RU2054755C1

RU2054755C1 - High-power s h f transistor (versions)

Info

Publication number: RU2054755C1
Application number: RU92014595/25A
Authority: RU
Inventors: В.Л. Аронов; А.С. Евстигнеев; Г.В. Евстигнеева; Е.О. Русаков
Original assignee: Товарищество с ограниченной ответственностью НПО "Вариация"
Priority date: 1992-12-25
Filing date: 1992-12-25
Publication date: 1996-02-20

Abstract

FIELD: electronics. SUBSTANCE: high-power SHF transistor has two parallel rows of semiconductor crystals with transistor structures positioned on metal flange of package - common lead-out of collector or drain electrodes of transistor structures, first lead-out of transistor, second and third leads-out of transistor corresponding to second and third electrodes of transistor structures arranged on both sides of flange of package, row of passive elements located between rows of semiconductor crystals, one strip line placed between third lead-out of transistor and row of semiconductor crystals in parallel to the latter and divided by gaps into equal sections interconnected by resistors. Each passive element is produced in the form of insulating layer having termination pads arranged between like electrodes of transistor structures of rows of crystals and connected to them by conductors. Termination pads connected to second electrodes are linked to second lead-out of transistor and termination pads connected to third electrodes are linked to opposite sections of strip line which are connected to third lead-out of transistor. Length of each section of strip line is less than half-length of oscillation wave on upper frequency of working range and resistance value of resistor equals (0.2-5.0)XL where XL is inductive resistance on central frequency of working range of conductors connecting section of strip line to second lead-out of transistor. In agreement with second version two strip lines are located on both sides of row of semiconductor crystals and are connected to first and second leads-out of transistor and like electrodes of opposite transistor structures correspondingly. EFFECT: increased output power and efficiency of transistor. 2 cl, 5 dwg

Description

Изобретение относится к полупроводниковой электронике, в частности к конструированию и производству мощных транзисторов. The invention relates to semiconductor electronics, in particular to the design and manufacture of high-power transistors.

Известен мощный СВЧ-транзистор на основе мощного транзисторного кристалла, включающего 36 транзисторных структур, расположенных в два ряда с общими контактными площадками базы [1] При этом контактные площадки эмиттеров получаются размещенными вдоль противоположных сторон кристалла. Сборка эмиттерных площадок каждого ряда проводится на отдельный конденсатор входной согласующей цепи. Расстояние между конденсаторами такое же, как расстояние между рядами контактных площадок эмиттера на транзисторном кристалле. С помощью этого достигается равенство трансформирующих индуктивностей входного согласующего звена для обоих рядов транзисторных кристаллов, необходимое для равномерного распределения СВЧ-тока и мощности между рядами кристаллов. Known powerful microwave transistor based on a powerful transistor crystal, including 36 transistor structures arranged in two rows with common contact pads of the base [1] In this case, the contact pads of the emitters are obtained placed along opposite sides of the crystal. The assembly of the emitter pads of each row is carried out on a separate capacitor of the input matching circuit. The distance between the capacitors is the same as the distance between the rows of the pads of the emitter on the transistor chip. With the help of this, the equality of the transforming inductances of the input matching link for both rows of transistor crystals is achieved, which is necessary for uniform distribution of the microwave current and power between the rows of crystals.

Размещение контактных площадок базы в середине кристалла приводит к увеличению индуктивности сборки общего электрода, поскольку условия работы на СВЧ требуют сближения рядов, усиливается взаимное тепловое слияние структур друг с другом и ухудшается тепловое сопротивление всего транзистора. Для борьбы с этим предусматриваются специальные меры в процессе производства самих кристаллов: уменьшение толщины полупроводниковой подложки и нанесение на нее слоя серебра с высокой теплопроводностью, что, естественно, увеличивает стоимость транзистора. Общим электродом транзистора является база, поэтому транзисторный кристалл расположен на вкладыше из дорогостоящей и токсичной в производстве бериллиевой керамики, что увеличивает тепловое сопротивление транзистора на 20-30% и, кроме того, стоимость транзистора также возрастает. Placing the contact pads of the base in the middle of the crystal leads to an increase in the inductance of the assembly of the common electrode, since microwave operating conditions require the rows to come closer together, the mutual thermal fusion of the structures with each other increases, and the thermal resistance of the entire transistor deteriorates. To combat this, special measures are envisaged in the production process of the crystals themselves: reducing the thickness of the semiconductor substrate and applying a silver layer with high thermal conductivity to it, which, of course, increases the cost of the transistor. The common electrode of the transistor is the base, so the transistor crystal is located on an insert made of expensive and toxic beryllium ceramic, which increases the thermal resistance of the transistor by 20-30% and, in addition, the cost of the transistor also increases.

