DE1922538C3

DE1922538C3 - Schwingungserzeuger für sehr kurze elektromagnetische Wellen

Info

Publication number: DE1922538C3
Application number: DE19691922538
Authority: DE
Inventors: Peter Dipl.-Ing. Olfs; Hans-Norbert Dipl.-Ing. Toussaint
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1968-05-20
Filing date: 1969-05-02
Publication date: 1980-01-24
Also published as: DE1922538A1; DE1922538B2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Schwingungserzeuger für sehr kurze elektromagnetische Wellen mil einem Transistor uml zugehörigen Schwingkreiselemenien sowie Schaltelementen zur Einstellung des Arbeilspunkls und zur Auskopplung m>ii Schwingungsenergie.

Hei hochfrequenten Oszillatoren mit Transistoren machen sich in den bisher üblichen Schaltungen die Gehiiusereaktanzen des Transistors bereits störend bemerkbar. Das gilt insbesondere bei Verwendung von l.eistungstransistoren. deren Eingangs- und Ausgangsinipedanzen relativ niedrig sind und die daher durch die Geha'usereaklanzen. speziell die Ziileitungsinduktivitaten, stark transformiert werden. Dadurch wird beispielsweise der Diirchstimnibereich eines Ulli ■Oszillators erheblich eingeengt.

Der Erfindung liegt die Aufgehe zugrunde, eine Lösung anzugeben, durch die sich die Gehausereaktanzen, insbesondere aber «.lic im Kollektorkreis wirksamen Reaktanzen, erheblich reduzieren lassen.

Dies wird erfindungsgemäU dadurch erreicht, dall das Transistorsystem unter Foil lassung eines Ttansislorgehiiuses unmittelbar auf einem Metallplättchen wesentlich größerer Abmessungen als das Transistorsystem und mit einem wenigstens näherungsweise mit dem des Halbleitermaterials des Transistorsystems übereinstimmenden thermischen Ausdehnungskoeffizienten, mit dem Kollektor fest i'nd gut wärmeleitend mit dem Metallplättchen verbunden, angeordnet ist, und daß dieses wenigstens einige der übrigen Schwingkreiselemente, der Elemente zur Einstellung des Arbeitspunktes und der Elemente zur Schwingungsenergieauskopplung tragende Metallplättchen zusammen mit diesen Elementen in einem Metallgehäuse derart angeordnet ist, daß das Metallplättchen auf dem durch das als Bezugspotential für die Hochfrequenz dienenden Gehäuses festgelegten Potential liegt.

Durch die Anordnung der weiteren Bauelemente der Schaltung auf dem Plättchen selbst oder in dessen unmittelbarer Nähe ergeben sich auch extrem kurze Basis- und Emitter-Zuleitungen. Die entsprechende Bemessung des thermischen Ausdehnungskoeffizienten gewährleistet eine dauerhafte, gleichmäßige Auflage des Transistorsystems auf dem Metallplättchen.

Bei einer bekannten, gattungsmäßig unterschiedlichen Anordnung, nämlich einer Schaltungsanordnung zur Leistungsverstärkung, Leistungsmischung oder Vervielfachung von sehr hohen Frequenzen mit Hilfe von Transistoren gemäß der DE-AS 11 35 527, ist vorgesehen, zur Abführung der Kollektorverlustwärme den Kollektorkreis als koaxialen Leitungskreis auszubilden, dessen Innenleiter mit dem Kollektoranschluß in guter Wärmeverbindung steht. Der mit dem Kollektor metallisch verbundene Topfkreisinnenleiter besteht dabei aus einem Metall großer Wärmeleitfähigkeit. Die dieser Schaltungsanordnung zugrunde liegende

Problemstellung besteht also allein in der Abführung der schädlichen Kollektorverlustwärme.

Aus den »Nachrichtentechnischen Fachberichten« I₁ 1955, Seiten 33 bis 35, ist es bekannt, bei Leistungstransistoren zur Vergrößerung der Kühlfläche das Chassis als Kühlfläche zu verwenden.

In vorteilhafter Weiterbildung des Erfindungsgegenstandes ist vorgesehen, daß das Plättchen als dünne Metallschicht ausgebildet ist, die auf einem Träger aus dielektrischem Material, wie Keramik, fest verankert ist.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird die vorzugsweise im Basiskreis angeordnete Schwingkreisindiiktivilät von einer auf einer doppelt-kupferkaschierten Isolierstoffplatte aufgebrachten Leitungsbahn gebildet; die Isolierstoffplatte ist hierbei auf dem Metallplättchen angeordnet. Es ergibt sich somit eine extrem kurze Basiszuleitung und zugleich ein besonders platzsparender Aufbau.

