MOTOROLA
SEMICONDUCTOR TECHNICAL DATA
Order this document by MRF5015/D
The RF MOSFET Line |
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RF Power Field Effect Transistor |
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N±Channel Enhancement±Mode |
MRF5015 |
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Designed for broadband commercial and industrial applications at frequen- |
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cies to 520 MHz. The high gain and broadband performance of this device |
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makes it ideal for large±signal, common source amplifier applications in 12.5 |
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volt mobile, and base station FM equipment. |
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• Guaranteed Performance at 512 MHz, 12.5 Volts |
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15 W, 512 MHz, 12.5 VOLTS |
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Output Power Ð 15 Watts |
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N±CHANNEL BROADBAND |
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Power Gain Ð 10 dB Min |
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RF POWER FET |
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Efficiency Ð 50% Min |
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• Characterized with Series Equivalent Large±Signal Impedance Parameters |
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• S±Parameter Characterization at High Bias Levels |
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• Excellent Thermal Stability |
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• All Gold Metal for Ultra Reliability |
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• Capable of Handling 20:1 VSWR, @ 15.5 Vdc, 512 MHz, 2 dB Overdrive |
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• Circuit board photomaster available upon request by contacting |
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RF Tactical Marketing in Phoenix, AZ. |
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CASE 319±07, STYLE 3
MAXIMUM RATINGS
Rating |
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Symbol |
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Value |
Unit |
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Drain±Source Voltage |
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VDSS |
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36 |
Vdc |
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Drain±Gate Voltage (RGS = 1 MΩ) |
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VDGR |
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36 |
Vdc |
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Gate±Source Voltage |
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VGS |
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± 20 |
Vdc |
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Drain Current Ð Continuous |
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ID |
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6 |
Adc |
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Total Device Dissipation @ TC = 25°C |
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PD |
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50 |
Watts |
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Derate above 25°C |
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0.29 |
W/°C |
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Storage Temperature Range |
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Tstg |
± 65 to +150 |
°C |
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Operating Junction Temperature |
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TJ |
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200 |
°C |
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THERMAL CHARACTERISTICS |
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Characteristic |
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Symbol |
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Max |
Unit |
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Thermal Resistance, Junction to Case |
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RθJC |
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3.5 |
°C/W |
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ELECTRICAL CHARACTERISTICS (TC = 25°C unless otherwise noted.) |
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Characteristic |
Symbol |
Min |
Typ |
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Max |
Unit |
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OFF CHARACTERISTICS |
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Drain±Source Breakdown Voltage (VGS = 0, ID = 5 mAdc) |
V(BR)DSS |
36 |
Ð |
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Ð |
Vdc |
Zero Gate Voltage Drain Current (VDS = 15 Vdc, VGS = 0) |
IDSS |
Ð |
Ð |
|
5 |
mAdc |
Gate±Source Leakage Current (VGS = 20 Vdc, VDS = 0) |
IGSS |
Ð |
Ð |
|
2 |
μAdc |
(continued)
NOTE ± CAUTION ± MOS devices are susceptible to damage from electrostatic charge. Reasonable precautions in handling and packaging MOS devices should be observed.
REV 6
MOTOROLAMotorola, Inc. 1994RF DEVICE DATA
ELECTRICAL CHARACTERISTICS Ð continued (TC = 25°C unless otherwise noted.)
