Транзистор мощный высокочастотный – Мощный высокочастотный транзистор — Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 2

Глава пятая некоторые вопросы применения мощных вч транзисторов

5.1. Общие сведения об устройствах на мощных вч транзисторах

На
мощных транзисторах строят тракты
усиления мощности ВЧ сигналов
радиопередатчиков [46 — 48J,
преобразователи напряжения питания
подвижной и ста­ционарной аппаратуры
[49], блоки развертки телевизи­онных
приемников [50J,
системы зажигания двигателей внутреннего
сгорания [51] и т. п.

Основными
энергетическими характеристиками этих
устройств являются мощность выходного
сигнала и ко­эффициент полезного
действия. Кроме того, в зависи­мости
от назначения и условий эксплуатации
аппарату­ры нередко используются и
другие, среди которых в первую очередь
следует отметить уровень нежелатель­ных
колебаний, устойчивость к механическим
и клима­тическим воздействиям,
восприимчивость к посторонним сигналам,
сохранение работоспособности в аварийной
ситуации, массогабаритные и стоимостные
характерис­тики. В зависимости от
того, какие из указанной сово-купности
характеристк определяющие, выбираются
схе­ма построения, тип полупроводниковых
приборов и ре­жим работы того или
иного устройства.

Что
касается схемы построения, то практически
для большинства из перечисленных
устройств она содержит один из таких
узлов, как усилитель мощности или
мощ­ный автогенератор. Нередко эти
узлы используются вместе [49].

В
усилителях мощности, работающих на
частотах до 100 МГц, основной схемой
включения транзистора является схема
с общим эмиттером (ОЭ). Реже исполь­зуется
включение по схеме с общей базой (ОБ) и
край­не редко — по схеме с общим
коллектором (ОК). На­помним, что термин
«общий» характеризует электрод,
являющийся общим для входного и выходного
сигна­лов. На рис. 5.1,а например,
показана схема простей­шего усилителя
с ОЭ. Здесь входной сигнал через
кон­денсатор С1
подается между базой
и эмиттером, а вы-

ходной
сигнал через конденсатор С2
снимается с промежутка
эмиттер — коллектор транзистора. Цепь
смещения из источника ЭДС Uсм
с
входным сопротив­лением
R1
и цепь питания из
источника ЭДС Uи.п
с дросселем L1
служат для установления
требуемого ре­жима работы усилителя.
Конденсатор С1,
пропуская входной
ВЧ сигнал, разделяет по постоянному
току источник сигнала и входную цепь
усилителя, а конденса­тор С2,
пропуская усиленный
ВЧ сигнал в нагрузку, разделяет по
постоянному току выходную цепь усилите­ля
и нагрузку. Поэтому указанные конденсаторы
неред­ко называют разделительными.

Аналогичные
функции выполняют элементы С1,
С2,
UCM,
Uи.п,
R1,
L1
в других усилителях
— усилителе с ОБ (рис. 5.1,6) и усилителе
с ОК (рис. 5.1,в).

Термин «общий»
не следует путать с термином «за­земленный»
хотя обычно общий электрод, как это
видно из рис. 5.1,а — в, является одновременно
и заземленным по высокой частоте, а
нередко и по постоянному току. Тем не
менее встречаются усилители, в которых
один из электродов — общий, а другой —
заземленный. На­пример, на рис. 5.1,г
показана используемая иногда на практике
схема усилителя с ОЭ и заземленным
коллек­тором. В таком усилителе
входной сигнал действует между базой
и эмиттером, а выходной — между эмитте­ром
и коллектором, как в усилителе по схеме
рис. 5.1,а; в то же время здесь заземлен
коллектор, как в усили­теле по схеме
на рис. 5.1, в, хотя, в отличие от этой
схе­мы, он не является общим. Указанное
включение при­ходится использовать
в тех исключительных случаях, когда
необходимо обеспечить хороший теплоотвод
от транзистора, корпус которого
гальванически соединен с коллектором,
и в то же время сохранить высокие
уси­лительные свойства, обеспечиваемые
при включении транзистора по схеме с
ОЭ.

Рис.
5.1. Включение транзистора по схеме ОЭ
(а), ОБ
(б), ОК (в) и
по схеме ОЭ при заземленном коллекторе
(г)

Применяя в усилителе
мощности положительную обратную связь
из выходной цепи во входную и увели­чивая
ее глубину, можно добиться самовозбуждения
усилителя и получить из него таким
образом мощный автогенератор [52].
Анализируя устойчивость таких усилителей
в отсутствие внешнего сигнала и выявляя
на основе такого анализа неустойчивые
схемы и режи­мы работы, можно
проектировать устройства, наиболее
пригодные для работы в качестве мощных
автогенера­торов [53]. В этой связи
изучение автогенераторов не требует
какого-либо специального подхода и
может быть проведено на основе тех же
схем и с помощью то­го же аппарата,
которые используются при анализе
усилителей мощности.

Преобладающим
видом приборов, применяемых в усилителях
мощности и мощных автогенераторах,
явля­ются биполярные транзисторы.
Эти приборы обеспечи­вают высокие
энергетические характеристики, имеют
широкую градацию номиналов напряжения
питания, легки и просты в управлении,
а в случае нормирования линейных
характеристик обеспечивают усиление
ампли-тудно-модулированных сигналов
с минимальными нели­нейными искажениями.
Тем не менее в ряде случаев предпочтение
может быть отдано появившимся в
послед­нее время мощным полевым
транзисторам, отличаюхЩим-ся меньшим
уровнем шума и возможностью работы не
только на высоких, но и на низких частотах
(вследствие меньшей вероятности
вторичного пробоя). Нередко луч­шими
характеристиками обладают устройства,
в кото­рых одновременно используются
оба вида полупровод­никовых приборов.

Рис. 5.2. Схема
простейше­го усилителя (с источником
сигнала и нагрузкой)

Наиболее
эффективным режимом работы для уст­ройств
на мощных транзисторах является ключевой
ре­жим. Работу в этом режиме можно
проиллюстрировать с помощью простейшего
усилителя, схема которого по­казана
на рис. 5.2. Здесь входной сигнал и
напряжение смещения подаются на базу
транзистора от соответст­вующих
источников через сопротивление rг;
нагрузкой служит резистор rн,
соединяющий источник питания с
коллектором транзистора. Считая
известными ЭДС ис­точника сигнала и
смещения, найдем значение и форму
напряжения на нагрузке и выходного
тока усилителя. Для этого, пользуясь
входной характеристикой транзис-тора
IБ
(UБэ).
представленной на рис. 5.3,а кривой У, и
вольт-амперной характеристикой резистора
гг,
показан-ной на том же рисунке прямой
II,
сложим абсциссы
то-чек этих характеристик, соответствующие
одной и той же ординате. Соединяя
полученные таким образом точ-ки кривой,
построим вольт-амперную характеристику
входной цепи IБ(uг.
UCM).
Она представлена на
рис. 5.3,а кривой III.

Теперь
обратимся к семейству выходных
характерис-тик транзистора Iк
(Uэк)
(рис. 5.3,6) и нанесем на него нагрузочную
характеристику усилителя. Она, как
из-вестно, представляет собой прямую,
проведенную через две точки на осях
координат — (Uи.п,
0) и (0, Uи.и/rн).

Рис. 5.3. Определение
формы выходного сигнала с помощью
вход­ной и выходных характеристик
транзистора

Из
трех показанных на рис. 5.3,6 нагрузочных
характе­ристик усилителя, соответствующих
различным значени­ем нагрузочных
сопротивлений и представляющих работу
усилителя в недонапряженном (HUи.п),
критическом (KUи.n)
и перенапряженном
или ключевом Uи.п)
режимах, в рассматриваемом
случае восполь-зуемся последней.
Принимая UСм=0
и полагая, что иг,
Как показано на рис. 5.3,#, изменяется по
синусоидальному закону, через точки
кривой III
(рис. 5.3,а) с ор­динатами,
соответствующими токам базы, при которых
построены выходные характеристики
(рис. 5.3,6), про­ведем вертикальные
прямые до пересечения с кривой ur(t)
на рис. 5.3,0. Из этих
точек кривой ur(t)
проведем горизонтальные
прямые до пересечения с перпендику­лярными
прямыми, проведенными через точки
пересечения нагрузочной характеристики
с выходными характе­ристиками,
полученными при исходных значениях
тока базы. Соединяя найденные таким
образом точки, по­строим кривую (рис.
5.3,г), представляющую изменение
коллекторного напряжения uk(t).
Если же через точки
пересечения нагрузочной характеристики
ПUи.п
с вы­ходными характеристиками
транзистора провести гори­зонтальные
прямые до пересечения с вертикальными
прямыми, построенными, как показано на
рисунке, с по­мощью прямых, пересекающих
ur(t)f
и соединить полу­ченные
точки, то получится кривая (рис. 5.3,д),
пред­ставляющая изменение тока
коллектора iк
(t).

