모바일 통신을 위한 강력한 저전압 마이크로파 트랜지스터. 참조 데이터

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Radio 잡지는 다양한 응용 분야를 위한 고전력 마이크로파 트랜지스터 생성 분야에서 Voronezh 전자 기술 연구소의 새로운 개발에 대해 독자들에게 지속적으로 알려줍니다[1-3]. 이 기사에서는 MV 및 UHF 범위에서 출력 전력이 8197~9189W인 이동 통신용 마이크로파 트랜지스터 KT9192, KT2, KT9188, 9109T9193A, KT0,5A, KT20 그룹의 최신 개발을 전문가 및 무선 아마추어에게 소개합니다. 현대 통신 장비의 기능 및 작동 매개변수에 대한 요구 사항이 강화됨에 따라 고출력 마이크로파 트랜지스터의 에너지 매개변수, 신뢰성은 물론 장치 설계에 대한 요구도 높아졌습니다.

우선, 휴대용 및 휴대용 라디오 방송국은 기본 소스에서 직접 전원이 공급된다는 점을 명심해야 합니다. 이를 위해 일반적으로 5~15V의 전압을 갖는 화학 전류원(소형 셀 또는 배터리 배터리)이 사용됩니다. 감소된 공급 전압은 발전기 트랜지스터의 전력 및 증폭 특성에 제한을 가합니다. 동시에 강력한 저전압 마이크로파 트랜지스터는 전체 작동 주파수 범위에 걸쳐 높은 에너지 매개변수(예: 전력 이득 KuP 및 컬렉터 회로 효율 θK)를 가져야 합니다.

발전기 트랜지스터의 출력 전력이 컬렉터의 기본 고조파 전압의 제곱에 비례한다는 사실을 고려할 때 공급 컬렉터 전압이 감소함에 따라 출력 전력 레벨을 줄이는 효과는 해당 증가에 의해 건설적으로 보상될 수 있습니다. 유용한 신호 전류의 진폭. 따라서 일련의 설계 및 기술적 문제를 해결하면서 저전압 트랜지스터를 설계할 때 컬렉터-이미터 포화 전압을 낮추고 임계 컬렉터 전류 밀도를 높이는 문제와 관련된 문제를 동시에 최적으로 해결해야 합니다.

기존 발전기 트랜지스터(Up = 28V 이상에서 사용하도록 고안됨)에 비해 전류 밀도가 더 높은 모드에서 저전압 트랜지스터를 작동하면 더 강렬한 발현을 억제해야 하기 때문에 장기적인 신뢰성 보장 문제가 더욱 악화됩니다. 금속화 트랜지스터 구조의 전류 운반 요소 및 접촉 층의 열화 메커니즘. 이를 위해 개발된 저전압 마이크로파 트랜지스터는 신뢰성이 높은 다층 금 기반 금속화 시스템을 사용합니다.

이 기사에서 논의된 트랜지스터는 공통 이미터 회로에 연결될 때 클래스 C 모드의 전력 증폭기에서의 주요 용도를 고려하여 설계되었습니다. 동시에 작동 지점이 안전 작동 영역 내에 있고 자체 진입을 방지하기 위한 조치가 취해진 경우 정격 값과 다른 전압 하에서 클래스 A, B 및 AB 모드에서 작동이 허용됩니다. -세대 모드.

Up 값이 공칭 값보다 작은 경우에도 트랜지스터는 작동합니다. 그러나이 경우 전기 매개 변수 값은 여권 값과 다를 수 있습니다. 연속 동적 모드 РК.ср max에서 컬렉터의 최대 허용 평균 전력 손실이 한계 값을 초과하지 않는 경우 IК max 값에 해당하는 전류 부하로 트랜지스터를 작동할 수 있습니다.

고려 중인 장치의 트랜지스터 구조 결정은 기본 기술을 사용하여 제조되고 공통된 설계 및 기술적 특징을 갖기 때문에 모든 트랜지스터는 동일한 수준의 항복 전압을 갖습니다. 장치의 기술 사양에 따라 적용 범위는 이미터와 베이스 사이의 최대 허용 직접 전압 UEBmax < 3V 및 컬렉터와 이미터 UKE 최대 사이의 최대 허용 직접 전압 < 36V로 제한됩니다. 표시된 항복 전압 값은 전체 작동 온도 범위 환경에 유효합니다.

