10.2.2. Отсечка тока в биполярных свч-транзисторах

Вопрос об отсечке тока в усилителе СВЧ на БТ имеет свою специ­фику, объясняемую особенностями БТ СВЧ.

Когда речь идет о маломощных БТ (десятки милливатт), этот воп­рос решается на основе обычных соображений: наличие отсечки уменьшает усиление, но позволяет увеличить выходную мощность и КПД транзистора.

Поэтому если рабочая частота находится вблизи для данного транзистора и возможности использовать другой транзистор нет, то приходится работать в режиме класса А, т. е. без отсечки тока, имея усиление мощности 2...3. Если же рабочая час­тота существенно ниже и есть запас по усилению, то можно рабо­тать с отсечкой тока.

Совершенно иначе обстоит дело с мощными БТ СВЧ. При исполь­зовании питающего напряжения не менее 30 % номинального и значи­тельных выходных мощностях, оправдывающих применение выбран­ного транзистора, работа без отсечки тока категорически запрещена техническими условиями. Это связано с эффектом, известным под названием «шнурование тока». Эффект состоит в склонности бипо­лярной структуры относительно большой площади к локальным кон­центрациям тока, вследствие чего сильно (до многих сотен градусов) повышается температура структуры в нескольких «горячих пятнах».

В идеальном случае плотность тока в транзисторной структуре должна быть равномерной по ее площади. В отличие от вакуумных приборов такие локальные перегревы разрушают структуры твердо­тельных приборов и приводят к выходу их из строя.

Причиной «шнурования» является положительный температур­ный коэффициент тока биполярной транзисторной структуры: если где-то произошло локальное повышение температуры, там как след­ствие увеличивается ток, что приводит к дальнейшему наращиванию температуры «горячего пятна». (Заметим, что в структуре полевого транзистора ситуация обратная: при относительно больших токах рост температуры отдельного участка структуры приводит к умень­шению тока через него. Это объясняет прогресс полевых транзисто­ров в последние десятилетия.)

Однако для развития «шнура» тока в БТ требуется некоторое время, и оказывается, что достаточно периодически запирать тран­зистор всего на десятки наносекунд, останавливая повышение локальной температуры, что соответствует рабочим частотам порядка сотен мегагерц в режиме с отсечкой, чтобы не допустить появления «горячих пятен». В большой

номенклатуре мощных оте­чественных БТ СВЧ имеется лишь два сравнительно маломощных транзистора, предназначенных специально для работы в классе А, т.е. без отсечки тока в схеме с ОЭ: КТ939 и 2Т9137А (до 2,3 ГГц, 2,5 Вт).

С этим же эффектом — «шнурованием» тока — связано еще одно ограничение на применение мощных БТ СВЧ, а именно наличие (за исключением упомянутых транзисторов КТ939 и 2Т9137А) ниж­ней границы в рабочем диапазоне частот. Работа на частоте, лежащей ниже этой границы, приравнивается к статическому режиму и допус­кается лишь при понижении напряжения питания (примерно в 4 раза).