Как
видно, кривые на рис. 5.3,г и д
имеют форму, близкую
к П-образной, причем при максимуме тока
на­блюдается минимум напряжения и,
наоборот, при мак­симуме напряжения
— минимум тока. В этом случае мощность
рассеивания, определяемая произведением
uк(t)iк(t),
мала. Еще меньше она получается при
П-об­разной форме ur(t),
когда транзистор,
работая практи­чески в чисто ключевом
режиме, находится то в состоя­нии
отсечки, то в состоянии насыщения. При
этом вовсе не обязательно, чтобы и ток,
и напряжение на коллекто­ре имели бы
П-образную форму: достаточно, чтобы в
одну часть периода ток, а в другую —
напряжение, име­ли бы по возможности
близкие к нулю значения [46]. При этом
КПД каскада будет тем выше, чем меньше
напряжение насыщения транзистора в
открытом состоя­нии и чем меньше его
начальный ток в состо­янии отсечки.
Важную роль при этом игра­ет длительность
переходных процессов из состоя­ния
отсечки в состояние насыщения и наоборот:
чем она меньше, тем выше КПД. Когда ток
закрытого транзистора, напряжение
насыщенного транзистора и длительность
переходных процессов близки к нулю,
мо­жет быть получено значение КПД,
близкое к 100%. В практических устройствах
при существующих типах транзисторов
на невысоких частотах при ключевом
ре­жиме работы КПД достигает 95 — 98%.
С повышением частоты из-за возрастающего
влияния барьерных, диф­фузионных
емкостей и индуктивностей выводов
прибора относительная длительность
переходных процессов уве-личивается,
что приводит к увеличению мощности
рас-сеивания, а следовательно, и к
снижению КПД всего устройства. В
настоящее время верхняя граница обла-сти
частот, в которой реализуется ключевой
режим с КПД не хуже 80%, составляет 30 МГц.
В отличие от ключевого, другие режимы
работы ха-рактеризуются меньшими
значениями КПД. Однако для них более
просто получить высокие значения
некоторых других характеристик.

Широко
известны режимы работы А, В, С. В режи­ме
А коллекторный ток протекает непрерывно
на про­тяжении всего периода
усиливаемого сигнала; в режиме В —
только в течение полупериода, а в режиме
С — ме-нее полупериода усиливаемого
сигнала. При использо-вании этих режимов
следует иметь в виду, что лучшая
линейность и худший КПД получаются при
работе в режиме А и, наоборот, худшая
линейность и более вы-сокий КПД — при
работе в режиме С; очень часто для
линейного усиления амплитудно-модулированных
сигна-лов используется режим В, несколько
уступающий режиму А по
линейности усиления, но существенно
пре­восходящий его по энергетическим
характеристикам.

По
степени напряженности режимы работы
делятся на недонапряженный, критический
и перенапряженный. Недонапряженный
режим реализуется при таких на­грузках
и напряжениях возбуждения, когда
напряжение на коллекторе в любую часть
периода усиливаемого сигнала остается
все время выше напряжения насыще­ния
транзистора. Соответствующая этому
режиму на­грузочная характеристика,
представленная на рис. 5.3,6 прямой HUи..п,
не достигает линии критического режима
ОК даже при максимальном из возможных
(при задан­ном возбуждении) токах
базы. Критический режим яв­ляется
промежуточным между недонапряженным
и пе­ренапряженным. В этом режиме
напряжение на коллек­торе достигает
напряжения насыщения, но только в одной
точке — при максимальном токе базы.
Соответст­вующая этому режиму
нагрузочная характеристика (KUи.п
на рис. 5.3,6) пересекает выходную
характерис­тику транзистора,
соответствующую максимальному то­ку
базы, в месте ее наибольшей кривизны —
при пере­ходе от почти горизонтальной
части к участку резкой зависимости
1кэк).
И наконец, перенапряженный
ре­жим, получается, когда транзистор
часть периода на­ходится в состоянии
насыщения. В этом режиме нагру­зочная
характеристика, представленная на рис.
5.3,6 прямой ПUи.п,
пересекает линию критического режима
ОК еще до достижения током базы своего
максималь­ного (при заданном
возбуждении) значения. Таким об­разом,
в соответствии с рис. 5.3,6 область ниже
прямой KUи.п
— это область перенапряженного режима,
а вы­ше — недонапряженного.
Перенапряженный режим ха­рактеризуется
большими значениями КПД, а недонапря­женный
— меньшими, но недонапряженный, в
отличие от перенапряженного, пригоден
для линейного усиления. Поэтому нередко
встречается сочетание недонапряжен­ного
режима и режима В или А, когда на первый
план выступает требование линейности
усиления, и сочетание перенапряженного
режима и режима С (или В), когда необходимо
получить высокие энергетические
характе­ристики. Последнее сочетание
является необходимым для ключевого
режима, для реализации которого
тре­буется еще и быстрое переключение
транзистора из со­стояния отсечки в
состояние насыщения и, наоборот, из
состояния насыщения в состояние отсечки.

Важной характеристикой
транзистора при его работе в составе
того или иного устройства является
входное сопротивление. Входное
сопротивление, как показано в [54],
наиболее резко зависит от режима работы
устрой­ства и частоты сигнала. В
меньшей степени проявляется его
зависимость от характера и величины
нагрузки уси­лителя. И наконец, от
характера выходного сопротив­ления
источника сигнала входное сопротивление
почти не зависит. Индуктивности выводов
транзистора в об­ласти высоких частот
оказывают большое влияние на входное
сопротивление, увеличивая его активную
и ре­активную (с учетом знака)
составляющие. При этом коэффициент
усиления по мощности всего устройства
падает. Вывод о слабом влиянии источника
сигнала на входное сопротивление
представляется особенно важ­ным для
практики, поскольку указывает сравнительно
простой путь определения оптимального
выходного со­противления источника
сигнала (как комплексно-сопря­женного
к входному сопротивлению, найденному
при любом сопротивлении генератора),
с помощью которого уже можно при заданном
сопротивлении генератора найти параметры
согласующего четырехполюсника [55].

Таким образом, в
общих чертах мы рассмотрели ос­новные
задачи, характеристики, схемы включения
тран­зистора и режимы работы устройств
на мощных тран­зисторах. Материал
излагался с позиций применения
транзисторов в каскадах усилителей
мощности. Это не случайно. Во-первых,
как уже отмечалось, усилители мощности
служат основой большинства перечисленных
устройств. А во-вторых, при использовании
на высоких частотах в составе
радиопередатчиков усилители в
зна­чительной степени определяют
параметры передающей аппаратуры и в
этой связи заслуживают самого серьез­ного
изучения. Учитывая это и принимая во
внимание, что практически любые вопросы
реализации ВЧ усили­телей мощности
имеют самое непосредственное отноше­ние
к другим радиотехническим устройствам
на мощных транзисторах, остановимся
на их изучении более под­робно.

studfiles.net

Мощный высокочастотный транзистор — Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1

Мощный высокочастотный транзистор

Cтраница 1

Мощные высокочастотные транзисторы имеют структуру с диффузионной базой и их выходные характеристики в области малых напряжений имеют такой вид, как показано на этих рисунках. Даже если в этих транзисторах оптимальным образом использованы встречная диффузия или эпитаксиальное выращивание, их выходные характеристики могут приблизиться к показанным на рис. 6 — 11 а только на низких частотах. На высоких частотах причины, вызывающие спад коэффициента усиления с ростом тока, проявляют себя более резко. В связи с тем что коэффициент усиления по току на высоких частотах значительно меньше, чем на постоянном токе, сильно возрастает величина базового тока. Эти причины, а также некоторые другие, еще не вполне выясненные обстоятельства приводят к тому, что на высоких частотах модуль коэффициента усиления по току р / падает с ростом тока более резко, а участок напряжений, на котором выходные характеристики не достигли насыщения, может значительно увеличиться.
 [1]

Мощные высокочастотные транзисторы могут использоваться в импульсном режиме и выходная мощность может быть повышена путем увеличения рабочих напряжений.
 [2]