소형 디자인에서 강력한 저전압 트랜지스터를 만드는 분야에서 한 단계 더 나아갈 수 있게 한 주요 개념적 아이디어는 일련의 비패키지 트랜지스터 KT8197, KT9189, KT9192를 만들 때 새로운 독창적인 디자인과 기술 솔루션을 개발하는 것이었습니다. 아이디어의 핵심은 산화베릴륨으로 만든 세라믹 크리스탈 홀더와 유연한 캐리어(폴리이미드 필름)에 금속화된 테이프 리드를 기반으로 트랜지스터 디자인을 만드는 것입니다.

리드 프레임 형태의 특수 포토리소그래피 패턴이 있는 테이프 캐리어는 다중 셀 트랜지스터 구조에 대한 접점과 장치의 외부 단자가 동시에 형성되는 단일 전도성 요소 역할을 합니다. 내부 스트립 보강재의 모든 요소는 화합물로 밀봉되어 있습니다. 금속화 세라믹 홀더 베이스의 크기는 2,5x2,5mm입니다. 크리스탈 홀더의 장착 표면과 단자는 금층으로 코팅되어 있습니다. 트랜지스터의 유형과 크기는 그림 1에 나와 있습니다. 249, 에이. 비교를 위해 금속-세라믹 패키지(예: Motorola의 CASE 05-7)에서 가장 작은 외국 트랜지스터는 직경 XNUMXmm의 둥근 세라믹 베이스를 가지고 있습니다.

이동 통신을 위한 강력한 저전압 마이크로파 트랜지스터

KT8197, KT9189, KT9192 시리즈의 트랜지스터 설계는 표면 실장 방법을 사용하여 인쇄 회로 기판에 설치할 수 있습니다. 이러한 트랜지스터 사용에 대한 권장 사항에 따라 외부 단자 납땜은 125~180°C의 온도에서 5초 이내에 수행해야 합니다.

전기 및 열물리적 매개변수의 예비 구현 덕분에 패키지 없는 마이크로파 트랜지스터의 소비자 기능 범위를 크게 확장할 수 있었습니다. 특히 공칭 전압 값이 Upit = 8197V인 KT7,5 시리즈와 KT9189, KT9192 시리즈(12,5V)의 트랜지스터의 경우 동적 모드에서 안전 작동 영역의 경계가 Upit max = 15V로 확장됩니다. 공칭 값에 비해 공급 전압이 높으면 휴대용 송신기의 출력 전력 레벨이 높아져 무선 범위가 늘어납니다. 트랜지스터는 전체 작동 온도 범위에 걸쳐 연속 동적 모드에서 전력 손실을 줄이지 않고 작동할 수 있습니다.

일반적으로 이러한 트랜지스터를 근본적으로 개발하면 소형화는 물론 원가 절감 문제도 해결됐다. 그 결과, 금속-세라믹 하우징에 사용된 트랜지스터는 동급 외국 트랜지스터보다 약 XNUMX배 더 저렴한 것으로 나타났습니다. 개발된 소형 마이크로파 트랜지스터는 개별 부품의 형태로 전통적인 사용과 하이브리드 마이크로 회로 RF 전력 증폭기의 일부로 가장 폭넓게 응용될 수 있습니다. 분명히 가장 효과적인 사용은 착용 가능한 휴대용 라디오 방송국입니다.

모바일 송신기의 출력 단계는 일반적으로 차량 배터리에서 직접 전원을 공급받습니다. 출력단용 트랜지스터는 정격 공급 전압 Upit = 12,5V용으로 설계되었습니다. 각 연결 범위에 대한 파라메트릭 트랜지스터 시리즈는 휴대용 송신기에 허용되는 최대 출력 전력 레벨 Pout = 20W를 고려하여 구성되었습니다[4]. 강력한 저전압 마이크로파 트랜지스터(Pout>10W)의 개발은 보다 복잡한 설계 문제와 관련이 있습니다. 또한, 마이크로파 구조의 대형 결정에서 동적 전력을 추가하고 열을 제거하는 문제가 있습니다.

파워 트랜지스터의 크리스털 토폴로지는 낮은 임피던스를 특징으로 하는 매우 발달된 이미터 구조를 가지고 있습니다. 필요한 주파수 대역을 보장하고 매칭을 단순화하며 전력 이득을 높이기 위해 입력에 LC 내부 매칭 회로가 트랜지스터에 내장되어 있습니다. 구조적으로 LC 회로는 MIS 커패시터와 유도성 요소로 작동하는 와이어 리드 시스템을 기반으로 하는 마이크로어셈블리 형태로 만들어집니다.

