Vertical FETs - vampiri ustaju iz mrtvih

[sstrsat]

Iako se ovdi radi o izvanrednoj analizi u kojoj se Zeljko po ki zna koji put potrudil da i onima manje upoznatima sa tom problematikom cim vise razjasni kako tu stoje stvari (barem na principjelnom nivou), moram ukazat na neke stvari za koje mislim da metodoloski mozda nisu najsritnije odabrane.
Naime, analiza se bazira na idealizaciji elemenata i u ovom koraku svisnom zanemarivanju nekih stvari ali je problem u tome ca je te stvari gotovo nemoguce zanemarit kod ovakve vrste pojacala. To su naravno interni kapaciteti Vfetova i parazitni induktiviteti vodova. I dok je vec sa samim internim kapacitetima Vfetova problem dovoljno bolan zbog njihove velicine i nelinearnosti, induktiviteti vodova (ovdi nazalost neizbizni zbog same fizicke velicine pojacala) ce bez obzira ca ih se moze svest na pokoji mikrohenri ovdi dovest do rezonantnih pojava (i prilicno divljih faznih skokova) vec na frekvencijama ne puno visima od 1MHz. Znaci sasvim unutar granice rada Vfetova.
Sve to mozda ne bi bilo toliko znacajno da u kasnijoj fazi nece doc do stavljanja cilog ampa pod globalnu npv ali kako je globalna npv u neku ruku neminovnost onda se tu moze ocekivat dosta problema.

Pogotovo ca je dosadasnja analiza dovela do sheme izlaznog dila koji radi ka "common source" i koji je ipak podosta "visokoomskiji" nego slidilo (ili Schadeizirano "kvazi slidilo"). Neka vlastita mjerenja i eksperimenti koje san na prolice provodil oko internih kapaciteta Vfetova (doduse u neke druge svrhe) i analize shema postojecih rjesenja sa Vfetovima daju mi jako puno razloga da smatram da ce neka takva "common source" shema poprilicno zakazat kad bude implementirana u cili amp sa ne bas slabom globalnom npv. Iako ce i takva "common source" shema imat relativno mali izlazni otpor (zbog same "triodne" karakteristike Vfeta), ta iskustva koja san stekal mi itekako kazu da svaki om smanjenja izlaznog otpora (prije implementacije same globalne nfb) moze bit presudan za uspjeh ili neuspjeh konstrukcije.

Ali da (zasad) ne gremo u neke sirine, ovdi cu stat i postavit pitanje: Zeljko, da li si sa ovim ca je pocelo obogacivanje te "common source" sheme ipak jos uvik u stadiju samo principjelne analize ili smatras da ce shema sama po sebi imat toliki potencijal da ju se uspisno implementira u cili amp pa zato nastavljas sa njom?
Ovo ca san gore navel je tebi sve jako dobro poznato pa me zato zapravo malo cudi da si posal na "common source" shemu.

[aparatusonitus]

Ali da (zasad) ne gremo u neke sirine, ovdi cu stat i postavit pitanje: Zeljko, da li si sa ovim ca je pocelo obogacivanje te "common source" sheme ipak jos uvik u stadiju samo principjelne analize ili smatras da ce shema sama po sebi imat toliki potencijal da ju se uspisno implementira u cili amp pa zato nastavljas sa njom?
Ovo ca san gore navel je tebi sve jako dobro poznato pa me zato zapravo malo cudi da si posal na "common source" shemu.

Mislim da podcrtanom leži odgovor, a osim toga Željko ti je sklon prepustiti drugima da isprobavaju njegove zamisli, ne može čovjek baš sve stići

U ovoj zadnjoj shemi, napon G-S se dobiva iz struje kroz MOSFET puta pad napona na otporu izmedju (ovo je kljucna stvar) G i S. Pretpostavljamo da radimo s idealnim ili idealiziranim elementima, sto za MOSFET konkretno znaci da struja kroz njega ne ovisi o naponu D-S na njemu, samo o naponu G-S. Radi toga, cinjenica da se source donjeg VFET-a 'sece' gore-dolje s izlaznim signalom ne mijenja struju kroz MOSFET i pad napona na otporu S-G tog VFET-a je ISKLJUCIVO odredjen tom strujom. 100% povratne veze svojstveno slijedilu (zajednicki drain) gdje se promjena napona na source-u VFETA direktno oduzima od Vgs, jer je zajednicka elektroda ulaza i izlaza drain (za AC), se ovdje ne dogadja, dakle niti jedan tranzistor u izlazu nije slijedilo. Ovdje treba dodati napomenu da JE moguce izvesti da oba rade kao slijedilo ali je poprilicno komplicirano u DC uvjetima radi biasa. Za nesto o tome pogledati tehniku OTL-a s cijevima, konkretno tzv. Futterman i inverse-futterman topologije.