Известен также мощный СВЧ-транзистор, содержащий транзисторные кристаллы, размещенные на металлическом фланце корпуса с обеспечением электрического и теплового контакта подложки транзисторных кристаллов с фланцем корпуса, выводы эмиттера и базы, расположенные по обе стороны от фланца корпуса, и ряда проводников, соединяющих контактные площадки эмиттера и базы кристаллов с одноименными выводами на корпусе транзистора [2] Данное устройство принято за прототип. Also known is a powerful microwave transistor containing transistor crystals located on the metal flange of the housing to ensure electrical and thermal contact of the substrate of the transistor crystals with the flange of the housing, the findings of the emitter and the base located on both sides of the flange of the housing, and a number of conductors connecting the contact pads of the emitter and crystal bases with the same terminals on the transistor case [2] This device is taken as a prototype.

К недостаткам прототипа следует отнести недостаточную выходную мощность, причем ограничения на выходную мощность обусловлены тем, что экспериментально установлено, что в линейку возможно расположить в корпусе лишь небольшое количество транзисторных кристаллов (до четырех), при увеличении в ряду числа транзисторных кристаллов при работе транзистора начинают возникать поперечные паразитные колебания на рабочей частоте. Кроме того, при расположении в одну линейку (ряд) кристаллов неэффективно используется площадь транзистора. Указанные недостатки не позволяют получить требуемый КПД. The disadvantages of the prototype include insufficient output power, and restrictions on the output power are due to the fact that it has been experimentally established that it is possible to place only a small number of transistor crystals (up to four) in a case in a case, with an increase in the number of transistor crystals during operation of the transistor transverse spurious oscillations at the operating frequency. In addition, when arranged in a single line (row) of crystals, the area of the transistor is inefficiently used. These shortcomings do not allow to obtain the required efficiency.

Техническим результатом, на который направлены оба варианта изобретения, является повышение выходной мощности и КПД транзистора. The technical result, which both variants of the invention are directed to, is to increase the output power and efficiency of the transistor.

Указанный технический результат по первому варианту изобретения достигается тем, что мощный СВЧ-транзистор, содержащий ряд полупроводниковых кристаллов с транзисторными структурами, размещенных на металлическом фланце корпуса, являющемся общим выводом электрода в подложки полупроводниковых кристаллов, первый и второй выводы соответственно первого и второго электродов транзистора, расположенные по обе стороны от фланца корпуса, и соединительные проводники, дополнительно содержит второй ряд полупроводниковых кристаллов с транзисторными структурами, параллельный первому, и ряд пассивных элементов, расположенный между первым и вторым рядами полупроводниковых кристаллов параллельно им, а также полосковую линию, расположенную между вторым выводом второго электрода транзистора и вторым рядом полупроводниковых кристаллов, параллельно последнему, разделенную на равные отрезки зазорами, при этом отрезки полосковой линии соединены между собой резисторами, а каждый пассивный элемент выполнен в виде изолирующего слоя, содержащего контактные площадки, размещенные между одноименными электродами транзисторных структур и соединенные с ними с помощью соединительных проводников, причем контактные площадки, соединенные с электродами транзисторных структур, одноименными первому электроду транзистора, соединены соединительными проводниками с первым выводом первого электрода транзистора, контактные площадки, соединенные с электродами транзисторных структур, одноименными второму электроду транзистора, соединены соединительными проводниками с противолежащими отрезками полосковой линии, соединенными соединительными проводниками с вторым выводом второго электрода транзистора, при этом каждый отрезок полосковой линии выполнен длиной, меньшей половины длины волны колебаний в линии на верхней рабочей частоте, а каждый резистор выполнен с величиной сопротивления, равной (0,2-5) X_L, где X_L индуктивное сопротивление проводников на средней частоте диапазона, соединяющих отрезок линии с вторым выводом второго электрода транзистора.The specified technical result according to the first embodiment of the invention is achieved by the fact that a powerful microwave transistor containing a series of semiconductor crystals with transistor structures located on the metal flange of the housing, which is the common terminal of the electrode in the substrate of the semiconductor crystals, the first and second terminals, respectively, of the first and second electrodes of the transistor, located on both sides of the housing flange, and the connecting conductors, further comprises a second row of transistor semiconductor crystals parallel to the first, and a series of passive elements located between the first and second rows of semiconductor crystals parallel to them, as well as a strip line located between the second terminal of the second transistor electrode and the second row of semiconductor crystals, parallel to the latter, divided into equal segments by gaps, at this segments of the strip line are interconnected by resistors, and each passive element is made in the form of an insulating layer containing pads located between electrodes of the transistor structures of the same name and connected to them by means of connecting conductors, moreover, contact pads connected to the electrodes of transistor structures of the same name as the first transistor electrode, connected by connecting conductors to the first terminal of the first transistor electrode, contact pads connected to the electrodes of transistor structures of the same name to the second electrode transistors connected by connecting conductors to opposite segments of the strip line connected to edinitelnymi conductors with the second terminal electrode of the second transistor, wherein each segment is configured stripline length less than half, and each resistor is configured with the value of resistance equal to (0.2-5) oscillation wavelength in the line at the upper operating frequency X _L, wherein X _{L is the} inductive resistance of the conductors at the middle frequency of the range connecting the line segment to the second terminal of the second transistor electrode.

