Vertical FETs - vampiri ustaju iz mrtvih

[sstrsat]

Ja znam jednog koji je svirao na Yamahu B2, i toliko mu se dopala da sam je jedva dobio nazad ali taj je ionako poseban

Uuuuh, al ce bepo skakat od veselja kad ovo procita Teran je najebal

Ovdje toga ima malo vise no ako je namotaj za napajanje izlaznog stupnja odvojen od ostalih na trafou, onda uopce nema problema. Sve receno o balansiranju mosta naravno i dalje stoji ali je s floating napajanjem i spojem elektrolita na masu to puno manje kriticno.

Naravno da ce na trafu bit posebni namotaji za donit napone i za cijevni i za Vfet dio. I inace bas i nisam pristalica da se zbog ustede pokojeg namotaja na trafu natovare dodatne brige.

Sto se tice stabilnosti VFET-ova po pitanju offset-a, u spoju slijedila je ona. barem s Sonu J28/K82 bila ne odlicna vec fenomenalna, sto ukljucuje i termicku stabilnost.

Ovo je lipo ohrabrujuca vijest a ako se pokaze da je tako i sa Yamahinim Vfetovima, tim bolje. Sa onog jako tesko citljivog grafa se doduse nazire da pri malim strujama negativni temperaturni koeficijent lagano prelazi u blago pozitivni ali lako moguce da to nece ovdi imat nikakve prakticne implikacije. Probe na prvom modelu ce pokazat oce li bit kakvih varijacija struje mirovanja pa ako ih ne bude ili budu minimalne ostat ce prikazana bias mreza sa otpornicima a ako se pokaze da su te varijacije slucajno malo vece, nece bit problem dodat kakvu jednostavnu formu kompenzacije varijacija

[ilimzn]

Ni jedno VFET pojacalo koje znam nema nikakvu termicku stabilizaciju biasa. B2 je ovdje mozda najrelevantbnija jer su u njoj upravo bili koristeni Bepovi VFETi. U njoj su dva para, selektirana, spojena direktno u paralelu, na poprilicno ogromnom hladilu. Doduse, potrudili su se da rade na istoj temperaturi koliko god je to moguce, na jedan vrlo neuobicajen nacin - hladilo je na mjestu gdje se montiraju VFET-ovi posebno debelo eloksirano, i ne koriste liskune uopce, samo pastu. Postoje i source otpori, ali su zajednicki za oba VFET-a u paru, sluze samo za sklop za prekostrujnu zastitu. Inace, ako se taj sklop drugacije izvede, ja bi cak i maknuo sourse otpore, strmina VFET-ova nije toliko velika da bi se u slucaju pparalelnog spajanja moglo postici kvalitetnije balansiranje struje kroz VFET-ove pomocu sourse otpora, odnosno, morali bi biti jako veliki da imaju efekt, a ovdje je pozeljno ipak sacuvati svu strminu koju imamo na raspolaganju, a nju source otpori smanjuju. Ako je potrebno imati nekakav otpor za mjerenje struje kroz VFET, onda neka je radije u drain liniji, gdje se spaja s Rdson u seriju, a taj je kod VFET-a relativno velik i tu mali otpor nece imati bitnog uticaja, no opet, ako je u sorce-u a male je vrijednosti (samo za mjerenje struje mirovanja ili zastitu) bit ce reda 0.1 ohm, sto takodjer nece bitno pogorsati stvar...

[ilimzn]

NEsto sam u zadnjim postovima natuknuo o nestanku VFET-ova sa trzista... a i sstrsat se toga dotakao.

Zapravo, VFET-ovi, ili bolje receno SIT, sto je sire ime za tu vrstu tranzistora, se proizvode i dalje u vrlo ogranicenim kolicinama i za posebne namjene. Ipak, jedna od njih je u audiu, no te SIT-ove necemo nikada vidjeti u slobodnoj prodaji. Radi se o SIT-ovima koje je po narudzbi dao izraditi Nelson Pass za svoju nadolazecu seriju pojacala. Ovo su vrlo napredni poluvodici, s strminama reda nekoliko ampera po voltu.

