بررسی جامع عملکرد، محدودیت ها و تکنیک های بهینه سازی تقویت کننده با پیکربندی سورس مشترک در فناوری های سی ماس، فین فت و نیمه هادی های با شکاف باند وسیع

تقویت کننده با پیکربندی سورس مشترک به عنوان یکی از بنیادی ترین و پرکاربردترین پیکربندی های ترانزیستور اثر میدان ماسفت، با بیش از پنج دهه از معرفی نخستین ساختارهای سی ماس، همچنان بلوک اصلی در مدارات مجتمع آنالوگ، فرکانس رادیویی، حسگرهای با امپدانس بالا و دستگاه های باتری خور است. این مقاله به ارزیابی جامع اصول عملکرد، پارامترهای کلیدی، تاریخچه ی پژوهشی و داده های تجربی منتشرشده در مورد تقویت کننده ی CS در فناوری های مختلف می پردازد. بررسی ها نشان می دهند که بهره ی ولتاژ معمولا بین ۵ تا ۵۰ بوده و با افزایش نسبت عرض به طول کانال تا ۴۰۰، نقطه ی فشردگی ۱ دسیبل از ۱۲- به ۵- دسیبل میلی وات بهبود می یابد. داده های آنالیزشده از پژوهش های پیشین حاکی از آن است که اثر میلر ناشی از خازن گیت-درین، ظرفیت موثر ورودی را تا ۱۰ برابر افزایش داده و فرکانس قطع بالا را از ۲۰ مگاهرتز به ۲ مگاهرتز کاهش می دهد. نقطه ی گوشه ی نویز ۱ بر f در ماسفت حدود ۵ کیلوهرتز است که به طور قابل توجهی بالاتر از نوع BJT با نقطه ی ۲۰۰ هرتز می باشد. اعوجاج هارمونیک کل در دامنه ی ورودی ۵۰۰ میلی ولت از ۱۰ درصد به ۱ درصد با افزودن مقاومت ۲۰۰ اهم در سورس کاهش می یابد. فناوری فین فت ۲۲ نانومتر بهره ۵ دسیبل بیشتر، پهنای باند ۲ برابر و نویز ۱ دسیبل کمتر نسبت به فناوری پلانار ۲۸ نانومتر ارائه می دهد. تقویت کننده های CS با ولتاژ تغذیه ۰٫۳ ولت و مصرف ۱۰ نانووات با پهنای باند ۱ کیلوهرتز برای کاربردهای فوق کم مصرف اینترنت اشیا توسعه یافته اند. فناوری گالیم نیترید بهره ۱۸ دسیبل، پهنای باند ۱۰۰ مگاهرتز و توان خروجی ۲۰ وات را در ولتاژ تغذیه ۵۰۰ ولت امکان پذیر ساخته است. یافته ها نشان می دهد که تقویت کننده ی CS به دلیل امپدانس ورودی فوق العاده بالا تا ۱۰^۱۳ اهم و توان مصرفی ناچیز، برای کاربردهای حسگر و دستگاه های قابل حمل بی رقابت است، اما نیاز به مدیریت اثر میلر، کاهش نویز ۱ بر f و بهینه سازی خطی بودن در سیگنال های بزرگ دارد.

کلیدواژه ها:

سورس مشترک ، تقویت کننده ماسفت ، اثر میلر ، فین فت ، نویز ۱ بر f ، اعوجاج هارمونیک کل ، گالیم نیترید ، ولتاژ تغذیه پایین