Указанный техническим результат, а также дополнительный технический результат, заключающийся в обеспечении усилием СВЧ-мощности с малой обратной связью транзисторами, выполненными с металлическим корпусом, являющимся выводом общего электрода коллектора или стока, достигается также тем, что мощный СВЧ-транзистор дополнительно содержит третий вывод, расположенный со стороны первого вывода первого электрода транзистора симметрично относительно оси симметрии транзистора и соединенный соединительными проводниками с контактными площадками, соединенными с отрезками полосковой линии. The specified technical result, as well as an additional technical result, which consists in providing a microwave power with low feedback transistors made with a metal case, which is the output of the common collector or drain electrode, is also achieved by the fact that the powerful microwave transistor further comprises a third output, located on the side of the first terminal of the first transistor electrode symmetrically with respect to the axis of symmetry of the transistor and connected by connecting conductors to the contact areas Kami connected to the strip line segments.

Указанный технический результат по второму варианту изобретения достигается тем, что мощный СВЧ-транзистор, содержащий ряд полупроводниковых кристаллов с транзисторными структурами, размещенных на металлическом фланце корпуса, являющимся общим выводом электродов подложки полупроводниковых кристаллов, а также два вывода других электродов, расположенные по обе стороны от фланца корпуса, и соединительные проводники, дополнительно содержит второй ряд полупроводниковых кристаллов с транзисторными структурами, параллельный первому, и ряд пассивных элементов, расположенный между первым и вторым рядами полупроводниковых кристаллов параллельно им, а также две полосковые линии, расположенные каждая между выводом электрода транзистора и ближайшим к нему рядом транзисторных кристаллов параллельно последнему, разделенные на равные отрезки зазорами, при этом отрезки полосковой линии соединены между собой резисторами, а каждый пассивный элемент выполнен в виде изолирующего слоя, содержащего контактные площадки, размещенные между одноименными электродами транзисторных структур и соединенные с ними с помощью соединительных проводников, а также с противолежащим отрезком полосковой линии, ближайшей к выводу одноименного электрода транзистора, соединенного с помощью соединительных проводников с этим отрезком полосковой линии, причем каждый отрезок полосковой линии выполнен длиной, меньшей половины длины волны колебаний в линии на верхней рабочей частоте, а каждый резистор выполнен с величиной сопротивления, равной (0,2-5) X_L, где X_L индуктивное сопротивление проводников на средней частоте диапазона, соединяющих отрезок линии с выводом электрода транзистора.The specified technical result according to the second embodiment of the invention is achieved by the fact that a powerful microwave transistor containing a series of semiconductor crystals with transistor structures located on the metal flange of the housing, which is a common terminal of the electrodes of the substrate of semiconductor crystals, as well as two leads of other electrodes located on either side of the housing flange, and the connecting conductors, further comprises a second row of semiconductor crystals with transistor structures parallel to the first, and p the poison of passive elements located between the first and second rows of semiconductor crystals parallel to them, as well as two strip lines, each located between the output of the transistor electrode and the next row of transistor crystals parallel to the last, divided into equal segments by gaps, while the strip line segments are connected between resistors, and each passive element is made in the form of an insulating layer containing contact pads located between the electrodes of the same name transistor routines and connected with them using connecting conductors, as well as with the opposite segment of the strip line closest to the output of the transistor electrode of the same name, connected using connecting conductors with this segment of the strip line, and each segment of the strip line is made less than half the wavelength of the oscillations in lines at the upper operating frequency, and each resistor is made with a resistance value equal to (0.2-5) X _L , where X _{L is the} inductive resistance of the conductors at the middle frequency of the range, connecting which are part of the line with the output of the transistor electrode.

