Переваги й недоліки напівпровідникових приладів

До переваг транзисторів у порівнянні з електронними лампами можна віднести наступне.

1. З погляду стійкості до механічних впливів (вібраціям, прискоренням, ударам) напівпровідникові прилади перебувають у значному кращому положенні, чим электровакумні зі скляними балонами.

2. Відсутність ланцюгів розжарення, що визначає практично миттєву готовність (сюди не ставляться різного роду прецизійні пристрої, наприклад високо стабільні автогенератори, у яких задана частота з високою точністю встановлюється через деякий інтервал часу після прогріву напівпровідникових приладів) передавача до роботи й спрощує питання резервування.

3. Низькі живлячі напруги. Напівпровідникові прилади не вимагають високовольтних випрямлячів, високовольтних блокувальних конденсаторів. Спрощуються заходи щодо техніки безпеки. У ряді випадків це дозволяє трохи зменшити габаритні розміри й масу передавача. Як правило, у передавачах на напівпровідникових приладах обходяться джерелом живлення одного номіналу, на відміну від лампових, де потрібні окремі джерела живлення ланцюгів розжарення, що управляють сіток (негативної полярності), анодних ланцюгів й екранних сіток, істотно різні по величині й полярності. Разом з тим низькі живлячі напруги при заданих більших потужностях ведуть до більших струмів живлення, що ускладнює фільтрацію й стабілізацію живлячих напруг. Однак розвиток напівпровідникових джерел живлення дозволяє успішно перебороти ці труднощі ціною деякого ускладнення передавача.

4. Широко диапазонность, схемні й конструктивні переваги. Через низькі напруги й більші струми напівпровідникових приладів навантажувальні опори для них становлять усього десятки й навіть одиниця ома, що в 10... 1000 разів менше, ніж у лампових пристроях. Тому що вхідні й вихідні ємності ламп і напівпровідникових приладів приблизно однакові, малі навантажувальні опори дозволяють застосовувати в каскадах напівпровідникових передавачів дуже прості схеми з аперіодичної (широкодіапазонної) навантаженням на частотах до 50... 200 Мгц.

5. Надійність напівпровідникових приладів і передавачів, побудованих з їх застосування, - не настільки очевидна перевага перед ламповими. Дійсно, надійність характеризують параметром l - числом відмов за годину роботи протягом строку служби в нормальних умовах. Після приробляння величина l становить 10^-5 для вакуумних й 10^-6... 10^-7 для напівпровідникових (перша цифра для германієвих, друга - для кремнієвих приладів), тобто число відмов напівпровідникових приладів виявляється в 10...100 разів менше. Крім того, термін служби, після якого різко зростає число відмов, у напівпровідникових приладів приблизно в 10 разів більше, ніж у вакуумних, і звичайно становить 5...10 *10⁴ ч. Здавалися б, напівпровідникові прилади по надійності мають незаперечні переваги перед вакумними. Однак характеристики l даються звичайно при роботі приладів у номінальному режимі й не враховують критичність напівпровідникових приладів до перевантажень по струмах, напругах, розсіюваних потужностях, що завжди має місце, особливо в передавачах, де прилади повністю використаються по струмах, напругам і потужностям. Тому реальні напівпровідникові передавачі мають надійність лише ненабагато більше, ніж лампові. Цей виграш помітніше в передавачів малої потужності.

6. Малі габаритні розміри й маса напівпровідникових приладів не завжди дозволяють зменшити габаритні розміри й масу передавача. Це порозумівається значно меншою припустимою температурою напівпровідникових приладів і значно меншим припустимим перепадом температур усередині приладу й температурою навколишнього середовища. При температурі середовища 20^оС цей перепад становить: для германієвих приладів 65^о С, для кремнієвих 130⁰ С, у той час як для вакуумних приладів - 200...300^о С. Відповідно значно менший припустимий перепад температури виходить між корпусом приладу й оточуючим середовищем. Тому пристрій охолодження для напівпровідникових приладів і передавачів можуть бути набагато складніше й більше по розмірах, чим для лампових. У деяких випадках у напівпровідникових передавачах радіатор використають безпосередньо корпус усього пристрою (броня танка, борт корабля або літака й т.д.), завдяки чому передавач виходить порівняно малих розмірів. До того ж напівпровідникові прилади в деяких режимах можуть із при дуже високих ККД (85...95), що різко зменшує потужність, що розсіює на них, і спрощує системи охолодження. Крім радіаторів габаритні розміри передавача в значній мірі визначаються габаритними розмірами фільтруючих і узгоджуючих ланцюгів, (коливальних контурів, що погодять трансформаторів і т.д.), що залежать від потужності каскаду або передавача в цілому.

