场效应管小知识-场效应管高频电路详解

场效应管高频电路

MOS场效应管的高频特性正在逐年提高，它的实用频率已扩展到甚高频乃至超高频段。一般说来，场效应管与双极型晶体管相比，在高频方面具有非线性小，大信号特性良好的特点。

而MOS型场效应管与结型场效应管相比，结型管沟道中多数载流子的迁移率高，而MOS型结构简单，有利于微型化。对单栅型而言，两类场效应管的高频特性可以说没有多大差别，但在结构复杂的级联型方面，MOS型的较为有利，已经出现许多产品，并应用于各个方面。本文叙述MOS场效应管的高频特性，测量方法和放大、振荡、变频、宽频带放大以及其它重要高频电路的设计。

场效应管高频电路：高频MOS场效应管

目前的高频MOS场效应管,大体为分为单栅型和级联复栅型两类。前者因结构简单(参照图2.1(a)便于制造,在gm相当时截止频率较高，但反馈电容较大;后者的结构较为复杂(参照图2.1(b),而反馈电容较小，因有两个控制电极，使得自由度增加，便于调节增益，但截止频率低一些。

高频用的场效应管，为使gm/C1取得大一些，所以沟道应做得很窄，而且为了提高gm，必须增加栅的长度。为此，可采用图2.2所示的蛇形图案，级联栅型的芯片面积尤其要增大一些。这些高频场效应管通常多封装在TO-72的管壳内。典型的管脚接线如图2.3所示。

因为MOS场效应管的栅绝缘膜薄、漏泄电流小，从而栅容易带电。因此，往往因摩擦起电或烙铁漏电，或因其它冲击性的电脉冲而使栅绝缘层破坏。为了防止此种情况发生，可在栅上加保护二极管，这样，栅电压就不会超过某一定值。

特别是用在高频的，多采用增强与耗尽两种模式的动作，所以多使用图2.4那样的背靠背二极管,藉二极管的反向击穿特性起到保护作用。最近,保护二极管与场效应管本体多做在同一芯片上,即以所谓“ 单片型”结构为主。

(1)单栅型MOS场效应管的高频特性

单栅型MOS场效应管的结构可参看图2.5(a)，与源接地和栅接地相对应的等效电路分别如图2.5(b)、(c)所示。为了提高高频特性，可将底座接地。图中虚线以外的“元件”来是由管壳和芯片的引线等形成的，虚线以内的“元件”对应于芯片部份。

直流特性和低频特性

级联型MOS场效应管的直流特性可由两个场效应管直流特性简单合成。亦即，两个场效应管的漏电流相等，总漏电压为两管漏电压之和，并且可认为第二个场效应管实质上是受栅-岛间电压控制的。

因系两管串联，即使一管的栅电压增加，漏电流亦受到另一管的限制，而不能增加(参阅图2.10)。

gm与偏压的关系也可由直流特性导出，有随漏电流的增加而减少的区域(参照图2.11)。

场效应管高频电路：MOS场效应管高频参数的测量

推算MOS场效应管高频参数的方法有两种。一种是利用Y或S参数等四端参数的方法，另一种是由器件参数综合、推算四端参数的方法。

前者严密，但测量复杂。后者测量容易，有时也可预测参数的频率特性以及与偏置的关系，但不够严密。建议用户参照厂家发表的四端常数值，在使用范围内适当增加一些测量。

(1)y参数的测量

作为电路设计方法,普遍采用y参数的方法。特别是由于场效应管的输入阻抗高,容易满足输入输出短路的测量条件,可以说这种设计方法是很恰当的。下述仪器适合于测量Y参数。

(i)通用无线电(General Radio)公司的1607-4型转移函数和导纳阻抗电桥( TI仪)这是利用可调长度同轴线能测量h、g、y和z参数的电桥，曾广泛用于衡量晶体管的好坏，但在1970年就停止了这种电桥的生产。

这种电桥也适于测量场效应管的Y参数，可在25~1500MHz频段，测量0-600mω的转移导纳，0~ 400mω的输入、输出导纳值。测量精确度不高,约0.1~0.05mω,对于较小数值，特别是对低频时的反馈导纳,输入、输出导纳值较小的器件容易产生误差。

(2)s参数的测量

将其特征阻抗Z0通常为正实数的传输线连接在器件的输入端和输出端，所谓s参数或散射参数就是以Z0终端下的功率波之比表示四端特性时的一组参数。此种测量毋需高频下难以实现的开路和短路条件，由于没有或很少有开路与短路条件下往往成问题的元件发生振荡的可能性，近年来，s 参数主要用于微波领域。

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