場(chǎng)效應管小知識-場(chǎng)效應管高頻電路分析-KIA MOS管

場(chǎng)效應管高頻電路

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

而MOS型場(chǎng)效應管與結型場(chǎng)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(jiǎn)單，有利于微型化。對單柵型而言，兩類(lèi)場(chǎng)效應管的高頻特性可以說(shuō)沒(méi)有多大差別，但在結構復雜的級聯(lián)型方面，MOS型的較為有利，已經(jīng)出現許多產(chǎn)品，并應用于各個(gè)方面。本文敘述MOS場(chǎng)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(chǎng)效應管高頻電路：高頻MOS場(chǎng)效應管

目前的高頻MOS場(chǎng)效應管,大體為分為單柵型和級聯(lián)復柵型兩類(lèi)。前者因結構簡(jiǎn)單(參照圖2.1(a)便于制造,在gm相當時(shí)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(gè)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。

場(chǎng)效應管高頻電路

高頻用的場(chǎng)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(cháng)度。為此，可采用圖2.2所示的蛇形圖案，級聯(lián)柵型的芯片面積尤其要增大一些。這些高頻場(chǎng)效應管通常多封裝在TO-72的管殼內。典型的管腳接線(xiàn)如圖2.3所示。

場(chǎng)效應管高頻電路

因為MOS場(chǎng)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(fā)生，可在柵上加保護二極管，這樣，柵電壓就不會(huì )超過(guò)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(dòng)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(chǎng)效應管本體多做在同一芯片上,即以所謂“ 單片型”結構為主。

場(chǎng)效應管高頻電路

(1)單柵型MOS場(chǎng)效應管的高頻特性

單柵型MOS場(chǎng)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(xiàn)以外的“元件”來(lái)是由管殼和芯片的引線(xiàn)等形成的，虛線(xiàn)以?xún)鹊摹霸睂?/span>于芯片部份。

場(chǎng)效應管高頻電路

直流特性和低頻特性

級聯(lián)型MOS場(chǎng)效應管的直流特性可由兩個(gè)場(chǎng)效應管直流特性簡(jiǎn)單合成。亦即，兩個(gè)場(chǎng)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(gè)場(chǎng)效應管實(shí)質(zhì)上是受柵-島間電壓控制的。

因系兩管串聯(lián)，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)。

場(chǎng)效應管高頻電路

gm與偏壓的關(guān)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(chǎng)效應管高頻電路

場(chǎng)效應管高頻電路：MOS場(chǎng)效應管高頻參數的測量

推算MOS場(chǎng)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(shí)也可預測參數的頻率特性以及與偏置的關(guān)系，但不夠嚴密。建議用戶(hù)參照廠(chǎng)家發(fā)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(chǎng)效應管的輸入阻抗高,容易滿(mǎn)足輸入輸出短路的測量條件,可以說(shuō)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(wú)線(xiàn)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(cháng)度同軸線(xiàn)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(chǎn)。

這種電橋也適于測量場(chǎng)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(shí)的反饋導納,輸入、輸出導納值較小的器件容易產(chǎn)生誤差。

(2)s參數的測量

將其特征阻抗Z0通常為正實(shí)數的傳輸線(xiàn)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(shí)的一組參數。此種測量毋需高頻下難以實(shí)現的開(kāi)路和短路條件，由于沒(méi)有或很少有開(kāi)路與短路條件下往往成問(wèn)題的元件發(fā)生振蕩的可能性，近年來(lái)，s 參數主要用于微波領(lǐng)域。