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Characteristic |
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Symbol |
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Min |
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Typ |
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Max |
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Unit |
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ON CHARACTERISTICS |
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Gate Threshold Voltage |
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VGS(th) |
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1.25 |
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2.3 |
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3.5 |
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Vdc |
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(VDS = 10 Vdc, ID = 10 mAdc) |
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Drain±Source On±Voltage |
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VDS(on) |
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Ð |
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|
Ð |
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0.375 |
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Vdc |
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(VGS = 10 Vdc, ID = 1 Adc) |
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||||||||||||||||
Forward Transconductance |
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gfs |
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1.2 |
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Ð |
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|
Ð |
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|
S |
||||||||||||||||||||||||||||||
(VDS = 10 Vdc, ID = 1 Adc ) |
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DYNAMIC CHARACTERISTICS |
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Input Capacitance |
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Ciss |
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Ð |
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33 |
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Ð |
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pF |
||||||||||||||||||||||
(VDS = 12.5 Vdc, VGS = 0, f = 1 MHz) |
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Output Capacitance |
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Coss |
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Ð |
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74 |
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|
Ð |
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pF |
||||||||||||||||||||||||||
(VDS = 12.5 Vdc, VGS = 0, f = 1 MHz) |
|
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Reverse Transfer Capacitance |
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Crss |
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7 |
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8.8 |
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10.8 |
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|
pF |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||
(VDS = 12.5 Vdc, VGS = 0, f = 1 MHz) |
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FUNCTIONAL TESTS (In Motorola Test Fixture) |
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Common±Source Amplifier Power Gain |
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Gps |
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dB |
||||||||||||||||||||||||||||||||
(VDD = 12.5 Vdc, Pout = 15 W, |
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f = 512 MHz |
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10 |
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11.5 |
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Ð |
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||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
IDQ = 100 mA) |
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f = 175 MHz |
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Ð |
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15 |
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Ð |
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Drain Efficiency |