Все существенные признаки, представленные в формуле изобретения как по отдельности, так и в различных сочетаниях между собой, проявляют одновременно ряд новых технических свойств, а также одновременно выполняют ряд функций. Так, например, размещение в два ряда полупроводниковых кристаллов с транзисторными структурами позволило эффективно использовать площадь корпуса транзистора и одновременно равномерно распределить мощность (и соответственно тепловую нагрузку) между рядами кристаллов. При этом все признаки, описанные формулой изобретения по первому и второму вариантам, позволили получить неожиданное улучшение частотных свойств, увеличение выходной мощности с одновременным увеличением КПД. Разделение полосковой линии на ряд равных отрезков определенной длины, соединенных между собой резисторами с сопротивлением определенной величины, позволило устранить неизвестный ранее паразитный эффект возникновение поперечных колебаний на рабочей частоте при увеличении числа кристаллов. Одновременно разрывы в полосковой линии и резисторы позволили облегчить тепловой режим транзистора, благодаря тому, что из-за разрыва в полосковой линии транзисторные кристаллы располагаются с интервалом, равным этому разрыву, что облегчает тепловой режим работы транзистора. Кроме того, при достаточно больших размерах корпуса полосковая линия играет роль дополнительной балки, т.е. опоры для сборки. Поэтому при анализе изобретения на соответствие требованию изобретательского уровня было установлено следующее. All the essential features presented in the claims both individually and in various combinations among themselves, exhibit simultaneously a number of new technical properties, and also simultaneously perform a number of functions. So, for example, placement of semiconductor crystals with transistor structures in two rows made it possible to efficiently use the transistor case area and at the same time evenly distribute power (and, accordingly, thermal load) between the rows of crystals. Moreover, all the features described by the claims according to the first and second options, allowed to obtain an unexpected improvement in frequency properties, an increase in output power with a simultaneous increase in efficiency. Dividing the strip line into a series of equal segments of a certain length, interconnected by resistors with a resistance of a certain value, eliminated the previously unknown spurious effect of the appearance of transverse vibrations at the operating frequency with an increase in the number of crystals. At the same time, gaps in the strip line and resistors made it possible to facilitate the thermal regime of the transistor, due to the fact that due to a gap in the strip line, transistor crystals are spaced at an interval equal to this gap, which facilitates the thermal mode of operation of the transistor. In addition, with sufficiently large housing sizes, the strip line plays the role of an additional beam, i.e. support for assembly. Therefore, when analyzing the invention for compliance with the requirements of the inventive step, the following was established.

Все указанные отличительные признаки находятся в неразрывном конструктивно-функциональном единстве между собой, а также с остальными признаками и расчленение устройства на отдельные функциональные части с целью противопоставления им таких же известных частей было бы неправомерным в связи с тем, что любая каждая часть устройства выполняет одновременно несколько функций и проявляет несколько свойств и при вычленении из совокупности существенных признаков, представленной в формуле изобретения, потеряла бы ряд своих функций или свойств. All these distinguishing features are inseparably structural and functional unity with each other, as well as with the rest of the features, and disassembling the device into separate functional parts in order to contrast them with the same known parts would be unlawful due to the fact that any each part of the device performs several functions and exhibits several properties and, when singled out from the set of essential features presented in the claims, would lose a number of its functions or properties .

Изобретение не следует явным образом из известного уровня техники, поскольку из последнего не выявляется влияние предписываемых этим изобретением преобразований, характеризуемых отличительными от прототипа существенными признаками на достижение технического результата. The invention does not follow explicitly from the prior art, since the effect of the transformations prescribed by this invention, characterized by significant features distinctive from the prototype, on the achievement of the technical result is not revealed from the latter.

Неизвестны технические решения, содержащие отличительные признаки, которые проявляли бы одновременно несколько отмеченных свойств и выполняли бы одновременно ряд функций. Technical solutions containing distinctive features that would exhibit several marked properties at the same time and perform simultaneously a number of functions are unknown.

Отмеченное выше позволяет сделать вывод о соответствии изобретения требованию изобретательского уровня. The above allows us to conclude that the invention meets the requirements of inventive step.

