Caractérisation et modélisation électrothermique non linéaire de transistors à effet de champ GaN pour l'amplification de puissance micro-onde PDF Download
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Author: Christophe Charbonniaud
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Languages : fr
Pages : 191
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Book Description
L’objectif de cette étude est d’évaluer les potentialités des transistors HEMTs AlGaN/GaN pour l’amplification de puissance aux fréquences micro-ondes, à l’aide d’un banc de mesures I(V) et paramètres [S] en régime impulsionnel, et de proposer un modèle précis de ce type de transistors facilement implémentable dans les logiciels de C.A.O. des circuits. Après un passage en revue des différentes technologies disponibles sur le marché pour l’amplification de puissance, les transistors HEMTs grand gap à base de Nitrures de Gallium apparaissent comme des candidats naturels pour ces applications (Figures de mérites de Johnson, ...). Cependant, ces transistors plus que prometteurs ne sont pas exempts de défauts. En effet, plusieurs phénomènes limitatifs inhérents à la technologie GaN, à savoir l’auto-échauffement et les effets des pièges, doivent être pris en compte lors de la conception des circuits micro-ondes. Une étude de ces différents effets limitatifs en terme de puissance est effectuée. Enfin, un modèle non-linéaire électrothermique d’un transistor HEMT 8x125 μm est présenté, et validé à l’aide de deux banc de mesures fonctionnelles (banc Load-Pull et banc LSNA).
Author: Christophe Charbonniaud
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Languages : fr
Pages : 191
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L’objectif de cette étude est d’évaluer les potentialités des transistors HEMTs AlGaN/GaN pour l’amplification de puissance aux fréquences micro-ondes, à l’aide d’un banc de mesures I(V) et paramètres [S] en régime impulsionnel, et de proposer un modèle précis de ce type de transistors facilement implémentable dans les logiciels de C.A.O. des circuits. Après un passage en revue des différentes technologies disponibles sur le marché pour l’amplification de puissance, les transistors HEMTs grand gap à base de Nitrures de Gallium apparaissent comme des candidats naturels pour ces applications (Figures de mérites de Johnson, ...). Cependant, ces transistors plus que prometteurs ne sont pas exempts de défauts. En effet, plusieurs phénomènes limitatifs inhérents à la technologie GaN, à savoir l’auto-échauffement et les effets des pièges, doivent être pris en compte lors de la conception des circuits micro-ondes. Une étude de ces différents effets limitatifs en terme de puissance est effectuée. Enfin, un modèle non-linéaire électrothermique d’un transistor HEMT 8x125 μm est présenté, et validé à l’aide de deux banc de mesures fonctionnelles (banc Load-Pull et banc LSNA).
Author: Guillaume Callet
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Languages : fr
Pages : 190
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Ce document traite de la caractérisation de composants HEMT à base de GaN en vue de leur modélisation. Une caractérisation exhaustive des transistors à base d’InalN/GaN et AlGaN/GaN est réalisée. Une importance particulière est donnée aux méthodes de caractérisation thermique, avec l’utilisation de la méthode 3ω pour la mesure de l’impédance thermique. Une étude des facteur d’échelle du modèle linéaire est également abordée. Le modèle non-linéaire présenté est développé afin d’élargir son champ d’application à l’amplification de puissance et à la commutation. Enfin, il est utilisé pour la réalisation du premier amplificateur de puissance utilisant la technologie InAlN en bande Ka.
