Введение. Современная элементная база

Лекция 1. Введение. Современная элементная база.

При создании мощных каскадов усиления радиопередающих устройств активно применяются транзисторы. Ламповая техника оказалась экономически оправдана только при выходных мощностях передатчиков, превышающих 1 - 3 кВт в непрерывном режиме генерации. Конечно, на мощных телевизионных и радиоцентрах, в системах радиолокации и дальней навигации без электронной техники еще не обойтись, но преобладающее число передающих устройств реализуют  на транзисторах.

В разных странах и даже у различных фирм-производителей свои системы маркировки полупроводников. В нашей стране принято (ОСТ 11 336.919-81) маркировать транзисторы следующим образом. Например, 2Т964А.

Первый элемент обозначения определяет материал полупроводника: К или 2 - кремний; Г или 1 - германий; А или 3 – соединения галлия; И или 4 - соединения индия. Если в марке транзистора указана первой цифра, а не буква, то такое обозначение соответствует полупроводниковому прибору, имеющему улучшенные характеристики, например, по допустимой температуре коллекторного перехода.

Вторая буква в обозначении определяет тип прибора: T - транзистор, Д - диод, В - варикап, С - стабилитрон, П - полевой транзистор.

Следующие за второй буквой цифры говорят о подклассе полупроводника и номере его разработки. Первая из цифр в соответствии с принятой в стране триадной схемой маркировки транзисторов означает принадлежность к подклассу по мощности и по рабочему диапазону частот. Вторая и третья (а у новых разработок полупроводников и четвертая) цифры определяют номер разработки и характеризуют отличительные параметры прибора. Следующие за цифрами буквы определяют модификацию полупроводника и его отличие от одинаковых по номеру разработки. Например, транзисторы  2Т922А, 2Т922Б, 2Т922В - это кремниевые мощные высокочастотные транзисторы, имеют допустимую температуру корпуса 125 ⁰С (У КТ922А-В допустимая температура корпуса только 85 ⁰С) и различаются друг от друга максимальной выходной мощностью - 5, 20 и 40 Вт соответственно.

Стандарт предусматривает введение в маркировку дополнительных знаков, чаще всего цифр от 1 до 9, характеризующих конструктивную модификацию. Дополнительные цифры, приводимые в маркировке через дефис, характеризуют модификацию выводов бескорпусных транзисторов.

Триадная схема поясняется в табл. 1.1 на примере кремниевых транзисторов КТ 101 - КТ 999. То есть, элементы одного частотного диапазона разделяются по мощности через триаду: 100-400-700; 200-500-800; 300-600-900. При этом маломощные транзисторы имеют максимальную рассеиваемую мощность не выше 0,3 Вт. Транзисторы средней мощности имеют рассеиваемую мощность более 0,3 Вт, но не выше 1,5 Вт. Транзисторы большой мощности рассеивают мощность более 1,5 Вт. Низкочастотные транзисторы имеют  граничную частоту ниже 3 МГц; среднечастотные - выше 3, но ниже 30 МГц; высокочастотные выше 30 МГц.

Таблица 1.1

Для радиопередающих устройств особое значение имеют высокочастотные и сверхвысокочастотные транзисторы средней и большой мощности. Осваиваются все более высокочастотные участки спектра, например, миллиметровые волны  (30 - 300 ГГц), и это требует новых разработок транзисторов с большими возможностями по частоте. Создание мощных транзисторных усилителей высокой и сверхвысокой частоты для трактов усиления радиопередающих устройств явилось исключительно сложной задачей. При ее решении потребовалось преодолеть целый ряд препятствий, к основным из которых можно отнести следующие:

-  уменьшение коэффициента усиления транзисторов по мощности с ростом рабочей частоты;

-  наличие эффекта оттеснения носителей заряда, ограничивающего эмиттерный ток, а значит, и выходную мощность транзистора;

-  проблемы охлаждения кристалла мощного полупроводника;

-  необходимость получения в нагрузке мощности, многократно превышающей возможности одного транзистора;

-  требование эффективной передачи ВЧ энергии от транзистора в нагрузку в широком диапазоне частот;

-  необходимость надежной защиты транзисторов от перегрузок при флуктуациях нагрузки.

Первые три задачи относятся непосредственно к активным элементам, поэтому рассмотрим как удалось решить эти проблемы и в какой степени они оказались разрешенными для мощных транзисторов.

Ограничение усиления транзисторов с ростом частоты. Максимальной частотой транзистора f _макс обычно [1.1] называют значение частоты, при котором коэффициент усиления транзистора по мощности K_p = 3 дБ или 2 раза. Эта частота близка к граничной частоте транзистора, определяемой как

,