VHF 범위[2]에 사용하기 위해 이전에 개발된 9175T2 시리즈 트랜지스터의 전력 범위를 개발하면서 트랜지스터 2T9188A(Pout = 10W) 및 KT9190A(20W)가 만들어졌습니다. UHF 범위의 경우 트랜지스터 KT9193A(Pout = 10W) 및 KT9193B(20W)가 개발되었습니다. 트랜지스터는 표준 KT-83 패키지로 제작됩니다(그림 1, b 참조).

이 금속-세라믹 하우징을 한 번에 사용하면 외부 요인에 대한 요구 사항이 증가하고 가혹한 기후 조건에서도 작동할 수 있는 기능을 갖춘 전자 장치용 신뢰성이 높은 이중 목적 트랜지스터를 만드는 것이 가능해졌습니다. 출력 전력 Pout = 60W 및 Pout = 10W(+20 ~ +40°C)를 갖는 트랜지스터와 관련하여 +125°C의 하우징 온도에서 신뢰성을 보장하기 위해 최대 허용 평균 전력 손실은 허용됩니다. 연속 동적 모드에서는 RK.sr max=(200-Tcorp)/RT.p-c 공식에 따라 선형 감소해야 합니다(여기서 Tcorp는 하우징 온도, °C이고 RT.p-c는 접합 케이스의 열 저항입니다). 전이, °C/W).

현재 러시아에서는 NMT-450i 표준(450MHz 주파수)에 따라 연방 무선 통신 네트워크가 구축되고 있습니다. 개발된 장치 KT9189, 2T9175, 2T9188A, KT9190A 시리즈는 국내 트랜지스터 요소를 기반으로 하는 장비 시장의 해당 부문의 요구를 거의 완벽하게 충족할 수 있습니다.

또한 1995년부터 GSM 표준(900MHz) 내에서 셀룰러 모바일 가입자 통신 시스템의 연방 네트워크가 러시아에 배포되었으며 미국 AMPS 표준(800MHz)에 따른 지역 통신용 셀룰러 시스템이 배포되었습니다. UHF에서 이러한 셀룰러 무선 통신 시스템을 생성하려면 출력 전력이 9192W 및 0,5W인 KT2 시리즈와 출력 전력이 9193W 및 10W인 KT20 시리즈의 소형 트랜지스터를 사용할 수 있습니다.

장비 소형화 문제에 대한 해결책과 그에 따른 기본 기반은 웨어러블 휴대용 무선 송신기에만 영향을 미친 것이 아닙니다. 많은 경우, 휴대용 무선 통신 장비는 물론 특수 목적 장비의 경우 고출력 마이크로파 저전압 트랜지스터의 무게와 크기를 줄여야 할 필요성이 있습니다.

이러한 목적을 위해 수정된 웨이퍼 없는 하우징 디자인이 KT-83(그림 1, c)을 기반으로 개발되었습니다. 여기에는 트랜지스터 2T9175A-4-2T9175V-4, 2T9188A-4, KT9190A-4, KT9193A-4, KT9193B-4를 생산합니다. 이들의 전기적 특성은 표준 설계의 해당 트랜지스터와 유사합니다. 이 트랜지스터는 크리스탈 홀더를 방열판에 직접 저온 납땜하여 장착합니다. 납땜 공정 중 체온은 +150°C를 초과해서는 안 되며, 총 가열 및 납땜 시간은 2분을 초과해서는 안 됩니다.

고려중인 트랜지스터의 주요 기술적 특성이 표에 나와 있습니다. 1. 모든 트랜지스터의 콜렉터 회로 효율은 55%입니다. 최대 허용 직접 컬렉터 전류 값은 전체 작동 온도 범위에 해당합니다.

