場效應(yīng)管高頻電路
MOS場效應(yīng)管的高頻特性正在逐年提高，它的實(shí)用頻率已擴(kuò)展到甚高頻乃至超高頻段。一般說來，場效應(yīng)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(diǎn)。
而MOS型場效應(yīng)管與結(jié)型場效應(yīng)管相比，結(jié)型管溝道中多數(shù)載流子的遷移率高，而MOS型結(jié)構(gòu)簡單，有利于微型化。對單柵型而言，兩類場效應(yīng)管的高頻特性可以說沒有多大差別，但在結(jié)構(gòu)復(fù)雜的級聯(lián)型方面，MOS型的較為有利，已經(jīng)出現(xiàn)許多產(chǎn)品，并應(yīng)用于各個方面。本文敘述MOS場效應(yīng)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(shè)計(jì)。
場效應(yīng)管高頻電路：高頻MOS場效應(yīng)管
目前的高頻MOS場效應(yīng)管,大體為分為單柵型和級聯(lián)復(fù)柵型兩類。前者因結(jié)構(gòu)簡單(參照圖2.1(a)便于制造,在gm相當(dāng)時截止頻率較高，但反饋電容較大;后者的結(jié)構(gòu)較為復(fù)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(diào)節(jié)增益，但截止頻率低一些。
高頻用的場效應(yīng)管，為使gm/C1取得大一些，所以溝道應(yīng)做得很窄，而且為了提高gm，必須增加?xùn)诺拈L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。這些高頻場效應(yīng)管通常多封裝在TO-72的管殼內(nèi)。典型的管腳接線如圖2.3所示。
因?yàn)镸OS場效應(yīng)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(hù)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(qiáng)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(hù)作用。最近,保護(hù)二極管與場效應(yīng)管本體多做在同一芯片上,即以所謂“ 單片型”結(jié)構(gòu)為主。
(1)單柵型MOS場效應(yīng)管的高頻特性
單柵型MOS場效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)可參看圖2.5(a)，與源接地和柵接地相對應(yīng)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(nèi)的“元件”對應(yīng)于芯片部份。
直流特性和低頻特性
級聯(lián)型MOS場效應(yīng)管的直流特性可由兩個場效應(yīng)管直流特性簡單合成。亦即，兩個場效應(yīng)管的漏電流相等，總漏電壓為兩管漏電壓之和，并且可認(rèn)為第二個場效應(yīng)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)。
gm與偏壓的關(guān)系也可由直流特性導(dǎo)出，有隨漏電流的增加而減少的區(qū)域(參照圖2.11)。
場效應(yīng)管高頻電路：MOS場效應(yīng)管高頻參數(shù)的測量
推算MOS場效應(yīng)管高頻參數(shù)的方法有兩種。一種是利用Y或S參數(shù)等四端參數(shù)的方法，另一種是由器件參數(shù)綜合、推算四端參數(shù)的方法。
前者嚴(yán)密，但測量復(fù)雜。后者測量容易，有時也可預(yù)測參數(shù)的頻率特性以及與偏置的關(guān)系，但不夠嚴(yán)密。建議用戶參照廠家發(fā)表的四端常數(shù)值，在使用范圍內(nèi)適當(dāng)增加一些測量。
(1)y參數(shù)的測量
作為電路設(shè)計(jì)方法,普遍采用y參數(shù)的方法。特別是由于場效應(yīng)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(shè)計(jì)方法是很恰當(dāng)?shù)摹Ｏ率鰞x器適合于測量Y參數(shù)。
(i)通用無線電(General Radio)公司的1607-4型轉(zhuǎn)移函數(shù)和導(dǎo)納阻抗電橋( TI儀)這是利用可調(diào)長度同軸線能測量h、g、y和z參數(shù)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效應(yīng)管的Y參數(shù)，可在25~1500MHz頻段，測量0-600mω的轉(zhuǎn)移導(dǎo)納，0~ 400mω的輸入、輸出導(dǎo)納值。測量精確度不高,約0.1~0.05mω,對于較小數(shù)值，特別是對低頻時的反饋導(dǎo)納,輸入、輸出導(dǎo)納值較小的器件容易產(chǎn)生誤差。
(2)s參數(shù)的測量
將其特征阻抗Z0通常為正實(shí)數(shù)的傳輸線連接在器件的輸入端和輸出端，所謂s參數(shù)或散射參數(shù)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(shù)。此種測量毋需高頻下難以實(shí)現(xiàn)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(fā)生振蕩的可能性，近年來，s 參數(shù)主要用于微波領(lǐng)域。
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