中心議題：

• D類MOSFET的開關特性
• D類MOSFET在射頻功放中的應用
• D類MOSFET器件的維護和存儲

隨著微電子技術的發展，MOS管在電子與通信工程領域的應用越來越廣泛。特別是在大功率全固態廣播發射機的射頻功率放大器中，利用MOS管guan的de開kai關guan特te性xing，可ke使shi整zheng個ge射she頻pin功gong率lv放fang大da器qi工gong作zuo在zai開kai關guan狀zhuang態tai，從cong而er提ti高gao整zheng機ji效xiao率lv，改gai善shan技ji術shu性xing能neng，同tong時shi使shi發fa射she機ji的de射she頻pin功gong率lv放fang大da器qi處chu於yu低di電dian壓ya範fan圍wei
，有you利li於yu設she備bei的de穩wen定ding運yun行xing。本ben文wen對duiD類MOS管在廣播發射機射頻功放電路中的應用進行了探討。

1 MOSFET的開關特性 　
　
MOSFET是金屬氧化物半導體場效應晶體管(Metal Semiconductor Field Effect Transistor)的簡稱，或稱為MOS場效應管，它是有別於結型場效應管的絕緣柵型場效應管。絕緣柵場效應管分為兩種類型：一種是耗盡型場效應管，一種是增強型場效應管。場效應管一般有三個電極，即柵極(G)
、漏極(D)和源極(S)。若其柵源電壓為VGS
，則當VGS≤0時，就可能產生漏源電流ID的絕緣柵場效應管
，即為耗盡型場效應管。而在VGS>O的情況下才能產生漏源電流ID的絕緣柵場效應管為增強型場效應管。一般使用的射頻功率場效應管都是增強型MOS管
，因而隻需提供正向偏壓即可使器件工作。

圖1所示是增強型絕緣柵場效應管的結構原理。圖1中，襯底與源極相連，令VGS≤0或為很小的正電壓
，即使VDS為正電壓，由於漏極和襯底之間的PN結為反向偏置或絕緣層和襯底界麵上感應的少量電子被P型襯底中的大量空穴所中和，故可使得ID=0或ID≈0。當VGS超過開啟電壓VT時，強電場就會積累較多的電子，因而在襯底的表麵感應出一個N型層，稱為導電溝道或者反型層。由於感應出的反型層與漏源之間的N區沒有PN結勢壘
，故有良好的接觸，這樣就產生了ID，即增強型場效應管導電的基本要求是：VGS≥VT。

圖1 增強型絕緣柵場效應管的結構原理

圖2所示是N溝道增強型絕緣柵場效應管的特性曲線和表示符號。圖2(a)為輸出特性曲線族，表明了柵極的控製作用以及不同柵極電壓下，漏極電流與漏極電壓之間的關係。在非飽和區(I)，也稱為變阻區，漏極電流ID隨VDS的變化近似於線性變化
；而在飽和區(Ⅱ)，又稱為放大區，器件具有放大作用。漏極電流ID幾乎不隨VDS變化。但當VGS增大時
，由於溝道電阻減小
，其飽和電流值也相應增大
，所以，飽和區為MOSFET的線性放大區；在截止區(Ⅲ)，VGS<VT，漏極電流ID=0
；在擊穿區(Ⅳ)
，即當VDS增大到足以使漏區與襯底間的PN結引發雪崩擊穿時，ID迅速增大。圖2(b)為MOSFET的轉移特性。圖2(c)為其表示符號。

圖2  N溝道增強型絕緣柵場效應管的特性曲線和表示符號[page]

實際上
，可以將MOS管的漏極D和源極S當作一個受柵極電壓控製的開關來使用：當VGS>VT時，漏極D與源極S之間相當於連接了一個小阻值的電阻，這相當於開關閉合；當VGS<VT時，漏極D與源極S之間為反向PN結所隔開，此時相當於開關斷開。

