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ENCICLOPÉDIA DE RÁDIO ELETRÔNICA E ENGENHARIA ELÉTRICA Transistores lineares de micro-ondas para amplificadores de potência. Data de referência
Enciclopédia de eletrônica de rádio e engenharia elétrica / Materiais de referência O atual nível de desenvolvimento do REA e sua base elementar atualmente permite criar transmissores VHF FM e televisão completamente em estado sólido com uma potência de saída de até 5 kW [1,2]. Os caminhos de amplificação baseados em amplificadores de transistor de banda larga têm várias vantagens sobre os de tubo. Transmissores de estado sólido são mais confiáveis, eletricamente seguros, fáceis de usar e mais fáceis de fabricar. Com um projeto bloco-modular do transmissor, a falha de um dos blocos do amplificador final não leva à interrupção da transmissão, pois a transmissão continuará até que o bloco seja substituído, apenas com potência reduzida. Além disso, o caminho de banda larga do amplificador transistorizado não requer sintonia adicional para um canal específico dentro da banda de frequência operacional [3]. É geralmente aceito que a confiabilidade de um transmissor depende principalmente da confiabilidade dos componentes ativos usados. Graças ao uso de modernos transistores de micro-ondas lineares de alta potência, cujas características de projeto e tecnologia de fabricação proporcionam um aumento significativo no tempo entre falhas, a questão de aumentar a confiabilidade dos transmissores de estado sólido recebeu uma solução fundamental [4] . Os crescentes requisitos para os indicadores técnicos e econômicos dos transmissores VHF FM e de televisão de alta potência, bem como o nível alcançado de tecnologia nacional na área de criação de transistores bipolares de silício de alta potência, estimularam o desenvolvimento de uma nova classe de dispositivos - alta Transistores lineares de micro-ondas de alta potência. O Instituto de Pesquisa de Tecnologia Eletrônica (Voronezh) desenvolveu e produz uma ampla gama deles para uso nas faixas de comprimento de onda de metros e decímetros. Os transistores são especialmente projetados para uso em transmissores de transmissão de rádio e televisão de alta potência, repetidores, em particular, em repetidores de televisão com amplificação conjunta de sinais de som e imagem, bem como em amplificadores de sinal multicanal de estações base de um sistema de comunicação celular [5 ]. Esses transistores atendem a requisitos extremamente rigorosos de linearidade da característica de transferência, têm uma margem para dissipação de energia e, como resultado, maior confiabilidade. Estruturalmente, esses transistores são feitos em caixas de metal-cerâmica. Sua aparência é mostrada na Fig. 1 (os casos de nem todos os transistores mencionados no artigo são mostrados; os que faltam podem ser vistos no artigo [6]). As altas propriedades lineares e de frequência das estruturas do transistor são obtidas devido ao uso da tecnologia isoplanar de precisão. As camadas de difusão têm uma taxa de design de submícron. A largura dos elementos emissores da topologia é de cerca de 1,5 μm com seu perímetro extremamente desenvolvido.
Para eliminar falhas causadas por quebra elétrica e térmica secundária, a estrutura do transistor é formada em um chip de silício com um coletor epitaxial de duas camadas e resistores estabilizadores de emissor. Os transistores também devem confiabilidade a longo prazo ao uso de metalização multicamadas à base de ouro. Transistores lineares com uma dissipação de potência superior a 50 W (com exceção de KT9116A, KT9116B, KT9133A), como regra, possuem um circuito de correspondência de entrada LC estruturalmente embutido, feito na forma de um microconjunto baseado em um no capacitor MIS e um sistema de fios condutores. Os circuitos de correspondência interna permitem expandir a banda de frequência operacional, simplificar a correspondência de entrada e saída e também aumentar o ganho de potência Cp na banda de frequência. Ao mesmo tempo, esses transistores são "balanceados", o que significa que existem duas estruturas de transistores idênticas em um flange, unidas por um emissor comum. Tal solução construtiva e técnica possibilita a redução da indutância da saída do eletrodo comum e também contribui para a expansão da banda de frequência e simplificação do casamento. Com a ativação push-pull de transistores balanceados, o potencial de seu ponto médio é teoricamente igual a zero, o que corresponde à condição artificial de "terra". Essa inclusão realmente fornece um aumento de aproximadamente quatro vezes na impedância complexa de saída em comparação com um ciclo único no mesmo nível de sinal de saída e supressão efetiva de até mesmo componentes harmônicos no espectro do sinal útil. É bem conhecido que a qualidade da transmissão de televisão depende principalmente de quão linear é a característica de transferência do caminho eletrônico. A questão da linearidade é especialmente aguda ao projetar nós para amplificação conjunta de sinais de imagem e som devido ao aparecimento de componentes combinacionais no espectro de frequência. Portanto, o método de três tons proposto por especialistas estrangeiros para estimar a linearidade da característica de transferência dos transistores domésticos foi adotado pelo nível de supressão do componente de combinação de terceira ordem. O método baseia-se na análise de um sinal de televisão real com uma relação de sinal da frequência portadora de imagem de -8 dB. Frequência de banda lateral de -16 dB e frequência de portadora de áudio de -7 dB em relação à potência de saída no pico do envelope. Os transistores para amplificação conjunta, dependendo da faixa de frequência e potência, devem fornecer o valor do coeficiente dos componentes combinacionais do MOH, via de regra, não mais que -53 ... -60 dB. A classe considerada de transistores de micro-ondas com regulação estrita da supressão de componentes combinacionais foi chamada de transistores superlineares no exterior [7]. Deve-se notar que um nível tão alto de linearidade geralmente é obtido apenas no modo classe A, onde é possível realizar a linearização máxima do modo da característica de transferência.