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h |
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% |
|||||||||||||||
(VDD = 12.5 Vdc, Pout = 15 W, |
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f = 512 MHz |
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50 |
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55 |
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|
Ð |
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||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
IDQ = 100 mA) |
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f = 175 MHz |
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Ð |
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55 |
|
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Ð |
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||||||||||||||||||||||||||||||||
Load Mismatch |
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(VDD = 15.5 Vdc, 2 dB Overdrive, f = 512 MHz, |
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No Degradation in Output Power |
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Load VSWR = 20:1, All Phase Angles at Frequency of Test) |
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VDD |
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C2 |
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Socket |
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C3 |
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Z4 |
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L1 |
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DUT |
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L2 |
C11 |
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N1 |
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Z1 |
C4 |
Z2 |
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R3 |
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N2 |
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RF |
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Z3 |
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Z6 |
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Z7 |
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Z8 |
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Z9 |
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Z10 |
C10 |
Z11 |
RF |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
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||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Input |
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Output |
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C5 |
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C7 |
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C8 |
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C9 |
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Z5 |
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C6 |
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B1, B2 |
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Ferrite Bead, Fair Rite Products |
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R3 |
|
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|
160 W, 0.1 W Chip |
|
|
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||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
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C1, C13 |
|
|
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10 mF, 50 V, Electrolytic |
|
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|
Z1, Z11 |
|
|
|
|
|
Transmission Line* |
|
|
|
|
|
|
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||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
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|
C2, C12 |
|
|
|
|
|
0.1 mF, Chip Capacitor |
|
|
|
|
|
Z2 |
|
|
|
|
|
Transmission Line* |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
C3, C4, C10, C11 120 pF, Chip Capacitor |
|
|
|
|
|
Z3 |
|
|
|
|
|
Transmission Line* |
|
|
|
|
|
|
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||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
C5, C9 |
|
|
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|
|
|
|
|
0 to 20 pF, Trimmer Capacitor |
|
|
|
|
|
Z4 |
|
|
|
|
|
Transmission Line* |
|
|
|
|
|
|
|
