eng
Выпуск #3/2010
Л.Белов.
Радиочастотные усилители мощности на полевых транзисторах компании POLYFET RF
Радиочастотные усилители мощности на полевых транзисторах компании POLYFET RF
Просмотры: 3821
Усиление мощности радиочастотных сигналов представляет собой актуальную и трудно реализуемую задачу из-за противоречивых требований одновременного обеспечения широкополосности, экономичности и линейности при высоком уровне мощности. Достижения компании Polyfet RF показывают, что эта проблема может быть решена за счет новых технических решений одновременно в области полупроводниковых материалов и в области конструктивной реализации малогабаритных широкополосных цепей согласования.
Рис.3. Конструкция широкополосного усилителя ТВ215 с выходной мощностью до 30 Вт при полосе частот 20–1000 МГц и коэффициенте передачи 30 дБ
Транзисторы, выполненные по технологии LDMOS, отличаются высокими значениями усиления КР и коэффициента полезного действия η, малым тепловым сопротивлением "переход-корпус" Rтпк, широким динамическим диапазоном линейности и малой емкостью области сток-затвор Ссз (табл.1). Транзисторы, выполняемые по технологии VDMOS, характеризуются высоким входным сопротивлением, повышенным напряжением питания Еп, высокой выходной мощностью Рвых, устойчивостью по отношению к самовозбуждению (табл.2).
Рис.1. Выходная вольтамперная характеристика Ic(Eзи) (a) и амплитудные характеристики Рвых(Рвх) и Кp(Рвых) (б) для транзистора LY-942 характеристики 600-Вт транзистора LY-942
В качестве примера рассмотрим характеристики транзистора LY-942, изготовленного по технологии LDMOS. Он предназначен для формирования радиочастотных сигналов мощностью до 600 Вт и усилением до 21 дБ при КПД до 73% на частоте до 80 МГц в составе двухтактной (Push-Pull) схемы включения. На рис.1 показаны его выходная Iс (Еси) и амплитудные Рвых (Рвх) и Кp (Рвх) характеристики. Емкость Ссз изменяется от 15 пФ при Еси = 5 В до 7 пФ при Еси = 50 В. Ток стока при нулевом смещении не превышает 2 мА; максимально допустимое значение коэффициента стоячей волны КСВН составляет 13:1, напряжения сток-исток – 110 В, рассеиваемой мощности – 1 кВт, температуры перехода – 200°С. Снижение коэффициента передачи КР при малой входной мощности Рвх объясняется работой в режиме класса В с целью достижения высокого КПД.
Транзисторы выпускаются во фланцевой конструкции с однотактной (рис.2а) или двухтактной (рис.2б) схемой включения, а также в корпусе для поверхностного монтажа (рис.2в). При повышенной мощности в каждом плече двухтактной схемы размещается параллельно по два, три или четыре транзистора.
Рис.2. Варианты корпусов для однотактной (а), двухтактной (б) схем включения и корпуса для поверхностного монтажа (в)
Высокие показатели по выходной мощности, полному КПД и широкополосности достигаются не только за счет применения прогрессивных полупроводниковых технологий, но и благодаря усовершенствованной схемотехнике цепей питания, согласованию полных сопротивлений и переходу от однотактной схемы к двухтактной. Компания предоставляет множество вариантов реализации цепей питания, в частности с использованием трансформаторов Рутроффа на коаксиальной линии с одной заземленной точкой. На рис.3 показан пример конструкции широкополосного (f = 20–1000 МГц) трехкаскадного (транзисторы SP201, SQ201 и LQ801) усилителя модели ТВ215 с выходной мощностью до 30 Вт при КПД от 15 до 55%.
Компания Polyfet RF предоставляет подробные радиочастотные характеристики и таблицы S-параметров выпускаемых транзисторов, а также модели внутренних параметров транзисторов для программных пакетов P-spice и ADS, а для некоторых изделий – принципиальные и монтажные схемы построения усилителя с согласующими и блокировочными элементами.
Наряду с широкой номенклатурой транзисторов компания выпускает ряд модульных конструкций усилителей мощности для гражданских и военных применений. На рис.4 представлен усилительный модуль МHCV01. В сложных условиях эксплуатации по военным нормативам модуль в полосе частот 20–1000 МГц при входной мощности 50 мВт обеспечивает выходную мощность 25 Вт, полный КПД 15%, интермодуляционные искажения по двухчастотной методике -25 дБ, допустимый КСВН 10:1. Напряжение питания модуля составляет 28 В, ток – 2,2 А. В нем предусмотрена возможность быстрого (менее чем за 10 мс) управления выходной мощностью за счет вариации напряжения до 10 В при токе до 1 мА.
Официальный представитель компании Polyfet RF Devices в России – ООО "Радиокомп" [2].
Рассмотренная продукция компании Polyfet RF Devices – пример успешной практической реализации комплексной задачи создания мощных твердотельных усилителей радиочастотного диапазона с высокими энергетическим КПД и коэффициентом усиления при допустимых интермодуляционных искажениях, способных функционировать в сверхширокой относительной полосе частот с возможностью быстрого управления выходной мощностью.
Литература
1. Сайт фирмы Polyfet RF Devices – www.polyfet.com.
2. Сайт официального представителя фирмы Polyfet RF в России – ООО "Радиокомп" – www.radiocomp.net.
Отзывы читателей