Мощные высокочастотные транзисторы, как правило, работают в режиме, близком к предельному. Поэтому даже кратковременное и сравнительно небольшое превышение этого режима нередко приводит к выходу транзистора из строя.
 [3]

Мощные высокочастотные транзисторы типа П601 — П602 являются также представителями группы дрейфовых транзисторов.
 [4]

В мощных высокочастотных транзисторах для уменьшения индуктивности эмиттера последний выводится на корпус. Для изоляции коллектора от корпуса кристалл монтируется на основание через керамическую прокладку. Иногда для согласования коэффициентов линейного расширения кристалла полупроводника и материала ножки применяют молибденовые прокладки.
 [5]

В мощных высокочастотных транзисторах она достигает 100 пф и более. Емкость Сб д учитывает диффузионный характер перемещения носителей в области базы. В емкость Сб э входят также конструктивная и зарядная емкости эмиттерного перехода. Поэтому емкость Ce t называется просто диффузионной емкостью эмиттерного перехода.
 [6]

К конструкции корпусов мощных высокочастотных транзисторов предъявляются три основных требования. Первое из них является общим для конструкции корпуса любого мощного транзистора, а два других являются специфичными.
 [8]

Изолированный коллектор в мощных высокочастотных транзисторах важно иметь не только с точки зрения удобства монтажа и простоты конструирования шасси и теплоотводов, но и потому, что для приборов с изолированным эмиттером сложно обеспечить безындуктивный монтаж во входной цепи и приборы в такой конструкции практически всегда будут иметь меньшее усиление, чем точно такие приборы с эмиттером, электрически соединенным с корпусом. В мощных высокочастотных транзисторах наружные выводы часто выполняются в виде тонких широких лент, удобных для монтажа в полосковые схемы.
 [10]

Но велика, изготовление мощных высокочастотных транзисторов станет просто невозможным. В связи с этим при изготовлении этих приборов особенно важно, чтобы в процессе шлифовки была исключена возможность появления таких царапин.
 [11]

Поэтому почти все корпуса мощных высокочастотных транзисторов крепятся к теплоотводу с помощью монтажного винта.
 [13]

В последние годы интерес к мощным высокочастотным транзисторам и к построению схем на этих приборах резко возрос в связи с достижениями полупроводниковой технологии, позволившей создать транзисторы, отдающие в нагрузку несколько десятков ватт на частотах до нескольких сотен мегагерц.
 [14]

Вопросов повышения допустимого напряжения в мощных высокочастотных транзисторах мы коснемся в следующей главе, а в настоящем параграфе мы рассмотрим, как в мощных транзисторах обеспечиваются большие рабочие токи и сравнительно малые сопротивления насыщения при условии сохранения малой коллекторной емкости.
 [15]

Страницы:  

   1

   2

   3

   4




www.ngpedia.ru

Глава четвертая надежность мощных вч транзисторов

4.1. Основные виды и причины отказов

Прежде
чем перейти к рассмотрению вопросов,
связанных с отказами мощных ВЧ
транзисторов, целе­сообразно сказать
несколько слов о том, что следует
понимать под отказавшими приборами.
Помимо ката­строфических отказов,
т. е. приборов совершенно нера­ботоспособных,
среди отказавших различают еще
рабо­тоспособные приборы и приборы,
условно потерявшие работоспособность.
Первые из них — это такие прибо­ры,
которые вполне могут выполнять свое
функциональ­ное назначение, но у
которых один или несколько пара­метров
не укладываются в нормы технических
условий. Вторые — это приборы, которые
в принципе могут вы­полнять свое
функциональное назначение, но у кото­рых
один или несколько основных параметров,
скажем h21Э
или UкэR,
в такой степени не
соответствуют нор­мам, что практическое
применение приборов в устройст­ве
становится нецелесообразным.

В
соответствии с этим различают
катастрофические отказы, в результате
которых прибор полностью теряет
работоспособность, и деградационные
отказы, в резуль­тате которых прибор
может или условно потерять
ра­ботоспособность, или сохранить
ее, но параметры его при этом выйдут за
пределы, оговоренные нормами тех­нических
условий. Если деградационные отказы
проис­ходят у изготовителя (например,
во время технологиче­ских или
квалификационных испытаний) или на
вход­ном контроле, они всегда будут
замечены. Если же при­бор установлен
в аппаратуру и произойдет такого рода
отказ, то вполне вероятно, что он никак
себя не проявит и аппаратура останется
работоспособной. В дальнейшем этот
отказ может привести к катастрофическому
или к условной потере работоспособности.
Для мощных ВЧ транзисторов, как показывает
практика, катастрофиче­ские отказы
происходят чаще, чем деградационные.

Рассмотрим основные
виды катастрофических отка­зов мощных
ВЧ транзисторов. Прежде всего это
от­казы, связанные с разрушением
конструкции прибора. К таким отказам
относятся: обрыв внешних ленточных
выводов (как правило, речь идет об их
отрыве от кера­мического основания),
разрушение керамического осно­вания,
отделение этого основания от фланца,
обрыв внутренних выводов (обычно в
местах их присоедине­ния к кристаллу
или ножке), перегорание внутренних
выводов, отделение кристалла от
основания, разрушение кристалла,
электрический или тепловой пробой
элек­тронно-дырочных переходов.

В современных
многоструктурных приборах может быть
не один, а большое число внутренних
эмиттерных и базовых выводов. При обрыве
одного-двух из них от­каза не произойдет.
Если же произойдут обрыв или пе­регорание
значительной доли этих выводов в
приборе, работающем в аппаратуре, то
вслед за этим, как пра­вило, разовьются
явления, которые приведут к его про­бою.

Пробой переходов
как электрический, так и тепло­вой
всегда сопровождается явлениями,
приводящими к разрушению кристалла.
Кристалл может локально про-плавиться
вследствие теплового пробоя или под
дейст­вием электрического пробоя
может разрушиться кри­сталлическая
решетка в микроскопической по размерам
области, которую впоследствии трудно
обнаружить. В этом смысле разрушение
кристалла при пробое отли­чается от
тех разрушений, которые, например,
вызыва­ются механическими напряжениями
и которые легко об­наруживаются.

Отделение
крышечки, герметизирующей прибор, не
приводит ни к полной, ни к условной
потере работоспо­собности транзистора,
но его принято считать катастро­фическим
отказом, так как конструкция прибора
при этом разрушается. В принципе такое
отделение крышеч­ки, поскольку оно
приводит (к
разгерметизации прибора, может стать
причиной деградационного, а затем и
ка­тастрофического отказа прибора.

Рассмотрим
основные виды деградационных отка­зов.
Прежде всего к таким отказам относят
уход за гра­ницу норм технических
условий статических параметров
транзисторов, определяющих качество
их переходов. Иначе говоря, речь идет
об увеличении обратных токов и о снижении
пробивных напряжений (обратные токи
могут возрасти и у эмиттерного, и у
коллекторного переходов, а снижение
пробивного напряжения может произойти
практически только у коллекторного).
Вполне реальными видами деградационных
отказов мощных ВЧ транзисторов являются
уход за нормы технических усло­вий
или значительное изменение таких
статических па­раметров, как статический
коэффициент передачи тока h21э,
сопротивление насыщения и входное
сопротивле­ние. Такие параметры, как
емкости переходов, не могут претерпевать
постепенных деградационных изменений.
Что касается основных ВЧ параметров:
отдаваемой мощности, коэффициента
усиления по мощности Kур,
коэффициентов комбинационных частот
Mz,
и Ms
и ко­эффициента полезного действия,
— то они могут меняться,
выходя за нормы технических условий,
вследствие изменения статических
параметров h213,
UкэR
и Uвх.

К деградационным
отказам следует отнести также постепенное
снижение допустимой мощности рассеяния
прибора, связанное с деградационными
изменениями его теплового сопротивления.

Рассмотрим причины
отказов мощных ВЧ транзисто­ров. В
принципе они могут быть связаны с
дефектами конструкции и нарушениями
технологии изготовления приборов, а
могут также возникать в процессе
непра­вильной эксплуатации. В последнем
случае отказы мо­гут происходить
из-за неправильного выбора режима
работы, кратковременных или длительных
перегрузок по мощности, наличия выбросов
напряжений, бросков тока и т. п., а могут
вызываться неправильным или не­достаточно
тщательным монтажом прибора или други­ми
причинами, приводящими к плохому отводу
тепла.

