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ENCICLOPÉDIA DE RÁDIO ELETRÔNICA E ENGENHARIA ELÉTRICA Potentes transistores de micro-ondas de baixa tensão para comunicações móveis. Data de referência
Enciclopédia de eletrônica de rádio e engenharia elétrica / Materiais de referência A revista Radio informa constantemente seus leitores sobre novos desenvolvimentos no Instituto de Pesquisa de Tecnologia Eletrônica de Voronezh na área de criação de transistores de microondas de alta potência para diversas aplicações [1-3]. Neste artigo, apresentamos aos especialistas e radioamadores os mais recentes desenvolvimentos do grupo de transistores de micro-ondas KT8197, KT9189, KT9192, 2T9188A, KT9109A, KT9193 para comunicações móveis com potência de saída de 0,5 a 20 W nas faixas MV e UHF. Os requisitos mais rigorosos para os parâmetros funcionais e operacionais dos equipamentos de comunicação modernos impõem exigências correspondentemente mais elevadas aos parâmetros de energia dos transistores de microondas de alta potência, à sua confiabilidade, bem como ao design dos dispositivos. Em primeiro lugar, é necessário ter em mente que as estações de rádio portáteis e portáteis são alimentadas diretamente por fontes primárias. Para tanto, são utilizadas fontes de corrente química (baterias de células ou baterias de pequeno porte) com tensão, geralmente de 5 a 15 V. Uma tensão de alimentação reduzida impõe restrições às propriedades de potência e amplificação do transistor gerador. Ao mesmo tempo, poderosos transistores de micro-ondas de baixa tensão devem ter parâmetros de alta energia (como ganho de potência KuP e eficiência do circuito coletor ηK) em toda a faixa de frequência operacional. Considerando o fato de que a potência de saída do transistor gerador é proporcional ao quadrado da tensão harmônica fundamental no coletor, o efeito da redução do seu nível de potência de saída com uma diminuição na tensão do coletor de alimentação pode ser construtivamente compensado por um aumento correspondente em a amplitude da corrente útil do sinal. Portanto, ao projetar transistores de baixa tensão em combinação com a solução de um conjunto de problemas de projeto e tecnológicos, questões relacionadas simultaneamente ao problema de reduzir a tensão de saturação coletor-emissor e aumentar a densidade crítica de corrente do coletor devem ser resolvidas de forma otimizada. A operação de transistores de baixa tensão em um modo com densidades de corrente mais altas em comparação com transistores geradores convencionais (destinados para uso em Up = 28 V e superiores) agrava o problema de garantir confiabilidade a longo prazo devido à necessidade de suprimir manifestações mais intensas de mecanismos de degradação em elementos condutores de corrente e camadas de contato da estrutura do transistor de metalização. Para tanto, os transistores de micro-ondas de baixa tensão desenvolvidos utilizam um sistema de metalização à base de ouro multicamadas e altamente confiável. Os transistores discutidos neste artigo são projetados levando em consideração sua utilização principal em amplificadores de potência em modo classe C quando conectados em um circuito emissor comum. Ao mesmo tempo, sua operação é permitida no modo das classes A, B e AB sob tensão diferente do valor nominal, desde que o ponto de operação esteja dentro da área de operação segura e sejam tomadas medidas para evitar a entrada no auto modo de geração. Os transistores estão operacionais mesmo se o valor de Up for menor que o valor nominal. Mas, neste caso, os valores dos parâmetros elétricos podem diferir dos valores do passaporte. É permitido operar transistores com carga de corrente correspondente ao valor de IК max, se a dissipação de potência média máxima permitida do coletor em modo dinâmico contínuo РК.ср max não exceder o valor limite. Devido ao fato de os cristais das estruturas dos transistores dos dispositivos em questão serem fabricados com tecnologia básica e possuírem design e características tecnológicas comuns, todos os transistores possuem o mesmo nível de tensão de ruptura. De acordo com as especificações técnicas dos dispositivos, o seu âmbito de aplicação é limitado pela tensão contínua máxima permitida entre o emissor e a base UEBmax < 3 V e pela tensão contínua máxima permitida entre o coletor e o emissor UKE max < 36 V. Além disso, os valores de tensão de ruptura indicados são válidos para toda a faixa de temperatura de operação do ambiente. A principal ideia conceitual, que possibilitou dar mais um passo no campo da criação de potentes transistores de baixa tensão em design miniatura, foi o desenvolvimento de novos designs originais e soluções tecnológicas ao criar uma série de transistores não embalados KT8197, KT9189, KT9192. A essência da ideia é criar um design de transistor baseado em um suporte de cristal cerâmico feito de óxido de berílio e fios de fita metalizada em um suporte flexível - filme de poliimida. Um suporte de fita com um padrão fotolitográfico especial na forma de uma moldura de chumbo serve como um único elemento condutor no qual o contato com a estrutura do transistor multicelular e os terminais externos do dispositivo são formados simultaneamente. Todos os elementos do reforço interno da faixa são selados com um composto. As dimensões da base do suporte cerâmico metalizado são 2,5x2,5 mm. A superfície de montagem do suporte de cristal e os terminais são revestidos com uma camada de ouro. O tipo e as dimensões do transistor são mostrados na Fig. 1, a. Para efeito de comparação, notamos que os menores transistores estrangeiros em uma embalagem metalocerâmica (por exemplo, CASE 249-05 da Motorola) possuem uma base cerâmica redonda com diâmetro de 7 mm.
