du support en céramique métallisée sont de 2,5x2,5 mm. La surface de montage du support de cristal et les bornes sont recouvertes d'une couche d'or. Le type et les dimensions du transistor sont indiqués sur la Fig. 1, une. A titre de comparaison, on note que les plus petits transistors étrangers dans un boîtier métal-céramique (par exemple, CASE 249-05 de Motorola) ont une base ronde en céramique d'un diamètre de 7 mm.
La conception des transistors des séries KT8197, KT9189, KT9192 prévoit leur installation sur une carte de circuit imprimé en utilisant la méthode de montage en surface. Conformément aux recommandations d'utilisation de ces transistors, le soudage des bornes externes doit être effectué à une température de 125...180°C pendant 5 s maximum. Grâce à la mise en œuvre de réserves dans les paramètres électriques et thermophysiques, il a été possible d'élargir considérablement la gamme des fonctions grand public des transistors micro-ondes sans boîtier. En particulier, pour les transistors de la série KT8197 avec une valeur de tension nominale Upit = 7,5 V et les séries KT9189, KT9192 (12,5 V), la limite de la zone de fonctionnement sûr en mode dynamique est étendue à Upit max = 15 V. Une augmentation dans la tension d'alimentation par rapport à la valeur nominale permet d'augmenter le niveau de puissance de sortie de l'émetteur portable et d'augmenter en conséquence la portée radio. Les transistors sont capables de fonctionner sans réduire la dissipation de puissance en mode dynamique continu sur toute la plage de températures de fonctionnement. En général, lors du développement fondamental de ces transistors, les problèmes non seulement de miniaturisation, mais également de réduction des coûts ont été résolus. En conséquence, les transistors se sont avérés environ cinq fois moins chers que les transistors étrangers de la même classe dans un boîtier métal-céramique. Les transistors micro-ondes miniatures développés peuvent trouver l'application la plus large à la fois dans une utilisation traditionnelle sous forme de composants discrets et dans le cadre d'amplificateurs de puissance RF à microcircuits hybrides. De toute évidence, leur utilisation la plus efficace réside dans les stations de radio portables portables. Les étages de sortie des émetteurs mobiles sont généralement alimentés directement par la batterie du véhicule. Les transistors pour les étages de sortie sont conçus pour une tension d'alimentation nominale Upit = 12,5 V. Les séries paramétriques de transistors pour chaque gamme connectée sont construites en tenant compte du niveau de puissance de sortie maximal autorisé pour les émetteurs portables Pout = 20 W [4]. Le développement de puissants transistors micro-ondes basse tension (avec Pout>10 W) est associé à des problèmes de conception plus complexes. De plus, il existe des problèmes liés à l'ajout de puissance dynamique et à l'élimination de la chaleur des gros cristaux des structures micro-ondes. La topologie cristalline des transistors de puissance présente une structure d'émetteur très développée, caractérisée par une faible impédance. Pour garantir la bande de fréquence requise, simplifier l'adaptation et augmenter le gain de puissance, un circuit d'adaptation interne LC à l'entrée est intégré aux transistors. Structurellement, le circuit LC est réalisé sous la forme d'un micro-ensemble basé sur un condensateur MIS et un système de fils conducteurs qui agissent comme des éléments inductifs. Dans le cadre du développement de la plage de puissance des transistors développés précédemment de la série 2T9175 pour une utilisation dans la gamme VHF [2], les transistors 2T9188A (Pout = 10 W) et KT9190A (20 W) ont été créés. Pour la gamme UHF, les transistors KT9193A (Pout = 10 W) et KT9193B (20 W) ont été développés. Les transistors sont fabriqués dans un boîtier standard KT-83 (voir Fig. 1, b). L'utilisation de ce boîtier céramo-métallique a permis à un moment donné de créer des transistors à double usage très fiables pour les appareils électroniques avec des exigences accrues en matière de facteurs externes et avec la capacité de fonctionner