Рассмотрим причины
отказов, связанные с недостат­ками
конструкции и с нарушением технологии
изготовле­ния приборов. Прежде всего
остановимся на причинах катастрофических
отказов. Обрыв внешних ленточных
выводов, если не говорить о нарушениях
правил экс­плуатации и монтажа
приборов у потребителя, может быть
связан с механическими напряжениями
в керами­ческом основании под местом
припайки выводов (мо­жет произойти
обрыв вывода по месту пайки, так что
произойдет излом керамики и часть ее
останется на вы­воде). Он также может
быть связан с плохой металли­зацией
(отрыв происходит по металлизации) и с
пло­хим качеством пайки (происходит
отрыв вывода от металлизации основания
ножки). Напряжения в керами­ческом
основании могут быть недостаточно
велики для того, чтобы сами по себе
стать причиной обрыва ленточ­ного
вывода, однако в сочетании с механическими
и термическими воздействиями на прибор
они могут вы­звать такой обрыв.

Причиной разрушения
керамического основания корпуса или
отрыва основания от фланца (если этот
отрыв происходит по керамике) являются
внутренние напряжения в керамике в
сочетании с напряжениями, возникающими
от каких-либо внешних воздействий.
Та­кими воздействиями могут быть
чисто механические удары или вибрации,
резкое и значительное по величине
изменение температуры корпуса, а также
периодическое тепловое воздействие,
связанное с многократными вклю­чениями
и выключениями прибора.

Обрыв внутренних
выводов может происходить из-за внешних
механических или термомеханических
воздей­ствий, если места соединения
этих выводов с металли­зацией ножки
или кристалла ослаблены. Ослабление
мо­жет быть следствием плохого
качества приварки (несо­блюдение
режимов приварки, плохое качество
золоче­ния ножки, плохое качество
металлизации кристалла), а также
длительных процессов, связанных с
эффектами типа электромиграции. Надо
отметить, что в контактах, которые с
самого начала имели худшее качество,
эти эффекты выражены сильнее, так как
они определяются плотностью тока, а в
местах плохих контактов плотность тока
всегда выше. Поэтому у этих контактов
и вероят­ность того, что со временем
произойдет обрыв, будет выше.

Из сказанного
следует, что в мощном ВЧ транзи­сторе
возможна ситуация, при которой произойдет
об­рыв не всех, а одного или нескольких
внутренних выво­дов. Перегорание
внутренних выводов может произойти
только из-за перегрузки прибора по
току.

Разрушение
кристалла или его отделение от основа-ния
корпуса может быть следствием внешних
механиче­ских, термомеханических
воздействий, а также резуль­татом
электротермомеханических воздействий,
возни­кающих при многократных
включениях и выключениях приборов.
Такие многократные воздействия приводят
к появлению в кремниевом кристалле,
керамике и соеди­няющей их металлической
системе знакопеременных ме­ханических
напряжений. Эти напряжения могут быть
намного меньше предела прочности
указанных мате­риалов, но при
значительном числе циклов приведут к
тому, что наступит явление усталости,
предел прочно­сти снизится и, в конце
концов, разрушится припой, соединяющий
кристалл с основанием [33 — 35].

Причиной
электрического или теплового пробоя
мо­жет быть перегрузка по напряжению,
току или мощно­сти. Однако пробой
может произойти и в результате Многих
других причин. Например, если в приборе
про­изошло деградационное уменьшение
пробивного напря­жения перехода, то
он может быть пробит напряжением,
Которое для нормального прибора будет
допустимым. К тепловому
пробою могут привести деградацион-ные
процессы в корпусе и в месте присоединения
кри­сталла к корпусу, следствием
которых является посте­пенное
увеличение теплового сопротивления.
Одна из основных причин пробоя в мощных
ВЧ транзисторах — это явление образования
горячих пятен и наступающее вслед за
ним шнурование тока. Пробой, происходящий
в результате шнурования тока, получил
название вто­ричного [8, 9, 36, 37].

Образование в
работающей транзисторной структу­ре
горячих пятен может быть связано с
недостаточной степенью стабилизации
равномерности распределения тока между
отдельными эмиттерами. Причинами
обра­зования горячих пятен могут
быть также большой раз­брос входных
сопротивлений между отдельными
струк­турами на кристалле или частями
одной структуры, или наличие непропаянных
мест в соединении кристалла с керамическим
основанием, или такого же рода дефекты
между основанием и металлическим
фланцем. Горячие пятна могут также
возникать в местах, где исходный кремний
имеет дефекты или скопление дефектов.

Остановимся теперь
на причинах деградационных отказов.

Увеличение
обратного тока и снижение пробивного
напряжения перехода коллектор — база
происходят из-за того, что на поверхность
структуры в процессе изготов­ления
приборов попадают примеси ионного типа
(они могут оказаться на границе между
кремнием и окислом, в самом защитном
окисле или на его поверхности). В принципе
такие примеси могут попасть на
поверх­ность уже готовой структуры,
если она плохо защищена (например, если
произошла разгерметизация прибора).
Под влиянием электрических полей,
особенно если при­бор одновременно
находится при повышенной темпера­туре,
эти примеси могут дрейфовать. Дрейф
может про­исходить таким образом,
что в кремнии в коллекторной области
вблизи от границы р-п
перехода из-за ионного
заряда (положительного), скопившегося
на поверхности, будет расти число
подвижных электронов, индуциро­ванных
этим зарядом. В результате произойдет
сниже­ние пробивного напряжения.
Возможен случай, когда в результате
дрейфа на поверхности структуры
образует­ся канал, шунтирующий р-п
переход и приводящий
к росту обратного тока. Отметим, что
увеличение обратного тока перехода
коллектор — база IКБО
может в кремниевых приборах приводить
к гораздо более рез­кому увеличению
обратного тока между коллектором и
эмиттером IКэ0.
Значение IКЭО
примерно в h21Э
раз превышает IКБ0.
Но на малых токах в кремниевых
тран­зисторах значение h21Э
резко увеличивается с ростом то­ка.
Поэтому возможно, что при увеличении
IКБО
в не­сколько раз ток Iкэо
возрастает во много раз.

С
увеличением обратного тока эмиттерного
перехода IЭБО
приходится сталкиваться гораздо реже,
так как степень легирования кремния
по обе стороны перехода достаточно
велика и для образования канала
необхо­дим очень высокий уровень
загрязнений.

Для
мощных ВЧ транзисторов довольно
характерным видом отказа являются
деградационные изменения ко­эффициента
усиления, сопротивления насыщения и
вход­ного сопротивления. Такие
изменения происходят вслед­ствие
того, что часть эмиттеров в многоэмиттерном
транзисторе или часть структур в
многоструктурном приборе перестает
работать. Основная причина такого
отказа — явление электромиграции,
происходящее под воздействием
протекающего тока в металлизации, через
которую осуществляется контакт внешних
выводов с эмиттерными областями
транзистора (та.к как токи в базовой
цепи меньше, то для рассматриваемых в
дан­ной книге n-p-n
транзисторов
вероятность того, что сильная миграция
произойдет в базовой металлизации,
мала). В результате электромиграции
алюминиевая ме­таллизация в местах
с наибольшей плотностью тока утоныиается
так, что входное сопротивление для
лежа­щих вблизи от этих мест структур
или отдельных эмит­теров резко
возрастает и ток, протекающий через
них, существенно уменьшается. В конце
концов, в этих ме­стах может произойти
полный обрыв металлизации, так что
часть прибора совсем перестает работать.

Полный
обрыв металлизации эмиттерных или
базо­вых зубцов может произойти не
только в результате электромиграции
алюминия. Его причиной могут стать
коррозионные явления на границе между
алюминием и нихромом, если нихром
используется в качестве мате­риала
стабилизующих резисторов, включенных
между общей эмиттерной шиной и
металлизацией эмиттерных зубцов.
Коррозия происходит, если после
фотолитогра­фии по алюминию не удалены
полностью следы трави-теля. Следствием
обрыва металлизации эмиттерных или
базовых зубцов будет увеличение
плотности тока в остальной части
прибора. Это приведет к уменьшению
статического коэффициента передачи
для больших зна­чений тока и может
также привести к снижению моду­ля
коэффициента передачи тока |А21Э|
на высоких часто­тах, т. е. к уменьшению
граничной частоты. Увеличение входного
сопротивления для отдельных структур
или их полное отключение приводит к
росту входного сопротив­ления всего
транзистора в целом. Те же явления
приво­дят и к росту сопротивления
насыщения прибора, так как этот параметр
определяется в основном последова­тельным
сопротивлением тела коллектора.
Последова­тельное сопротивление
тела коллектора зависит от по­перечного
сечения тока, протекающего в коллекторе.
При отключении части структур это
сечение уменьша­ется, а сопротивление
тела коллектора растет.

