Доброго времени суток!
Кто сталкивался с проблемами в работе МОП транзистора в режиме когда на него подается повышенная входная мощность, но снижается напряжение питания (чтобы не перегреть)? К примеру, я снижу напряжение питания с 32 В (как указано в даташитах) до 15 или 20 В, но подниму входную мощность. Какие здесь могут быть трудности? В моем случае транзистор - ILD2731M30.

И еще в продолжение вопроса: чем грозит ситуация если подобрать нагрузку таким образом, чтобы транзистор работал в перенапряженном режиме (т.е. когда дальнейшее увеличение входной мощности не ведет к существенному увеличению выходной мощности) при пониженном напряжении питания, что ведет к тому, что ток стока транзистора практически не растет при повышении входной мощности и добавлять входную мощность? Зависимость выходной от входной мощности привожу на графике (зависимость теоретическая), транзистор работает в S диапазоне.




Сообщение отредактировал Stefan1 - May 28 2014, 00:57

По второй части вопроса: используем данное свойство (называем его компрессией) для температурной компенсации, а так же для компенсации разброса входного сигнала. Как следствие, сигнал искажается и после усилительного каскада нужно ставить фильтр. Параметр этот у транзистора называется - точка однодецибельной компрессии (Р1dB). Он показывает при какой входной мощности, коэффициент усиления транзистора падает на 1 dB. Но тут надо рассчитывать, как вы выразились, то, что б транзистор не "перегрелся"

Не разбирались в причинах выходов из строя?


Имеете ввиду, что сигнал искажается вследствие высших гармоник? А они разве не закарачиваются на внутренних и внешних цепях согласования?

Сообщение отредактировал Stefan1 - May 28 2014, 00:55

Если не принимать во внимание проблемы линейности а также электрическую прочность затвора и область безопасной работы, то эффекты в подобных усилителях определяются динамическими емкостями стока и сток-затвор. Их величина, при сильно перенапряженном режиме, вырастает в десятки раз, что приводит даже к параметрическим явлениям, когда поведение усилителя может стать непредсказуемым а иногда и "печальным".
В режиме с небольшим "перенапряжением", в смысле устойчивости и прочности, ничего страшного нет.

А про какой тип транзисторов Вы говорите? И как эти параметрические явление у Вас наблюдаются? В моей практике на LDMOS транзисторах не разу с ними не сталкивался (может их не замечал). Но вот на биполярных транзисторах коллеги бывает наблюдают субгармонику.

Сообщение отредактировал Stefan1 - May 27 2014, 11:20

Да, это характерно в большей мере для мощных биполярных транзисторов. Для униполярных столкнулся при разработке ключевого УМ на MRF140 - при большом "возбуждении" потребляемый ток падал, мощность первой гармоники падала, в спектре сигнала возникали какие то частоты не гармонического характера, причем самовозбуждение не наблюдалось. При переходе на MRF177, с значительно меньшей емкостью стока такие эффекты прекратились.

Что именно не перегреть?

А какую выходную мощность хотите при этом получить? Такую же как и в даташите на 32 В?



Это скорее всего классическое самовозбуждения усилителя. Субгармоника - обычно либо основная частота из области неустойчивой работы, либо разность рабочей частоты и частоты, на которой происходит самовозбуждение.

Транзистор. Чтобы рассеиваемая мощность не превысила критическую.


Мощность пускай получится меньше, но КПД должен вырасти.


Тогда должен быть резонансный контур в цепях согласования и/или питания с такими частотами или хотя бы близкими к ним (субгармоника), а его нет.

Сообщение отредактировал Stefan1 - May 30 2014, 01:44

Кроме максимально допустимой рассеиваемой мощности (которая зависит от температуры корпуса, параметров импульса) есть ещё и максимально допустимый ток стока. При снижении напряжения питания даже в случае идеального транзистора, чтобы получить ту же мощность, потребуется больше стокового тока. А если учесть, что при снижении питания увеличивается выходная ёмкость транзисторного кристалла и оптимальный импеданс нагрузки ещё больше снижается, то потребность в большем токе стока будет резко возрастать. Кроме того, для транзисторов со встроенными выходными согласующими цепями (СЦ), изменение выходной емкости транзисторного кристалла вызовет нежелательное перераспределение токов на элементах этой самой СЦ, что может привести к выходу их из строя.

Не всё так однозначно, в случае работы транзистора на довольно высоких (предельных) частотах. Надо ещё учитывать влияние величины выходной ёмкости и её добротности. Для современных LDMOS транзисторов на частотах порядка 3 ГГц снижения напряжения питания с 32 до 15 - 20 В вызовет снижение выходной мощности в 3-6 раз, а максимальный КПД при этом на определенных напряжениях может возрасти к примеру с 45% до (50 - 55 )% и при дальнейшем снижении питания снова будет уменьшаться (вклад напряжения насыщения сток-исток растет, добротность выходной емкости снижается). Так же не стоит забывать о важнейших ограничениях выходной мощности при снижении напряжения питания - насыщение тока стока и сопротивление сток-исток транзистора в открытом состоянии.
Потому применительно к данному случаю крайне не рекомендуется использовать транзистор в неоптимальных режимах. На частотах ниже 500 МГц для современных LDMOS работа при разных напряжениях питания имеет какой-то смысл, в S-диапазоне нет.