[sstrsat]

Ivo, ja u kope a ti u spade

Jesi li siguran da si uopce procital ca sam iznosil u vezi stabilnosti ampa (i sa tim vezane potribe za "niskoomskosti" izlaznog stupnja) i da li si uopce shvatil ca san to iznosil i zasto?

[aparatusonitus]

Jesam druže, pročitao sam i shvatio sam...samo sam iznio razloge moguće "pro" common source, ali su tvoji razlozi "contra" puno veći

[ilimzn]

Iako se ovdi radi o izvanrednoj analizi u kojoj se Zeljko po ki zna koji put potrudil da i onima manje upoznatima sa tom problematikom cim vise razjasni kako tu stoje stvari (barem na principjelnom nivou), moram ukazat na neke stvari za koje mislim da metodoloski mozda nisu najsritnije odabrane.
...
Sve to mozda ne bi bilo toliko znacajno da u kasnijoj fazi nece doc do stavljanja cilog ampa pod globalnu npv ali kako je globalna npv u neku ruku neminovnost onda se tu moze ocekivat dosta problema.
...
Pogotovo ca je dosadasnja analiza dovela do sheme izlaznog dila koji radi ka "common source" i koji je ipak podosta "visokoomskiji" nego slidilo (ili Schadeizirano "kvazi slidilo").
...
puno razloga da smatram da ce neka takva "common source" shema poprilicno zakazat kad bude implementirana u cili amp sa ne bas slabom globalnom npv. Iako ce i takva "common source" shema imat relativno mali izlazni otpor (zbog same "triodne" karakteristike Vfeta), ta iskustva koja san stekal mi itekako kazu da svaki om smanjenja izlaznog otpora (prije implementacije same globalne nfb) moze bit presudan za uspjeh ili neuspjeh konstrukcije.
...
Ali da (zasad) ne gremo u neke sirine, ovdi cu stat i postavit pitanje: Zeljko, da li si sa ovim ca je pocelo obogacivanje te "common source" sheme ipak jos uvik u stadiju samo principjelne analize ili smatras da ce shema sama po sebi imat toliki potencijal da ju se uspisno implementira u cili amp pa zato nastavljas sa njom?
Ovo ca san gore navel je tebi sve jako dobro poznato pa me zato zapravo malo cudi da si posal na "common source" shemu.

Zapravo je razlog tome prvenstveno sto je originalni B1 common source izlaz. Isto tako to je i vecina kvazikomp. MOSFET ili BJT izlaza koji se temelje na istom principu, a verziju koja principijelno odgovara 'inverse futterman-u' tj. slijedilo varijantu se gotovo i ne vidi, i za to postoje prvenstveno razlozi dodatne kompleksnosti ako se zeli sacuvati DC veza.
Poanta analize je zapravo da ako se vec ovakve konstrukcije moraju izvoditi, onda je to zapravo prilicno lakse ukrotiti s VFET-ima ili triodama nego s gotovo bilo kojim drugim elementom, jer 'interna povratna veza' smanjuje inherentne probleme na ajde jos nekako podnosljivu mjeru. Na zalost nemam detaljnu shemu B1 (principijelne sheme i neke iz casopisa imaju gresaka... ), no vec iz raspolozivog se vidi jedna hrpica RC elemenata za kompenzaciju na vrlo neuobicajenim mjestima, sto upucuje da su se Yamahini inzenjeri poprilicno potrudili da sve skupa dovedu u red - sjetimo se da tad nije bilo MOSFETa s kojima bi se struje stupnjeva lako dovele u iznose dovoljne za suvislo tjerati kapacitete VFET-a...
Tu sad moram jos napomenuti da je zapravo jedini 'prirodni' nacin za napraviti posve simetricni izlazni stupanj s isto(s)polnim elementima zapravo Circlotron, ako se moze izdrzati potreba za dva odvojena floating napajanja s relativno malim kapacitetima prema svemu drugome. Buduci da u tom spoju postoji tzv. unity coupling, ima karakter i slijedila i zajednickog source-a sto mu omogucava simetricnu pobudu.
Na kraju, vrijeme je malo kratko ali volio bi staviti i jednu koliko je moguce pojednostavljenu analizu kako sintetizirati shemu u kojoj oba VFET-a rade kao slijedilo...

