Что происходит с LD-MOSFET транзистором?, Сильный рост тока транзистора в отсутсвие раскачки Опции

[Isomorphic]

Сделал усилитель мощности на LD-MOSFET транзиcторе NE5520379A.
С фиксированным смещением, безо всякой автоматики.
Диапазон частот 150...170 МГц.
Питание - 3,2 В.
Коэффициент усиления - 15 дБ.
Выходная мощность - до 1,5 Вт (меняю вручную смещение резистивным делителем для получения нужной мощности).

Столкнулся со одним странным, на мой взгляд, явлением.
Опишу все по порядку.

Включаю усилитель без раскачки, выставляю ток покоя транзистора 150 мА.
Подаю раскачку - получаю мощность 1 Вт в требуемой полосе, как и положено.

Далее хочу увеличить выходную мощность, поэтому ток покоя делаю больше. Меняю в делителе резистор. Включаю усилитель без раскачки, чтобы оценить ток покоя. Ток сначала равен 600 мА и тут же начинает расти, за несколько секунд доходит почти до 1 А. Далее выключаю, боясь спалить транзистор.

Включаю усилитель под раскачкой - потребляет те же начальные 600 мА. Ток стоит как вкопанный.

Стал изучать усилитель на предмет самовозбуда (хотя предусмотрел в схеме и антивозбудные элементы - последовательный резистор 5 Ом в затворе транзистора и резистор 15 Ом в цепи смещения).

Анализатор спектра, равно как и ваттметр никаких паразитов и возбудов в отсутствии раскачки не показали (смотрел аж от 9 кГц до 2 ГГц). При наличии раскачки спектр - "чистая" несущая.

Вопрос с знающим, что происходит? Почему ток покоя так быстро растет без раскачки, достигая значений, б0льших тока при раскачке? Может, у LDMOS СВЧ транзисторов есть какая-то особенность, о к-рой мне неизвестно.

Сообщение отредактировал Isomorphic - Aug 23 2008, 08:23

[zzzzzzzz]

Да может он тупо течь начинает от температуры. Прикиньте температуру кристалла с учетом теплового сопротивления корпус-кристалл. Возможно, вылезли за ОБР. Можно проверить эффект охлаждением чем-то в опасном режиме. Хотя бы обдувом.

[proxi]

Да может он тупо течь начинает от температуры. Прикиньте температуру кристалла с учетом теплового сопротивления корпус-кристалл. Возможно, вылезли за ОБР. Можно проверить эффект охлаждением чем-то в опасном режиме. Хотя бы обдувом.

у FET ов наоборот, с ростом температуры ток стока уменьшается, при фиксированном смещении затвора, однако...

[Isomorphic]

Вот схема. Фото выложить сейчас не могу, нет возможности.
Все на плате толщиной 1,5 мм. Под транзистором много металлизированных отверстий для заземления и теплоотвода. Все элементы заземлены хорошо, на плате группу элементов усилителя окружает земляной полигон, прошитый металлизированными отверстиями. Конденсаторы и резисторы - 0603. Индуктивности - 1008, air core. Все элементы максимально близко друг к другу, безо всяких лишних проводников в ВЧ согласующих цепях.

Сообщение отредактировал Isomorphic - Aug 23 2008, 10:19

Эскизы прикрепленных изображений

 

[alexkok]

Вот схема. Фото выложить сейчас не могу, нет возможности.
Все на плате толщиной 1,5 мм. Под транзистором много металлизированных отверстий для заземления и теплоотвода. Все элементы заземлены хорошо, на плате группу элементов усилителя окружает земляной полигон, прошитый металлизированными отверстиями.

Насколько я понимаю, необходимо:
1. сплошной земляной полигон под, а не вокруг.
2. убрать 5 Ом резистор и поставить вместо него емкостной делитель на землю, среднюю точку на затвор.
(не нашёл в дэйташите емкостей для этого транзистора, их надо учесть в делителе)
3. контура должны быть настраиваемые, хотя бы для макета.
4. для максимума усиления по первой гармонике угол отсечки должен быть где-то 120 или 180 градусов (посмотрите коэффициенты Берга), а не режим А.
5. если предыдущий каскад рядом, 50 Ом согласование ни к чему.