dans des conditions climatiques difficiles. Afin d'assurer une fiabilité garantie à une température du boîtier de +60°C par rapport aux transistors avec une puissance de sortie Pout = 10 W, et avec Pout = 20 W - de +40 à +125°C, la puissance dissipée moyenne maximale admissible en mode dynamique continu, la réduction doit être linéaire conformément à la formule RK.sr max=(200-Tcorp)/RT.p-c (où Tcorp est la température du boîtier, °C ; RT.p-c est la résistance thermique du boîtier de jonction jonction, °C/W). Actuellement, un réseau fédéral de communication radio est en cours de création en Russie selon la norme NMT-450i (à une fréquence de 450 MHz). La série d'appareils développée KT9189, 2T9175, 2T9188A, KT9190A peut couvrir presque entièrement les besoins du secteur considéré du marché en équipements basés sur des éléments de transistors domestiques. De plus, depuis 1995, un réseau fédéral de systèmes de communication cellulaire d'abonnés mobiles a été déployé en Russie au sein de la norme GSM (900 MHz) et un système cellulaire pour les communications régionales selon la norme américaine AMPS (800 MHz). Pour créer ces systèmes de communication radio cellulaire dans l'UHF, des transistors de petite taille de la série KT9192 avec une puissance de sortie de 0,5 et 2 W, ainsi que de la série KT9193 avec une puissance de sortie de 10 et 20 W peuvent être utilisés. La solution au problème de la miniaturisation des équipements et, par conséquent, de leur base élémentaire n'a pas affecté uniquement les émetteurs radio portables portables. Dans un certain nombre de cas, pour les équipements de radiocommunication portables, ainsi que pour les équipements à usage spécial, il est nécessaire de réduire le poids et les dimensions des transistors basse tension micro-ondes de haute puissance. À ces fins, une conception modifiée de boîtier sans tranche a été développée sur la base du KT-83 (Fig. 1, c), dans lequel les transistors 2T9175A-4-2T9175V-4, 2T9188A-4, KT9190A-4, KT9193A-4, KT9193B-4 sont produits. Leurs caractéristiques électriques sont similaires à celles des transistors correspondants dans une conception standard. Ces transistors sont montés par soudure à basse température du support de cristal directement sur le dissipateur thermique. La température corporelle pendant le processus de soudage ne doit pas dépasser +150°C et le temps total de chauffage et de soudage ne doit pas dépasser 2 minutes. Les principales caractéristiques techniques des transistors considérés sont présentées dans le tableau. 1. Le rendement du circuit collecteur de tous les transistors est de 55 %. Les valeurs du courant continu maximal admissible du collecteur correspondent à toute la plage de température de fonctionnement. Tableau 1
En figue. 2a montre le circuit complet des transistors 2T9188A, KT9190A, et sur la Fig. 2,b - transistors des séries KT8197, KT9189, KT9192, 2T9175 (l - distance entre la limite de soudure et le joint adhésif du capuchon d'étanchéité ou le revêtement d'étanchéité du support de cristal. Cette distance est réglementée dans les recommandations d'utilisation de transistors hyperfréquences dans les spécifications techniques de ceux-ci et est nécessairement pris en compte lors du calcul des transistors à éléments réactifs). Les paramètres des éléments réactifs indiqués dans les diagrammes sont résumés dans le tableau. 2. Ces paramètres sont nécessaires au calcul des circuits d'adaptation du chemin d'amplification des appareils en cours de développement.
Le développement d'une nouvelle base d'éléments de transistor ouvre de larges perspectives à la fois pour la création d'équipements de communication radio professionnels et amateurs modernes et pour l'amélioration de ce qui a déjà été développé afin d'améliorer ses paramètres électriques, de réduire le poids, les dimensions et le coût. . Tableau 2
littérature
Auteurs : V.Kozhevnikov, V.Assessors, A.Assessors, V.Dikarev, Voronej
Cuir artificiel pour émulation tactile
15.04.2024 Litière pour chat Petgugu Global
15.04.2024 L’attractivité des hommes attentionnés
14.04.2024
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