AMPLIFICADOR FET

AMPLIFICADOR FET

El dispositivo amplificador de ruido más bajo que está ampliamente disponible es el FET de silicio. A diferencia del transistor bipolar, el FET opera controlando el flujo de corriente con un campo eléctrico producido por un voltaje aplicado en la compuerta del dispositivo en lugar de con una corriente base. Por lo tanto, la compuerta prácticamente no atrae corriente, a excepción de las fugas, lo que da al dispositivo una impedancia de entrada extremadamente alta (puede ser mayor que  ohmios). Esto, junto con su bajo nivel de ruido y capacitancia (no más que algunos picofaradios), hace que el FET de silicio sea una opción ideal para el extremo frontal del amplificador receptor de fibra óptica. Sin embargo, las propiedades superiores del FET sobre el transistor bipolar están limitadas por su transconductancia  comparativamente baja (no mejor que 5 milisiemens en comparación con al menos 40 milisiemens para el bipolar).  [pic 1][pic 2]

Se puede mostrar que una cifra de mérito con respecto al rendimiento de ruido del amplificador FET es . Por lo tanto, la ventaja de la alta transconductancia junto con la capacitancia total baja  es evidente. Por otra parte, como  =  + , debe tenerse en cuenta que la cifra de mérito se optimiza cuando  = . Esto requiere que los FET correspondan específicamente a los detectores particulares, un procedimiento que la disponibilidad del dispositivo no permite generalmente en diseño actual del receptor de la fibra óptica. [pic 3][pic 4][pic 5][pic 6][pic 7][pic 8][pic 9]

Como se indicó anteriormente, la ganancia del FET está restringida.  Este es especialmente el caso de los FET de silicio en frecuencias superiores a 25 MHz donde la ganancia actual cae a valores cercanos a la unidad como la transconductancia se fija con una impedancia de entrada decreciente. Por lo tanto, en las frecuencias superiores a 25 MHz, el transistor bipolar es un dispositivo de amplificación más útil.

La siguiente figura muestra la configuración FET de fuente con conexión a tierra que aumenta la impedancia de entrada del dispositivo, especialmente si la resistencia de polarización del amplificador Rba es grande. Una resistencia de polarización grande tiene el efecto de reducir el ruido térmico, pero también aumentará la impedancia de baja frecuencia de la carga del detector que tiende a integrar la señal (es decir, una interfaz de integración de alta impedancia). Por lo tanto, generalmente se requiere compensación a través de la igualación en una etapa posterior.

[pic 10]

Configuración de FET de fuente conectada a tierra para el extremo frontal de un amplificador de receptor de fibra óptica.

MESFET de arseniuro de galio

Aunque los FET de silicio tienen un ancho de banda útil limitado, se han dedicado muchos esfuerzos al desarrollo de FET de microondas de alto rendimiento desde mediados de los años setenta. Estos FET están fabricados con arseniuro de galio y, al ser dispositivos de barrera Schottky se denominan transistores de efecto de campo Schottky de metal de GaAs. Superan la principal desventaja de los FET de silicio en el sentido de que operarán con bajo nivel de ruido y alta ganancia en frecuencias de microondas (GHz). Por lo tanto, en el diseño del receptor de comunicación de fibra óptica presentan una alternativa a los transistores bipolares para la operación de banda ancha.

Por lo tanto, estos dispositivos se han incorporado en diseños de receptores de alto rendimiento que utilizan tanto p-i-n como detectores. En particular, ha habido mucho interés en los circuitos receptores híbridos integrados que utilizan fotodiodos p-i-n con amplificador MESFET de GaAs en los extremos frontales. La integración híbrida de un fotodetector con un preamplificador MESFET de GaAs que tiene baja corriente de fuga, baja capacitancia (menos de 0.5 pF) y alta transconductancia (más de 30 milisiemens) proporciona una estrategia para el diseño del receptor óptico de bajo ruido.

Receptores híbridos PIN-FET

El receptor híbrido p-i-n / FET, o PIN-FET, utiliza un fotodiodo p-i-n de alto rendimiento seguido de un preamplificador de bajo ruido a menudo basado en un GaAs MESFET, el cual se fabrica utilizando tecnología de circuito integrado de película gruesa. Esta integración híbrida en un sustrato de película gruesa reduce la capacitancia parásita a niveles insignificantes, proporcionando una capacitancia de entrada total que es muy baja (por ejemplo, 0,4 pF). Los MESFET empleados tienen una transconductancia de aproximadamente 15 milisiemens en los anchos de banda requeridos (por ejemplo, 40). [pic 11]

Los primeros trabajos en la banda de longitud de onda de 0.8 a 0.9 μm utilizando un detector de silicio p-i-n mostraron que el receptor híbrido PIN-FET tiene una sensibilidad de -45.8 dBm para una BER de  que es solo 4 dB peor que los actuales receptores de RAPD de silicio. El trabajo se extendió posteriormente a la banda de longitud de onda más larga (1,1 a 1,6 μm) utilizando detectores de fotodiodos p-i-n de aleación III-V.[pic 12]

En la siguiente figura se muestra un ejemplo de un receptor front-end híbrido PIN-FET de alta impedancia (integrante) para funcionar a una longitud de onda de 1,3 μm utilizando un fotodiodo InGaAs p-i-n. Este diseño, utilizado por British Telecom, consiste en un preamplificador con un MESFET de GaAs y un transistor bipolar de microondas cascode, seguido de un buffer de salida de emisor seguidor. El circuito cascodo se elige para garantizar que se obtenga una ganancia suficiente de la primera etapa para obtener una ganancia global de 18 dB. Como el extremo frontal de alta impedancia integra efectivamente la señal, se necesita el siguiente ecualizador digital.

...