[davorin]

Sa trafom!

[sstrsat]

Zapravo je razlog tome prvenstveno sto je originalni B1 common source izlaz.

Manje vise ocekivani odgovor. Svima nama koji nesto vrtimo oko Vfetova je B1 neka vrsta reference. Stvar doduse komplicira ca je izgleda postojalo vise verzija B1. Kako navodis, na shemi koju imas je izlazni stupanj common source ali na shemi B1 koju ja imam nije tako.
Na toj shemi je gornja grana cisto izlazno slidilo pogonjeno driverskim slidilom dok je dolnja grana na prvi pogled cisti common source pogonjen driverskim slidilom. Medjutim, to je samo na prvi pogled i iako je taj detalj malo sakriveniji, u dolnjoj grani je ipak primjenjena djelimicna Schadeizacija. Ona je ostvarena tako da je driverski K75 ujedno i Schade otpornik. Ovo je bilo moguce samo zahvaljujuci cinjenici da je i K75 Vfet sa triodnim karakteristikama tako da je njegov mali unutrasnji otpor to omogucil. Prakticno on vrsi tu djelimicnu Schadeizaciju preko smog sebe.
Time se dobilo da karakter izlaznog stupnja nije pol slidilo pol common source nego da ukupno prevladava karakter slidila ca samo potvrdjuje cinjenicu koliko je bila vazna borba za svaki om smanjenja izlaznog otpora.

Yamaha B1 izlaz.JPG (30.87 KiB) Pogledano 8224 put/a.

Naravno, stvar je i dalje bila izuzetno kompleksna ca se vidi iz cinjenice da je u B1 ampu primjenjeno ukupno 13 (ako san dobro izbrojil) kompenzacijskih mreza. OK, dio njih je tu zbog tipicnog zahtiva iz tog vremena za vrlo visokim damping faktorom koji je automatski impliciral upotribu vrlo jake globalne npv i time dovel do neophodnosti vrlo kompleksnih kompenzacija da bi se amp uopce mogal umirit.

Tako da.... ipak ostajem pri onome da smatram da bi upotriba common source izlaza dovela do vrlo velikih problema nakon aplikacije globalne npv i da bi u toj varijanti borba sa kompenzacijama bila vrlo teska i sa vrlo neizvjesnim ishodom.

[ilimzn]

Zapravo je razlog tome prvenstveno sto je originalni B1 common source izlaz.

Manje vise ocekivani odgovor. Svima nama koji nesto vrtimo oko Vfetova je B1 neka vrsta reference. Stvar doduse komplicira ca je izgleda postojalo vise verzija B1. Kako navodis, na shemi koju imas je izlazni stupanj common source ali na shemi B1 koju ja imam nije tako.
Na toj shemi je gornja grana cisto izlazno slidilo pogonjeno driverskim slidilom dok je dolnja grana na prvi pogled cisti common source pogonjen driverskim slidilom. Medjutim, to je samo na prvi pogled i iako je taj detalj malo sakriveniji, u dolnjoj grani je ipak primjenjena djelimicna Schadeizacija. Ona je ostvarena tako da je driverski K75 ujedno i Schade otpornik. Ovo je bilo moguce samo zahvaljujuci cinjenici da je i K75 Vfet sa triodnim karakteristikama tako da je njegov mali unutrasnji otpor to omogucil. Prakticno on vrsi tu djelimicnu Schadeizaciju preko smog sebe.
Time se dobilo da karakter izlaznog stupnja nije pol slidilo pol common source nego da ukupno prevladava karakter slidila ca samo potvrdjuje cinjenicu koliko je bila vazna borba za svaki om smanjenja izlaznog otpora.