Он есть, Вы, по-видимому, просто его не замечаете. Колебательный контур даже есть внутри транзистора, не говоря уже об отрезке коаксиального кабеля или полосковой линии. К примеру если частота самовозбуждения 3 ГГц, а частота источника сигнала 3,05 МГц, то на разностной частоте равной 50 МГц за счёт продуктов интермодуляционных искажений будет видна Ваша "субгармоника".

Речь идет об активном оптимальном импедансе? Импеданс выходной емкости падает, при этом мнимая часть оптимального импеданса нагрузки также падает. Т.е. большую выходную емкость отстраиваем меньшей индуктивностью нагрузки, при этом активная составляющая оптимального импеданса нагрузки остается прежней. И ток тоже должен оставаться прежним. Вроде так?


Имеется ввиду - возрастают потери в этой емкости?


Как это на "разностной частоте ... будет видна субгармоника", это же 1,5 ГГц? Есть резонансный контур на 3 ГГц, транзистор на нем генерит, в спектре будет рабочая частота, частота генерации и их комбинация: 50 МГц и 6,05 ГГц, а откуда здесь 1,5 ГГц?

Сообщение отредактировал Stefan1 - Jun 2 2014, 05:21

Да вроде не совсем так. Чтобы было предметным обсуждение данного вопроса предлагаю Вам нарисовать электрическую эквивалентную схему обсуждаемого LDMOS транзистора на уровне источников тока.


Прошу прощения, но не пойму о каком явлении Вы ведёте речь? Имеется ли у Вас физическое объяснение этому?
P.S. А что будет если самовозбуждение возникает на 4,5 ГГц, а частота сигнала 3 ГГц?

Сообщение отредактировал MePavel - Jun 4 2014, 13:34

Имею ввиду возникновение в спектре сигнала частоты равной половине от частоты рабочей. Как мне объяснили, необходимы два условия: существенное изменение выходной емкости от напряжения на выходе и резонансный контур, настроенный на половину рабочей частоты. Резонансный контур на этой частоте видимо возникает в период времени, когда выходная емкость принимает определенное значение. При этом важна частота с которой меняется эта емкость, а не частота генератора. Так я это понимаю.


Тогда должно возникнуть самовозбуждение и на 1,5 ГГц. Но это относится уже к обычной генерации.

Сообщение отредактировал Stefan1 - Jun 5 2014, 01:53

По первому условию - выходная емкость должна быть нелинейной а процесс периодический.

Отлично. Типичная ЭЭС транзистора без встроенных цепей согласования. Теперь надо определиться какую мощность надо получить и при каком напряжении питании относительно номинальных режимов. Ещё интересно зачем вообще нужно снижать питание? Какая цель преследуется?


Мне кажется Вам что-то не то объясняют. То что Вы описываете - это как раз результат самовозбуждения на f/2. Причём для усилителей, работающих в классе С (как обычно и работают биполярные транзисторы) или AB, при подаче питания самовозбуждение не будет наблюдаться, т.к. транзистор закрыт или полностью (класс С), или находится на участке с очень малой крутизной характеристики (класс AB). Для того чтобы увидеть это самовозбуждение достаточно либо подать РЧ сигнал, либо просто увеличить ток покоя (при этом желательно ещё и напряжение питания плавно увеличить от 0 до номинального значения).
В устойчивом одночастотном режиме (без самовозбуждения) усилитель не может создать гармонику f/2, какие бы нелинейные ёмкости у транзистора не были. Нарушается вообще принцип разложения в ряд Фурье.


Как я уже писал выше для класса C и AB автогенерация может возникать под сигналом, который выводит рабочую точку усилителя на участок с более высокой крутизной характеристики транзистора.
Можете считать это "необычной" генерацией. Для меня это обычная неустойчивая работа усилителя или транзистора из-за ошибок в проектировании либо того, либо другого.

Сообщение отредактировал MePavel - Jun 5 2014, 13:57

В реальном транзисторе внутренние цепи есть, просто я их отобразил "свернутыми" к параллельным сопротивлениям Rген, Lген и Rнагр и Lнагр. Выходная мощность должна быть не меньше 30 Вт., но с ней проблем - нет, проблемы с КПД. Для этого и планируется снизить напряжение питания. Напряжение планируется снизить с 32 В примерно до 20 В.


Для этого эффекта не нужны обратные связи. Емкость меняется существенно и периодически, как написал tsww, и есть резонансный контур, настроенный на f/2 и все, сигнала от генератора не надо.

Сообщение отредактировал Stefan1 - Jun 6 2014, 02:36