Ebenfalls sehr vorteilhaft ist es, wenn die vorzugsweise im Basiskreis angeordnete Schwingkreisinduktivität von einer in gedruckter Schaltungstechnik auf einen Träger aus dielektrischem Material, wie Keramik oder Beryiliumoxid, aufgebrachten Leitungsbthn gebildet wird, wobei dieser Träger zugleich Träger des Metallplättchens und des auf diesem aufgebrachten Transistorsystems ist.

Eine andere vorteilhafte Ausführungsform mit vorzugsweise im Basiskreis angeordneter Schwingkreisinduktivität weist eine, die Last in den Basiskreis transformierende Koaxialleitung bestimmten Wellenwiderstands und bestimmter Länge auf. Eine gesonderte Induktivität im Basiskreis ist dabei nicht erforderlich.

Einen in einfacher Weise elektronisch durchstimrnbaren Oszillator erhält man, wenn man als Schwingkreiskapazität einen spannungsabhängigen Kondensator in den Schwingkreis einsetzt. Als spannungsabhängige Kondensatoren werden hierfür insbesondere Varaktordioden verwendet.

Eine Ausführungsform eines .Schwingungserzeugers, bei der die Schwingkreiskapazitiit von einem auf das l'lätichei. aufgebrachten, vorzugsweise aufgelöteten keramischen Kondensator gebildet wird, eignet sich besonders für fest abgestimmte Oszillatoren. Fine derartige Anordnung liiUt sich außerordentlich klein aufbauen.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden an Hand von Ausführungsbeispielcn näher er Hinten. i-Λ zeigt

I' i g. I eine Os/.illutorschaltung mit Transistor, zugehörigen Schwingkreiselemenien sowie weiteren Schaltelementen,

F-" i g. 2 den mechanischen Aufbau des Oszillators.

F i g. J den mechanischen Aufbau der Gesamtschaltung.

F i g. 4, 5 und 6 den mechanischen Aufbau zweier weiterer Ausführungsbeispiclc.

Hei der Oszilialorschultung nach F i g. I, die vorzugsweise für den Dcz.imeterwellenbcreich und den Bereich noch kürzerer Wellen vorgesehen ist, befindet sich der eigentliche Oszillator innerhalb der gestrichelt umrandeten Fläche. Er wird gebildet von dem Transistor Tr. dem im F.mitterkreis liegenden Trimmer-Kondensator Ci sowie der bassisseiligen Reihenschaltung aus der Induktivität /.ι und dem Blockkondensator O. Der Kollektor des Transistors ist geerdet. Zur Anpassung des Verbrauchers an den Oszillalorausgang ist ein Reaktanznetzwerk vorgesehen, das aus der l.ängsinduktivilät ί.ι sowie der Querkapazitiit Ci und der l.iingskapnz.itäl Ct besteht. Γλ:γ F.mittcrstrom wird über den Durchführungskonuensator Ci und die Drossel l.\ zugeführt, der Basisstrom über den Durchführungskondensator Ch und die Drossel La.
Den mechanischen Aufbau des Oszillators zeigt

Fig. 2. Das Trunsisiorsysieni Tr ist unter Fortlassung des Transisuirgehäuses unmittelbar mit dem Kollektor auf einem Metallplättchen I. beispielsweise einem vergoldeten Molybdän-Planchen, das wesentlich größere Abmessungen aufweist als das Transistorsystem Tr. fest

ίο und mit dem Metallplättchen 1 gut wärmeleitend verbunden, angeordnet. Der thermische Ausdehnungskoeffizient des Metallplätlchens 1 stimmt wenigstens näherungsweise mit dem des Halbleitermaierials des TransiMorsystems Tr überein. Das Metallplättchen 1 ist piit einer Bodenplatte 2, dit z. B. aus Messing besieht, VL-rschraubt. Die Bodenplatte 2 ist T-förmig ausgebildet. Das Planchen I ist am Quersteg befestigt; am Längssteg ist der einstellbare Kondensator Ci des Kmitterkreiscs angeordnet. Die Komaktierung des Emitters des am Rand des Meiallplättchens angeordneten Transistorsysiems Tr erfolgt ^ri'-er drei Golddrähte von je 30 um Stärke. Die Golddra.iie führen zum Stator des Kondensators Ci. Die Basis des Transistorsystems Tr ist sechsfach mit Golddrähten von je JO μπι Stärke kontaktiert. Die Golddrähte führen auf einen dicken, versilberten Kupferdraht, der die Induktivität /.1 bildet. Am Fiißpunkt der Induktivität l.\ ist ein keramischer .Scheibenkondensator Cj angeordnet. Dieser Kondensator befindet sich auf dem Quersteg der Bodenplatte 2. Durch diesen Aufbau des Oszillators wird die Kollektor-Zuleilungsinduktivität praktisch beseitigt und werden die Emitter- und Basis-Zulcitungsinduktivi tat. die ohnehin weniger kritisch snd. auf einen minima len Wert reduziert. Die ßasisindi.ktivi'.at laßt sich z. B.

