11. Αλλες συσκευές
ΤΡΕΧΟΝ - 11. Άλλες συσκευές
ΠΡΟΗΓΟΥΜΕΝΟ- 10. Σχεδιασμός ενισχυτή FET
Αλλες συσκευές
Άλλες συσκευές που είναι μια ανάπτυξη των κανονικών συσκευών δύο και τριών τερματικών παρουσιάζονται σε αυτή την ενότητα.
Τρανζίστορ μετασχηματισμού μεταλλικών ημιαγωγών 11.1
Η μεταλλικό τρανζίστορ διασταύρωσης μεταλλικού ημιαγωγού (MESFET) είναι παρόμοιο με ένα FET, εκτός από το ότι η διασταύρωση είναι ένα φράγμα μεταλλικών ημιαγωγών, όπως συμβαίνει με τις δίοδοι Schottky. Τα FET που κατασκευάζονται από πυρίτιο (Si) ή αρσενικό γάλλιο (GaAs) κατασκευάζονται με διάχυτες ή ιονισμένες πύλες. Ωστόσο, υπάρχουν πλεονεκτήματα στη χρήση μεταλλικής θύρας φραγής Schottky όταν το κανάλι είναι n- Απαιτούνται τύποι και μικρά πλάτη καναλιού. Το αρσενίδιο του γαλλίου (GaAs) είναι δύσκολο να χρησιμοποιηθεί, αλλά δημιουργεί καλά εμπόδια Schottky που είναι χρήσιμα σε εφαρμογές υψηλής συχνότητας, επειδή τα ηλεκτρόνια ταξιδεύουν γρηγορότερα σε GaAs από ό, τι στο Si. Η χρήση GaAs σε MESFETs οδηγεί σε τρανζίστορ που παρουσιάζει καλή απόδοση σε εφαρμογές μικροκυμάτων. Σε σύγκριση με το διπολικό τρανζίστορ πυριτίου, τα GaAs MESFET έχουν καλύτερη απόδοση σε συχνότητες εισόδου άνω των 4 GHz. Αυτά τα MESFET παρουσιάζουν υψηλό κέρδος, χαμηλό θόρυβο, υψηλή απόδοση, υψηλή αντίσταση εισόδου και ιδιότητες που αποτρέπουν τη θερμική διαφυγή. Χρησιμοποιούνται σε ταλαντωτές μικροκυμάτων, ενισχυτές, αναμικτήρες και επίσης για εναλλαγή υψηλής ταχύτητας. Τα GaAs MESFET χρησιμοποιούνται για εφαρμογές υψηλής συχνότητας.
11.2 VMOSFET (VMOS)
Έχει καταβληθεί σημαντική ερευνητική προσπάθεια για την αύξηση της ικανότητας ισχύος των συσκευών στερεάς κατάστασης. Μια περιοχή που έχει δείξει πολλές υποσχέσεις είναι το MOSFET όπου το κανάλι αγωγιμότητας τροποποιείται για να σχηματίσει ένα «V» παρά τη συμβατική ευθεία πηγής προς αποστράγγιση. Προστίθεται ένα επιπλέον στρώμα ημιαγωγών. Ο όρος VMOS προέρχεται από το γεγονός ότι το ρεύμα ανάμεσα στην πηγή και την αποστράγγιση ακολουθεί μια κατακόρυφη διαδρομή λόγω της κατασκευής. Η αποχέτευση βρίσκεται τώρα σε ένα κομμάτι προστιθέμενου υλικού ημιαγωγών, όπως απεικονίζεται στο σχήμα 47. Αυτό επιτρέπει στην περιοχή αποστράγγισης του τρανζίστορ να έρχεται σε επαφή με έναν ψύκτη θερμότητας για να βοηθά στη διασπορά της θερμότητας που παράγεται στη συσκευή. Η πύλη σχήματος V ελέγχει δύο κάθετες MOSFETs, μία σε κάθε πλευρά της εγκοπής. Με την παραλληλισμό των δύο τερματικών S, η τρέχουσα χωρητικότητα μπορεί να διπλασιαστεί. Το VMOS είναι ασύμμετρο, έτσι ώστε τα τερματικά S και D να μην μπορούν να αντικατασταθούν όπως συμβαίνει με τα MOS FET χαμηλής ισχύος. Τα συμβατικά FET περιορίζονται σε ρεύματα της τάξης των milliamperes, αλλά τα FETs VMOS είναι διαθέσιμα για λειτουργία στην τρέχουσα σειρά 100A. Αυτό παρέχει μεγάλη βελτίωση της ισχύος σε σχέση με το συμβατικό FET.