Prakticni primjerci SIT-ova su nastali, kao sto je to uobicajeno, za primjenu u vojne svrhe, konkretno uklapanje napona za odasiljacki dio radara. Problematika radara je takva da je duljina odasiljanja kriticna - cim je kraca, to radar ima manji 'slijepi radijus', tj. udaljenost ispod koje ne vidi objekte - naravno, zato jer ne moze primati odjek odaslanog impulsa dok odasilje impuls. Tome se doskace na razne nacine, no kod jednostavnijih uredjaja kljuc je u tome koliko brzo mozemo upaliti i ugasiti napajanje odasiljaca. Ovdje su se SIT-ovi pokazali neprikosnovenima medju poluvodicima, cak do te mjere da ih je jos uvijek nemouce dostici i najmodernijom tehnologijom MOSFET-a. Kada se radi o preklapanju velikih snaga velikim brzinama, SIT je i dalje, unatoc kompleksnom procesu proizvodnje i rezultirajucoj skupoci, neprikosnoven.

Medjutim, teorija rada SIT-a istovremeno ukazuje na gotovo idealne karakteristike kad se tice primjene u audio pojacalima, i tako je SIT prvi puta komercijalno zazivio upravo u audio pojacalima, pod nazivom VFET. Vecina razvoja VFET-a se odvijala ranih 70-ih godina, a prvi prakticni primjerci su se pojavili izmedju 75 i 77 godine. Njihova je primjena u ekskluzivnim proizvodima potrajala sve do ranih 80ih, no na kraju su ih istisnuli MOSFET-i i naprednije tehnologije bipolarnih tranzistora, prvenstveno radi cijene.

Pet proizvodjaca je svojedobno nudilo razne VFET-ove/SIT-ove, i zanimljivo, svi su iz japana: Yamaha, Sony, NEC, Hitachi (!) i Tokin. Ovisno o proizvodjacu, dosta se razlikovala filozofija koji je tip SIT-a idealan. Yamaha, NEC i Tokin su smatrali da su triodne karakteristike idealne, s cim vecom strminom, i za to su placali povelikim ulaznim kapacitetima. Sony je isao malo drugacijim putem, njihovi VFET-i imaju karakteristike slicnije promjenjivom otporu ali se spojeni u push-pull medjuusobno lineariziraju. Strmine su im manje ali su zato kapaciteti znacajno smanjeni u odnosu na bracu od Yamahe, NEC-a i Tokin-a. Tokin se specijalizirao za velike napone i struje, i jedno vrijeme proizvodio SIT koji se mogao zaista usporediti s kakvom ogromnom triodom, s obzirom na radni napon u stotinama volta i struju od desetak ampera.

Brojni detalji iz povijesti VFET-a ukazuju na prilicnu dozu intrige oko njihove proizvodnje i konkuriranje medju proizvodjacima.
Primjerice, do dana danasnjeg nije jasno je li Yamaha zaista proizvodila svoje VFET-ove ili ih je projektirala a onda po narudzbi dala izraditi NEC-u i Tokin-u. U svakom slucaju, povijesni prvijenac VFET pojacala dolazi od Yamahe, i ime mu je B1. Ovo osebujno izlazno pojacalo je i dan danas po mnogo cemu posve jedinstven uredjaj, i zasluzuje svoju vlastitu temu.
Prvi VFET-ovi slobodno nabavljivi na trzistu dolaze od firme NEC. U odnosu na nesto rafiniranije dijelove od ostalih proizvodjaca, mogli bi se smatrati nekakvom beta-verzijom. Optimiziranje probojnih napona i komplementarnosti je tek trebalo nauciti, no i taj prvi par, 2SJ20/2SK70 je vrlo upotrebljiv. Nedugo kasnijes e pojavila poboljsana verzija sa sufiksom A. Zanimljivo je da NEC niakda nije napravi vlastito pojacalo s tim tranzistorima. Tu cast su imali Sansui (s modelom BA-1000) i JVC (S osebujnim JA-S7 izlazom).
Najzanimljivija je ipak prica o VFET-ima koje je proizvodio Hitachi, i ciji je prestanak proizvodnej ujedno oznacio i pocetak kraja VFET-a nba trzistu. Hitachi je proizveo samo jedan par VFET-ova, i ugradio ga u tada vrhunski integrirac, HA-500F. Ovo je ujedno i najrijedje pojacalo s VFET-ima. Na trzistu se zadrzalo vrlo kratko, samo godinu dana, unatoc odlicnim karakteristikama. Koju godinu kasnije, Hitachi je izbacio prve lateralne MOSFET-a, koji su u mnogome bili znacajno inferiorniji od VFET-a, ali su bili mnogo jeftiniji. Ostatak price je, kako kazu, povijest - L-MOS se brzo probio u prozivode mnogih firmi, samo su se jos jedno vrijeme Yamaha i Sony drzali VFET-ova, dok se Tokin odavna okrenuo svojoj osnovnoj djelatnosti, proizvodnjom poluvodica za rad s velikim snagama i nravno, vojnim primjenama.