由於MOSFET是shi電dian壓ya控kong製zhi器qi件jian，具ju有you很hen高gao的de輸shu入ru阻zu抗kang，因yin此ci驅qu動dong功gong率lv小xiao，而er且qie驅qu動dong電dian路lu簡jian單dan。同tong時shi，輸shu入ru電dian路lu的de功gong耗hao可ke大da大da減jian小xiao，有you助zhu於yu控kong製zhi並bing實shi現xian最zui大da功gong率lv。場chang效xiao應ying管guan是shi多duo數shu載zai流liu子zi導dao電dian，不bu存cun在zai少shao數shu載zai流liu子zi的de存cun儲chu效xiao應ying
，適shi宜yi於yu在zai環huan境jing條tiao件jian變bian化hua比bi較jiao劇ju烈lie的de情qing況kuang下xia。另ling外wai，它ta還hai具ju有you較jiao高gao的de開kai啟qi電dian壓ya(即閾值電壓)，因此具有較高的噪聲容限和抗幹擾能力。MOSFET通(tong)常(chang)由(you)於(yu)具(ju)有(you)較(jiao)寬(kuan)的(de)安(an)全(quan)工(gong)作(zuo)區(qu)而(er)不(bu)會(hui)產(chan)生(sheng)熱(re)點(dian)和(he)二(er)次(ci)擊(ji)穿(chuan)。由(you)於(yu)該(gai)器(qi)件(jian)有(you)一(yi)個(ge)零(ling)溫(wen)度(du)係(xi)數(shu)的(de)工(gong)作(zuo)點(dian)
，即(ji)當(dang)柵(zha)極(ji)電(dian)壓(ya)在(zai)某(mou)一(yi)合(he)適(shi)的(de)數(shu)值(zhi)時(shi)，ID不受溫度變化的影響，因而具有很好的熱穩定性。

2 D類MOSFET在射頻功放中的應用 　　

現以美國哈裏斯(HARRIS)公司研發的數字化調幅(DIGITAL AMPLITUDE MODULATION)發射機為例，來說明D類MOSFET在射頻功放中的應用。

數(shu)字(zi)調(tiao)幅(fu)就(jiu)是(shi)將(jiang)控(kong)製(zhi)載(zai)波(bo)電(dian)平(ping)和(he)音(yin)頻(pin)調(tiao)製(zhi)的(de)模(mo)擬(ni)信(xin)號(hao)首(shou)先(xian)轉(zhuan)換(huan)成(cheng)數(shu)字(zi)信(xin)號(hao)，再(zai)經(jing)過(guo)編(bian)碼(ma)變(bian)成(cheng)控(kong)製(zhi)射(she)頻(pin)功(gong)放(fang)模(mo)塊(kuai)開(kai)通(tong)和(he)關(guan)斷(duan)的(de)控(kong)製(zhi)信(xin)號(hao)，通(tong)過(guo)控(kong)製(zhi)相(xiang)應(ying)數(shu)目(mu)的(de)射(she)頻(pin)功(gong)放(fang)模(mo)塊(kuai)的(de)開(kai)通(tong)或(huo)者(zhe)關(guan)斷(duan)數(shu)量(liang)來(lai)實(shi)現(xian)調(tiao)幅(fu)。DAM發射機取消了傳統的高電平音頻功放
，而且所有的射頻功率放大器均工作於D類開關狀態，故其整機效率明顯高於其它製式的發射機，典型效率可達到86％。圖3所示為DX一200型DAM發射機的射頻功率放大器模塊的原理方框圖。

圖3  射頻功率放大器模塊的原理方框圖

DX一200型DAM發射機射頻功放模塊中使用的MOS管型號為IRFP360，它們都工作於D類開關狀態，即在射頻周期的半個周期飽和導通，相當於開關閉合；而在另半個周期截止
，相當於開關斷開。每個功放模塊共使用八隻MOS管
，被接成橋式組態。來自調製編碼器的信號可用來控製射頻功放模塊的接通／關斷。每兩個MOS管組成一個開關。電路有四個由MOS管組成的開關。其中
，Q1／Q3與Q6／Q8的射頻激勵信號相位相同
，圖3中標示為0°；Q2／Q4和Q5／Q7的射頻激勵信號同相位，圖3中標示為180°。可見，橋式組態的MOS管為交替導通狀態
，並且其交替頻率就是射頻激勵信號的頻率
，即發射機的載波頻率。

2．1 全橋組態工作原理 　　
圖4所示為射頻放大器的全橋組態，即四對MOSguanyongzuokaiguan。shepinjilixinhaodexiangweiqingkuangshidangshepingongfangmokuaijietongshi
，zhexiekaiguanzhongzhiyoulianggekeyizuheqilai。bingqie，zaijilixinhaodezhengbanzhou，biaoshiwei0°的MOS管處於正半周，標示為180°的MOS管處於負半周。