in die Schwingkreisindiiktivitai /.1 mit einbeziehi-". während die Emitterinduktivität im wesentlichen durch die Kapazität Ci ausgeglichen werden kann.

F i g. 3 zeigt den mechanischen Aufbau der Gesamtschaltung. Der Oszillator, bestehend aus dem T^ransistor Tr und den .Schwingkreiselementen Lt, Ci. Cj sowie die Schaltelemente zur Einstellung des Arbeitspunkis und zur Auskopplung von Schwingungsenergie sind in einem Metallgehäuse 3 angeordnet, wobei das Metallplättchen I auf dem durch das Gehäuse festgelegten Bezugspolential liegt. Innerhalb des Metallgehäuses 3 ist im unteren Teil die Hodenplatte 2 angeordnet, auf der sich das Metallplättchen I mit dem Transistorsystem Tr sowie die Sehwingkreisclementc Lt. Ct und O befinden, und im oberen Teil des Metallgehäuses sind die Elemente L: Ci und C'-t angeordnet. Die Durchführungskondensatoren Ci und Ct. für die Emitter- und Basi.sstrom/uführung sind durch die beiden Seitenwände des Metallgchäuses durchgeführt.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig.4 wird die

5i Induktivität Li, das ist die im Basiskreis liegende Schwingkreisinduklivitäl, durch eine Le'tungsbaiin auf einer doppeltkupferkaschierten Isolinrstotfplaite dargestellt. Die Isolierstoffplatie 4 ist gleichfalls auf dem das Transistorsystem Tr tragenden Metallplättchen *,

z. 13. einem Mo!;bdänplättchen, aufgebracht. Die rechteckige Isolierstoffplattc 4, auf der die Leiterbahn in einem gekrümmten I.inienzug aufgebracht ist, weist an einer Ecke einen Ausschnitt auf. Im Bereich dieses Ausschnitts sind auf dem Metallplättchen 1 das Transistorsystem sowie der als keramischer Kondensator ausgebildete BlockkonJrnsator O angeordnet. Die Kontaktierung des Emitters [;" des Transistorsystems Tr mit dem Stator des Kondensators Ci erfolgt dreifach mit

Golddrähten, die Kontaktierung der Oasis zu der die Induktivität /.ι darstellenden l.citiingsbuhn. deren eines Kndc sieh in unmittelbarer Niihe des Transistorsystems befindet, sechsfach mit Golddrähten. Das andere LmIc der Leitungsbahn ist mit dem Bloekkondensator O verbunden.

Γ i g. 5 zeigt ein Ausführungsbeispicl. bei dem. ähnlich wie im Ausführungsbcispiel nach I' i g. 4. die im Ha siskreis liegende Schwingkrcisindukiivitäl Λι von einer in gedruckter Schaltungstcchnik auf einem Träger auf gebrachten Leitungsbahn gebildet wird. Träger ist hier bei eine Platte aus dielektrischem Material, wie Keramik oder Berylliumoxid. Diese Platte bildet zugleich den Träger für das Molybdänplältchen und das auf diesem aufgebrachte Transistorsystem Tr. '5

Das Molybdänplättchen ist am Rande der Träger platte angeordnet; es ist wesentlich kleiner als die Trägerplatte, aber erheblich größer als das Transistor i 77. Auf den Träger isi ferner der "U>ckkoni!cn und der Basis des Transistorsyslcms Tr mit den ent sprechenden Schwingkrciselemcnlen erfolgt mit Gold drähten.