Вызванные
электромиграцией изменения параметров
А21Э,
UK3R,
Uвх
и frp
приведут к изменению основных ВЧ
параметров: отдаваемой мощности, Кур,
М3,
М5,
а так­же коэффициента
полезного действия.

Помимо электромиграции
указанные деградацион-ные изменения
статических и динамических параметров
мощных ВЧ транзисторов могут вызываться
и обрывом внутренних эмиттерных или
базовых выводов; обрыв части этих
выводов приводит к отключению части
эмит­теров или целых структур, в
результате чего изменя­ются параметры
транзистора. Отметим, что если подоб­ные
процессы происходят в приборе, работающем
с вы­соким уровнем рассеиваемой и
отдаваемой мощности, то после того, как
уровень происшедшего изменения
па­раметров становится заметным,
скорость деградацион-ных процессов
резко возрастает и вскоре может
насту­пить катастрофический отказ.
Такой ход явлений — это дополнительная
причина того, что в мощных ВЧ тран­зисторах
чаще всего наблюдаются катастрофические
от­казы.

Те же явления,
связанные с прекращением работы части
транзисторной структуры, приводят и к
росту теплового сопротивления прибора.
Другие причины де-градационного
изменения теплового сопротивления —
это знакопеременные термомеханические
напряжения, след­ствием которых могут
быть явления усталости, приво­дящие
к появлению трещин в припое, соединяющем
кристалл с корпусом, или в месте
соединения керамиче­ского основания
корпуса с фланцем. Все это очевидным
образом приводит к увеличению теплового
сопротивле­ния и соответственно к
уменьшению допустимой мощ­ности,
перегреву прибора, вследствие которого
может наступить и катастрофический
отказ.

Отметим еще один
вид отказов, обусловленный про­цессами
вне прибора, но связанный с изменениями
в самом приборе. Речь идет о постепенном
изменении теп­лового сопротивления
между прибором и теплоотводом. Это
тепловое сопротивление зависит от того
усилия, с которым прибор прижат к
теплоотводу. В процессе ра­боты
прибора в составе аппаратуры, особенно
если кор­пус его сильно нагрет,
материал фланца может испыты­вать
пластическую деформацию, в результате
которой прижим транзистора к радиатору
уменьшится, тепловое сопротивление
корпус — теплоотвод возрастет и в
ко­нечном счете прибор может перегреться
и выйти из строя.

Рассмотренные
виды и возможные причины отказов мощных
ВЧ транзисторов, безусловно, могут
влиять на надежность работы этих
приборов. Основной путь повы­шения
надежности транзистора — это устранение
всех рассмотренных причин отказов или
уменьшение вероят­ности их возникновения.

studfiles.net

Мощный высокочастотный транзистор

 

Изобретение относится к области полупроводников электроники и может быть использовано при производстве полупроводниковых приборов, в мощных ВЧ- и СВЧ-транзисторах и др. Цель — улучшение энергетических параметров путем обеспечения равномерного распределения тока между отдельными транзисторными структурами. Мощный высокочастотный транзистор, сформированный в корпусе с выводами эмиттера, базы и коллектора, содержит ряд параллельно включенных транзисторных структур с электродами эмиттера, базы и коллектора и балластными резисторами в электрической цепи. В корпусе транзистора на его эмиттерном выводе напротив каждой транзисторной структуры установлены полупроводниковые кристаллы, на каждом из которых сформированы RC-цепочки, которые представляют собой параллельно соединенные балластный резистор и конденсатор. Один конец каждой RC-цепочки соединен с проводником с эмиттерным электродом, а другой электрически соединен с эмиттерным выводом транзистора. 1 ил.

Изобретение относится к области полупроводниковой электроники и может быть использовано при производстве полупроводниковых приборов, в мощных ВЧ- и СВЧ-транзисторах и др. Целью изобретения является улучшение энергетических параметров транзистора путем обеспечения равномерного распределения тока между отдельными транзисторными структурами. На чертеже представлена структура мощного СВЧ- или ВЧ-транзистора. На отдельном низкоомном полупроводниковом кристалле 1 изготавливается ряд тонкопленочных сопротивлений 2, параллельно каждому из которых подключается реактивная проводимость, емкость, которая образуется между металлизированными площадками 3 (одновременно служащими для термокомпрессии эмиттерных проволочек) и телом низкоомного полупроводникового кристалла 1 через слой диэлектрика 4. Стабилизирующие сопротивления 2 выполняются в виде резистивных слоев, один конец которых соединен с площадками 3, а другой через окно 5 в диэлектрике 4 с телом низкоомного кристалла 1, то есть с эмиттерным выводом 6. Каждая из таких RC-цепочек включается в эмиттерную цепь каждого из параллельно соединенных малых по площади транзистора 7, изготовленных на полупроводниковом кристалле 8, расположенном на коллекторном выводе 9 мощного высокочастотного транзистора, базовые электроды транзисторов 7 соединены с базовым выводом 9. Реактивное сопротивление выбирается таким образом, чтобы обеспечить прохождение высокочастотного сигнала непосредственно на вход каждого элементарного транзистора и тем самым исключить потери высокочастотной мощности на омических сопротивлениях rэ, даже при достаточно большой величине последних. В качестве реактивных проводимостей может быть использован, например, резонансный последовательный контур, настроенный на рабочую частоту прибора. Вся конструкция собирается в одном корпусе, как в случае обычных ВЧ- и СВЧ-транзисторов. При работе транзисторов в режиме класса «А», когда наряду с переменной высокочастотной составляющей к прибору прикладывается также постоянное смещение, можно за счет увеличения rэ обеспечить полную тепловую стабилизацию транзистора по постоянному току, последний будет протекать именно через rэ. Однако в этом случае в силу наличия реактивных проводимостей энергетические и частотные параметры не ухудшаются. Распределение высокочастотной мощности между отдельными транзисторами практически полностью определяется распределением между ними постоянной мощности, что принципиально исключает необходимость каким-то образом (например, с помощью rэ) добиваться ее равномерного распределения. Это связано с тем, что частота изменения высокочастотного сигнала много больше, чем время установления тепловых процессов в структуре транзистора. Следовательно, температура в структуре приборов и ее распределение определяются только постоянной мощностью и ее распределением между отдельными транзисторами. Таким образом, достаточно обеспечить тепловую стабильность параллельно включенных транзисторов по постоянному току, чтобы добиться высоких уровней мощности в режиме класса «А» без ухудшения энергетических показателей прибора.

Формула изобретения

Мощный высокочастотный транзистор, сформированный в корпусе с выводами эмиттера, базы и коллектора и содержащий ряд параллельно включенных транзисторных структур с электродами эмиттера, базы и коллектора и балластными резисторами в эмиттерной цепи, отличающийся тем, что, с целью улучшения энергетических параметров транзистора путем обеспечения равномерного распределения тока между отдельными структурами, в корпусе транзистора на его эмиттерном выводе напротив каждой транзисторной структуры установлены полупроводниковые кристаллы, на каждом из которых сформированы RC-цепочки, представляющие собой параллельно соединенные балластный резистор и конденсатор, при этом один конец каждой RC-цепочки соединен проводником с эмиттерным электродом, а другой электрически соединен с эмиттерным выводом транзистора.

РИСУНКИ

Рисунок 1

www.findpatent.ru

Мощные высокочастотные транзисторы — Документ

ЮРИИ ЗАВРАЖНОВ,

ИРИНА КАГАНОВА,

ЕВГЕНИИ МАЗЕЛЬ

АЛЬБЕРТ МИРКИН

МОЩНЫЕ ВЫСОКОЧАСТОТНЫЕ
ТРАНЗИСТОРЫ

(c)
Издательство «Радио и связь», 1985

ББК 32.852.3

М 87 УДК 621.382.345

Ю. В. Завражнов,
И. И. Каганова, Е. 3. Мазель, А. И. Миркин

Мощные высокочастотные
транзисторы/Ю. В. За-М 87 вражнов, И. И.
Каганова, Е. 3. Мазель и др.; Под ред. Е. 3.
Мазеля. — М.: Радио и связь, 1985. — 176 с.,
ил.