Сообщение отредактировал alexkok - Aug 25 2008, 07:04

[Isomorphic]

1. сплошной земляной полигон под, а не вокруг.

Он есть.

2. убрать 5 Ом резистор и поставить вместо него емкостной делитель на землю, среднюю точку на затвор.

Емкостной делитель не повышает устойчивость усилителя.
Только элементы с потерями - резисторы, могут стабилизировать.

3. контура должны быть настраиваемые, хотя бы для макета.

Усилитель для массового производства не должен содержать настраиваемых элементов.

4. для максимума усиления по первой гармонике угол отсечки должен быть где-то 120 или 180 градусов (посмотрите коэффициенты Берга), а не режим А.

Максимальный к-т усиления любого усилителя - в линейном режиме, т.е. в классе А.

5. если предыдущий каскад рядом, 50 Ом согласование ни к чему.

Предыдущий каскад - широкополосная микросхема, имеющая выходное сопротивление 50 Ом по даташиту.

Сообщение отредактировал Isomorphic - Aug 25 2008, 07:15

[alexkok]

2. убрать 5 Ом резистор и поставить вместо него емкостной делитель на землю, среднюю точку на затвор.

Емкостной делитель не повышает устойчивость усилителя.
Только элементы с потерями - резисторы, могут стабилизировать.

Ещё как повышает.
Глубина паразитной обратной связи с выхода на вход через проходную емкость напрямую зависит от соотношения импедансов. А запитывать вход через индуктивность - это наихудший вариант с точки зрения устойчивости.

3. контура должны быть настраиваемые, хотя бы для макета.

Усилитель для массового производства не должен содержать настраиваемых элементов.

Я же написал: "хотя бы для макета"

4. для максимума усиления по первой гармонике угол отсечки должен быть где-то 120 или 180 градусов (посмотрите коэффициенты Берга), а не режим А.

Максимальный к-т усиления любого усилителя - в линейном режиме, т.е. в классе А.

Смотрите сюда:
коэффициенты Берга

Предыдущий каскад - широкополосная микросхема, имеющая выходное сопротивление 50 Ом по даташиту.

Даже если так, входной контур нужно использовать как повышающий трансформатор.
А резистор 15 Ом увеличить до 200-300, или как здесь уже рекомендовали, добавить последовательную индуктивность.

[Isomorphic]

Ещё как повышает.
Глубина паразитной обратной связи с выхода на вход через проходную емкость напрямую зависит от соотношения импедансов. А запитывать вход через индуктивность - это наихудший вариант с точки зрения устойчивости.
Смотрите сюда:
коэффициенты Берга
Даже если так, входной контур нужно использовать как повышающий трансформатор.
А резистор 15 Ом увеличить до 200-300, или как здесь уже рекомендовали, добавить последовательную индуктивность.

Вы попробуйте в любой программе САПР СВЧ составить схему усилителя с двуполюсником (с заданными S параметрами из даташита) и согласующими цепями. Выведите график фактора стабильности К от частоты. Для этого транзистора (вместе с цепями согласования из реактивных элементов) в рабочем диапазоне К сильно меньше 1. Никакие емкостные делители и дополнительные дросселя не сделают К больше 1, это видно по графику - фактор К остается прежним. Только ввод резисторов в схему поднимает стабильность усилителя. И на практике я получал подтверждение. Как можете прокомментировать?

Я допускаю, что в моих рассуждениях может быть ошибка, но давайте разберемся. СВЧ усилители проектирую не так давно.

По поводу повышающего транформатора в контуре - так входной импеданс транзистора гораздо меньше 50 Ом, зачем тогда повышать сопротивление? И правильность входного согласования подтверждается хорошим КСВ входной цепи включенного усилителя.

