Потужні LDMOS-транзистори переваги та сфери застосування
Потужні LDMOS-транзистори: переваги та сфери застосування
У цій статті описуються переваги використання підсилювачів LDMOS (Laterally Diffused Metal Oxide Semiconductors) на прикладі використання подібних приладів від Philips Semiconductor у потужних авіаційних транспондерах. Якщо порівнювати пристрої, виконані за технологією LDMOS, з пристроями, виконаними за біполярною технологією, за такими важливими характеристиками, як посилення, лінійність, теплові режими, що перемикають властивості, число елементів схеми, відразу стає очевидною перевага перших.
Під крилом літака
Внаслідок безперервного зростання кількості авіаперевезень збільшуються вимоги до безпеки та ефективності апаратури управління авіаперевезеннями, що, відповідно, впливає на конструкцію транспондерів. Традиційні наземні системи управління авіаційним рухом легко забезпечують безпечний зліт та посадку літаків, проте не можуть впоратися з обробкою даних у реальному часі, необхідною для систем запобігання зіткненням повітряних суден (traffic collision avoidance systems — TCAS). Перебуваючи на борту кожного військового або цивільного літака, транспондери обмінюються інформацією про координати повітряного судна, його швидкість та висоту польоту з іншими літаками, що знаходяться в даному районі. Дані транспондерів допомагають пілотам безпечно прокладати свій шлях. Крім того, екіпажам у цьому допомагають багато інших систем: погодні радари, системи вимірювання дальності, системи навігації та зв'язку.
Мал. 1. Типова залежність вихідної потужності від вхідної у 200-ватного транзистора
У той час як кількість систем забезпечення безпеки польоту зростає, фактор мінімізації розмірів починає відігравати головну.роль під час вирішення завдання розміщення великої кількості апаратури в обмеженому обсязі. У зв'язку з тим, що TCAS використовує той же діапазон частот, що й інші системи забезпечення безпеки польоту, об'єднання кількох подібних за призначенням блоків в один стало найчастіше застосовуваним конструкторським рішенням. Застосування такого рішення дозволяє знизити розмір та масу обладнання. Спрощується процес встановлення обладнання та його обслуговування. Також зменшується кількість джерел живлення та відповідних ланцюгів, збільшується ефективність роботи пристрою. Використання одного універсального пристрою дозволяє знизити витрати на покупку, встановлення та обслуговування.
Мал. 2. Залежність посилення та ефективності роботи LDMOS-пристрою від вихідної потужності при значенні струму в робочій точці 150 мА
Мал. 3. Залежність вихідної потужності LDMOS-пристрою від напруги затвор-исток при потужності вхідного сигналу 7,95 Вт на частоті 1030 МГц
Хоча LDMOS-технологія спочатку створювалася для застосування в приладах базових станцій мереж GSM та PCS, її невелика зміна дозволила використовувати її також і в авіації.
До цього моменту підсилювачі розроблялися на біполярних транзисторах, що спричиняло безліч проблем. Однією з основних вимог, що висуваються до підсилювача, є стабільність посилення в робочому діапазоні частот. Типова залежність вихідної потужності від вхідної у 200-ватного біполярного транзистора для авіаційного застосування представлена на рис. 1. Легко помітити, що посилення транзистора змінюється залежно потужності вхідного сигналу. Очевидно, що використання подібного транзистора позначиться негативним чином якості всього приладу в цілому.
Мал. 4.Залежність посилення LDMOS-пристрою від вихідної потужності за різних значень струму спокою Idq
Прилад, побудований на основі LDMOS-транзистора, не має таких недоліків. Взагалі прилади такого класу показують хорошу лінійність у широкому динамічному діапазоні. Мал. 2 показує залежність посилення та ефективності роботи приладу від вихідної потужності. Як видно з цього графіка, LDMOS-транзистор при потужності 200 Вт далекий від насичення динамічний діапазон становить більше 30 дБ. Понад те, посилення транзистора становить 14 дБ проти 8 дБ у біполярного транзистора. Застосування такого приладу дозволило зменшити кількість компонентів схеми підсилювача та зменшити площу його друкованої плати.
Мал. 5. Форма вхідного та вихідного імпульсу в LDMOS-пристрої (в режимі перемикання)
Технологія LDMOS має ще одну важливу перевагу — відмінну термостабільність, яка досягається за рахунок негативного температурного коефіцієнта, зумовленого технологією виготовлення кристала. Перегрів менш критичний для цих приладів. Прекрасна витривалість пристрою (КСВ