50
к.

Рассматриваются
особенности работы мощных вы­сокочастотных
транзисторов в линейном режиме.
Изла­гаются вопросы конструирования,
технологии транзисто­ров и методы
измерения их параметров. Приводятся
области применения таких транзисторов.

Для инженерно-технических
работников, занимаю­щихся разработкой
и применением мощных высокоча­стотных
транзисторов.

2403000000
— 033
М

046(01
)-85
108-85

Рецензенты доктор
техн. наук Я. А. ФЕДОТОВ и инженеры И. Э.
МАЧ, А. П. ГЕРАСИМЕНКО

Редакция литературы
по электронной технике

ЮРИИ ВИКТОРОВИЧ
ЗАВРАЖНОВ. ИРИНА ИЗРАИЛЬЕВНА КАГАНОВА,
ЕВГЕНИИ ЗИНОВЬЕВИЧ МАЗЕЛЬ, АЛЬБЕРТ
ИЗРАИЛЕВИЧ МИРКИН

МОЩНЫЕ ВЫСОКОЧАСТОТНЫЕ
ТРАНЗИСТОРЫ

Редактор Т. В. Жукова

Обложка художника
Н. А. Пашуры

Художественный
редактор Н. С. Шеин

Технический редактор
И. Л. Ткаченко

Корректор Н. Л. Жукова

ИБ № 321

ББК
32.852.3
6Ф0.32

Сдано в набор 07.08.84

Т-24009

Гарнитура литературная

Усл. кр.-отт. 9,45

Изд. № 20161

Формат
84 X
108/32

Печать высокая
Уч.-изд. л. 10,44 Зак. № СО

Подписано в печать
06.12.84 Бумага книжно-журн. Усл. печ. л. 9,24
Тираж 40 000 экз. Цена 50 к.

Издательство «Радио
и связь». 101000 Москва, Почтамт, а/я 693

Ордена Октябрьской
Революции и ордена Трудового Красного
Знамени Пер­вая Образцовая типография
имени А. А. Жданова Союзполиграфпрома
при Государственном комитете СССР по
делам издательств, полиграфии и книж­ной
торговли. 113054, Москва, М-54, Валовая, 28

OCR
Pirat

ОГЛАВЛЕНИЕ

Предисловие

ГЛАВА ПЕРВАЯ

ОСОБЕННОСТИ СТРУКТУРЫ МОЩНЫХ
ВЧ ТРАНЗИСТОРОВ

1.1. Параметры

1.2: Электрофизические характеристики
различных об­ластей транзисторной
структуры

1.3. Выбор размеров и формы различных
областей транзисторной структуры. Типы
структур

Г ЛАВА ВТОРАЯ

ОСОБЕННОСТИ ТЕХНОЛОГИИ И
КОНСТРУКЦИИ МОЩНЫХ ВЧ

ТРАНЗИСТОРОВ

2.1. Особенности технологии
изготовления кристаллов

2.2. Требования к корпусам и
особенности конструкции

2.3. Особенности сборки

ГЛАВА ТРЕТЬЯ

ПАРАМЕТРЫ МОЩНЫХ ВЧ ТРАНЗИСТОРОВ
И МЕТОДЫ ИХ

ИЗМЕРЕНИЯ

3.1. Система электрических
параметров

3.2. Методы измерения статических
параметров и ВЧ параметров малого
сигнала

3.3. Метод измерения
Еых

3.4. Метод измерения
Kур
и г|к

3.5. Метод измерения
Mz
и М5

3.6. Особенности измерения
энергетических параметров линейных
транзисторов

3.7. Согласующие устройства

3.8. Методика измерения
гБ1

3.9. Особенности аппаратуры для
измерения энергети­ческих параметров

3.10. Погрешности измерения
энергетических парамет­ров

ГЛАВА ЧЕТВЕРТАЯ

НАДЕЖНОСТЬ МОЩНЫХ ВЧ ТРАНЗИСТОРОВ

4.1. Основные виды и причины
отказов ….

4.2. Конструктивные пути обеспечения
надежности

4.3. Технологические пути
обеспечения надежности

4.4. Устойчивость транзисторов
к рассогласованию на­грузки

ГЛАВА ПЯТАЯ

НЕКОТОРЫЕ ВОПРОСЫ ПРИМЕНЕНИЯ
МОЩНЫХ ВЧ ТРАН­ЗИСТОРОВ

5.1. Общие сведения об устройствах
на мощных ВЧ транзисторах

5.2. Высокочастотные усилители
мощности

5.3. Усилители на основе мощных
автогенераторов .

5.4. Автоматика и управление в
усилителях мощности

5.5. Конструкция усилителей
мощности

Список литературы

ПРЕДИСЛОВИЕ

В
современной электронике все большую
роль иг­рает микроэлектроника, но
достаточно большое зна­чение продолжает
сохранять полупроводниковая техни­ка,
связанная с производством и применением
дискрет­ных приборов. Особое положение
среди дискретных приборов занимают
мощные полупроводниковые прибо­ры
и, в частности, мощные транзисторы. Они
широко используются в различных
электронных системах в качестве элементов
управления, регулирования и ста­билизации.
Мощные полупроводниковые приборы —
ти­ристоры и транзисторы — выступают
в роли связующих элементов между
электронной системой и исполнитель­ными
узлами и механизмами. Управление
механически­ми и электромеханическими
узлами (реле, электродви­гателями и
т. п.) — это только одно из возможных
направлений использования мощных
транзисторов. Кроме того, они находят
применение в многочисленных
преобразовательных и усилительных
устройствах, в телевизионной технике
(в устройствах развертки и источниках
питания), в системах зажигания двигателей
внутреннего сгорания, в импульсной
аппаратуре и др.

Один из наиболее распространенных
классов мощ­ных транзисторов — это
мощные высокочастотные (ВЧ) приборы. По
своим частотным свойствам транзисторы
делятся на низкочастотные (с граничной
частотой коэф­фициента передачи тока
до 3 МГц), высокочастотные (с граничной
частотой до 300 МГц) и сверхвысокочастот­ные
(с граничной частотой свыше 300 МГц).
Мощными транзисторами принято считать
приборы, у которых до­пустимая мощность
рассеяния превышает 1 Вт. При этом иногда
транзисторы с мощностью рассеяния от
1 до 10 Вт называют транзисторами средней
мощности, а с более высокой мощностью
рассеяния — транзисторами большой
мощности.

Основная область
применения мощных ВЧ транзи­сторов
— связная аппаратура. В этой аппаратуре
мощные тразисторы
являются основными элементами вы­ходных
усилительных каскадов. Их задачей
является управление последующими, более
мощными каскадами или создание мощного
выходного сигнала, подаваемого
непосредственно в антенное устройство.

Практически все мощные ВЧ
транзисторы в настоя­щее время
изготавливаются из кремния. Абсолютное
большинство типов серийных мощных
кремниевых ВЧ транзисторов — это
биполярные приборы, хотя в пос­ледние
годы начали создавать и кремниевые
мощные полевые ВЧ транзисторы [80]. Полевые
ВЧ транзисто­ры обладают рядом
существенных преимуществ по рравнению
с биполярными приборами, и одно время
считалось, что биполярные должны будут
полностью уступить свое место полевым
транзисторам. Однако по мере того, как
появлялись все новые типы мощных
биполярных и полевых ВЧ кремниевых
транзисторов, обнаружилось, что по
сравнению с биполярными ВЧ транзисторами
полевые приборы обладают не только
достоинствами, но и недостатками. Это
дает возмож­ность считать, что в
дальнейшем будут развиваться оба
направления.

Биполярные транзисторы
могут иметь как n-p-n,
так и p-n-p
структуру, однако
свойства исходных полупро­водниковых
материалов и особенности технологии
изго­товления заставляют отдать
предпочтение транзисторам с n-p-n
структурой. Поэтому
современные биполярные мощные ВЧ
кремниевые транзисторы — это практически
всегда n-p-n
приборы.