No, malo dalje na zapad, uglavnom neznano od ostatka svijeta, VFET tj. SIT se i dalje razvijao. Informacije koje su tek desetljicima kasnije dosle na vidjelo, pokazuju da su rusi iskopirali NEC 2SK70 i cinise nekoliko modela Tokin SIT-ova, i s vremenom iz njih razvili nove modele, a na kraju i posve novu vrstu SIT-a koja je na zapadu posve nepoznata. Naime, Rusi su desetlijecima muku mucili s MOSFET tehnologijom za vece snage. Odavno savladavsi mikroelektronske verzije za upotrebu u procesorima, te GaAs MOSFET-ove za UHF, ostali su na par tipova visokofrekventnih MOSFET_a snage. Sve dok nije pala zeljezna zavjesa i poceo uvoz poluvodica s zapada, u zemljama bivseg SSSR-a su se za tehniku baratanje vecim snagama koristili SIT-ovi, a nakon njih ono sto se u njihovo tehnologiji naziva P-SIT, VFET koji je ekvivalent triode s pozitivnim naponima resetke. No, bitno je reci da su postojala barem 3 tipa ruskih VFET-ova vrlo pogodnih za upotrebu u audio svrhe, no na zalost cini se da ih je danas nemoguce naci, iako ne sumnjam da ih jos ima negdje na nekom lageru - uvozni poluvodici sa zapada i dalekog istoka su posve istisnuli originalnu proizvodnju.

i tako smo dosli do danasnjih dana, i gospodina Pass-a. Jednom davno, Pass je od Sony-ja dobio hrpu samplova 2SJ18/2SK60. Osim testiranja i nekakvih ikemaba prototipova nikada nije napravio nista s njima, no godinama se u njegovim tekstovima provlace reference na VFET, kao idealni tranzistor za audio. Serijom slucajeva, cini se da ce mu se to i ostvariti, i imat ce vlastiti SIT da se igra s njime. Vise ovdje: http://www.youtube.com/watch?v=-h04jeOR3gA

[sstrsat]

B2 je ovdje mozda najrelevantbnija jer su u njoj upravo bili koristeni Bepovi VFETi. U njoj su dva para, selektirana, spojena direktno u paralelu, na poprilicno ogromnom hladilu.

Jasno, u B2 je Yamaha sigurno selektirala paralelne Vfetove da budu cim bolje upareni pa su ih mogli direktno stavit u paralelu. Ali ovdi ce ako se kasnije pokaze potriba za paraleliziranjem Vfetova ipak virovatno morat doc posebni otpornici u svaki source. Nec mi govori da bepo siguro nece kupovat novi Fischer ili neki slican hladnjak nego ce stavit ca bude imal pri ruki. tako da nije iskljuceno da ce zbog mozda premalog hladnjaka morat poc paralelizirani Vfetovi. Uparivanje do stupnja koji je Yamaha ucinila u B2 siguro nece bit moguce.
Mada ce se najprvo poc sa samo jednim parom Vfetova a paraleliziranje ce bit tek krajnja opcija.

