晶体管电路设计(上)
第3节 晶体管和FET的近况
更新于2008-08-27 14:39:48

虽然说电路的主角已经让给IC和LSI,但仍然留下许多必须使用晶体管和FET分立器件的领域。为了在这些特定的领域担负最适当的工作,最新的器件在外形和性能上进行了改进,并且这种改进还在继续进行着。
作为预备知识,让我们从器件外部和内部的结构来观察最新的晶体管和FET。


1.3.1  外形(封装)的改进

照片1.1~1.3表示各种晶体管和FET的外形。


照片1.1功率器件
(为增大器件本身的散热面以及与散热器的接触面积,需要外形大的封装)

照片1.2小信号器件
(由于小信号器件不太发热,所以外形小。最近,为改善封装时的空间因子,外形逐渐变小)


最近的器件被制成适合不同用途的各种外形。
功率放大器件需要大外形的封装,这是为了增大散热面积和与热沉(散热器)的接触面积。


照片1.3高频器件
(为了改善高频特性,高频器件需要改变封装结构。这是追求性能而进化的结果)


在10年之前(约1981年左右),常常见到照片1.4所示的金属壳封装的器件。但在最近的器件变成照片1.1所示的塑料模压封装。


照片1.4金属壳封装
(最近不常见到的金属壳封装,在过去是高可靠的象征,而现在,塑模封装的可靠性更高)


这是由于塑料模压封装的可靠性更好的缘故。过去觉得金属壳封装的器件可靠性高,但现在,塑料模压封装的可靠性反而更高。
小信号器件的外形是比较小的。但最近,有外形更小的趋势。这是为了进一步减小封装面积。
高频器件,因为有必要尽量将引线(脚)做短,使得感抗和容抗成分接近于零,所以采用照片1.3所示的特殊形状的封装(在照片中,可将引线长的腿切短之后使用)。另外,为了进一步降低短引线的阻抗,引线本身的形状几乎都成为板状。
为了能在各自的用途上发挥最高的性能,最近的晶体管和FET在外形上都作了改进。


1.3.2  内部结构的改进

IC和LSI的结构是将晶体管或FET封装在其内部而成为现在样子的。这就可以认为IC和LSI是含有电路技术的,是利用晶体管或FET技术改进而来的。
然而,在最近的晶体管和FET中,能够制作应用了LSI精密加工技术的器件。


照片1.5功率开关MOSFET芯片
(在该芯片内部,将许多小器件并联连接,以提高芯片的性能。完全像存储器IC的芯片一样。这种微细加工技术是从IC和LSI转移过来的)


照片1.5是功率开关MOSFET的芯片。该器件是在其内部将大量的小FET并联连接起来的,每一个单元中流过的电流很小,防止局部的电流集中(若电流局部集中,则器件就损坏),同时改善高频特性。目前的功率开关MOSFET几乎都是这种结构。
另外,在大部分的高速开关晶体管内部,将大量的晶体管并联连接起来。高频功率放大晶体管的一部分也采用同样的结构。
在UHF频带和微波频带等高频范围使用的称为MES FET(MEtal Semicondnctor FET)和HEMT(High Electron Mobility Transistor,高迁移率晶体管)的器件中,必须使用精确控制杂质和μm级正确尺寸精度的技术。这些技术也是由LSI反馈而来的。


1.3.3  晶体管和FET的优势

最近的晶体管和FET,因为吸收了IC和LSI的技术而不断取得进步,所以若IC和LSI的性能变得越来越好,晶体管和FET的性能也就变得越来越好。
并且,这些超高性能的晶体管和FET可以用在模拟电路(如:大功率电路、高压电路、低噪声电路、高精度电路和高频电路等)方面。这些电路仅用IC和LSI还不能制作。
可见,晶体管和FET不是被IC和LSI所排斥,相反,它吸取了LSI的技术,在IC和LSI中不能制作的、最先进的模拟电路中找到了生存的空间。
虽然本书介绍的是晶体管电路的最基本的内容,但最先进的电路也好,基本电路也好,它们的工作原理是相同的。如果扎实地掌握了基础知识,就能掌握设计最先进电路的技术。

 

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