В книге рассмотрены
параметры, особенности тран­зисторных
структур и методы изготовления биполярных
кремниевых n-p-n
мощных ВЧ транзисторов.
Особое внимание уделено вопросам,
связанным с их надежно­стью. Это
вызвано двумя обстоятельствами.
Во-первых, создание приборов рассматриваемого
класса стало воз­можным только
благодаря жесткой оптимизации
тран­зисторной структуры и конструкции
транзистора по ряду параметров. В связи
с этим заложить в эти прибо­ры
значительный запас относительно
предельных режи­мов эксплуатации
почти никогда не удается. Во-вторых,
условия эксплуатации приборов данного
класса явля­ются достаточно тяжелыми.
Так, например, в реальных устройствах
очень велика вероятность кратковременно­го,
но весьма значительного рассогласования
нагрузки, влекущего за собой превышение
допустимых значений токов или напряжений
или того и другого одновременно Все это
делает понятным ту важную роль, которую
иг­рают для мощных ВЧ транзисторов
вопросы, связан­ные с их надежностью.

В связи с близостью характеристик
двух классов приборов: мощных ВЧ и СВЧ
транзисторов — вопросы рассматриваемые
в книге, иногда относятся не только к
ВЧ, но и к СВЧ приборам. Однако при
разработке, конструировании и применении
мощных СВЧ транзис­торов возникает
ряд специфических проблем, которые в
данной книге не рассматриваются.

Мы надеемся, что данная книга
представит интерес как для разработчиков
транзисторов, так и для специа­листов,
применяющих их в РЭА. Главы 1, 2 и 4 напи­саны
Е. 3. Мазелем, гл. 3 — И. И. Кагановой и А.
И. Миркиным, гл. 5 — Ю. В. Завражновым.
Общее редактирование книги осуществил
Е. 3. Мазель. Авто­ры выражают благодарность
профессору доктору техн. наук Я. А.
Федотову, взявшему на себя труд по
рецен­зированию книги и сделавшему
ряд ценных замечаний.

Авторы будут признательны за
критические замеча­ния и предложения,
которые следует направлять по ад­ресу:
101000, Москва, Почтамт, а/я 693, издательства
«Радио и связь».

Авторы

ГЛАВА ПЕРВАЯ

ОСОБЕННОСТИ СТРУКТУРЫ МОЩНЫХ
ВЧ ТРАНЗИСТОРОВ

1.1. ПАРАМЕТРЫ

Особенности структуры мощных
ВЧ транзисторов (т. е. размеры и форма
различных областей этой струк­туры,
а также электрофизические характеристики
этих областей) определяются требованиями
к их парамет­рам.

Прежде всего от
мощного ВЧ транзистора требует­ся,
чтобы на рабочей частоте или в диапазоне
рабочих частот он мог отдавать в нагрузку
достаточно большую мощность. Для этого
необходимо, чтобы транзистор мог
пропускать большие токи и чтобы на
нагрузке обеспе­чивался большой
перепад напряжений. В ВЧ усилите­лях,
например, перепад напряжений на нагрузке
опре­деляется напряжением источника
питания. В усилите­лях класса В или
АВ он примерно равен удвоенному напряжению
питания. Если падение напряжения на
от­крытом транзисторе велико, перепад
напряжений на нагрузке заметно уменьшится.
Напряжение источника питания в ВЧ
усилителях, как правило, стандартизова­но:
12,5 В — для питания портативной аппаратуры,
от автомобильных источников питания,
27 В — для борто­вой сети самолетов,
некоторых видов стационарной ап­паратуры
и 50 В — в основном для стационарной
аппа­ратуры. Эти значения определяют
допустимые напря­жения коллектор —
эмиттер UкэR
мощных ВЧ транзисторов. Так, для
транзисторов, питающихся на­пряжением
12,5 В (с учетом возможных перегрузок),
допустимое напряжение uksr
может быть не более
30 — 40 В, для транзисторов, работающих
при напряжениях питания 27 и 50 В, UкэR
соответственно должно составлять 65 —
75 В и не менее НО — 120 В.

Если важно получить максимально
возможную мощ­ность, отдаваемую
транзистором в нагрузку, то для этого
необходимо увеличивать максимальный
рабочий ток. Увеличивать напряжение
питания нежелательно в связи с тем, что
переход к более высоковольтным
транзисторам вызовет непропорционально
резкое ухуд­шение других характеристик
приборов.

Для транзисторов, работающих в
ВЧ аппаратуре, коэффициент полезного
действия (КПД) — отношение выходной
мощности транзистора к мощности,
потребляе­мой от источника коллекторного
питания — ограничен и составляет от 30
— 35 (в недонапряженном режиме) до 70 —
75 % (в перенапряженном режиме). Значение
КПД зависит и от свойств транзистора,
и от схемы включения. Для различных схем
включения КПД не может превосходить
некоторого определенного значения
(например, для усилителей класса В в
критическом ре­жиме он не превосходит
78 %).

Ограничение по КПД
является причиной того, что максимальная
выходная мощность транзистора может
ограничиваться не только максимально
допустимыми значениями рабочего тока
транзистора и перепада на­пряжений
на нагрузке, но и максимально допустимой
мощностью рассеяния. Если nктах
— максимально
до­стижимое значение КПД коллектора,
а Рктах — макси­мально допустимая
постоянная рассеиваемая мощность
коллектора, то
nКmах==Рвыхmах/Рпотр==Рвых
max/
(Рктах + выхmах).
Здесь Рпотр
— потребляемая мощность, а Рвыхтах —
максимальная мощность, отдаваемая в
на­грузку. Отсюда

P
вых max
— РК maxnKmax/
(1 — nKmax).
(1.1)

Величина Рктах, если
она не ограничивается мак­симально
допустимым током и напряжением, связана
с двумя тепловыми характеристиками
транзистора: максимально допустимой
температурой коллекторного перехода
и внутренним тепловым сопротивлением
меж­ду переходом и корпусом. Максимально
допустимая температура коллекторного
перехода Ттах
— температу­ра, при
которой транзистор может работать без
ухуд­шения характеристик достаточно
долго, не меньше, например, гарантийного
времени минимальной наработ­ки на
отказ для данного конкретного типа
приборов. Внутреннее тепловое сопротивление
между переходом и корпусом прибора
Rтп,к
— это отношение разности тем­ператур
между коллекторным переходом и
теплоотво-дящей плоскостью корпуса
транзистора (в градусах Цельсия) к
мощности, рассеиваемой на транзисторе
в установившемся режиме. Между мощностью
Ркmах,
соответствующей определенному значению
температуры корпуса Тк
прибора, максимально
допустимой темпера­турой перехода и
внутренним тепловым сопротивлением
существует связь:

PКmах=
тах
TK)/RTп,к.
(1.2)

Выражение (1.2)
справедливо при предположении, что Rтп,
к
— величина
постоянная. В действительности теп­ловое
сопротивление зависит от режима работы
и, в частности, с увеличением мощности
рассеивания тепловое сопротивление
растет.

Для различных типов
кремниевых транзисторов Tmах
= 150 — 200 °С. Так как значение Ттах
не может быть сделано
более высоким, для увеличения Рктах, а
также для того, чтобы транзистор мог
работать при до­статочно высоких
температурах на корпусе, следует
стремиться к уменьшению Rтп,к.

Как следует из (1.1),
для увеличения отдаваемой мощности
следует стремиться к увеличению
максималь­но допустимой мощности
рассеяния, а также к увели­чению КПД.
На практике КПД всегда ниже теорети­ческого
максимально достижимого значения. На
зна­чение КПД влияет сопротивление
насыщения Rнас.
В транзисторах, у которых область
насыщения выра­жена не очень резко,
правильнее говорить о напряже­нии
насыщения Uкэнас
или о падении напряжения на открытом
транзисторе (рис. 1.1). Пусть при работе
транзистора напряжение на коллекторе
при увеличении тока до I1
уменьшается от значения U3
до U2,
тогда можно считать,
что падение напряжения на открытом
транзисторе U2
совпадает с напряжением
насыщения Uкэнас
==U1,
если при увеличении тока базы дальнейшего
уменьшения напряжения на транзисторе
не проис­ходит. Однако в общем случае
эти напряжения на открытом транзисторе
могут не совпадать. Из рис. 1.1 видно, что
с увеличением параметра Uкэнас
(или с рос­том сопротивления насыщения
Rнас
= UКЭнас/I1)
растут бесполезные потери мощности в
транзисторе и, следо­вательно, падает
КПД.