[sstrsat]

I kako je to ilimzn lipo napisal u prethodnom postu, taj prokleti faktor cijene nas je zakinul za jednu izuzetnu komponentu. Mada sam ja duboko ubijedjen da se oni i danas naveliko proizvode za vojne i svemirske potribe. Na to ukazuje podosta teoretskih clanaka koji se o njihovim fizickim procesima rada i konstrukcijama mogu nac na netu. A interesantno je da se u tim radovima nigdi ne spominju reference na neku konkretnu komponentu i njezinu oznaku. Simptomaticno? Meni itekako i to u tolikoj mjeri da me bas to nespominjanje konkretne oznake nekoga od njih gotovo potpuno uvjerava da se oni i danas masovno proizvode ali za svrhe koje nama nisu dostupne.
Jedino se ne bin bas slozil da je njihova velika brzina komutiranja bila presudna za upotribu u radarima. Te iste brzine komutiranja koje oni imaju postizu se u radarskim modulatorima praznjenjem nabijene umjetne linije okidane tiristorom. Mislin da je tu razlog njihove upotribe ponajvise u tome ca oni osim brzine nude i vrlo veliku imunost na EMP. Poprilicno vazan faktor u drvenim glavama vojnih planera.

Uglavnom, sve je to danas manje vise nebitno jer je tuzna stvarnost upravo takva da su oni (osim pokojeg primjerka u kakvom opskurnom skladistu bogtepitadi) uglavnom nenabavljivi. Da li ce ikada nesto njih od strane Pass-a i Digital DO Main-a izac ka komponente na slobodno trziste ostaje da se vidi ali duboko sumnjam u to.

Ali time postoji i vise razloga da se ovo nesto ca ih je nabavljeno iskoristi u diy konstrukcijama. Barem cemo se moc pohvalit da je u Hr najveca svitska koncentracija diy uradaka sa Vfetovima u odnosu na ukupni broj diyera. I to raznovrsnih, evo prvi gitarski amp sa njima vec za koji dan krece u realizaciju a do iduceg TFa bi tribal bit vec lipi broj toga. Virovatno je poneko uocil da smo nas nekoliko znali u pokojem postu zadnjih miseci spomenut "limene triode" i neke planove sa njima. Tu se mislilo upravo na Vfetove

[joe dalton]

Kako je tema zasad najavna, da kazen koju o nekim stvarima koje su u fazi planiranja sa njima. Svi znate da ja preferiram SE topologije tako da ce iz moje kovacnice izac nec sa 2SJ27 u SE konfiguraciji od cega ocekujem da ce postic do nekih 25W na 8-omskom opterecenju. Zbog velikih kapaciteta 2SJ27 je driver (zasad) planiran da bude 6C33. Ali nije nemoguce da ce u finalnoj izvedbi poc i puno slabija lampadina. Naravno, ako u praksi bude uspjeha sa nekim dodacima koje ovdi planiram. A ti dodaci su pokusaj lineariziranja parazitnih kapaciteta sa pogodno polariziranim varicap diodama pa u slucaju da to bude uspjesno onda slidi i uvodjenje neutralizacije. Eksperimantalni rad na prvom modelu ce pokazat koliko ce oko toga bit uspjeha. U nekoj projekciji, mozda cak i mala 6C19 bude dovoljna za potirat 2SJ27 u MHz podrucje.

Nisam uspio izguglat datašit za bilo koji od navedenih VFETova pa ne znam kakvi su pogonski zahtjevi i možda lupam bez veze, ali da li si pomišljao na drajver sa interstage trafoom za pogon VFET-a?
Mislim možda bi prošla i neka manja trioda sa trafoom?

[sstrsat]

Nisam uspio izguglat datašit za bilo koji od navedenih VFETova pa ne znam kakvi su pogonski zahtjevi i možda lupam bez veze, ali da li si pomišljao na drajver sa interstage trafoom za pogon VFET-a?
Mislim možda bi prošla i neka manja trioda sa trafoom?