По поводу усиления в классе А. В зарубежной литературе и аппноутах неоднократно встречал утверждения, что в классе А (угол отс. 360 град) усиление на несколько дБ больше, чем в классе В (180 град). По причине того что эффективная крутизна активного элемента (определяющая усиление) в классе В в 2 раза меньше, чем в классе А.

Сообщение отредактировал Isomorphic - Aug 26 2008, 06:51

Эскизы прикрепленных изображений

 

[alexkok]

Вы попробуйте в любой программе САПР СВЧ составить схему усилителя с двуполюсником (с заданными S параметрами из даташита) и согласующими цепями. Выведите график фактора стабильности К от частоты. Для этого транзистора (вместе с цепями согласования из реактивных элементов) в рабочем диапазоне К сильно меньше 1. Никакие емкостные делители и дополнительные дросселя не сделают К больше 1, это видно по графику - фактор К остается прежним. Только ввод резисторов в схему поднимает стабильность усилителя. И на практике я получал подтверждение. Как можете прокомментировать?

САПР СВЧ не пользуюсь, усилителями занимался довольно давно.

Я допускаю, что в моих рассуждениях может быть ошибка, но давайте разберемся. СВЧ усилители проектирую не так давно.

Не такое уж это и СВЧ, вполне можно рассчитывать как обычный ВЧ усилитель. Тем более что он узкополосный.

По поводу повыщающего транформатора в контуре - так входной импеданс транзистора гораздо меньше 50 Ом, зачем тогда повышать сопротивление?

Согласно Вашей схеме вход усилителя зашунтирован резистором 15 Ом, вот это и есть "входной импеданс".

И правильность входного согласования подтверждается хорошим КСВ входной цепи включенного усилителя.

См. выше.

По поводу усиления в классе А. Во зарубежной литературе и аппноутах неоднократно встречал утверждения, что в классе А (угол отс. 360 град) усиление на несколько дБ больше, чем в классе В (180 град). По причине того что эффективная крутизна активного элемента (определяющая усиление) в классе В в 2 раза меньше, чем в классе А.

Зависит от источника сигнала.
Если источником является резонансный контур хоть с какой-то добротностью и хоть как-то согласованный, то это не верно.

[Isomorphic]

САПР СВЧ не пользуюсь, усилителями занимался довольно давно.
Не такое уж это и СВЧ, вполне можно рассчитывать как обычный ВЧ усилитель. Тем более что он узкополосный.

Жаль, что занимались давно.

Согласно Вашей схеме вход усилителя зашунтирован резистором 15 Ом, вот это и есть "входной импеданс".

Входной импеданс транзистора - единицы Ом, здесь 15 Ом в параллель только уменьшит входной импеданс. Как вы собираетесь трансформировать 50 Ом в несколько Ом повышающим трансформатором, объясните?


Зависит от источника сигнала.
Если источником является резонансный контур хоть с какой-то добротностью и хоть как-то согласованный, то это не верно.

Источник сигнала не резонансный контур, а широкополосная микросхема с полосой более 1 ГГц.
Можете обосновать или дать ссылку на обоснование?

Сообщение отредактировал Isomorphic - Aug 26 2008, 07:21

[alexkok]

Входной импеданс транзистора - единицы Ом, здесь 15 Ом в параллель только уменьшит входной импеданс.

Единицы Ом это на гигагерцах.
Входная цепь этих транзисторов это емкость затвор-исток, где-то 10-15 пФ, и последовательно с ней сопротивления затвора и истока суммарно в несколько Ом.
При пересчете в параллельное эквивалентное сопротивление это даст десятки Ом, так что 15 Ом надо сравнивать с эквивалентным сопротивлением.

Как вы собираетесь трансформировать 50 Ом в несколько Ом повышающим трансформатором, объясните?

Насчет повышающего я возможно погорячился, надо считать, но для расчета нет данных. Но коэффициент трансформации на мой взгляд будет не ниже единицы.

Источник сигнала не резонансный контур, а широкополосная микросхема с полосой более 1 ГГц.
Можете обосновать или дать ссылку на обоснование?