표 1

트랜지스터	작동 주파수 범위, MHz	출력 전력, W	전력 이득, 시간	공급 전압, V	최대 허용 평균 경주. 계속되는 힘. 동적 모드, W	최대 허용 DC 컬렉터 전류, A	주변 온도의 최대 허용 값, °С	최대 허용 케이스 온도, °С	최대 허용 접합 온도, °С	열 저항 전환 - 사례, °С/W	컬렉터 커패시턴스, pF	게인 주파수 제한, MHz
KT8197A-2	30 ... 175	0,5	15	7,5	2	0,5	-45 ... + 85	-	160	-	5	400
KT8197B-2		2	10		5	1					15
KT8197V-2		5	8		8	1,6					25
KT9189A-2	200 ... 470	0,5	12	12,5	2	0,5	-45 ... + 85	-	160	-	4,5	1000
KT9189B-2		2	10		5	1					13	1000
KT9189V-2		5	6		8	1,6					20	900
KT9192A-2	800 ... 900	0,5	6	12,5	2	0,5	-45 ... + 85	-	160	-	4,5	1200
KT9192B-2	800 ... 900	2	5	12,5	5	1,6	-45 ... + 85	-	160	-	13	1200
2Т9175А; 2Т9175А-4	140 ... 512	0,5	10	7,5	3,75	0,5	-60	125	200	12	10	900
2Т9175Б; 2Т9175Б-4		2	6		7,5	1				6	16	900
2Т9175В; 2Т9175В-4		5	4		15	2				3	30	780
2Т9188А; 2Т9188А-4	200 ... 470	10	5	12,5	35	5	-60	125	200	4	50	700
KT9190A; KT9190A-4	200 ... 470	20	-	12,5	40	8	-60	125	200	3	65	720
KT9193A; KT9193A-4	800 ... 900	10	4	12,5	23	4	-60	125	200	5	35	1000
KT9193B; KT9193B-4	800 ... 900	20	-	12,5	40	8	-60	125	200	3	60	1000

그림에서. 그림 2a는 트랜지스터 2T9188A, KT9190A의 전체 회로를 보여줍니다. 2,b - KT8197, KT9189, KT9192, 2T9175 시리즈의 트랜지스터 (l - 납땜 경계에서 밀봉 캡의 접착 이음새 또는 크리스탈 홀더의 밀봉 코팅까지의 거리. 이 거리는 사용 권장 사항에 규정되어 있습니다. 기술 사양의 마이크로파 트랜지스터는 트랜지스터의 반응 요소를 계산할 때 반드시 고려됩니다. 다이어그램에 표시된 반응 요소의 매개변수는 표에 요약되어 있습니다. 2. 이러한 매개변수는 개발 중인 장치의 증폭 경로의 매칭 회로를 계산하는 데 필요합니다.

이동 통신을 위한 강력한 저전압 마이크로파 트랜지스터

새로운 트랜지스터 소자 기반의 개발은 현대의 전문 상업 및 아마추어 무선 통신 장비 제작과 전기적 매개변수 개선, 무게, 크기 및 비용 절감을 위해 이미 개발된 장비 개선에 대한 광범위한 전망을 열어줍니다. .

표 2

트랜지스터의 반응성 요소의 매개 변수	트랜지스터
트랜지스터의 반응성 요소의 매개 변수	2Т9175А; 2Т9175А-4	2Т9175Б; 2Т9175Б-4	2Т9175В; 2Т9175В-4	2Т9188А; 2Т9188А-4	KT9190A; KT9190A-4	KT9193A; KT9193A-4	KT9193B; KT9193B-4	КТ8197А-2; КТ9189А-2; КТ9192А-2	КТ8197Б-2; КТ9189Б-2; КТ9192Б-2	KT8197V-2; KT9189V-2
L_B1 , NH	3	2,3	1,8	0,66	0,73	1	0,84	0,19	0,1	0,2
L_B2 , NH	-	-	-	0,17	0,38	0,58	0,37	-	-	-
L _E1 , NH	0,5	0,35	0,28	0,16	0,15	0,26	0,19	0,22	0,12	0,12
L _E2 , NH	-	-	-	0,2	0,22	0,31	0,26	-	-	-
L _К1 , NH	1,25	1,1	1	0,61	0,57	0,71	0,61	0,59	0,59	0,59
С1, pF	-	-	-	370	600	75	150	-	-	-

문학

Assesorov V., Kozhevnikov V., Kosoy A. 러시아 엔지니어를 위한 과학적 검색. 고출력 마이크로파 트랜지스터의 개발 동향. - 라디오, 1994, No. 6, p. 2, 3.
Assessorov V., Kozhevnikov V., Kosoy A. 새로운 마이크로파 트랜지스터. - 라디오, 1996, No. 5, p. 57, 58.
Assesorov V., Assesorov A., Kozhevnikov V., Matveev S. 전력 증폭기용 선형 마이크로파 트랜지스터. - 라디오, 1998, No. 3, p. 49-51.
육상 이동 서비스의 각도 변조 라디오 방송국. GOST 12252-86 (ST SEV 4280-83).

저자: V.Kozhevnikov, V.Assessors, A.Assessors, V.Dikarev, Voronezh

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