Η συσκευή VMOS μπορεί να προσφέρει λύση σε εφαρμογές υψηλής συχνότητας και υψηλής ισχύος. Δέκα συσκευές watt έχουν αναπτυχθεί σε συχνότητες στη χαμηλότερη ζώνη εξαιρετικά υψηλής συχνότητας (UHF). Υπάρχουν και άλλα σημαντικά πλεονεκτήματα των FETs VMOS. Έχουν αρνητικό συντελεστή θερμοκρασίας για να αποτρέψουν τη θερμική διαφυγή. Επίσης παρουσιάζουν χαμηλό ρεύμα διαρροής. Μπορούν να επιτύχουν υψηλή ταχύτητα μεταγωγής. Τα τρανζίστορ VMOS μπορούν να κατασκευαστούν ώστε να έχουν ίσες αποστάσεις των χαρακτηριστικών τους καμπυλών για ίσες αυξήσεις της τάσης πύλης, έτσι ώστε να μπορούν να χρησιμοποιηθούν σαν τρανζίστορ διπολικής διακλάδωσης για γραμμικούς ενισχυτές υψηλής ισχύος.
Σχήμα 47 - Κατασκευή VMOS
11.3 Άλλες συσκευές MOS
Ένας άλλος τύπος συσκευής MOS είναι a διπλής διάχυσης διαδικασία FET μερικές φορές καλείται DMOS. Αυτή η συσκευή έχει το πλεονέκτημα της μείωσης του μήκους των καναλιών, παρέχοντας έτσι εξαιρετική διασπορά χαμηλής ισχύος και ικανότητα υψηλής ταχύτητας.
Η κατασκευή ενός FET σε μικρά νησιά πυριτίου σε υπόστρωμα ζαφείρι αναφέρεται μερικές φορές ως SOS. Τα νησιά του πυριτίου σχηματίζονται με τη χάραξη λεπτού στρώματος πυριτίου που αναπτύσσεται στο υπόστρωμα ζαφείρι. Αυτός ο τύπος κατασκευής παρέχει μόνωση μεταξύ των νήσων πυριτίου, μειώνοντας έτσι σημαντικά την παρασιτική χωρητικότητα μεταξύ των συσκευών.
Η τεχνολογία MOS έχει το πλεονέκτημα ότι τόσο οι πυκνωτές όσο και οι αντιστάτες (χρησιμοποιώντας MOSFET) γίνονται συγχρόνως με το FET, αν και οι πυκνωτές μεγάλης αξίας δεν είναι εφικτοί. Χρησιμοποιώντας ένα ενισχυτικό MOSFET, γίνεται μια αντίσταση δύο ακροδεκτών και η πύλη MOSFET συνδεδεμένη με την αποστράγγιση προκαλεί τη λειτουργία του FET με την αποκοπή. Η πύλη MOSFET συνδέεται με την αποστράγγιση μέσω μιας πηγής ενέργειας προκαλώντας το FET να είναι προκατειλημμένο όπου θα λειτουργεί στην ελεγχόμενη από τάση περιοχή αντίστασης των χαρακτηριστικών. Με αυτό τον τρόπο, οι αντιστάσεις φορτίου-αποφόρτισης αντικαθίστανται από ένα MOSFET παρά από εναποθηκευμένο αντιστάτη, εξοικονομώντας έτσι χώρο στο τσιπ.
ΠΕΡΙΛΗΨΗ
Σκοπός αυτού του κεφαλαίου ήταν να σας παρουσιάσουμε την ανάλυση και το σχεδιασμό των κυκλωμάτων ενισχυτών χρησιμοποιώντας τρανζίστορ πεδίου-αποτελέσματος. Το FET είναι αρκετά διαφορετικό από το BJT. Η λειτουργία του ελέγχεται από μια τάση σε αντίθεση με το BJT που είναι μια συσκευή ελεγχόμενη από το ρεύμα.
Η προσέγγιση μας είναι παράλληλη με εκείνη των κεφαλαίων του BJT. Ξεκινήσαμε με μια εξέταση των φυσικών φαινομένων που διέπουν τη συμπεριφορά της FET. Στη διαδικασία, υπογραμμίσαμε την αντίθεση μεταξύ FETs και BJTs. Ξεκινήσαμε τη μελέτη μας με τα MOSFET και στη συνέχεια στρέψαμε την προσοχή μας στα JFET. Επίσης αναπτύξαμε μοντέλα μικρού σήματος για αυτές τις σημαντικές συσκευές. Χρησιμοποιήσαμε αυτά τα μοντέλα για να αναλύσουμε τις διάφορες διαμορφώσεις των ενισχυτών FET. Μόλις ξέραμε πώς να αναλύουμε τα κυκλώματα FET, στράφηκα την προσοχή μας στο σχεδιασμό για να ανταποκριθούμε στις προδιαγραφές. Εξετάσαμε επίσης τα μοντέλα που χρησιμοποιούνται από προγράμματα προσομοίωσης ηλεκτρονικών υπολογιστών.
Εξετάσαμε εν συντομία τον τρόπο με τον οποίο τα FET κατασκευάζονται ως μέρος ολοκληρωμένων κυκλωμάτων. Το κεφάλαιο ολοκληρώθηκε με μια εισαγωγή σε άλλους τύπους συσκευών FET, συμπεριλαμβανομένου του MESFET και του VMOS.
