МОЩНЫЙ БИПОЛЯРНЫЙ СВЧ-ТРАНЗИСТОР Российский патент 2005 года по МПК H01L29/72 

Изобретение относится к области конструирования и производства мощных СВЧ-транзисторов.

Известен мощный СВЧ-транзистор, ориентированный на использование в усилительном режиме, транзисторные кристаллы которого размещены на металлическом фланце корпуса, а необходимая малая обратная связь достигается путем электродинамического разделения входной и выходной цепей [1]. Конструктивно это достигается в корпусе, имеющем не три, как традиционные приборы, а четыре вывода. Коллекторный и один базовый вывод образуют выходную цепь, эмиттерный и другой базовый вывод образуют входную цепь.

Недостатком указанной конструкции является сложность внешней схемы, где приходится использовать специальные конструкции “подвешенного” источника возбуждения, не укладывающегося в традиционно используемые планарные конструкции согласующих полосковых плат усилителя.

Прототипом усилительного мощного СВЧ-транзистора является традиционный транзистор с общей базой [2]. Такой транзистор имеет один входной вывод (эмиттер), один выходной вывод (коллектор) и один общий вывод (база).

Целью изобретения является создание трехвыводного усилительного СВЧ-транзистора с малой внутренней обратной связью без теплопроводящего держателя из дорогостоящей бериллиевой керамики.

Поставленная цель достигается тем, что транзисторные кристаллы с транзисторными структурами размещают на металлическом фланце корпуса - коллекторном выводе, входной эмиттерный и выходной базовый выводы соединяют проводниками с соответствующими электродами транзисторных структур, базовые электроды транзисторных структур дополнительно соединяют со стороны эмиттерного вывода через отрезок полосковой линии шириной W и разделительный конденсатор с коллекторным выводом, причем максимальное удаление hmax эмиттерных проводников от отрезка полосковой линии должно удовлетворять соотношению hmax≤0.2W.

При этом по переменному току входное сопротивление транзистора (между эмиттерным выводом и фланцем корпуса) определяется цепью эмиттер-база транзисторных структур благодаря внутренней электродинамической развязке входа и выхода. Эта развязка, определяющая собой уровень внутренней обратной связи в транзисторе, тем эффективнее, чем меньше взаимная индуктивность эмиттерных проводников и упомянутой полосковой линии, несущей входную часть базового тока транзистора. В свою очередь, взаимная индуктивность этих элементов тем меньше, чем ниже размещены эмиттерные проводники над этой линией, и чем шире сама линия. Выход транзистора, как и в схеме с общей базой, определяется электродами база-коллектор.

Таким образом транзистор новой конструкции может иметь габаритно-присоединительные параметры корпуса, соответствующие традиционным стандартизованным корпусам транзисторов.

Конструкция усилителя на таких транзисторах остается в принципе неизменной. Изменения потребуются лишь в схеме подачи постоянных напряжений питания.

Помимо удешевления прибора в производстве вследствие исключения бериллиевой керамики такие транзисторы должны иметь повышенную эксплуатационную надежность вследствие снижения в среднем на 20% теплового сопротивления и снижения таким образом температуры переходов за счет саморазогрева.

Техническим результатом является возможность создания трехвыводного усилительного СВЧ-транзистора с малой внутренней обратной связью без теплопроводящего держателя из дорогостоящей бериллиевой керамики. Технический результат изобретения реализуется лишь при совокупном использовании его отличительных признаков.

Новизна предлагаемого изобретения заключается в том, что конструкция транзистора, реализующая электродинамическую развязку входной и выходной цепей внутри корпуса транзистора с общим коллектором, неизвестна.

Предлагаемое техническое решение имеет изобретательский уровень, так как сочетание новых признаков с уже известными не явно для специалиста.

Эффективность способа заключается в удешевлении приборов и в повышения их надежности.

Предложенный вариант конструкции изображен на чертеже.