Для транзистора источником является то, что подключено к затвору.
А с точки зрения устойчивости, параллельный контур предпочтительнее.

[Isomorphic]

Единицы Ом это на гигагерцах.
Входная цепь этих транзисторов это емкость затвор-исток, где-то 10-15 пФ, и последовательно с ней сопротивления затвора и истока суммарно в несколько Ом.
При пересчете в параллельное эквивалентное сопротивление это даст десятки Ом, так что 15 Ом надо сравнивать с эквивалентным сопротивлением.
Насчет повышающего я возможно погорячился, надо считать, но для расчета нет данных. Но коэффициент трансформации на мой взгляд будет не ниже единицы.
Для транзистора источником является то, что подключено к затвору.
А с точки зрения устойчивости, параллельный контур предпочтительнее.

Согласно приведенным S-параметрам на частоте 160 МГц, например - входная цепь транзистора представляет собой эквивалент параллельного соединения резистора 8,3 Ом и конденсатора 217 пФ. Последовательный эквивалент 1,27 Ом и 283 пФ (около 4 Ом на 160 МГц). Где тут десятки Ом?

Про устойчивость - есть К-фактор стабильности. Если он меньше 1 (неустойчивый активный элемент), то никакими реактивными элементами стабильность не поднять. Только резисторами.

Эскизы прикрепленных изображений

 

[alexkok]

Согласно приведенным S-параметрам на частоте 160 МГц, например - входная цепь транзистора представляет собой эквивалент параллельного соединения резистора 8,3 Ом и конденсатора 217 пФ. Последовательный эквивалент 1,27 Ом и 283 пФ (около 4 Ом на 160 МГц). Где тут десятки Ом?

Я не знаю как Вы насчитали более 200 пФ, я брал емкости с близкого по параметрам транзистора
pd84002

[Isomorphic]

Я не знаю как Вы насчитали более 200 пФ, я брал емкости с близкого по параметрам транзистора
pd84002

А Вы что, из S-параметров последовательный и параллельный эквивалент посчитать не могли?
Для транзистора PD84002 же даны оптимальные входные импедансы в диапазоне 850 МГц.
Приблизительно 1,7 - j8.5. Отсюда можно вычислить реальные эквиваленты входа и выхода транзистора.
На частоте 850 МГц это параллельный эквивалент 44 Ом и 22 пФ.
Вот эти 22 пФ и есть емкостная составляющая на входе.
В даташите приведена емкость 16 пФ, измеренная на 1 МГц при нулевом смещении.
При наличии смещения и другой частоте 850 МГц эта емкость слегка изменилась - эти самые 22 пФ.
Для моего транзистора получается совершенно другая емкость.

Сообщение отредактировал Isomorphic - Aug 27 2008, 06:32

[alexkok]

А Вы что, из S-параметров последовательный и параллельный эквивалент посчитать не могли?

Мерять - самый надежный метод.

В даташите приведена емкость 16 пФ, измеренная на 1 МГц при нулевом смещении.

Ну вот и померяйте свой при таких же условиях.

[Isomorphic]

Мерять - самый надежный метод.
Ну вот и померяйте свой при таких же условиях.

И чем мерить, LCR-метром, что ли?
Для измерения импеданса используется прецизионный измерительный стенд с подложкой для транзистора и специальными ВЧ-щупами. Я этим не располагаю. Импедансы транзистора очень низкие и точно измерить их невозможно без этой аппаратуры. И потом, все уже и так измеренно, даны S-параметры. Из S11, как заметил grandrei (Андрей Гребенников), а он-то уж в этом профи, легко вычислить входную емкость затвор-исток, причем на заданной частоте.
Да и посмотрите на приведенную диаграмму Смита (если Вы с ней знакомы), по ней видно и характер входного импеданса по S11 - емкостной (4...5 Ома на 160 МГц - это около 280 пФ) и низкоомный (1...2 Ома).

Сообщение отредактировал Isomorphic - Aug 27 2008, 07:49