На фиг. 1 представлена (в плане) конструкция предложенного мощного СВЧ-транзистора, выполненного согласно первому варианту изобретения; на фиг. 2 конструкция этого транзистора, выполненного согласно второму варианту изобретения. In FIG. 1 shows (in plan) the design of the proposed high-power microwave transistor made in accordance with the first embodiment of the invention; in FIG. 2, the construction of this transistor made in accordance with the second embodiment of the invention.

Предложенный мощный СВЧ-транзистор, выполненный по первому и второму варианту (фиг. 1 и 2), содержит полупроводниковые кристаллы, а именно транзисторные кристаллы 1, металлический теплоотвод 2 корпуса (фланец), на котором расположена подложка транзисторных (полупроводниковых) кристаллов 1, находящаяся в тепловом и электрическом контакте с металлическим корпусом, является общим выводом электрода подложки, первый 3 и второй 4 выводы соответственно первого и второго электродов транзистора, соединительные проводники 5, первый 6 и второй 7 ряды транзисторных кристаллов, ряд 8 пассивных элементов 9, полосковая(ые) линия(и) 10, отрезки 11 равной длины полосковой линии, резисторы 12, контактные площадки 13, транзисторные структуры 14, третий вывод 15 транзистора (фиг. 3). The proposed powerful microwave transistor, made according to the first and second embodiment (Fig. 1 and 2), contains semiconductor crystals, namely transistor crystals 1, a metal heat sink 2 of the housing (flange), on which is located a substrate of transistor (semiconductor) crystals 1, located in thermal and electrical contact with the metal case, is the common conclusion of the substrate electrode, the first 3 and second 4 conclusions respectively of the first and second electrodes of the transistor, connecting conductors 5, the first 6 and second 7 rows of tr nzistornyh crystals number 8 passive elements 9, a strip (s), line (s) 10, the segments 11 of equal length strip line, the resistors 12, pads 13, transistor structure 14, a third terminal of the transistor 15 (FIG. 3).

Согласно первому варианту (фиг. 1) транзисторные кристаллы 1 с транзисторными структурами 14 размещены непосредственно на металлическом фланце 2 корпуса таким образом, что коллекторы транзисторных кристаллов 1 электрически объединены и коллектор является общим электродом, при этом на фланце 2 корпуса размещены первый 6 и второй 7 ряды транзисторных кристаллов, между которыми размещен ряд 8 пассивных 9 элементов параллельно им. На каждом из пассивных элементов 9 ряда 8 пассивных элементов, выполненном в виде изолирующего слоя, металлизацией выполнены контактные площадки 13, размещенные примерно напротив электродов транзисторных структур 14. Каждая контактная площадка 13 соединена соединительными проводниками 5 с одноименными электродами противолежащей пары транзисторных структур 14. Параллельно рядам 6, 7 транзисторных кристаллов 1 между рядом кристаллов и одним из выводов 3, 4 электрода транзистора, например между вторым рядом 7 и вторым выводом 4, размещена полосковая линия 10, состоящая из отрезков 11 равной длины, соединенных между собой резисторами 12, причем величина сопротивления резисторов 12 равна (0,2-5) X_L, где X_L измеренное индуктивное сопротивление на средней рабочей частоте проводников 5, соединяющих отрезок 11 линии 10 с вторым 4 выводом второго электрода транзистора. Отрезки 11 полосковой линии 10 соединены также с контактными площадками 13 ряда 8 пассивных элементов 9, которые, в свою очередь, соединены с одноименными второму электроду 4 транзистора электродами противолежащих транзисторных структур 14. Контактные площадки 13, соединенные с электродами транзисторных структур 14, одноименными первому электроду 3 транзистора, соединены с ним соединительными проводниками 5. Каждый из отрезков 11 полосковой линии 10 выполняется длиной, меньшей половины длины волны колебаний в линии на верхней рабочей частоте. Резисторы 12 расположены на краях отрезков 11 полосковой линии 10, соединяют их между собой и могут быть выполнены, например, пленочными нихромовыми на кремниевой подложке. Одна контактная площадка резистора 12 соединена с его подложкой, а другая контактная площадка используется для сборки, связывающей отрезки 11 линии 10. Таким образом, сопротивление, включенное между отрезками 11 линии 10, равно удвоенному сопротивлению резистора. XL измеряется непосредственно.According to the first embodiment (Fig. 1), transistor crystals 1 with transistor structures 14 are placed directly on the metal flange 2 of the housing so that the collectors of the transistor crystals 1 are electrically combined and the collector is a common electrode, while the first 6 and second 7 are placed on the flange 2 of the housing rows of transistor crystals, between which is placed a row of 8 passive 9 elements parallel to them. On each of the passive elements 9 of the row 8 of passive elements, made in the form of an insulating layer, the contact pads 13 are arranged metallically located opposite the electrodes of the transistor structures 14. Each contact pad 13 is connected by connecting conductors 5 to the same electrodes of the opposite pair of transistor structures 14. Parallel to the rows 6, 7 of the transistor crystals 1 between the row of crystals and one of the terminals 3, 4 of the transistor electrode, for example between the second row 7 and the second terminal 4, is placed a strip vaya line 10, consisting of segments 11 of equal length, interconnected by resistors 12, and the resistance value of the resistors 12 is equal to (0.2-5) X _L , where X _{L is the} measured inductive resistance at the average operating frequency of the conductors 5 connecting the segment 11 of the line 10 with the second 4 output of the second electrode of the transistor. The segments 11 of the strip line 10 are also connected to the contact pads 13 of the row 8 of passive elements 9, which, in turn, are connected to the second transistor electrode 4 of the same type by electrodes of the opposite transistor structures 14. The contact pads 13 connected to the electrodes of the transistor structures 14 of the same name to the first electrode 3 transistors connected to it by connecting conductors 5. Each of the segments 11 of the strip line 10 is a length less than half the wavelength of the oscillations in the line at the upper operating frequency. Resistors 12 are located on the edges of segments 11 of the strip line 10, connect them together and can be made, for example, film nichrome on a silicon substrate. One contact pad of the resistor 12 is connected to its substrate, and the other contact pad is used for the assembly connecting the segments 11 of the line 10. Thus, the resistance included between the segments 11 of the line 10 is equal to twice the resistance of the resistor. XL is measured directly.