Транзисторные кристаллы 1 с транзисторными структурами 2 монтируют на металлическом фланце корпуса 3, являющемся коллекторным выводом. Входной эмиттерный вывод 4 соединен проводниками 6 с эмиттерными электродами 8 транзисторных структур, выходной базовый вывод 5 соединен проводниками 7 с базовыми электродами 9 транзисторных структур. Со стороны эмиттерного вывода через отрезок полосковой линии 10 шириной W и разделительный конденсатор 11 с помощью проводников 12 и 13 базовые электроды транзисторных структур дополнительно соединены с фланцем корпуса. Максимальное удаление эмиттерных проводников 6 от поверхности отрезка полосковой линии 10 показано на чертеже и обозначено hmax.

Пример конкретной реализации

Мощные СВЧ-транзисторы были собраны в корпусе, включающем восемь транзисторных кристаллов, полосковую линию шириной 16 мм, длиной 6 мм с МОП-конденсатором 150 пФ. Максимальное удаление эмиттерных проводников от поверхности отрезка полосковой линии hmax составило 0.8 мм.

На частоте 1.5 ГГц в типовом испытательном усилительном каскаде была получена выходная мощность 150 Вт при коэффициенте усиления 7 дБ с КПД коллекторной цепи 50%. Эти данные вполне сопоставимы с теми, которые получаются в том же испытательном каскаде усилителя от транзистора с общей базой типа 2Т9196Б.

По уровню внутренней обратной связи новые транзисторы также оказались близки к транзистору 2Т9196Б.

Были собраны транзисторы уменьшенной мощности с двумя транзисторными кристаллами и уменьшенной до 4 мм шириной полосковой линии внутри корпуса. Несмотря на то, что энергетические параметры у этих приборов оказались удовлетворительными их устойчивость и соответственно уровень обратной связи были значительно хуже. По этим показателям они близки к аналогу - транзистору типа 2Т919А, у которого значительная внутренняя обратная связь определяется индуктивностью базового вывода.

При дальнейшем снижении отношения W к hmax устойчивость работы СВЧ-транзисторов становится неудовлетворительной, что подтверждает существенность отличительного признака, согласно которому должно удовлетворяться соотношение hmax≤0.2W.

Для транзисторов с уменьшенной шириной полосковой линии этому соотношению можно удолетворить снижением hmax при использовании автоматизированной сборки.

Изобретение относится к области конструирования и производства мощных СВЧ-транзисторов. Техническим результатом изобретения является возможность создания трехвыводного усилительного СВЧ-транзистора с малой внутренней обратной связью без теплопроводящего керамического кристаллодержателя из дорогостоящей бериллиевой керамики. Сущность изобретения: в мощном СВЧ-транзисторе, содержащем транзисторные кристаллы с транзисторными структурами, размещенные на металлическом фланце корпуса - коллекторном выводе, входной эмиттерный и выходной базовый выводы, соединенные проводниками с соответствующими электродами транзисторных структур, базовые электроды транзисторных структур дополнительно соединяют со стороны эмиттерного вывода через отрезок полосковой линии шириной W и разделительный конденсатор с коллекторным выводом, причем максимальное удаление hmax эмиттерных проводников от отрезка полосковой линии должно удовлетворять соотношению hmax≤0.2W. 1 ил.

Мощный биполярный СВЧ-транзистор, включающий транзисторные кристаллы с транзисторными структурами, размещенные на металлическом фланце корпуса - коллекторном выводе, входной эмиттерный и выходной базовый выводы, соединенные проводниками с соответствующими электродами транзисторных структур, отличающийся тем, что базовые электроды транзисторных структур дополнительно соединены со стороны эмиттерного вывода через отрезок полосковой линии шириной W и разделительный конденсатор с коллекторным выводом, причем максимальное удаление h_max эмиттерных проводников от отрезка полосковой линии должно удовлетворять соотношению h_max ≤ 0,2 W.