場效應管小知識-場效應管高頻電路詳解

場效應管高頻電路

MOS場效應管的高頻特性正在逐年提高，它的實用頻率已擴展到甚高頻乃至超高頻段。一般說來，場效應管與雙極型晶體管相比，在高頻方面具有非線性小，大信號特性良好的特點。

而MOS型場效應管與結型場效應管相比，結型管溝道中多數載流子的遷移率高，而MOS型結構簡單，有利于微型化。對單柵型而言，兩類場效應管的高頻特性可以說沒有多大差別，但在結構復雜的級聯型方面，MOS型的較為有利，已經出現許多產品，并應用于各個方面。本文敘述MOS場效應管的高頻特性，測量方法和放大、振蕩、變頻、寬頻帶放大以及其它重要高頻電路的設計。

場效應管高頻電路：高頻MOS場效應管

目前的高頻MOS場效應管,大體為分為單柵型和級聯復柵型兩類。前者因結構簡單(參照圖2.1(a)便于制造,在gm相當時截止頻率較高，但反饋電容較大;后者的結構較為復雜(參照圖2.1(b),而反饋電容較小，因有兩個控制電極，使得自由度增加，便于調節增益，但截止頻率低一些。

高頻用的場效應管，為使gm/C1取得大一些，所以溝道應做得很窄，而且為了提高gm，必須增加柵的長度。為此，可采用圖2.2所示的蛇形圖案，級聯柵型的芯片面積尤其要增大一些。這些高頻場效應管通常多封裝在TO-72的管殼內。典型的管腳接線如圖2.3所示。

因為MOS場效應管的柵絕緣膜薄、漏泄電流小，從而柵容易帶電。因此，往往因摩擦起電或烙鐵漏電，或因其它沖擊性的電脈沖而使柵絕緣層破壞。為了防止此種情況發生，可在柵上加保護二極管，這樣，柵電壓就不會超過某一定值。

特別是用在高頻的，多采用增強與耗盡兩種模式的動作，所以多使用圖2.4那樣的背靠背二極管,藉二極管的反向擊穿特性起到保護作用。最近,保護二極管與場效應管本體多做在同一芯片上,即以所謂“ 單片型”結構為主。

(1)單柵型MOS場效應管的高頻特性

單柵型MOS場效應管的結構可參看圖2.5(a)，與源接地和柵接地相對應的等效電路分別如圖2.5(b)、(c)所示。為了提高高頻特性，可將底座接地。圖中虛線以外的“元件”來是由管殼和芯片的引線等形成的，虛線以內的“元件”對應于芯片部份。

直流特性和低頻特性

級聯型MOS場效應管的直流特性可由兩個場效應管直流特性簡單合成。亦即，兩個場效應管的漏電流相等，總漏電壓為兩管漏電壓之和，并且可認為第二個場效應管實質上是受柵-島間電壓控制的。

因系兩管串聯，即使一管的柵電壓增加，漏電流亦受到另一管的限制，而不能增加(參閱圖2.10)。

gm與偏壓的關系也可由直流特性導出，有隨漏電流的增加而減少的區域(參照圖2.11)。

場效應管高頻電路：MOS場效應管高頻參數的測量

推算MOS場效應管高頻參數的方法有兩種。一種是利用Y或S參數等四端參數的方法，另一種是由器件參數綜合、推算四端參數的方法。

前者嚴密，但測量復雜。后者測量容易，有時也可預測參數的頻率特性以及與偏置的關系，但不夠嚴密。建議用戶參照廠家發表的四端常數值，在使用范圍內適當增加一些測量。

(1)y參數的測量

作為電路設計方法,普遍采用y參數的方法。特別是由于場效應管的輸入阻抗高,容易滿足輸入輸出短路的測量條件,可以說這種設計方法是很恰當的。下述儀器適合于測量Y參數。

(i)通用無線電(General Radio)公司的1607-4型轉移函數和導納阻抗電橋( TI儀)這是利用可調長度同軸線能測量h、g、y和z參數的電橋，曾廣泛用于衡量晶體管的好壞，但在1970年就停止了這種電橋的生產。

這種電橋也適于測量場效應管的Y參數，可在25~1500MHz頻段，測量0-600mω的轉移導納，0~ 400mω的輸入、輸出導納值。測量精確度不高,約0.1~0.05mω,對于較小數值，特別是對低頻時的反饋導納,輸入、輸出導納值較小的器件容易產生誤差。

(2)s參數的測量

將其特征阻抗Z0通常為正實數的傳輸線連接在器件的輸入端和輸出端，所謂s參數或散射參數就是以Z0終端下的功率波之比表示四端特性時的一組參數。此種測量毋需高頻下難以實現的開路和短路條件，由于沒有或很少有開路與短路條件下往往成問題的元件發生振蕩的可能性，近年來，s 參數主要用于微波領域。

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