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||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
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|
|
C6 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
36 pF, Chip Capacitor |
|
|
|
|
|
Z5 |
|
|
|
|
|
Transmission Line* |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
C7 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
43 pF, Chip Capacitor |
|
|
|
|
|
Z6 |
|
|
|
|
|
Transmission Line* |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
C8 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
30 pF, Chip Capacitor |
|
|
|
|
|
Z7, Z8 |
|
|
|
|
|
Transmission Line+ |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
L1, L2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
7 Turns, 24 AWG 0.116″ ID |
|
|
|
|
|
Z9 |
|
|
|
|
|
Transmission Line* |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
N1, N2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Type N Flange Mount |
|
|
|
|
|
Z10 |
|
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|
|
|
Transmission Line* |
|
|
|
|
|
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|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
R1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 kW, 1/4 W, Carbon |
|
|
|
|
|
Board |
|
|
|
|
|
Glass Teflon |
0.060″ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
R2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
470 kW, 1/4 W, Carbon |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
+ Part of Capacitor Mount Socket |
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
*See Photomaster
Figure 1. 512 MHz Narrowband Test Circuit Electrical Schematic
MRF5015 |
MOTOROLA RF DEVICE DATA |
2 |
|
|
|
|
|
|
TYPICAL CHARACTERISTICS |
|
|
|
|
||||
|
25 |
|
|
|
|
|
|
25 |
|
|
|
|
Pin = 1.5 W |
|
|
|
f = 400 MHz |
|
470 MHz |
|
|
|
IDQ = 100 mA |
|
|
||
(WATTS) |
20 |
|
|
|
|
|
(WATTS) |
20 |
f = 520 MHz |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
520 MHz |
|
|
|
|
|
|
1 W |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
POWER |
15 |
|
|
|
|
|
POWER |
15 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0.5 W |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
, OUTPUT |
10 |
|
|
|
|
|
, OUTPUT |
10 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
VDD = 12.5 V |
|
|
|
|
|
|
|
||
out |
5 |
|
|
|
|
out |
5 |
|
|
|
|
|
|
P |
|
|
|
|
IDQ = 100 mA |
|
P |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
0 |
0.5 |
1 |
1.5 |
2 |
2.5 |
|
6 |
8 |
10 |
12 |
14 |
16 |
|
|
|
Pin, INPUT POWER (WATTS) |
|
|
|
|
|
VDD, SUPPLY VOLTAGE (VOLTS) |
|
|
||
Figure 2. Output Power versus Input Power |
Figure 3. Output Power versus Supply Voltage |
Pout , OUTPUT POWER (WATTS)
25 |
|
|
|
|
|
|
|
VDD = 12.5 V |
|
|
|
|
|
|
Pin = 1.5 W |
|
|
|
|
|
20 |
f = 520 MHz |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
15 |
|
|
|
Typical Device Shown |
|
|
10 |
|
|
|
|
|
|
5 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
0 |
VGS, GATE±SOURCE VOLTAGE (VOLTS)
I D, DRAIN CURRENT (AMPS)
2 |
|
|
|
|
1.8 |
VDS = 10 V |
|
|
|
1.6 |
|
|
|
|
1.4 |
|
|
|
|
1.2 |
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
0.8 |
|
|
|
|
0.6 |
|
Typical Device Shown |
|
|
0.4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0.2 |
|
|
|
|
0 |
1 |
2 |
3 |
4 |
0 |
VGS, GATE±SOURCE VOLTAGE (VOLTS)
Figure 4. Output Power versus Gate Voltage |
Figure 5. Drain Current versus Gate Voltage |
|
200 |
|
|
|
|
|
SOURCE VOLTAGE (NORMALIZED) |
|
|
|
|
|
|
VGS = 0 |
|
|
|
|
|
|
|
f = 1 MHz |
|
C, CAPACITANCE (pF) |
150 |
|
|
|
|
|
|
100 |
Coss |
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|||
50 |
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
- |
|
|
|
|
Ciss |
|
|
, GATE |
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
Crss |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
GS |
|
|
0 |
|
|
|
|
|
V |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
5 |
10 |
15 |
20 |
25 |
30 |
|
|
VDS, DRAIN±SOURCE VOLTAGE (VOLTS) |
|
|
|||
1.04 |
|
|
|
|
|
|
|
|
1.03 |
|
VDD = 12.5 V |
|
|
ID = 1.5 A |
|
|
|
1.02 |
|
|
|
|
|
|
ID = 1 A |
|
1.01 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1.00 |
|
|
|
|
|
|
|
|
0.99 |
|
|
|
|
|
|
|
|
0.98 |
|
|
|
|
|
|
|
|
0.97 |
|
|
|
|
|
|
|
|
0.96 |
|
ID = 0.05 A |
|
|
|
ID = 0.5 A |
|
|
0.95 |
|
|
|
ID = 0.25 A |
|
|||