Размер транзисторного кристалла 1 1,6 х х 0,6 мм. Длина отрезка 11 полосковой линии 10 для двухкристальной секции 4 мм, ширина отрезка 1,8 мм, толщина подложки 1 мм. Погонная емкость полосковой линии 10 определяется в основном емкостью коллектор-база транзисторных кристаллов 1, которая в рассматриваемом случае равна 9 пФ на один кристалл (при напряжении коллектор база 28 В) и составляет 4,5 пФ/мм в отличие от погонной емкости 0,16 пФ/мм, обусловленной диэлектрической проницаемостью ( ε 9,8) и геометрическими размерами полосковой линии 10. Это приводит к эффекту укорочения длины волны в линии примерно в 10 раз по сравнению со свободным пространством. Подключение к линии транзисторных кристаллов приводит к увеличению погонной емкости линии:
C

+

где ε относительная диэлектрическая проницаемость диэлектрика линии;
W ширина линии;
h толщина диэлектрика линии;
С_кр емкость кристаллов, подсоединенных на длине отрезка линии l.The size of the transistor crystal is 1.6 x 0.6 mm. The length of the segment 11 of the strip line 10 for the dual-crystal section is 4 mm, the width of the segment is 1.8 mm, and the thickness of the substrate is 1 mm. The linear capacitance of the strip line 10 is determined mainly by the collector-base capacitance of transistor crystals 1, which in the case under consideration is 9 pF per crystal (at a collector voltage of 28 V base) and is 4.5 pF / mm, in contrast to the linear capacitance of 0.16 pF / mm due to the dielectric constant (ε 9.8) and the geometrical dimensions of the strip line 10. This leads to the effect of shortening the wavelength in the line by about 10 times compared with the free space. Connection to the line of transistor crystals leads to an increase in the linear capacitance of the line:
C

+

where ε is the relative dielectric constant of the line dielectric;
W line width;
h is the thickness of the dielectric line;
With _{cr the} capacitance of crystals connected on the length of the line segment l.

Оценить укорочение длины волны в линии такой конструкции можно с помощью теории микрополосковых линий, где в качестве диэлектрической проницаемости линии использовано ее эквивалентное значение для данной конструкции:
ε_экв=

+ ε+

•

Коэффициент укорочения длины волны в линии равен

В конкретном случае присоединения к линии со следующими параметрами: l 10, W 1,8 мм и h 0,5 мм электродов базы с емкостью порядка 9 пФ на один кристалл вдоль отрезка линии с l 4 мм размещаются два кристалла, ε_эфф 10 + 138 148. Транзистор предназначен для работы в диапазоне частот 0,9-2,5 ГГц. На верхней границе диапазона частот отрезок линии 4 мм соответствует электрической длине линии 0,33 λ (λ длина волны).The shortening of the wavelength in the lines of such a structure can be estimated using the theory of microstrip lines, where its equivalent value for the given structure was used as the dielectric constant of the line:
ε _equiv =

+ ε +

•

The coefficient of shortening the wavelength in the line is

In the specific case of connecting to a line with the following parameters: l 10, W 1.8 mm and h 0.5 mm of base electrodes with a capacitance of the order of 9 pF per crystal, two crystals are placed along a line segment with l 4 mm, ε _eff 10 + 138 148. The transistor is designed to operate in the frequency range 0.9-2.5 GHz. At the upper boundary of the frequency range, a line segment of 4 mm corresponds to an electric line length of 0.33 λ (λ wavelength).

