输出峰值功率1kW的晶体管射频放大器

峰值功率输出，在20℃环境温度下最大功耗是8750W，最高工作温度可达+200℃，最低集电极效率是45%。TAN系列晶体管的设计理念与MDS系列的完全相同，但是对设计参数进一步优化，达到特性参数最佳的目的。

　　由此可见，传统的双极功率晶体管，经过革新挖潜，能够以新的面目出现，用来满足新应用的需求。由于Si双极功率晶体管匹配性较好，并联应用可获得更大峰值输出，TAN500双管并联即可产生1000W的峰值功率。除Si双极之外，GaAs双极射频功率晶体管同样取得不少改进，限于篇幅，在此从略。

　　MOS场效应射频功率晶体管

　　自70年代开始，Si的CMOS集成电路一直是CPU、DSP和存储器的核心工艺，按摩尔定律不断发展，依靠缩小几何尺寸来提高性能价格比。相对来说，Si CMOS工艺应用到高频功率器件的困难较多，SiMOS场效应晶体管需要大几何尺寸，比增加功率和降低热耗，从而使频率特性不容易提高。早期的SiMOS场效应功率晶体管沿着横向扩大几何尺寸，称为横向扩散MOS晶体管(LDMOS)，90年代出现沿着纵向布局的纵向扩散MOS晶体管(VDMOS)，近年两种不同设计的MOS高频功率晶体管都取得硕果。

　　2008年飞思卡尔(Freescale)公司提供的MRF6系列针对L波段的雷达应用，峰值功率330W，它的结构如图4a所示。例如MRF6V14300H的功率增益Gps、漏极效率nD和回波损耗IRL的频率特性如图3所示，工作特性如表2所示。

　　表2 MRF6V14300H SiMOS场效应晶体管的工作特性

　　而且，借助MRF6V14300H的双管并联可实现峰值功率600W的输出功率。飞思卡尔公司提供与传统的横向扩散的MOS场效应晶体管不同，纵向扩散的MOS场效应晶体管向垂直布局，更适合于射频功率放大的应用。如图4b所示，前者的源极、栅极和漏极是在Si衬底上方横向布局，为了获得良好散热，源极和漏极都要经过约100?m厚的Si材料到达散热体，而后者的漏极处在Si衬底上面，源极和栅极处在Si衬底的底部，源极直接与散热体接触，漏极与散热体的距离缩短至10?m。结构的改变导致击穿电压增加，极间电容减小，导通电阻降低，纵向扩散布局使得SiMOS场效应晶体管的频率、峰值功率和功耗都有所提高。

　　例如利用纵向扩散布局来实现射频功率的MOS场效应晶体管是HVVi半导体公司，它的HVVFET高压垂直场效晶体管系列产品在2008年四月推出，目标是针对要求具有高的峰值/平均功率比的TACAN导航雷达、TCAS交通防撞系统、IFF敌我识别机、Mode-S询问机，以及3G无线移动通信发射机，如WCDMA、TD-SCDMA和光纤OFDM系统等的紧迫应用。

　　目前，HVVi公司已生产的HVV系列，包括三种按频率和输出功率划分的器件，它们分别是HVV-1011、HVV-1012、HVV-1214，覆盖L波段的1030-1090、1025-1150、1200-1400MHz频段，和25、30、50、100、200、300W输出功率的序号。这些高压垂直场效应晶体管全部采用+48V的漏极电压，功率增益15至20dB，效率48至49%，达到美国军标的HV400封装标准。以HVV1011-300为例，它的工作频率1030至1090MHz。峰值功率300W，工作电压+48V，工作电流100mA。在共源极AB类工作状态下具有如图5a和图5b所示的输出/输入和增益/效率特性曲线，以及表3所示的工作特性。根据表1、2、3的对比可见，除输出功率一项之外，SiMOS的场效应晶体管的工作特性显然优于Si双极型晶体管，而且HVVi公司即将推出输出功率更高的器件。一种HVV1011-300实验模块如图6所示。

　　表3 HVV1011-300Si高压垂直场效应晶体管的工作特性

　　HVVi公司还提供HVV系列器件的完整原型机开发套件和样管，以及测量器件参数的PCB布线图，双管并联运行等有用数据，应用手册等资料。

　　图1 TAN500 Si双极晶体管的输入/输出特性

　　图2 TAN500 Si双极晶体管的效率特性

　　图3 MRF6V14300H Si场效应管的增益、效率和回波损耗特性

　　图4 LDMOS场效应管和VDOS场效应管的结构简图