Hm, tu bi se djelomicno slozio ali bit price je u onom sto se nalazi na lijevo od sheme a nije na toj shemi. Istina je da je K77 shadeiziran slijedilom s K75, no to dvoje zajedno cini 'nadomjesni' VFET s (izmedju ostalog) manjim unutrasnjim otporom (svakako pozeljno).
Medjutim, pogled na dio sheme koja se nastavlja s lijeve strane pokazuje prakticno isto sto i one koje sam ja stavio, s razlikom da su transponirane iz P u N kanal (tako da je driver N kanalna kaskoda itd...). I i gornja i donja polovica rade u common source-u s onzirom da je - i to je kljuc - ulazni signal dobiven iz struje kaskodnog diferencijalnog stupnja na otporima izmedju G i S 'nadomjesnog' VFET-a, cime i dalje Vgs ostaje neovisan o izlaznom naponu i 100% povratne veze koju implementira slijedilo izostaje. Oprez, neke sheme imaju greske pa izostaju otpori G-S ili su posve krivo spojeni (vidi se iz logike sklopa da ne moze biti tako).
No, situacija je svakako bolja nego da se to radi direktno s izlaznim VFET-ima s podebelim ulaznim kapacitetima. To se odmah i ucava na vrijednostima tih otpornika (od kojih je jedan podesiv, dakle podesavanje balansa) koji su nominalno 4.7k. Ovdje je inace hod napona par desetaka V.
Jos jedna zanimljiva opaska - izlazni stupanj B1 ne moze raditi u klasi A(B)2, cime se izmedju ostalog VFETi ne guraju u podrucje gdje pocinju izrazite nelinearnosti ulaznih kapaciteta. Ipak, treba imati na pameti da K75 i dalje treba dati svu potrebnu struju u G-S izlaznov VFET-a gdje je ceka par nF kapaciteta, sa ili bez schade efekta, dakle bez podebele struje za tjeranje velikog VFET-a ne ide. Schade naravno izostaje ako je slijedilo s bilo kakvim elementom s pentodnim karakteristikama osim ako se ne implementira eksplicite otporima ili sl.

Ipak, bitna razlika u odnosu na ono sto se moze napraviti danas i sto se moglo napraviti tada je upravo mogucnost tjeranja VFET-a s driverima sposobnih za vece struje. Common source/emiter izlazi se koriste i za MOSFET-e i za bipolarce, pri cemu nije rijetkost imati u paralelu po 4-6 MOSFET-a ciji se ulazni kapaciteti zrajaju u dvoznamenkaste brojeve nF. No, ti izlazi definitivno ne zadovoljavaju 'MHz kriterije' i imaju tipicno saku kompenzacijskih elemenata. Cisto da bude jasno, mislim da se moze izvesti nesto takvo s J27, ali tu pricamo zapravo o metudi grube sile. Osobno mislim da se vise isplati poraditi na verziji sa slijedilima, iako je circlotrom mislim ipak najbolji odnos peformansi i jednostavnosti.

[sstrsat]

Ipak, bitna razlika u odnosu na ono sto se moze napraviti danas i sto se moglo napraviti tada je upravo mogucnost tjeranja VFET-a s driverima sposobnih za vece struje. Common source/emiter izlazi se koriste i za MOSFET-e i za bipolarce, pri cemu nije rijetkost imati u paralelu po 4-6 MOSFET-a ciji se ulazni kapaciteti zrajaju u dvoznamenkaste brojeve nF. No, ti izlazi definitivno ne zadovoljavaju 'MHz kriterije' i imaju tipicno saku kompenzacijskih elemenata. Cisto da bude jasno, mislim da se moze izvesti nesto takvo s J27, ali tu pricamo zapravo o metudi grube sile. Osobno mislim da se vise isplati poraditi na verziji sa slijedilima, iako je circlotrom mislim ipak najbolji odnos peformansi i jednostavnosti.

Sa ovim se mogu saglasit. Iako nije nemoguce "prepivat" B1 na upotribu J27 umisto K77, taj put nije ni najmanje lagan. Tako da circlotron tu siguro predstavlja najjednostavnije rjesenje. Iako mnogi zaziru od 2 floating napajanja kod njega, isto i najklasicniji komplementarni amp ima najmanje 2 napajanja (+ / -) tako da nima razloga da ovo bude prepreka.
Takav circlotron amp moze zapravo bit vrlo jednostavan a kako je potpuno simetrican bit ce i zahtivi za kompenzacijama puno manji i laksi (globalna npv vidi u obadvi poluperiode iste nivoe pojacanja i iste fazne kuteve).

Naravno da tu nima govora o MHz kriteriju ali uz upotribu dovoljno jakog drivera moze se bez nekih vecih problema postic 100+ kHz-a u open loop rezimu a to nije ni najmanje losa vridnost.

[aparatusonitus]

Naravno da tu nima govora o MHz kriteriju ali uz upotribu dovoljno jakog drivera moze se bez nekih vecih problema postic 100+ kHz-a u open loop rezimu a to nije ni najmanje losa vridnost.

Nešto poput ovoga http://www.littlediode.com/datasheets/p ... SC2528.PDF ili još strujno jače u TO-3 (ali onda pada Ft ispod 80MHz)?