I 1 g. h zeigt ein Ausführungsbcispiel. bei dem die Last mittels einer Koaxialleitung bestimmten Wellen-Widerstands und bestimmter Lange in geeigneter Wei se in den Hasiskreis transformiert wird. Die Koaxialleitung, die spiralförmig auf dem Metallplättchen angc ordnet ist und über das Plättchen hinausragende Anschlußklemmen /um Anschließen der I JIM aufweist, bil dct die im Uasiskreis liegende Schwingkrcisindiiktiviiäi An Stelle eines Trimmers wird hierbei als cmitlerscili ger Schwingkreiskondensator ein keramischer Kon dcnsator verwendet, der auf das Metallplättchen aufge löti't ist. Die Kontaktierung von Basis und limitier mit der Koaxialleitung b/w. dem keramischen Kondensator, der auf dem Plättchen I innerhalb der spiralförmigen Koaxialleitung und in unmittelbarer Nähe des ?v _r.i_nnl ;,i „_rr»i„< ....ι,ιί .,1,

sator Ci aufgebracht. Die Kontaktierung des Lmitiers 20 bzw. dreifach mit Golddrähten.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Schwingungserzeuger für sehr kurze elektromagnetische Wellen mit einem Transistor und zugehörigen Schwingkreiselememen sowie Schaltelementen zur Einstellung des Arbeitspunktes und zur Auskopplung von Schwingungsenergie, dadurch gekennzeichnet, daß das Transistorsystem (Tr) unter Fortlassung eines Transistorgehäuses unmittelbar auf einem Metallplättchen (1) wesentlich größerer Abmessungen als das Transistorsystem (Tr) und mit einem wenigstens näherungsweise mit dem des Halbleitermaterials des Transistorsystems (Tr) übereinstimmenden thermisehen Ausdehnungskoeffizienten, mit dem Kollektor fest und gut wärmeleitend mit dem Metallplättchen (1) verbunden, angeordnet ist, und daß dieses wenigstens einige der übrigen Schwingkreiselemente (Ci, C2, Ll), der Elemente zur Einstellung des Arbeitspunktes und der Elemente zur Schwingungsenergieauskopplung (L2, CZ, C4) tragende Metallplättchen (1) zusammen mit diesen Elementen in einem Metallgehäuse (3) derart angeordnet ist, daß das Metallplättchen (1) auf dem durch das als Bezugspotential für die Hochfrequenz dienenden Gehäuses (3) festgelegten Potential liegt.

2. Schwingungserzeuger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Plättchen (1) als dünne Metallschicht ausgebildet ist, die auf einem Träger aus dielektrischem Material, wie Keramik, fest verankert ist.

3. Schwingungserzeuger nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, aaß die vorzugsweise im ßasiskrcis angeordnete Schwingkreisinduktivität (L 1) von einer auf einer doppeltkupferkaschierten Isolierstoffplatte (4) aufgebrachten Leitungsbahn gebildet wird und daß diese Isolierstoffplatte (4) auf dem Metallplättchen (1) angeordnet ist (F i g. 4).

4. Schwingungserzeuger nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die vorzugsweise im Basiskreis angeordnete Schwingkreisinduktivität (L 1) von einer in gedruckter Schaltungstechnik auf einen Träger (4) aus dielektrischem Material, wie Keramik oder Berylliumoxid, aufgebrachten Leitungsbahn gebildet wird, und daß dieser Träger (4) zugleich Träger des Metallplättchen (1) und des auf diesem aufgebrachten Transistorsystems (Tr) ist (F ig. 5).

5. Schwingungserzeuger nach Anspruch I oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die vorzugsweise im Basiskreis angeordnete Schwingkreisinduktivität (L 1) von einer die Last in den Basiskreis transformierenden Koaxialleitung bestimmten Wellenwiderstandes und bestimmter Länge gebildet wird $ί (F ig. 6).

6. Schwingungserzeuger nach einem der Ansprüche I bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwingkreiskapazität (Ci) von einem spannungsabhängigen Kondensator gebildet wird. fto

7. Schwingungserzeuger nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwingkreiskapazität (Ci) von einem auf das Plättchen aufgebrachten, vorzugsweise aufgelöteten keramischen Kondensator gebildet wird (F i g. 6).

8. Schwingungserzeuger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Anschaltung der Last an den Transistorausgang ein Reaktanz-JF-Filier (Ci, L2, C3), vorzugsweise ein Tiefpaß vorgesehen ist.

9. Schwingungserzeuger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Transistorsystem (Tr) in einem aushärtenden Kunststoff, beispielsweise einem Kunstharztropfen, eingebettet ist.