Author: Marc Zoyo
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Languages : fr
Pages : 233
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L'OBJECTIF DE CE TRAVAIL A ETE DE DETERMINER UNE METHODOLOGIE DE CONCEPTION ORIGINALE ET SYSTEMATIQUE D'AMPLIFICATEURS HYPERFREQUENCES DE PUISSANCE A TRES HAUT RENDEMENT, EN TECHNOLOGIE HYBRIDE ET CE POUR DES APPLICATIONS SPATIALES. LA PREMIERE PARTIE CONSTITUE UNE INTRODUCTION DETAILLANT LES DIVERS PHENOMENES RELATIFS A L'AMPLIFICATION DE PUISSANCE DANS LE DOMAINE DES HYPERFREQUENCES. UN EXEMPLE PARTICULIER DU FONCTIONNEMENT A FORT RENDEMENT, APPELE LA CLASSE F, EST EXPLICITE. LA DEUXIEME PARTIE TRAITE DE LA CARACTERISATION ET DE LA MODELISATION DE DIFFERENTS TYPES DE TRANSISTORS A EFFET DE CHAMP DE PUISSANCE. IL EST AINSI PROPOSE UNE NOUVELLE APPROCHE DE LA CARACTERISATION, BASEE SUR DES TRANSFORMATIONS LARGE BANDE D'IMPEDANCES, AFIN D'EXTRAIRE DES MODELES ELECTRIQUES EQUIVALENTS EN REGIMES LINEAIRE ET NON-LINEAIRE. LA TROISIEME PARTIE CONCERNE LA CONCEPTION ET LA REALISATION D'AMPLIFICATEURS HYBRIDES DE PUISSANCE A FORT RENDEMENT FONCTIONNANT EN BANDE X (8,2GHZ) ET CONSTITUES DE TRANSISTORS A EFFET DE CHAMP A HETEROSTRUCTURE (HFET). DES CORRELATIONS ENTRE LES RESULTATS EXPERIMENTAUX ET CEUX PREDITS PAR LES SIMULATIONS ONT PERMIS DE MONTRER UNE BONNE ADEQUATION. L'INFLUENCE DES CHARGES PRESENTEES AUX DEUX PREMIERS HARMONIQUES DU SIGNAL APPLIQUE SUR LE COMPORTEMENT DU HFET DE PUISSANCE EST ETUDIEE ET DISCUTEE. DANS LA DERNIERE PARTIE, LA PROCEDURE DE CONCEPTION DE CE TYPE D'AMPLIFICATEUR EST VALIDEE A L'AIDE DE DIVERSES APPLICATIONS TELS QUE DES AMPLIFICATEURS DE PUISSANCE FONCTIONNANT EN BANDE X OU EN BANDE S, A BASE DE TRANSISTORS PSEUDOMORPHIQUES A HAUTE MOBILITE ELECTRONIQUE (PHEMT)
Author: Flavie Elmazova
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Languages : fr
Pages : 158
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Les travaux de cette thèse concernent l’étude de l’amplification de puissance micro-onde en technologie GaN. Un descriptif succinct des principales propriétés de ce matériau est réalisé afin de justifier le choix d’un tel candidat pour les applications de puissance hyperfréquences. L’étape suivante était de caractériser et extraire le modèle non-linéaire d’un transistor GaN. Ce modèle a servi de cellule de base pour la simulation d’un amplificateur et d’un modulateur de polarisation. L’association de ces deux fonctions nous a permis d’appliquer et d’étudier le principe de suivi d’enveloppe en bande L et de montrer des tendances importantes. Dans un second temps, une validation expérimentale en bande S a été faite en utilisant un amplificateur réalisé et un système de mesure de laboratoire. L’amélioration du rendement de l’amplificateur RF par cette technique est constatée et la linéarisation est nécessaire afin d’améliorer la linéarité.
Author: Cyril Lagarde
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Languages : fr
Pages : 220
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L’avènement des technologies de transistors de puissance sur matériaux "grand gap" tels que le Nitrure de Gallium (GaN) permet d’envisager un saut technologique majeur pour la génération de puissance à l’état solide. Cette nouvelle technologie présente des possibilités intéressantes pour des amplificateurs de puissance micro-ondes, en termes de température de fonctionnement élevée, de densités de puissance élevées et de tensions de claquage élevées. Dans une première partie, ce travail concerne le développement d'un nouveau modèle non linéaire électrothermique tabulaire comprenant les effets de pièges sur un transistor HEMT AlGaN/GaN. Ce modèle a été alors utilisé, dans la deuxième partie de cette thèse, pour concevoir un amplificateur de puissance basé sur le principe Doherty. Cependant les contraintes de linéarité et de rendement imposées dans les communications spatiales constituent, encore à l’heure actuelle, un obstacle à l’utilisation de ces technologies. Afin de traiter ces contraintes, nous avons proposé et conçu un nouvel amplificateur Doherty ayant une architecture symétrique basée sur trois transistors HEMTs GaN. Les résultats expérimentaux ont montré des possibilités intéressantes de cette nouvelle structure Doherty en termes de rendement et de linéarité.
