用于移动通信的强大低压微波晶体管。 参考数据

无线电电子与电气工程百科全书 / 参考资料

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《无线电》杂志不断向读者通报沃罗涅日电子技术研究所在制造适用于各种应用的高功率微波晶体管领域的新进展 [1-3]。 在本文中，我们向专家和无线电爱好者介绍微波晶体管 KT8197、KT9189、KT9192、2T9188A、KT9109A、KT9193 组的最新开发成果，用于移动通信，输出功率为 MV 和 UHF 范围内的 0,5 至 20 W。 现代通信设备对功能和工作参数要求的日益严格，对大功率微波晶体管的能量参数、可靠性以及器件的设计也提出了更高的要求。

首先，有必要记住便携式和便携式无线电台直接由主要电源供电。 为此，使用电压通常为 5 至 15 V 的化学电流源（小型电池组或电池组）。降低的电源电压会限制发生器晶体管的功率和放大特性。 同时，强大的低压微波晶体管必须在整个工作频率范围内具有高能量参数（例如功率增益KuP和集电极电路效率ηK）。

考虑到发电机晶体管的输出功率与集电极上的基波谐波电压的平方成正比这一事实，随着电源集电极电压的降低而降低其输出功率水平的影响可以通过相应增加有用信号电流的幅度。 因此，在设计低压晶体管时，结合解决一系列设计和工艺问题，必须同时优化解决降低集电极-发射极饱和电压和提高临界集电极电流密度的问题。

与传统发电机晶体管（预期在 Up = 28 V 及更高电压下使用）相比，低压晶体管在电流密度更高的模式下运行，由于需要抑制更强烈的退化表现，因此加剧了确保长期可靠性的问题金属化晶体管结构的载流元件和接触层的机制。 为此，开发的低压微波晶体管采用多层、高度可靠的金基金属化系统。

本文讨论的晶体管在设计时考虑到它们在连接到共发射极电路中时在 C 类模式功率放大器中的主要用途。 同时，允许在不同于额定值的电压下以A、B、AB类模式运行，前提是工作点在安全运行区域内，并采取措施防止进入自体。 -生成模式。

即使 Up 的值小于标称值，晶体管也可以工作。 但在这种情况下，电气参数的值可能与护照值不同。 如果连续动态模式下集电极的最大允许平均功耗 РК.ср max 不超过极限值，则允许使用与 IК max 值相对应的电流负载来操作晶体管。

由于所考虑器件的晶体管结构的晶体是使用基本技术制造的并且具有共同的设计和技术特征，因此所有晶体管都具有相同水平的击穿电压。 根据器件规范，其应用范围受到发射极和基极之间最大允许直流电压 UEBmax < 3 V 以及集电极和发射极之间最大允许直流电压 UKE max < 36 V 的限制。所示击穿电压值在整个工作温度范围环境下均有效。

主要概念思想是在创建一系列未封装晶体管 KT8197、KT9189、KT9192 时开发新的原创设计和技术解决方案，这使得在微型设计中创建强大的低压晶体管领域又迈出了一步。 这个想法的本质是创建一种晶体管设计，该晶体管设计基于由氧化铍制成的陶瓷晶体​​支架和柔性载体（聚酰亚胺薄膜）上的金属化带引线。

具有引线框架形式的特殊光刻图案的带载体用作单个导电元件，其上同时形成与多单元晶体管结构的接触和器件的外部端子。 内部加强条的所有元件都用化合物密封。 金属化陶瓷支架底座的尺寸为 2,5x2,5 毫米。 晶体支架和端子的安装表面均镀有一层金。 晶体管的类型和尺寸如图1所示。 249、a. 为了进行比较，我们注意到国外最小的金属陶瓷封装晶体管（例如摩托罗拉的CASE 05-7）具有直径为XNUMX毫米的圆形陶瓷底座。

KT8197、KT9189、KT9192 系列晶体管的设计允许使用表面贴装方法将其安装在印刷电路板上。 根据这些晶体管的使用建议，外部端子的焊接必须在 125...180 °C 的温度下进行，时间不得超过 5 秒。

由于实现了电学和热物理参数储备，可以显着扩展无封装微波晶体管的消费功能范围。 特别是，对于标称电压值Upit = 8197 V的KT7,5系列晶体管和KT9189、KT9192系列（12,5 V），动态模式下安全工作区域的边界扩大到Upit max = 15 V。电源电压相对于标称值的变化允许提高便携式发射器的输出功率水平，并相应地增加无线电范围。 晶体管能够在整个工作温度范围内以连续动态模式运行而不降低功耗。

总的来说，当从根本上开发这些晶体管时，不仅解决了小型化的问题，而且还解决了成本降低的问题。 结果证明，采用金属陶瓷外壳的晶体管比国外同类晶体管便宜大约五倍。 所开发的微型微波晶体管可以以分立元件的形式在传统用途中找到最广泛的应用，也可以作为混合微电路射频功率放大器的一部分。 显然，它们最有效的用途是可穿戴便携式广播电台。