|
|
|
|
|
|
|||
0.94 |
0 |
|
|
|
|
|
|
|
± 25 |
25 |
50 |
75 |
100 |
125 |
150 |
175 |
|
|
|
|
TC, CASE TEMPERATURE (°C) |
|
|
|||
Figure 6. Capacitance versus Voltage |
Figure 7. Gate±Source Voltage |
|
versus Case Temperature |
|
|
MOTOROLA RF DEVICE DATA |
MRF5015 |
|
3 |
TYPICAL CHARACTERISTICS
|
10 |
|
|
(AMPS) |
|
|
|
, DRAIN CURRENT |
1 |
TC = 25°C |
|
|
|
||
|
|
|
|
D |
|
|
|
I |
|
|
|
|
0.1 |
10 |
100 |
|
1 |
VDS, DRAIN±SOURCE VOLTAGE (VOLTS)
Figure 8. DC Safe Operating Area
520 ZOL*
460
f = 400 MHz
Zo = 10 Ω
520
460
Zin
f = 400 MHz
VDD = 12.5 V, IDQ = 100 mA, Pout = 15 W
f |
Zin |
ZOL* |
(MHz) |
(Ω) |
(Ω) |
|
|
|
400 |
2.0 ± j6.1 |
1.3 ± j0.4 |
|
|
|
420 |
1.8 ± j5.3 |
1.4 ± j0.4 |
|
|
|
440 |
1.6 ± j4.7 |
1.5 ± j0.4 |
|
|
|
460 |
1.5 ± j4.2 |
1.5 ± j0.3 |
|
|
|
480 |
1.4 ± j3.8 |
1.5 ± j0.2 |
|
|
|
500 |
1.3 ± j3.6 |
1.4 ± j0.1 |
|
|
|
520 |
1.2 ± j3.5 |
1.3 + j0.1 |
|
|
|
Zin = Conjugate of source impedance with parallel 160 Ω resistor and 36 pF capacitor in series with gate.
ZOL* = Conjugate of the load impedance at given output power, voltage and frequency that produces maximum gain.
Figure 9. Series Equivalent Input and Output Impedance
MRF5015 |
MOTOROLA RF DEVICE DATA |
4 |
|
Table 1. Common Source Scattering Parameters (VDS = 12.5 V)
ID = 50 mA
f |
|
S11 |
|
S21 |
|
S12 |
|
S22 |
||||
MHz |
|S11| |
|
φ |
|S21| |
|
φ |
|S12| |
|
φ |
|S22| |
|
φ |
50 |
0.63 |
|
±123 |
8 |
|
100 |
0.063 |
|
11 |
0.79 |
|
±149 |
100 |
0.62 |
|
±142 |
4 |
|
82 |
0.063 |
|
± 6 |
0.82 |
|
±162 |
200 |
0.70 |
|
±152 |
1.8 |
|
61 |
0.056 |
|
± 23 |
0.86 |
|
±169 |
300 |
0.78 |
|
±157 |
1.1 |
|
47 |
0.046 |
|
± 35 |
0.90 |
|
±171 |
400 |
0.84 |
|
±162 |
0.70 |
|
36 |
0.037 |
|
± 42 |
0.93 |
|
±174 |
500 |
0.88 |
|
±165 |
0.49 |
|
28 |
0.029 |
|
± 46 |
0.94 |
|
±175 |
700 |
0.93 |
|
±171 |
0.28 |
|
17 |
0.016 |
|
± 45 |
0.97 |
|
±179 |
850 |
0.95 |
|
±175 |
0.20 |
|
13 |
0.010 |
|
± 31 |
0.97 |
|
179 |
1000 |
0.96 |
|
±178 |
0.15 |
|
10 |
0.007 |
|
11 |
0.98 |
|
178 |
ID = 100 mA
f |
|
S11 |
|
S21 |
|
S12 |
|
S22 |
||||
MHz |
|S11| |
|
φ |
|S21| |
|
φ |
|S12| |
|
φ |
|S22| |
|
φ |
50 |
0.67 |
|
±136 |
9.1 |
|
99 |
0.047 |
|
10 |
0.82 |
|
±158 |
100 |
0.66 |
|
±153 |
4.6 |
|
84 |
0.048 |
|
±3 |
0.85 |
|
±168 |
200 |
0.71 |
|
±160 |
2.2 |
|
66 |
0.043 |
|
±17 |
0.87 |
|
±172 |
300 |
0.77 |
|
±163 |
1.3 |
|
54 |
0.037 |
|
± 26 |
0.90 |
|
±174 |
400 |
0.82 |
|
±165 |
0.89 |
|
44 |
0.031 |
|
± 32 |
0.92 |
|
±175 |
500 |
0.86 |
|
±168 |
0.64 |
|
36 |
0.025 |
|
± 35 |
0.94 |
|
±177 |
700 |
0.91 |
|
±173 |
0.37 |
|
25 |
0.015 |
|
± 30 |
0.96 |
|
±179 |
850 |
0.93 |
|
±176 |
0.27 |
|
20 |
0.010 |
|
±11 |
0.97 |
|
179 |
1000 |
0.95 |
|
±179 |
0.20 |
|
16 |
0.009 |
|
25 |
0.98 |
|
177 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ID = 500 mA
f |
|
S11 |
|
S21 |
|
S12 |
|
S22 |
||||
MHz |
|S11| |
|
φ |
|S21| |
|
φ |
|S12| |
|
φ |
|S22| |
|
φ |
50 |
0.81 |
|
±150 |
11.1 |
|
98 |
0.027 |
|
11 |
0.85 |
|
±168 |
100 |
0.81 |
|
±164 |
5.6 |
|
86 |
0.027 |
|
2 |
0.87 |
|
±174 |
200 |
0.82 |
|
±170 |
2.7 |
|
73 |
0.025 |
|
± 5 |
0.88 |
|
±176 |
300 |
0.84 |
|
±173 |
1.7 |
|
63 |
0.023 |
|
± 9 |
0.89 |
|
±177 |
400 |
0.86 |
|
±174 |
1.2 |
|
55 |
0.020 |
|
± 9 |
0.91 |
|
±178 |
500 |
0.88 |
|
±175 |
0.92 |
|
47 |
0.018 |
|
± 7 |
0.92 |
|
±179 |
700 |
0.91 |
|
±178 |
0.57 |
|
35 |
0.013 |
|
7 |
0.94 |
|
180 |
850 |
0.93 |
|
180 |
0.43 |
|
29 |
0.013 |
|
26 |
0.95 |
|
178 |
1000 |
0.94 |
|
178 |
0.33 |
|
23 |
0.014 |
|
44 |
0.96 |
|
177 |
ID = 2.5 A
f |
|
S11 |
|
S21 |
|
S12 |
|
S22 |
||||
MHz |
|S11| |
|
φ |
|S21| |
|
φ |
|S12| |
|
φ |
|S22| |
|
φ |
50 |
0.86 |
|
±144 |
10.1 |
|
101 |
0.022 |
|
15 |
0.85 |
|
±171 |
100 |
0.85 |
|
±161 |
5.2 |
|
88 |
0.022 |
|
5 |
0.87 |
|
±175 |
200 |
0.86 |
|
±170 |
2.5 |
|
74 |
0.021 |
|
±1 |
0.89 |
|
±177 |
300 |
0.87 |
|
±173 |
1.6 |
|
64 |
0.019 |
|
± 4 |
0.90 |
|
±178 |
400 |
0.89 |
|
±175 |
1.1 |
|
55 |
0.017 |
|
± 2 |
0.91 |
|
±178 |
500 |
0.91 |
|
±176 |
0.84 |
|
48 |
0.015 |
|
2 |
0.93 |
|
±179 |
700 |
0.93 |
|
±179 |
0.52 |
|
37 |
0.013 |
|
22 |
0.95 |
|
179 |
850 |
0.94 |
|
179 |
0.39 |
|
30 |
0.014 |
|
39 |
0.96 |
|
178 |
1000 |
0.95 |
|
177 |
0.30 |
|
26 |
0.016 |
|
52 |
0.96 |
|
176 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
MOTOROLA RF DEVICE DATA |
MRF5015 |
|
5 |