O projeto dos transistores das séries KT8197, KT9189, KT9192 prevê sua instalação em uma placa de circuito impresso usando o método de montagem em superfície. De acordo com as recomendações para a utilização destes transistores, a soldagem dos terminais externos deve ser feita a uma temperatura de 125...180 ° C por no máximo 5 s. Graças à implementação de reservas nos parâmetros elétricos e termofísicos, foi possível expandir significativamente a gama de funções de consumo dos transistores de micro-ondas sem pacote. Em particular, para transistores da série KT8197 com valor de tensão nominal Upit = 7,5 V e da série KT9189, KT9192 (12,5 V), o limite da área de operação segura no modo dinâmico é expandido para Upit max = 15 V. Um aumento na tensão de alimentação em relação ao valor nominal permite aumentar o nível de potência de saída do transmissor portátil e, consequentemente, aumentar o alcance do rádio. Os transistores são capazes de operar sem reduzir a dissipação de potência em modo dinâmico contínuo em toda a faixa de temperatura operacional. Em geral, ao desenvolver esses transistores de forma fundamental, foram resolvidas as questões não só de miniaturização, mas também de redução de custos. Como resultado, os transistores revelaram-se aproximadamente cinco vezes mais baratos que os estrangeiros da mesma classe em caixa metalocerâmica. Os transistores de micro-ondas em miniatura desenvolvidos podem encontrar a mais ampla aplicação tanto no uso tradicional na forma de componentes discretos quanto como parte de amplificadores de potência de RF de microcircuitos híbridos. Obviamente, seu uso mais eficaz é em estações de rádio portáteis. Os estágios de saída dos transmissores móveis geralmente são alimentados diretamente pela bateria do veículo. Os transistores para os estágios de saída são projetados para uma tensão nominal de alimentação Upit = 12,5 V. As séries paramétricas de transistores para cada faixa conectada são construídas levando em consideração o nível máximo de potência de saída permitido para transmissores portáteis Pout = 20 W [4]. O desenvolvimento de poderosos transistores de micro-ondas de baixa tensão (com Pout>10 W) está associado a problemas de projeto mais complexos. Além disso, existem problemas de adição de energia dinâmica e remoção de calor de grandes cristais de estruturas de micro-ondas. A topologia cristalina dos transistores de potência possui uma estrutura de emissor muito desenvolvida, caracterizada por baixa impedância. Para garantir a banda de frequência necessária, simplificar a correspondência e aumentar o ganho de potência, um circuito de correspondência interna LC na entrada é integrado aos transistores. Estruturalmente, o circuito LC é feito na forma de um microconjunto baseado em um capacitor MIS e um sistema de fios que atuam como elementos indutivos. No desenvolvimento da faixa de potência dos transistores da série 2T9175 desenvolvidos anteriormente para uso na faixa VHF [2], foram criados os transistores 2T9188A (Pout = 10 W) e KT9190A (20 W). Para a faixa UHF foram desenvolvidos os transistores KT9193A (Pout = 10 W) e KT9193B (20 W). Os transistores são fabricados em um pacote padrão KT-83 (ver Fig. 1,b). O uso desta caixa de metal-cerâmica tornou possível criar transistores de dupla finalidade altamente confiáveis para dispositivos eletrônicos com maiores requisitos para fatores externos e com capacidade de operar em condições climáticas adversas. Para garantir confiabilidade garantida a uma temperatura de carcaça de +60°C em relação aos transistores com potência de saída Pout = 10 W, e com Pout = 20 W - de +40 a +125°C, a dissipação de potência média