本帖最后由 yaoyuanytu 于 2016-10-6 08:59 编辑
看到论坛的活动,的确如版主所述大部分都是玩MCU芯片,玩模拟电路的应该不太多,那么在功率器件方面肯定不得心应手。我自己也很少涉及这样的电路器件，特别是新兴材料功率器件更是知之甚少,所以在下面这篇**,主要是从普及功率器件基础知识出发,再漫谈下在行业中的应用，最后再谈谈功率器件设计开发流程。
首先我们先说传统的LDMOS功率器件和新兴材料GaN、GaAs等功率器件的是什么？有什么区别？LDMOS是Laterally Diffused Metal OxideSemiconductor缩写；意思是横向扩散金属氧化物半导体。作为一种RF 功率放大器的材料，主要用在900MHZ的无线电设计场合，之前伴随世界的无线电普及与蜂窝技术发展，与更传统的双极型晶体管BJT相比,LDMOS管的增益更高，LDMOS管的增益可达14dB以上，而双极型晶体管在5~6dB,采用LDMOS管的PA模块的增益可达60dB左右。这表明对于相同的输出功率需要更少的器件，从而增大功放的可靠性。随着在射频方面的使用，LDMOS材料成为RF器件的主流。随着科技和通信行业的发展和市场需求，新兴材料GaN、GaAs等出现，开启射频功率器件的新**。GaN是氮化镓由于带隙宽、发光光效率高、电子漂移饱和速度高、热导率高、硬度大、介电常数小、化学性质稳定以及抗辐射、耐高温等特点，在高亮度发光二极管、紫外—蓝光激光器和紫外探测器等光电子器件以及抗辐射、高频、高温、高压等电子器件领域有着巨大的应用潜力。其特性如下：GaN是一种极稳定，坚硬的高熔点材料，熔点约为1700℃。GaN具有高的电离度，在大气压下，GaN晶体一般是六方纤锌矿结构。它在一个晶胞中有4个原子。因为其硬度高，又可以作为良好的涂层保护材料。在室温下，GaN不溶于水、酸和碱，而在热的碱溶液中溶解速度又非常缓慢。GaN基材料是直接跃迁型半导体材料,具有优良的光学性能,可作出高效率的发光器件,GaN基LED的发光波长范围可从紫外到绿色光GaN的电学性质是决定器件性能的主要因素。目前GaN的电子室温迁移率可以达到900cm²/（V * s）。GaN材料所具有的禁带宽度大、击穿电场高、电子饱和速度高是制作高温、大功率器件的最佳材料。我们在看看LDMOS与GaN的区别：从等效输出功率、稳定性、合成复合型放大器阶段等方面来说。输入与输出特性都要GaN器件都要优于LDMOS器件；从稳定性来说：如下图所示
可以知道：GaN与LDMOS关键区别在于,在7V-28V的情况下，GaN与LDMOS稳定性几乎相近，但是却存在较低电压下LDMOS不稳定因素。
典型的电压-寄生电容（CV）特性如上图所示，更加紧凑的功率密度GaN产生更小的寄生电容值。 下面我们谈谈以GaN为代表的新兴材料器件的应用： GaN材料系列具有低的热产生率和高的击穿电场，是研制高温大功率电子器件和高频微波器件的重要材料。目前，随着 MBE技术在GaN材料应用中的进展和关键薄膜生长技术的突破，成功地生长出了GaN多种异质结构。用GaN材料制备出了金属场效应晶体管（MESFET）、异质结场效应晶体管(HFET)、调制掺杂场效应晶体管（MODFET）等新型器件。调制掺杂的AlGaN/GaN结构具有高的电子迁移率(2000cm2/v·s)、高的饱和速度(1×107cm/s)、较低的介电常数，是制作微波器件的优先材料；GaN较宽的禁带宽度(3.4eV) 及蓝宝石等材料作衬底，散热性能好，有利于器件在大功率条件下工作。GaN材料系列是一种理想的短波长发光器件材料，GaN及其合金的带隙覆盖了从红色到紫外的光谱范围。在探测器方面，已研制出GaN紫外探测器，波长为369nm，其响应速度与Si探测器不相上下。GaN探测器将在火焰探测、导弹预警等方面有重要应用。 最后我们探讨下GaN器件RF功率放大电路基础设计,根据通讯系统的频率范围不同,运用不同的GaN产品来设计,可以根据不同厂家的参数来选取适合应用场合的RF器件.
上图为无线通信发射机的框图.功率放大电路的重要指标是饱和输出功率、效率、线性度、功率增益和频带外的寄生输出等.可以将功率放大电路分为A/B/C/D四类.
功率放大电路有几个要求和特点：
输出功率尽可能大且不失真。 转换效率要高。 非线性失真要小，使晶体管工作在极限状态，所以晶体管特性引起的非线性失真不可避免。 功放电路中晶体管的现在和散热问题。要输出最大功率，功放管结温和外壳温度升高，所以在外壳上加一定面积的散热片。 上图为一般的单级功率放大电路图。 设计的主要工作有几个方面: 1.设计功放匹配电路.在常规的频带范围内,对于中间级和末级功放晶体管进行稳定性分析和设置静态工作点,继而进行宽带阻抗匹配电路设计.静态工作点可以根据基础的三极管静态点设置方法参考设计,不在详细叙述. 2.设计功放的偏置电源电路.电路根据器件的电源要求设计,对于有负压电源的,设计负压电源,应该设置过流保护功能,可以借助Orcad模拟电路仿真软件进行,方便修改设计出满足要求的电源电路. 3.最后绘制功率放大电路和偏置电源电路PCB,通过对硬件电路调试,得到整体满足设计性能的电路. 本文完结，谢谢观赏。祝小伙伴们国庆节快乐！Work hard，play hard！
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