При объединении в секцию трех кристаллов 1 отрезок 11 линии 10 на верхней частоте составляет половину длины волны. Общая длина полосковой линии 10 (для шести кристаллов) составляет 0,33 λ· 3 1 λ и, как выяснилось экспериментально, может представлять собой резонатор, способный возбуждаться на рабочей частоте в поперечном направлении (направлении, перпендикулярном движению мощности, что приводит к потере выходной мощности, а также к выходу транзистора из строя). Именно для устранения этого эффекта линия 10 была разбита на равные отрезки 11, в которые включены резисторы 12, задача которых внести активные потери в резонатор. Наибольший эффект получается, когда достигается минимальная добротность "поперечного" резонатора. Для этого величину резистора 12 выбирают по порядку величины, равной 0,2-5 измеренному индуктивному сопротивлению ряда 5 проводников, на средних частотах диапазона, так как эти индуктивности включены параллельно резисторам (для токов, текущих в "поперечном" направлении). When combining into a section of three crystals 1, segment 11 of line 10 at the upper frequency is half the wavelength. The total length of the strip line 10 (for six crystals) is 0.33 λ · 3 1 λ and, as it turned out experimentally, can be a resonator that can be excited at the working frequency in the transverse direction (direction perpendicular to the power movement, which leads to a loss of output power, as well as the output of the transistor). To eliminate this effect, line 10 was divided into equal segments 11, which included resistors 12, whose task is to introduce active losses into the resonator. The greatest effect is obtained when the minimum quality factor of the "transverse" resonator is achieved. For this, the value of the resistor 12 is selected in order of magnitude equal to 0.2-5 measured inductance of a number of 5 conductors at medium frequencies, since these inductances are connected in parallel with the resistors (for currents flowing in the "transverse" direction).

Введенный дополнительный третий вывод 15, соединенный с контактными площадками 13, соединенными с отрезками 11 полосковой линии (фиг. 3), позволяет реализовать усилительный режим с малой обратной связью в схемах со взвешенным источником сигнала за счет разделения импедансов входных и выходных цепей транзистора. На фиг. 4 и 5 показаны упрощенно входные и выходные цепи данного транзистора, включенного по схемам с общей базой и с общим эмиттером соответственно. The introduced third third terminal 15 connected to the contact pads 13 connected to the segments 11 of the strip line (Fig. 3) allows implementing the amplification mode with low feedback in circuits with a weighted signal source due to the separation of the impedances of the input and output circuits of the transistor. In FIG. Figures 4 and 5 show simplified input and output circuits of a given transistor connected according to schemes with a common base and with a common emitter, respectively.