移动发射器的输出级通常直接由车辆电池供电。 输出级晶体管的设计额定电源电压 Upit = 12,5 V。每个连接范围的晶体管参数系列的构建均考虑到便携式发射器允许的最大输出功率水平 Pout = 20 W [4]。 强大的低压微波晶体管（Pout>10 W）的开发与更复杂的设计问题相关。 此外，还存在增加动态功率和从微波结构的大晶体中散热的问题。

功率晶体管的晶体拓扑具有非常发达的发射极结构，其特点是阻抗低。 为了保证所需频段、简化匹配、提高功率增益，晶体管输入端内置了LC内部匹配电路。 从结构上讲，LC 电路采用基于 MIS 电容器和充当电感元件的引线系统的微组件形式制成。

在开发用于 VHF 范围 [2] 的先前开发的 9175T2 系列晶体管的功率范围时，创建了晶体管 2T9188A (Pout = 10 W) 和 KT9190A (20 W)。 针对 UHF 系列，我们开发了晶体管 KT9193A (Pout = 10 W) 和 KT9193B (20 W)。 晶体管采用标准 KT-83 封装（见图 1,b）。

这种金属陶瓷外壳的使用一度使得为电子设备创建高度可靠的两用晶体管成为可能，这些电子设备对外部因素的要求更高，并且能够在恶劣的气候条件下工作。 为了确保外壳温度为 +60°C 时输出功率 Pout = 10 W 的晶体管的可靠性，以及 Pout = 20 W - 从 +40 到 +125°C，最大允许平均功耗在连续动态模式下必须按照公式 RK.sr max=(200-Tcorp)/RT.p-c 线性减小（其中 Tcorp 是外壳温度，°C；RT.p-c 是结壳的热阻结，°C/W）。

目前，俄罗斯正在根据 NMT-450i 标准（频率为 450 MHz）创建联邦无线电通信网络。 所开发的KT9189、2T9175、2T9188A、KT9190A系列器件几乎可以完全覆盖市场上对基于国产晶体管元件的设备的需求。

此外，自1995年以来，俄罗斯已在GSM标准（900 MHz）内部署了蜂窝移动用户通信系统的联邦网络，并根据美国AMPS标准（800 MHz）部署了用于区域通信的蜂窝系统。 要在 UHF 中创建这些蜂窝无线电通信系统，可以使用输出功率为 9192 和 0,5 W 的 KT2 系列小型晶体管以及输出功率为 9193 和 10 W 的 KT20 系列。

小型化设备问题的解决方案及其基本基础不仅影响可穿戴便携式无线电发射器。 在许多情况下，对于便携式无线电通信设备以及专用设备，需要减小高功率微波低压晶体管的重量和尺寸。

为此，我们在 KT-83 的基础上开发了一种改进的无晶圆外壳设计（图 1，c），其中晶体管 2T9175A-4-2T9175V-4、2T9188A-4、KT9190A-4、KT9193A-4、生产KT9193B-4。 它们的电气特性与标准设计中相应的晶体管相似。 这些晶体管通过将晶体支架直接低温焊接到散热器上来安装。 焊接过程中本体温度不应超过+150℃，总加热和焊接时间不应超过2分钟。

所考虑晶体管的主要技术特性如表所示。 1、所有晶体管集电极电路的效率为55%。 最大允许集电极直接电流值对应于整个工作温度范围。

表1

在图中。 图 2a 显示了晶体管 2T9188A、KT9190A 的完整电路，图 2a 显示了晶体管 8197T9189A、KT9192A 的完整电路。 2,b - KT9175、KT2、KTXNUMX、XNUMXTXNUMX 系列晶体管（l - 从焊接边界到密封盖或晶体支架密封涂层的粘合缝的距离。该距离在使用建议中规定微波晶体管在其技术规范中，并且在计算电抗元件晶体管时必须考虑到）。 图中所示电抗元件的参数总结在表中。 XNUMX. 这些参数对于计算正在开发的器件的放大路径的匹配电路是必需的。

新型晶体管元件基础的开发为现代专业商业和业余无线电通信设备的创建以及对已开发产品的改进以提高其电气参数、减轻重量、尺寸和成本开辟了广阔的前景。

表2

文学

1. Assesorov V.、Kozhevnikov V.、Kosoy A. 对俄罗斯工程师的科学搜索。 高功率微波晶体管的发展趋势。 - 广播，1994 年，第 6 期，第 2 页3, XNUMX.
2. Assessorov V.、Kozhevnikov V.、Kosoy A. 新型微波晶体管。 - 广播，1996 年，第 5 期，第 57 页58、XNUMX。
3. Assesorov V.、Assesorov A.、Kozhevnikov V.、Matveev S. 用于功率放大器的线性微波晶体管。 - 广播，1998 年，第 3 期，第 49 页51-XNUMX。
4. 陆地移动业务的角度调制无线电台。 GOST 12252-86（ST SEV 4280-83）。

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

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