máxima permitida no modo dinâmico contínuo deve ser reduzido linearmente de acordo com a fórmula RK.sr max=(200-Tcorp)/RT.p-c (onde Tcorp é a temperatura do invólucro, °C; RT.p-c é a resistência térmica da caixa de junção transição, °C/W). Atualmente, uma rede federal de radiocomunicação está sendo criada na Rússia de acordo com o padrão NMT-450i (na frequência de 450 MHz). A série desenvolvida de dispositivos KT9189, 2T9175, 2T9188A, KT9190A pode cobrir quase completamente a necessidade no setor considerado do mercado de equipamentos baseados em elementos transistores domésticos. Além disso, desde 1995, uma rede federal de sistemas de comunicação celular para assinantes móveis foi implantada na Rússia dentro do padrão GSM (900 MHz) e um sistema celular para comunicações regionais de acordo com o padrão americano AMPS (800 MHz). Para criar esses sistemas de radiocomunicação celular em UHF, podem ser usados transistores de pequeno porte da série KT9192 com potência de saída de 0,5 e 2 W, bem como da série KT9193 com potência de saída de 10 e 20 W. A solução para o problema da miniaturização de equipamentos e, consequentemente, de sua base elementar afetou não apenas os transmissores de rádio portáteis vestíveis. Em vários casos, para equipamentos de radiocomunicação portáteis, bem como para equipamentos para fins especiais, há necessidade de reduzir o peso e as dimensões dos transistores de baixa tensão de micro-ondas de alta potência. Para esses fins, um projeto de caixa modificado sem wafer foi desenvolvido com base no KT-83 (Fig. 1, c), no qual os transistores 2T9175A-4-2T9175V-4, 2T9188A-4, KT9190A-4, KT9193A-4, KT9193B-4 são produzidos. Suas características elétricas são semelhantes às dos transistores correspondentes em um projeto padrão. Esses transistores são montados por soldagem em baixa temperatura do suporte do cristal diretamente no dissipador de calor. A temperatura corporal durante o processo de soldagem não deve exceder +150°C, e o tempo total de aquecimento e soldagem não deve exceder 2 minutos. As principais características técnicas dos transistores considerados são apresentadas na tabela. 1. A eficiência do circuito coletor de todos os transistores é de 55%. Os valores da corrente direta máxima permitida do coletor correspondem a toda a faixa de temperatura operacional. Tabela 1
Na Fig. 2a mostra o circuito completo dos transistores 2T9188A, KT9190A, e na Fig. 2,b - transistores das séries KT8197, KT9189, KT9192, 2T9175 (l - distância do limite de soldagem até a costura adesiva da tampa de vedação ou revestimento de vedação do porta-cristal. Esta distância é regulamentada nas recomendações de uso do transistores de micro-ondas nas especificações técnicas dos mesmos e é necessariamente levado em consideração no cálculo dos elementos reativos dos transistores). Os parâmetros dos elementos reativos mostrados nos diagramas estão resumidos na tabela. 2. Estes parâmetros são necessários para calcular os circuitos correspondentes do caminho de amplificação dos dispositivos em desenvolvimento.
O desenvolvimento de uma nova base de elementos transistores abre uma ampla perspectiva tanto para a criação de modernos equipamentos profissionais de radiocomunicação comercial e amador, quanto para o aprimoramento do já desenvolvido a fim de melhorar seus parâmetros elétricos, reduzir peso, dimensões e custo . Tabela 2
Literatura
Autores: V.Kozhevnikov, V.Assessors, A.Assessors, V.Dikarev, Voronezh
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15.04.2024 Areia para gatos Petgugu Global
15.04.2024 A atratividade de homens atenciosos
14.04.2024
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