До недоліків напівпровідникових приладів відносять наступне.

1. Припустима робоча температура t_доп переходу невелика: для германієвих

пристроїв t_доп £ 85⁰ С, для кремнієвих приладів t_доп £ 150⁰ С. Крім ускладнення проблеми тепло відводу це виключає використання напівпровідникових приладів у пристроях з температурою навколишнього середовища більше t_доп.

2. Напівпровідникові прилади не допускають навіть короткочасного перегріву.

3. Значна залежність параметрів від температури навколишнього середовища.

4. Напівпровідникові прилади не допускають навіть короткочасного перевищення припустимих зворотних напруг на переходах і перевищення припустимих струмів.

5. Більша небезпека виходу з ладу від наведених ЭРС (від інших передавачів або

радіосистем, або атмосферної електрики).

6. Схильність до параметричних коливань, особливо до дросельних, авто модуляції, самозбудженню. Причому якщо вакумні прилади після усунення таких коливань зберігають працездатність, те напівпровідникові в більшості випадків виходять із ладу.

7. Значно більший, ніж у ламп, розкид параметрів навіть у межах однієї партії.

8. Малий коефіцієнт підсилення по потужності на високих частотах: 3...5, у той час як для ламп у схемі із загальною сіткою він досягає 7...10, а для тетродів у схемі із загальним катодом 50...75 і більше.

9. Залежність параметрів (вхідних і вихідних опорів, коефіцієнта підсилення по потужності.

10. Низький рівень коливальної потужності, що знімає з одного приладу особливо на підвищених частотах. Вітчизняні транзистори забезпечують одержання від одного приладу: на частотах до 30 МГц потужності до 250 Вт, на частотах до 200 МГц потужності до 150 Вт, на частотах до 1000 МГц потужності до 50 Вт.

11. Висока вартість сучасних генераторних напівпровідникових приладів у порівнянні з вакуумними. Наприклад, для одержання коливальної потужності 1 кВт у діапазоні декаметрових хвиль вартість транзисторів приблизно в сто разів більше, ніж ламп.

12. Чутливість до дії проникаючої радіації обмежує область використання транзисторів.

Отже, застосування напівпровідникових приладів замість радіоламп у радіопередавачах, особливо потужних, не дає таких безумовних й явних переваг, як в обчислювальній і прийомній техніці. При проектування передавача щораз необхідно досліджувати можливість і доцільність застосування напівпровідникових приладів або їхнього розумного сполучення з электровакумними приладами.

Повністю напівпровідниковий потужний передавач може мати більше число каскадів радіочастоти й складну систему захисту транзисторів. Вартість напівпровідникового передавача може бути в 3...5 разів вище, ніж лампового або комбінованого. Промисловий ККД транзисторного передавача не вище чим лампового. По надійності напівпровідниковий передавач не має безперечних переваг перед ламповим або комбінованим. Вибір того або іншого рішення може істотно залежати й від виду переданого повідомлення (виду модуляції). Тому обґрунтування виконання всього передавача з погляду використання напівпровідникових або електровакумних приладів, особливо в кінцевих каскадах, - досить складне завдання, що вимагає ретельного, всебічного розгляду.

Незважаючи на це, у теперішній час у зв'язку вдосконалюванням транзисторів і розробкою широкополосных трансформаторів на лініях суднові передавачі проміжного й короткого діапазонів при потужностях порядку одного кіловата будуються на транзисторах.