Статический коэффициент
передачи тока А21Э
— от­ношение постоянного тока
коллектора к постоянному току базы при
заданных обратном напряжении коллек­тор
— эмиттер и токе эмиттера в схеме ОЭ —
в мощных ВЧ транзисторах не должен иметь
особенно больших значений. Приборы
этого класса работают на частотах,,
составляющих заметную долю от граничной
частоты frp.
Это означает, что на верхней границе
рабочего диа­пазона частот коэффициент
передачи тока не будет превосходить по
модулю несколько единиц. Таким об­разом,
достаточно, чтобы статический коэффициент
пе­редачи тока был равен 20 — 30.
Практически для мощ­ных ВЧ транзисторов
Н21Э
может достигать
значений 80 — 100, но надо стремиться к
тому, чтобы не допус­кать более высоких
значений, так как это может при­вести
к уменьшению области безопасной работы.
(При высоких значениях А21Э
падает устойчивость транзисто­ров
ко вторичному пробою, и в результате
этого может уменьшиться область их
безопасной работы.)

Мощные ВЧ транзисторы должны
отдавать в на­грузку достаточно
большую мощность во всем рабочем
диапазоне частот. Это означает, во-первых,
что прибор должен пропускать большие
рабочие токи не только на низких, но и
на высоких частотах, и, во-вторых, что
усиление по мощности на верхней границе
рабочего диапазона частот должно быть
достаточно большим.

gigabaza.ru

Мощный высокочастотный транзистор — Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 2

Мощный высокочастотный транзистор

Cтраница 2

Из проведенного рассмотрения требовании к параметрам мощных высокочастотных транзисторов видно, что задача создания подобных приборов связана с одновременным обеспечением высокой граничной частоты, малой емкости коллектора, большой допустимой мощности рассеяния, малого сопротивления насыщения и малого теплового сопротивления.
 [16]

Таким образом, тепловой поток в мощном высокочастотном транзисторе, чтобы попасть на теплоотвод, должен преодолеть сопротивление многослойной структуры.
 [17]

В высокочастотных усилителях и умножителях частоты применяются мощные высокочастотные транзисторы. Большинство таких транзисторов — биполярные кремниевые типа п-р — п, многоэмиттерные, изготовленные по планарно-эпитаксиальной технологии.
 [18]

Конструкции корпусов, которые разработаны специально для мощных высокочастотных транзисторов, будут рассмотрены в гл.
 [20]

Методы диффузионной технологии используются также для изготовления мощных высокочастотных транзисторов.
 [22]

Экспериментально исследовано явление перераспределения тока по площади в мощных высокочастотных транзисторах. Описаны методы, позволяющие с помощью косвенных измерений выявить подобную внутреннюю неустойчивость токораспределения.
 [23]

Для увеличения крутизны фронтов в усилителе импульсов можно применять сравнительно мощные высокочастотные транзисторы, с которыми можно получить длительность фронтов импульсов порядка 1 5 — 2 мксек.
 [24]

Следует еще раз подчеркнуть, что проведенное рассмотрение предельных возможностей мощных высокочастотных транзисторов носит лишь оценочный характер.
 [25]

В § 7 — 1 было сказано, что в мощных высокочастотных транзисторах требуется сочетать высокую граничную частоту и малую емкость коллектора с малым сопротивлением насыщения и большой величиной ЯДОп. Большая допустимая мощность рассеяния может быть обеспечена только при достаточно большой величине максимального рабочего тока или напряжения. Как будет рассмотрено в § 7 — 5, имеются определенные соображения в пользу того, что в мощных высокочастотных транзисторах целесообразно увеличивать рабочий ток, а не напряжение.
 [26]

Хотя частотные характеристики транзисторов со слоистой структурой пока несколько уступают характеристикам некоторых других типов мощных высокочастотных транзисторов, экспериментальные образцы подобных приборов уже могут дать в нагрузку 10 — 100 вт на частотах порядка 10 — 100 Мгц и до 800 вт на 1 Мгц.
 [27]

В результате проделанной экспериментальной работы на примере двух типов приборов показано, что в мощных высокочастотных транзисторах при мощности, не, превышающей максимально допустимой, возможно резкое перераспределние тока по площади структуры транзистора.
 [28]

Конверсионные транзисторы интересны тем, что в них могут быть получены тонкие базовые слои большой площади, необходимые для изготовления более мощных высокочастотных транзисторов. В конверсионных транзисторах диффузионный эмиттерный переход образуется за счет обратной диффузии примеси из полупроводника в металл эмиттерного электрода. Для этой цели служит пластинка германия ( исходный материал), содержащая одновременно донорные и акцепторные примеси. В качестве последней применяется медь, которая при вплавлении эмиттерного сплава энергично диффундирует из германия в эмиттер.
 [29]

Достаточно малые величины w могут быть получены только в транзисторах, изготовленных с помощью диффузии или эпитаксиального выращивания, поэтому в качестве мощных высокочастотных транзисторов могут использоваться только такие приборы. Получение тонких баз в сплавных транзисторах технологически весьма сложно, да и если бы их можно было получить, то использование таких транзисторов было бы нецелесообразно из-за низкого напряжения прокола.
 [30]

Страницы:  

   1

   2

   3

   4




www.ngpedia.ru

Высокочастотный транзистор — Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 4

Высокочастотный транзистор

Cтраница 4

С помощью высокочастотных транзисторов удается получить время переключения порядка 0 1 мк / сек. Так как транзисторная техника развивается весьма интенсивно, то можно рассчитывать на то, что в дальнейшем удастся как увеличить значения переключаемых токов, так и расширить частотный диапазон ключей.
 [46]

В случае высокочастотных транзисторов эта энергия сравнительно мала. Если амплитуда поданного на базу сигнала значительно превышает величину, необходимую для закрытия или открытия транзистора, то энергия, необходимая для зарядки емкости обедненного слоя ( база — эмиттер база — коллектор), легко может превысить энергию, необходимую для зарядки диффузионной емкости. К сожалению, среди характеристик промышленных транзисторов не приводятся значения емкости база — эмиттер для непроводящего состояния транзистора. Можно ожидать, что эта емкость довольно велика.
 [47]

При исследовании генераторных высокочастотных транзисторов важно не только выявить область устойчивой ратготы транзистора в статическом режиме-но и получить ответ а вопрос — проявляется ли перераспределение тока при работе в схеме высокочастотного генератора.
 [49]

К корпусам маломощных высокочастотных транзисторов предъявляется также требование обеспечения минимальной емкости между выводами. В мощных высокочастотных транзисторах это требование не стоит особенно остро, так как емкости между электродами этих приборов обычно во много раз превосходят емкости между выводами корпуса.
 [51]

Для изготовления германиевых высокочастотных транзисторов с граничной частотой передачи тока в несколько сотен мегагерц широко используется метод, представляющий собой определенную комбинацию диффузии и сплавления. Рассмотрим способ изготовления диффузионно-сплавных германиевых транзисторов более подробно. После проведения диффузии сурьмы образуется слой / г-германия толщиной 0 02 мм. Затем производится со-шлифовка или стравливание этого слоя таким образом, чтобы слой / г-германия остался только в риске.
 [53]

Для изготовления германиевых высокочастотных транзисторов с граничной частотой передачи тока в несколько сотен мегагерц широко используется метод, представляющий собой определенную комбинацию диффузии и сплавления.
 [54]

Схемы на высокочастотных транзисторах по рис. 27 обладают рядом достоинств, имеющих существенное значение в радиолюбительской практике: небольшим количеством моточных деталей, некритичностыо к разбросу параметров транзисторов и простотой налаживания.
 [55]

Выпускаемые отечественной промышленностью высокочастотные транзисторы П403, П410, П414, П420, ГТ308 и др., хорошо работающие в различных генераторных и усилительных схемах, с успехом можно использовать в сверхрегенеративных каскадах.
 [56]

В последние годы высокочастотные транзисторы, в том числе и мощные высокочастотные, все чаще изготовляют методом диффузии.
 [58]

Это позволяет использовать маломощные высокочастотные транзисторы, паразитные параметры и инерционность которых проявляются в меньшей степени, чем у мощных транзисторов. Кроме того, малая мощность автогенератора облегчает тепловой режим транзистора и элементов колебательной системы ( кварцевого резонатора или контура), определяющих стабильность частоты. По этой причине обычно необходим ряд промежуточных усилительных или умножительных каскадов для возбуждения оконечного транзистора передатчика.
 [59]

Основным методом изготовления высокочастотных транзисторов является диффузия примесей и такие транзисторы поэтому часто называют диффузионными. При диффузии примеси в базе распределяются неравномерно, там создается электрическое поле. Следовательно, по механизму движения носителей диффузионные транзисторы могут относиться к дрейфовым.
 [60]

Страницы:  

   1

   2

   3

   4

   5




www.ngpedia.ru