RF FET (LDMOS) vs BJT 3d Order Intermodulation

En liten notis om skillnaderna mellan BJT (bipolära NPN transistorer) och FET (LDMOS) 3d order IM produkter

Med IM3 brillorna på......"IM3 ökar med 3dB för varje 1dB mer driveffekt"

det här inlägget berör ett väldigt gammalt ämne - men jag loggar den för min egen skull.

Enligt BJT och FET tillverkare har BJT NPN transistorer har bäst intermodulationsprestanda nära den specifierade maximala uteffekten, sen försämras IM om BJT körs över och under specifierad effektnivå

Har lagt in ett exempel (se bild nedan) som visar principen för bra IM data i takt med uteffekt, för FET och BJT slutsteg.
Tillverkarna av BJT och FET har angett  uteffekt till 45W PEP, klass AB
Kurvorna är däremot tillämpbara på andra FET och BJT med andra uteffektnivåer

BJT vs FET IM kurva, med IM data som kan anses som bra

I exemplet ser man att FET (LDMOS) har sämre intermodulationsprestanda än BJT ovanför den  av FET tillverkaren specifierade maximala uteffekten (gul markering)  - men har bättre prestanda (grön markering) än BJT under 30W PEP.
Dvs. en FET har flat IM kurva (IM blir bättre i takt med lägre uteffekt)  - i motsats till BJT IM kurva där bra IM data varierar kraftigt utanför det rekommenderade effektuttaget

Hur körs amatörradioslutsteg jämför med hur IM påverkas?

Vanligaste fallet är slutsteg som körs på absolut max eller till och med ännu högre uteffektnivåer än absolut max

Som ett exempel, det finns olika "100W++" slutsteg med en NPN BJT, t.ex MRF247 eller S2C2782, dessa slutsteg anges av vissa slutstegstillverkare som ett "100W++" slutsteg och kan även köras med variabel uteffek, dvs. där IM data är som sämst
Men tittar man på NPN och BJT tillverkarnas datablad på MRF och 2SC anger dessa att specifierad uteffekt är 75W (för MRF) minimum och 80W minimum (för 2SC), dvs. där är IM data är som bäst.
Kan vara en förklaring till varför många amatörradioslutsteg ligger på gränsen eller är sämre än acceptabla IM data för sändare

I bilden ovan se rman att en BJT kan ge bättre eller liknande IM data än en FET -  men ENDAST inom ett visst effektområde.
Så äldre slutsteg med fast uteffekt på BJT tillverkarens effektnivå kan ha bättre IM data än modernare FET slutsteg.
FET bestyckade slutsteg kan ha variabel uteffekt och ändå bibehålla eller ha ännu bättre IM data. Slutsteg med FET har bättre IM data än variabla BJT slutsteg

Vissa slutstegstillverkare har som tillval att man kan bestycka slutsteget med en kraftigare FET och därmed ha bibehållen uteffekt och klara sig under minimum nivå för vad som anses acceptabla IM data för sändare.

BIAS

Bias (som påverkar IM) på en FET är en enkel konstruktion och kan vara högohmig eftersom gate inte drar nån ström,
i motsats till en BJT som kräver en lågohmig bias och basen drar en del ström vilket gör att spänningsregulatorn och strömuttaget sammansatt blir en mer komplicerad biaskrets.
Det vanligt att slutstegstillverkaren med BJT i slutsteget använder mycket enkla biaslösningar som har svagheter som i sin tur på verkar IM data till det sämre

LDMOS bias är enkelt men kräver en temperaturkompenserad bias, så även den blir komplexare än en enkel dc/dc regulator.

Nivån av LDMOS bias (Idq) är också avgörande för bra IM data, ju högre biasström desto bättre IM data.
Med ökande bias ström följer större värmeutveckling och reducerad förstärkning på de högsta effektnivåerna.

Exempel på en 100W LDMOS  - relation med bra IM data och bias Idq

Man kan fundera på hur slutstegstillverkarna tävlar om att ha så små och lätta lådor (dvs. en lätt och liten kylfläns) som möjligt, så tyst luftkylning (lågt luftflöde) som möjligt och med högst uteffekt.  Man kan tro att det tillverkarna väljer bort är bra IM data och istället lägger man sig med bias Idq i gränslandet mellan vad som anses som ett acceptabla IM data för sändare.

Så - om en radioamatör inte tagit reda på hur slutstegstillverkaren gjort sin produkt, är det lätt att hamna i situationer där slutsteget inte längre har acceptabla IM data, dvs. kör med driveffekt och uteffekt där FET eller BJT har som sämst IM data - marginalen kan redan vara så liten i slutsteget från början att man kan inte "gasa på" utan konsekvenser,

T.ex det där med ALC och IM, ha ingen eller mkt liten aktiv ALC i sändarens ALC mätare så riskerar man inte sämsta Im data från sändaren till slutsteget.