На фиг. 2 транзисторные кристаллы 1 с транзисторными структурами 14 размещены так же, как и в первом варианте в виде двух рядов 6, 7 на металлическом фланце 2 корпуса. Между ними размещен таким же образом ряд 8 пассивных 9 элементов с контактными площадками 13, соединенными с электродами транзисторных структур 14 таким же образом, как и в первом варианте. Между первым выводом 3 первого электрода транзистора и первым рядом 6 транзисторных кристаллов 1 и между вторым выводом 4 второго электрода транзистора и вторым рядом 7 транзисторных кристаллов 1 размещены полосковые линии 10 так же, как и в первом варианте, разбитые на отрезки 11 равной длины, соединенные резисторами 12, причем отрезки 11 выполняются длиной, меньшей половины длины волны колебаний в линии на верхней рабочей частоте (с учетом укорочения, вызванного погонной емкостью транзисторных кристаллов 1), а резисторы 12 выполняются с величиной сопротивления, равной (0,2-5) X_L, где X_L индуктивное сопротивление, на средней рабочей частоте диапазона проводников, соединяющих каждый из отрезков 11 линий 10 с ближайшим выводом 3, 4 электродов транзистора. При этом отрезки 11 полосковых линий 10 соединены также с контактными площадками 13 таким образом, чтобы соединялись одноименные электроды транзисторных структур 14 и соответствующие им выводы 3, 4 электродов транзистора.In FIG. 2 transistor crystals 1 with transistor structures 14 are placed in the same way as in the first embodiment in the form of two rows 6, 7 on the metal flange 2 of the housing. Between them is placed in the same way a row of 8 passive 9 elements with contact pads 13 connected to the electrodes of the transistor structures 14 in the same manner as in the first embodiment. Between the first terminal 3 of the first transistor electrode 6 and the first row 6 of transistor crystals 1 and between the second terminal 4 of the second transistor electrode and the second row 7 of transistor crystals 1, strip lines 10 are arranged in the same way as in the first embodiment, broken into equal lengths 11 connected resistors 12, and segments 11 are performed with a length less than half the wavelength of the oscillations in the line at the upper operating frequency (taking into account the shortening caused by the linear capacitance of transistor crystals 1), and resistors 12 are performed with th resistance equal (0,2-5) X _L, wherein the inductive reactance X _L, to the average operating frequency range of conductors connecting each of the segments 11, lines 10 to the next terminal 3, 4 transistor electrodes. In this case, the segments 11 of the strip lines 10 are also connected to the contact pads 13 so that the electrodes of the transistor structures 14 and the corresponding terminals 3, 4 of the transistor electrodes are connected.

Транзисторные структуры 14 по первому и второму вариантам изобретения могут быть выполнены как в биполярном, так и в униполярном исполнении. The transistor structures 14 according to the first and second variants of the invention can be made in both bipolar and unipolar designs.

Claims

1. Powerful microwave transistor containing a series of semiconductor crystals with transistor structures located on the metal flange of the housing — the common terminal of the collector or drain electrodes of the transistor structures, the first terminal of the transistor, the second and third terminals of the transistor corresponding to the second and third electrodes of the transistor structures located at both sides of the housing flange, and connecting conductors, characterized in that the transistor further comprises a second row of semiconductor crystals with a transistor parallel to the first, and a series of passive elements located between the first and second rows of semiconductor crystals parallel to them, as well as a strip line located between the third output of the transistor and the second row of semiconductor crystals parallel to it, divided by gaps into equal segments connected by resistors and each passive element is made in the form of an insulating layer containing contact pads located between the same electrodes of transistor structures of the first o and the second row of crystals and connected to them by connecting conductors, moreover, the contact pads connected to the second electrodes of the transistor structures are connected by connecting conductors to the second terminal of the transistor, the contact pads connected to the third electrodes of the transistor structures are connected by connecting conductors to opposite segments of the strip line, connected connecting conductors with the third output of the transistor, with each segment of the strip line is made in length, shey half the wavelength of electromagnetic waves in a line on the upper frequency operating range, and each resistor is configured with the value of resistance _{(0,2 - 5,0) • X L} , wherein X _L - inductive impedance conductor line segment connecting the third terminal of the transistor, at the middle frequency of the operating range.

2. The microwave transistor according to claim 1, characterized in that it contains an additional terminal located on the side of the second terminal of the transistor symmetrically with respect to the axis of symmetry of the transistor and connected by connecting conductors to pads connected to segments of the strip line.

3. Powerful microwave transistor containing a series of semiconductor crystals with transistor structures located on the metal flange of the housing — the common terminal of the collector or drain electrodes of the transistor structures, the first terminal of the transistor, the second and third terminals of the transistor, corresponding to the electrodes of the transistor structures, located on either side of the housing flange, and connecting conductors, characterized in that the transistor further comprises a second row of semiconductor crystals with transistor structures, parallel to the first, and a series of passive elements located between the first and second rows of semiconductor crystals parallel to them, as well as two strip lines located each between the output of the transistor and the nearest series of semiconductor crystals parallel to it, separated by gaps into equal segments connected by resistors and each passive element is made in the form of an insulating layer containing contact pads located between the electrodes of the same name of the transistor structures of the first and second of different rows of crystals and connected with them by connecting conductors, as well as connected with the opposite segment of the strip line closest to the corresponding terminal of the transistor, which is connected by connecting conductors to this segment of the strip line, with each segment of the strip line being made less than half the wavelength electromagnetic oscillations in a line on the upper frequency operating range, and each resistor is configured with the value of resistance, (0,2 - 5,0) • X L, wherein X _L - inductive resistance etc. water professionals connecting line segment from the transistor output at an average frequency of the operating range.