Радіочастотні підсилювачі потужності на польових транзисторах компанії POLYFET RF
Перегляди: 2299
Посилення потужності радіочастотних сигналів являє собою актуальну і важко реалізовується завдання через суперечливих вимог одночасного забезпечення широкополосности, економічності і лінійності при високому рівні потужності. Досягнення компанії Polyfet RF показують, що ця проблема може бути вирішена за рахунок нових технічних рішень одночасно в області напівпровідникових матеріалів і в області конструктивної реалізації малогабаритних широкосмугових мереж узгодження.
Рис.3. Конструкція широкосмугового підсилювача ТВ215 з вихідною потужністю до 30 Вт при смузі частот 20-1000 МГц і коефіцієнті передачі 30 дБ Компанія Polyfet RF Devices (США) спеціалізується в області виробництва польових транзисторів радіочастотного діапазону з 1985 року [1]. Сьогодні вона виготовляє напівпровідникові польові транзистори із структурою "метал-оксид-кремній" з ізольованим затвором за запатентованою технологією подвійної бічної дифузії (LDMOS) або подвійний вертикальної дифузії (VDMOS). Компанія випускає транзистори і підсилювачі для військових і цивільних застосувань з вихідною потужністю до 600 Вт на частоті 100 МГц, до 300 Вт на частоті 175 МГц і до 25 Вт на частоті 1500 МГц. При цьому енергетична ефективність (ККД) досягає 70%. Розглянемо докладніше сучасний стан і перспективи застосувань виробів цього класу.
Транзистори, виконані за технологією LDMOS, відрізняються високими значеннями посилення КР і коефіцієнта корисної дії η, малим тепловим опором "перехід-корпус" Rтпк, широким динамічним діапазоном лінійності і малої ємністю області сток-затвор ССЗ (табл.1). Транзистори, виконувані за технологією VDMOS, характеризуються високим вхідним опором, підвищеним напругою живлення Еп, високою вихідною потужністю Рвих, стійкістю по відношенню до самозбудження (табл.2). 
Рис.1. Вихідна вольтамперная характеристика Ic (Eзі) (a) і амплітудні характеристики Рвих (Рвх) і Кp (вих) (б) для транзистора LY-942 характеристики 600-Вт транзистора LY-942
Як приклад розглянемо характеристики транзистора LY-942, виготовленого за технологією LDMOS. Він призначений для формування радіочастотних сигналів потужністю до 600 Вт і посиленням до 21 дБ при ККД до 73% на частоті до 80 МГц в складі двотактної (Push-Pull) схеми включення. На рис.1 показані його вихідна Iс (Еси) і амплітудні Рвих (Рвх) і Кp (Рвх) характеристики. Ємність ССЗ змінюється від 15 пФ при Еси = 5 В до 7 пФ при Еси = 50 В. Струм стоку при нульовому зміщенні не перевищує 2 мА; максимально допустиме значення коефіцієнта стоячої хвилі КСХН становить 13: 1, напруги стік-витік - 110 В, розсіюється - 1 кВт, температури переходу - 200 ° С. Зниження коефіцієнта передачі КР при малій вхідній потужності Рвх пояснюється роботою в режимі класу В з метою досягнення високого ККД.
Транзистори випускаються під фланцевої конструкції з однотактной (рис.2) або двотактної (рис.2б) схемою включення, а також в корпусі для поверхневого монтажу (Ріс.2в). При підвищеній потужності в кожному плечі двотактної схеми розміщується паралельно по два, три або чотири транзистора. 
Рис.2. Варіанти корпусів для однотактной (а), двотактної (б) схем включення і корпусу для поверхневого монтажу (в)
Високі показники по вихідної потужності, повного ККД і широкополосности досягаються не тільки за рахунок застосування прогресивних напівпровідникових технологій, але і завдяки вдосконаленій схемотехнике ланцюгів харчування, узгодження повних опорів і переходу від однотактной схеми до двотактної. Компанія надає безліч варіантів реалізації ланцюгів харчування, зокрема з використанням трансформаторів Рутроффа на коаксіальної лінії з однієї заземленою точкою. На рис.3 показаний приклад конструкції широкосмугового (f = 20-1000 МГц) трехкаскадного (транзистори SP201, SQ201 і LQ801) підсилювача моделі ТВ215 з вихідною потужністю до 30 Вт при ККД від 15 до 55%.
Компанія Polyfet RF надає докладні радіочастотні характеристики і таблиці S-параметрів випускаються транзисторів, а також моделі внутрішніх параметрів транзисторів для програмних пакетів P-spice і ADS, а для деяких виробів - принципові та монтажні схеми побудови підсилювача з погоджують і блокувальними елементами.
Поряд з широкою номенклатурою транзисторів компанія випускає ряд модульних конструкцій підсилювачів потужності для цивільних і військових застосувань. На рис.4 представлений підсилювальний модуль МHCV01. У складних умовах експлуатації по військовим нормативам модуль в смузі частот 20-1000 МГц при вхідній потужності 50 мВт забезпечує вихідну потужність 25 Вт, повний ККД 15%, інтермодуляційні спотворення по двочастотної методикою -25 дБ, допустимий КСХН 10: 1. Напруга живлення модуля становить 28 В, струм - 2,2 А. У ньому передбачена можливість швидкого (менш ніж за 10 мс) управління вихідною потужністю за рахунок варіації напруги до 10 В при струмі до 1 мА.
Офіційний представник компанії Polyfet RF Devices в Росії - ТОВ "Радіокомп" [2].
Розглянута продукція компанії Polyfet RF Devices - приклад успішної практичної реалізації комплексної задачі створення потужних твердотільних підсилювачів радіочастотного діапазону з високими енергетичним ККД і коефіцієнтом посилення при допустимих інтермодуляционних викривлення, здатних функціонувати в надширокої відносної смузі частот з можливістю швидкого управління вихідною потужністю.
література
1. Сайт фірми Polyfet RF Devices - www.polyfet.com .
2. Сайт офіційного представника фірми Polyfet RF в Росії - ТОВ "Радіокомп" - www.radiocomp.net .