Author: Tony Gasseling
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Languages : fr
Pages : 229
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Le travail présenté dans ce mémoire propose une contribution à la conception optimisée d'amplificateurs de puissance par l'utilisation de plusieurs caractérisations fonctionnelles. Celles ci sont réalisées aux premiers stades de la conception, au niveau du transistor en environnement source et load pull. Il est ainsi montré qu'un banc load pull fonctionnant en mode pulsé permet de participer à la validation des technologies utilisées pour la génération de fortes puissances aux fréquences microondes (Bande S). Cette étape permet également de valider fortement les modèles non linéaires électrothermiques des transistors développés à cet effet. Dans le domaine millimétrique, l'amplification de puissance sous contrainte de rendement et de linéarité est à l'heure actuelle un des points critiques du fait des faibles réserves de gain proposées. Dans ce contexte, le développement d'un banc source et load pull actif fonctionnant en bande K et permettant de déterminer les conditions optimales de polarisation et d'adaptation pour l'obtention du meilleur compromis rendement/linéarité se révèle être de première importance pour la conception optimisée d'amplificateur. Enfin, une nouvelle technique de caractérisation dédiée à l'extraction des quatre paramètres S à chaud en environnement load pull est proposée. Une application de cette nouvelle caractérisation a ainsi permis de prédire les oscillations paramétriques hors bande pouvant apparaître en fonction des conditions opératoires lorsque le transistor fonctionne en régime fort signal
Author: Zineb Ouarch
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Languages : fr
Pages : 203
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LES TRANSITORS HYPERFREQUENCES A EFFET DE CHAMP SUR ASGA SONT SUJETS A DES COMPORTEMENTS TRANSITOIRES LENTS DUS AUX EFFETS THERMIQUES ET AUX EFFETS DE PIEGES. APRES UNE DESCRIPTION DE LA NATURE PHYSIQUE DE CES PHENOMENES, UNE METHODE DE CARACTERISATION BASEE SUR DES MESURES EN IMPULSIONS EST PROPOSEE. CETTE APPROCHE EXPERIMENTALE SEPARE LES EFFETS DE PIEGES DES EFFETS THERMIQUES ; UNE MODELISATION DES EFFETS A DYNAMIQUES LENTES EST ETABLIE A PARTIR DES MESURES. LE MODELE NON LINEAIRE ELECTROTHERMIQUE DECRIT EST UTILISABLE DANS LES SIMULATEURS DE CIRCUITS COMMERCIAUX AVEC LES ALGORITHMES TEMPORELS, D'EQUILIBRAGE HARMONIQUE ET DE TRANSITOIRE D'ENVELOPPE. LES RESULTATS DE CE MODELE, COMPARES AVEC DES MESURES GRAND SIGNAUX, DEMONTRENT SA PRECISION ET SON TRES LARGE DOMAINE D'UTILISATION. DES RESULTATS DE SIMULATION ORIGINAUX SONT PROPOSES POUR DES TRANSITORS SOUMIS A DES TRAINS D'IMPULSIONS. LA PRISE EN COMPTE DES TRANSITOIRES LENTS DES TRANSITORS DES LA PHASE DE CONCEPTION DES CIRCUITS ASSOCIEE A L'UTILISATION D'UN MODELE UNIQUE POUR TOUTES LES CLASSES DE FONCTIONNEMENT APPORTENT DE NOUVEAUX MOYENS ET UNE PRECISION ACCRUE A LA CAO DES CIRCUITS.
Author: Jean-Luc Muraro
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Languages : fr
Pages : 194
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CE MEMOIRE DE THESE TRAITE DE LA FIABILITE DES CIRCUITS INTEGRES MONOLITHIQUES EN ARSENIURE DE GALLIUM POUR L'AMPLIFICATION DE PUISSANCE MICRO-ONDES A BORD DES SATELLITES DE TELECOMMUNICATIONS ET D'OBSERVATION. L'OBJECTIF DE CE TRAVAIL EST DE DETERMINER DES REGLES DE REDUCTION DES CONTRAINTES (EN TERMES DE TEMPERATURE, COURANT, TENSION, PUISSANCE) APPLIQUEES AUX CIRCUITS MICRO-ONDES. LA PREMIERE PARTIE ENONCE LES NOTIONS FONDAMENTALES DE LA FIABILITE DES COMPOSANTS EN ARSENIURE DE GALLIUM SUIVIS D'UNE SYNTHESE DES PRINCIPAUX MECANISMES DE DEFAILLANCES DES TRANSISTORS A EFFET DE CHAMP EN ARSENIURE DE GALLIUM. LE SECOND CHAPITRE PROPOSE UNE METHODOLOGIE PERMETTANT L'EVALUATION DE LA FIABILITE DES CIRCUITS INTEGRES A SEMI CONDUCTEUR BASEE SUR LA DEFINITION DES VEHICULES DE TEST ET SUR LA MISE EN UVRE D'ESSAIS DE FIABILITE APPROPRIES. A PARTIR DES RESULTATS OBTENUS LORS DES ESSAIS DE STOCKAGE A HAUTE TEMPERATURE ET DE VIEILLISSEMENT SOUS CONTRAINTES ELECTRIQUES STATIQUES, LA FIABILITE DE LA TECHNOLOGIE EST EVALUEE. CETTE PARTIE FAIT L'OBJET DU TROISIEME CHAPITRE. NOUS VALIDONS DANS LE QUATRIEME CHAPITRE L'APPLICATION CONSIDEREE (L'AMPLIFICATION DE PUISSANCE EN BANDE X) AU TRAVERS D'ESSAIS DE VIEILLISSEMENT SOUS CONTRAINTES ELECTRIQUES DYNAMIQUES. LE MECANISME DE DEGRADATION ACTIVE LORS DU FONCTIONNEMENT DU TRANSISTOR EN AMPLIFICATION DE PUISSANCE EST DU A LA MULTIPLICATION DES PORTEURS PAR IONISATION PAR IMPACT. A PARTIR DE CETTE ANALYSE, UNE METHODOLOGIE ALLIANT LA SIMULATION ELECTRIQUE NON-LINEAIRE AVEC DES ESSAIS DE VIEILLISSEMENT ACCELERE DE COURTE DUREE EST DEGAGEE. CETTE METHODOLOGIE PERMET D'EVALUER LA FIABILITE DES TRANSISTORS DE PUISSANCE EN ARSENIURE DE GALLIUM DES LE STADE DE LA CONCEPTION DES EQUIPEMENTS