Kompletne datasheetove za njih nazalost ni neces nac na netu. Najde se pokoji segment datasheetova (uglavnom uzasno lose skanirane kopije) iz kojih je najveci dio tesko i gotovo nemoguce procitat. Tako da se moze u planiranju uredjaja sa njima baratat samo nekim osnovnim podacima a sve ostalo ce tribat eksperimentalno provjerit.

Pogonski zahtjevi su im itekako teski zbog jako velikih a uz to i nelinearnih kapaciteta (to je ona manje lipa strana price o njima). Po onome ca san uspil pronac, Ciss za 2SK77 iznosi do punih 3nF a Cr nekih 300pF, zavisno od radnih uvjeta. kako vidis, itekako opaki teret za driver.

Tu nikakav interstage trafo ne dolazi u obzir, cak ni po puno blazim kriterijima o frekventnom opsegu nego ca su moji. A trafo ionako smatram nuznim zlom i najlosijom komponentom (osim u nekim specificnim slucajevima u izrazito niskoomskim krugovima). Interstage trafo ne bin koristil niti tamo di su kapaciteti mali i linearni (cijevi) a pogotovo ne u uvjetima ovakvih reaktivnih tereta

[ilimzn]

Za 2SJ27 pogotovo neces naci podatke na netu, to je vjerojatno najrijedji tranzistor ikad, proizveden ipak u nekakvoj seriji. Vecina podataka o njemu je tek implicitna u podacima za njegov komplement, 2SK77 - ali i za njega neces naci podatke.
Zapravo, sasvim je moguce da bi 2SJ27 mogao lijepo raditi s znacajno manjim driverom u SE konfiguraciji ali kao slijedilo, tada mu je Cgs, koji je pozamasan, najmanje vidljiv od strane drivera. U spojuzajednickog source-a, na zalost pricamo o nanofaradima, ali to je tipicni kapacitet MOSFET-a u istoj situaciji.
Iako je sstrsat spomenuo velike i nelinearne kapacitete, nelinearnost im je znacajno manja nego sto je slucaj kod MOSFET-a, no daleko od toga da bi e smjela zanemariti. Orednost je sto se radi o nelineranostima kakve nalazimo kod reverzno polariziranih dioda, sto znaci da za razliku od MOSFET-a imamo element kojim bi se ta nelinearnost mogla kompenzirati.

[sstrsat]

Orednost je sto se radi o nelineranostima kakve nalazimo kod reverzno polariziranih dioda, sto znaci da za razliku od MOSFET-a imamo element kojim bi se ta nelinearnost mogla kompenzirati.

Upravo na tu cinjenicu poprilicno i racunam za ono ca san najavil da cu im pokusat izvest linearizaciju kapaciteta tako da san vec nabavil poprilicnu gomilicu varicap dioda (postavit cu kasnije i neku principjelnu skicu kako bi to tribalo otprilike izgledat). A ta linearizacija, ako bude uspjesna otvara, skida brige oko velicine kapaciteta bez obzira ca ce oni dosta porast. Uspjeh te linearizacije direktno otvara put uvodjenju neutralizacije i time svodjenju ukupnog kapacitivnog tereta za driver na mozda i manje od 100 pF. Bez linearizacije bi uvodjenje neutralizacije moglo ispast kontraproduktivno jer bi se lako desilo da se istaknu nelinearnosti viseg reda.
Sad, koliko ce to bit uspjesno u praksi, tesko je rec. To ce tek mjerenja na modelu moc pokazat. Recimo da sam za sad oprezni optimista ca se tice toga. Ali i ako se pokaze da je to pretesko savladiva prepreka necu bit razocaran jer ce se driver sa 6C33 i opterecenjem od ispod 400 oma odlicno nosit sa izlaznim 2SJ27 sljedilom (u najmanju ruku ce se priblizit MHz-u)

[sstrsat]

Evo i slike Uds - Id grafa za 2SK76 / 2SJ26 uzete iz jednog Yamaha manuala. Ne podsica li jako na graf jednog drugog elementa?

Graf (iz Yamaha manuala).JPG (11.99 KiB) Pogledano 8257 put/a.