Na faixa do medidor, como pode ser visto na tabela, existem vários transistores, representados pelos dispositivos KT9116A, KT91166, KT9133A e KT9173A com uma potência de pico de saída de Rvmx.peak, respectivamente, 5,15, 30 e 50 watts. Na faixa de ondas decimétricas, essa série é representada pelos dispositivos KT983A, KT983B, KT983V, KT9150A e POS com РВВ1Х, PIK igual a 0,5, 1,3,5, 8 e 25 W. Transistores superlineares são geralmente usados em amplificadores conjuntos (no modo classe A) de repetidores de televisão e módulos amplificadores de potência de transmissores com potência de até 100 watts. No entanto, os estágios de saída de transmissores potentes requerem transistores mais potentes que forneçam o nível necessário do limite superior da faixa dinâmica linear ao operar em um modo de energia vantajoso. Distorção harmônica aceitável em um nível de sinal alto pode ser obtida aplicando amplificação dividida no modo classe AB. Com base na análise das condições termofísicas de operação do transistor e nas características da formação da linearidade de um sinal de tom único, uma série de transistores de micro-ondas foi desenvolvida especialmente para o modo de operação na classe AB. A linearidade das características desses dispositivos de acordo com um método estrangeiro é estimada pelo nível de compressão (compressão) do ganho em termos de potência de um sinal de tom único - a taxa de compressão Kszh ou outra - determina a potência de saída em um certo Kszh normalizado. Para uso na faixa de onda métrica no modo classe AB, agora existem transistores KT9151A com potência de saída de 200 W e transistores KT9174A - 300 W. Para a faixa de decímetros, foram desenvolvidos os transistores 2T9155A, KT9142A, 2T9155B, KT9152A, 2T9155V, KT9182A com uma potência de saída de 15 a 150 W. Pela primeira vez, a possibilidade de criar transmissores modulares de estado sólido na faixa de decímetros com amplificação conjunta de sinais de imagem e som com potência de 100 W foi demonstrada por especialistas da NEC [8]. Posteriormente, transmissores semelhantes foram criados em transistores de micro-ondas domésticos de alta potência 12, 9]. Em particular, em [9] é descrita a pesquisa original sobre a expansão do escopo de uso dos transistores de alta potência KT9151A e KT9152A ao criar módulos de cem watts de amplificação conjunta no modo classe A. 3 vezes o valor nominal no modo classe AB . Especialistas da Universidade Técnica Estadual de Novosibirsk realizaram pesquisas sobre o uso de transistores de micro-ondas domésticos de alta potência nos módulos de amplificadores de potência de televisão com amplificação separada. Na fig. 2 é um diagrama de blocos de um amplificador de potência de sinal de imagem para os canais de televisão 1 a 5 com uma potência de pico de saída de 250 watts. O amplificador é feito de acordo com o esquema de amplificação separada de sinais de imagem e som. Para os canais 6 - 12, o amplificador é executado de maneira semelhante com a adição de um estágio intermediário em um transistor KT9116A operando no modo classe A para obter o ganho necessário.
No estágio de saída, os transistores KT9151A operam na classe AB. É montado de acordo com um esquema push-pull balanceado. Isso torna possível obter a potência de saída nominal com circuitos de correspondência bastante simples na completa ausência de "eco do alimentador" e o nível de componentes harmônicos uniformes de não mais que -35 dB. A não linearidade da característica de amplitude do amplificador é definida em um sinal pequeno, selecionando o deslocamento do ponto de operação em cada estágio, bem como corrigindo a não linearidade no modulador de vídeo do excitador. O diagrama de blocos do amplificador de potência para os canais de televisão 21 - 60 é mostrado na fig. 3. O estágio de saída do amplificador também é feito de acordo com um esquema push-pull balanceado.
Para garantir a correspondência de banda larga e a transição da carga assimétrica para simétrica nos estágios de saída dos amplificadores dos canais 6 - 12, 21 - 60, um filtro passa-baixo de dois links é usado como circuito corretivo. A indutância do primeiro link do circuito correspondente é implementada na forma de seções de microlinhas de tira nos elementos da topologia geral da placa de circuito impresso. As bobinas do segundo elo são as saídas da base dos transistores. A estrutura desses amplificadores corresponde à Fig. 2 e 3. A separação da potência na entrada dos estágios amplificadores e sua adição na saída dos mesmos, bem como o casamento das entradas e saídas com uma carga padrão, foi realizada utilizando acopladores direcionais de XNUMXdB. Estruturalmente, cada acoplador é feito na forma de enrolamentos bifilares (linhas de um quarto de onda) em uma estrutura colocada em um invólucro de blindagem. Assim, os modernos transistores de micro-ondas lineares domésticos possibilitam a criação de poderosos módulos amplificadores de televisão de até 250 W. Usando as baterias desses módulos, é possível aumentar a potência de saída fornecida ao caminho do alimentador de antena em até 2 kW. Como parte dos transmissores, os amplificadores desenvolvidos atendem a todos os requisitos modernos de características elétricas e confiabilidade. Potentes transistores lineares de micro-ondas começaram recentemente a ser amplamente utilizados também na construção de amplificadores de potência para estações base de um sistema de comunicação celular. De acordo com seu nível técnico, os poderosos transistores lineares de micro-ondas desenvolvidos pela NIIET podem ser usados como elemento base para a criação de modernos equipamentos de radiodifusão, televisão e outros equipamentos econômicos e de rádio amador nacionais. Literatura
Autores: A.Assessors, V.Assessors, V.Kozhevnikov, S.Matveev, Voronezh
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