Author: Alex Lidow
Publisher: John Wiley & Sons
ISBN: 1118844785
Category : Science
Languages : en
Pages : 266
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Book Description
Gallium nitride (GaN) is an emerging technology that promises to displace silicon MOSFETs in the next generation of power transistors. As silicon approaches its performance limits, GaN devices offer superior conductivity and switching characteristics, allowing designers to greatly reduce system power losses, size, weight, and cost. This timely second edition has been substantially expanded to keep students and practicing power conversion engineers ahead of the learning curve in GaN technology advancements. Acknowledging that GaN transistors are not one-to-one replacements for the current MOSFET technology, this book serves as a practical guide for understanding basic GaN transistor construction, characteristics, and applications. Included are discussions on the fundamental physics of these power semiconductors, layout and other circuit design considerations, as well as specific application examples demonstrating design techniques when employing GaN devices. With higher-frequency switching capabilities, GaN devices offer the chance to increase efficiency in existing applications such as DC–DC conversion, while opening possibilities for new applications including wireless power transfer and envelope tracking. This book is an essential learning tool and reference guide to enable power conversion engineers to design energy-efficient, smaller and more cost-effective products using GaN transistors. Key features: Written by leaders in the power semiconductor field and industry pioneers in GaN power transistor technology and applications. Contains useful discussions on device–circuit interactions, which are highly valuable since the new and high performance GaN power transistors require thoughtfully designed drive/control circuits in order to fully achieve their performance potential. Features practical guidance on formulating specific circuit designs when constructing power conversion systems using GaN transistors – see companion website for further details. A valuable learning resource for professional engineers and systems designers needing to fully understand new devices as well as electrical engineering students.
Author: Thierry Peyretaillade
Publisher:
ISBN:
Category :
Languages : fr
Pages : 217
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Book Description
CE TRAVAIL, PROPOSE PAR LE C.N.E.S., RENTRE DANS LE CONTEXTE D'UNE ACTION R&D DESTINEE A DEMONTRER LES POTENTIALITES OFFERTES PAR LE TBH. DANS LE BUT DE CONCEVOIR DES AMPLIFICATEURS DE PUISSANCE A HAUT RENDEMENT EN TECHNOLOGIE M.M.I.C., UN MODELE NON LINEAIRE ELECTROTHERMIQUE DU TBH A ETE DEVELOPPE. LA DETERMINATION DE CE MODELE REPOSE SUR UNE CARACTERISATION IMPULSIONNELLE DU TRANSISTOR PERMETTANT D'OBTENIR LES EVOLUTIONS NON LINEAIRES DE SES CARACTERISTIQUES ELECTRIQUES EN FONCTION DE LA TEMPERATURE DE JONCTION. UN MODELE NON LINEAIRE ELECTROTHERMIQUE DE TBH TENANT COMPTE DES EFFETS NON QUASI STATIQUES DU TRANSISTOR A ETE DETERMINE. APRES UNE VALIDATION DU MODELE SUR DIFFERENTS ECHANTILLONS ET SUR LA CONCEPTION D'UN AMPLIFICATEUR DE PUISSANCE A HAUT RENDEMENT DE TYPE CLASSE F EN BANDE S, NOUS AVONS ETUDIE LE PHENOMENE D'INSTABILITE THERMIQUE (EFFET CRUNCH) APPARAISSANT DANS LES TRANSISTORS MULTIDOIGTS. FINALEMENT, LA CONCEPTION NON LINEAIRE D'AMPLIFICATEURS DE PUISSANCE A HAUT RENDEMENT EN BANDE X EST ETUDIEE. CETTE ETUDE A ETE INTEGRALEMENT CONDUITE A PARTIR DE L'UTILISATION CONJOINTE DU MODELE NON LINEAIRE ET DES LOGICIELS DE C.A.O. LA QUALITE DES RESULTATS OBTENUS DES LA PREMIERE FABRICATION, VALIDE LE MODELE DEVELOPPE ET TEMOIGNE DE L'EFFICACITE DE LA METHODOLOGIE DE CONCEPTION EMPLOYEE.
