Konzipierung eines alternativen Designs für einen Hochvolt-Operationsverstärker: die Eignung von Galliumnitrid-basierten Transistoren für den Aufbau eines Hochleistungs-Operationsverstärkers
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| Veröffentlicht: |
Hamburg
Diplomica-Verl.
2013
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INHALTSVERZEICHNIS
1 EINLEITUNG 1
2 THEORETISCHE GRUNDLAGEN 3
2.1 OPERATIONSVERSTAERKER 3
2.1.1 ALLGEMEINE GRUNDLAGEN 3
2.1.1.1 TYPEN VON OPERATIONSVERSTAERKERN 3
2.1.1.2 VERGLEICH ZWISCHEN IDEALEM UND REALEM OPERATIONSVERSTAERKER 6
2.1.1.3 PRINZIP DER GEGENKOPPLUNG 6
2.1.2 KENNGROESSEN VON OPERATIONSVERSTAERKERN 9
2.1.2.1 BETRIEBSSPANNUNG UND AUSGANGSSPANNUNG 9
2.1.2.2 AUSGANGSSTROM 13
2.1.2.3 VERSTAERKUNGS-BANDBREITE-PRODUKT 13
2.1.2.4 ANSTIEGSRATE 15
2.1.2.5 OFFSET-SPANNUNG 17
2.1.3 VERSTAERKERKLASSEN 17
2.1.3.1 KLASSE A 17
2.1.3.2 KLASSE B 18
2.1.3.3 KLASSE AB 19
2.1.4 DER TYP SSA741 20
2.2 EINFUEHRUNG IN DAS MATERIALSYSTEM GALLIUMNITRID (GAN) 23
2.2.1 MATERIALEIGENSCHAFTEN 23
2.2.2 BAUTEILEIGENSCHAFTEN 24
3 STAND DER TECHNIK UND ANWENDUNGEN 31
3.1 EINTEILUNG VON MARKTVERFUEGBAREN OPERATIONSVERSTAERKERN 31
3.2 EIGENSCHAFTEN DER AKTUELL MARKTVERFUEGBAREN OPERATIONSVERSTAERKER 33
3.3 ANWENDUNGSGEBIETE FUER HOCHLEISTUNGSOPERATIONSVERSTAERKER 34
3.4 ANWENDUNGSBEISPIEL: PIEZOAKTOREN 37
3.4.1 VIBRATIONSKONTROLLE 37
3.4.2 VENTILSTEUERUNG 39
4 KONZIPIERUNG EINER SCHALTUNG FUER EINEN HOCHVOLT-OPERATIONSVERSTAERKER
MIT GAN-BASIERTER ENDSTUFE 41
4.1 ERGEBNISSE DER LITERATURRECHERCHE 41
4.2 VORSTELLUNG DES GRUNDKONZEPTS 41
4.3 AUSGANGSPUNKT: /XA741-SCHALTUNG 44
4.4 ERSETZEN DER KOMPLEMENTAER-ENDSTUFE DURCH EINE
QUASIKOMPLEMENTAER-ENDSTUFE ... 45 4.5 EINSATZ EINES MARKTVERFUEGBAREN
BREITBANDIGEN OPERATIONSVERSTAERKERS ALS EINGANGSSTUFE 47
4.6 EINSETZEN VON GAN-HEMTS IN DER ENDSTUFE 50
4.7 EINFUEGEN EINES TREIBERS ZUR KOPPLUNG DER HOCH- UND
NIEDERVOLT-ANTEILE DER SCHALTUNG 53
4.8 AUSWAHL VON BAUTEILEN FUER DIE REALISIERUNG DER SCHALTUNG 56
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IMAGE 2
4.9 VERGLEICH DES VERHALTENS DER ENDSTUFE MIT GAN-HEMTS UND MIT
SI-LEISTUNGS-MOSFETAE 61
5 EXPERIMENTELLE REALISIERUNG UND CHARAKTERISIERUNG DER
HOCHVOLT-OPERATIONSVERSTAERKERSCHALTUNG 65
5.1 ERSTELLUNG DES LAYOUTS ZUR REALISIERUNG AUF EINER LEITERPLATTE 65
5.2 BESTUECKUNG DER LEITERPLATTEN MIT DEN AUSGEWAEHLTEN BAUELEMENTEN 68
5.3 CHARAKTERISIERUNG DER SCHALTUNG 69
5.3.1 MESSAUFBAU 69
5.3.2 VORSTELLUNG DER MESSERGEBNISSE 70
5.3.2.1 CHARAKTERISIERUNG DER UNMODIFIZIERTEN SCHALTUNG 70
5.3.2.2 MODIFIZIERUNG DER ENDSTUFE INFOLGE DER ERKENNTNISSE AUS DEN
ERSTEN MESSUNGEN 75
5-3.2.3 CHARAKTERISIERUNG DER SCHALTUNG OHNE TREIBER 76
5.3.2.4 CHARAKTERISIERUNG DER KOMPLETTEN SCHALTUNG MIT
GAN-HEMT/MOSFET-KASKADE IN DER ENDSTUFE 81
5.3.2.5 CHARAKTERISIERUNG DER ENDSTUFEN 88
5.3.2.5.1 ENDSTUFE IM KLASSE B - BETRIEB 88
5.3.2.5 2 ENDSTUFE IM KLASSE AB - BETRIEB 94
5.3.2.5.3 ENDSTUFE IM KLASSE A - BETRIEB 96
5.3.3 ZUSAMMENFASSUNG DER ERKENNTNISSE AUS DEN MESSUNGEN 98
6 ZUSAMMENFASSUNG UND AUSBLICK 99
6.1 ZUSAMMENFASSUNG 99
6.2 AUSBLICK 99
6.3 FAZIT 101
ABKUERZUNGSVERZEICHNIS 102
LITERATURVERZEICHNIS 103
ABBILDUNGSVERZEICHNIS 107
TABELLENVERZEICHNIS 109
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