圖4 射頻功放全橋組態的工作原理

在射頻周期的負半周
，Ql／Q3和Q6／Q8處於截止狀態，相當於開關斷開；Q2／Q4和QS／Q7則是飽和導通的，相當於開關接通。Q2／Q4和QS／Q7串聯導通電源電壓為+V，若忽略MOS管的飽和壓降，+V將全部降落在合成變壓器上。在射頻周期的正半周
，Q1／Q3和Q6／Q8處於導通狀態，Q2／Q4和QS／Q7為截止狀態。Ql／Q3和Q6／Q8串聯導通電源電壓+V，+V全部降落在合成變壓器上。由圖4可見，合成變壓器初級電壓方波輸出相差180°，說明輸出電壓的峰峰值為+2V。MOS開kai關guan的de作zuo用yong就jiu是shi有you效xiao地di將jiang整zheng個ge電dian源yuan電dian壓ya跨kua接jie在zai合he成cheng變bian壓ya器qi的de初chu級ji繞rao組zu上shang，在zai射she頻pin激ji勵li信xin號hao的de每mei半ban個ge周zhou期qi是shi反fan相xiang的de。作zuo為wei全quan橋qiao組zu態tai，輸shu出chu就jiu是shi兩liang倍bei電dian源yuan電dian壓ya的de射she頻pin輸shu出chu。為wei了le防fang止zhi直zhi流liu電dian壓ya通tong過guo變bian壓ya器qi的de繞rao組zu通tong地di
，應ying在zai每mei部bu分fen的de射she頻pin輸shu出chu都dou串chuan聯lian有you隔ge直zhi電dian容rongC。
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2．2 半橋組態工作原理 　　
以Q1／Q3和QS／Q7的工作情況為例，其工作原理如圖5所示。

圖5  半橋組態工作原理

在射頻功放模塊的設計中
，兩個半橋式組態采用單獨的電源和射頻激勵輸入，這樣可以使每個放大器兩個半橋獨立地進行工作。如將Q1／Q3源極和QS／Q7的漏極接在一起，射頻輸出從0V到+V，則ze可ke保bao證zheng當dang一yi個ge全quan橋qiao組zu態tai的de射she頻pin功gong放fang模mo塊kuai在zai任ren何he一yi個ge半ban橋qiao出chu現xian故gu障zhang時shi，射she頻pin功gong放fang模mo塊kuai仍reng然ran可ke以yi工gong作zuo。隻zhi是shi射she頻pin輸shu出chu電dian壓ya減jian小xiao為wei全quan橋qiao組zu態tai的de一yi半ban而er已yi。

在射頻激勵信號的負半周
，MOS管QI／Q3截止，QS／Q7導通，如圖5(a)所示。而在射頻激勵輸入信號的正半周，MOS管Q1／Q3導通
，QS／Q7截止，如圖5(b)所示。Q2／Q4和Q6／Q8的開關情況與此正好相反。跨在功率合成變壓器初級兩端的輸出信號就在半個周期裏，在地(約為0V)和正電源間進行一次切換，如圖5(c)所示。

2．3 射頻功放模塊在關斷時的射頻電流 　　
由於DX一200型DAM發射機的射頻功放模塊數為224，在zai不bu同tong的de功gong率lv等deng級ji下xia所suo接jie通tong的de射she頻pin功gong放fang模mo塊kuai的de數shu量liang不bu同tong
，其qi輸shu出chu變bian壓ya器qi的de次ci級ji為wei串chuan聯lian輸shu出chu，這zhe就jiu決jue定ding了le關guan斷duan的de射she頻pin功gong放fang模mo塊kuai必bi須xu為wei在zai用yong的de或huo者zhe接jie通tong的de功gong放fang模mo塊kuai提ti供gong一yi條tiao低di阻zu抗kang導dao電dian通tong路lu。其qi工gong作zuo原yuan理li電dian路lu如ru圖tu6所示。

       
圖6 低阻抗導電通路工作原理圖

因(yin)為(wei)在(zai)用(yong)的(de)功(gong)放(fang)模(mo)塊(kuai)產(chan)生(sheng)的(de)射(she)頻(pin)電(dian)流(liu)必(bi)須(xu)流(liu)過(guo)合(he)成(cheng)變(bian)壓(ya)器(qi)的(de)次(ci)級(ji)，並(bing)在(zai)已(yi)關(guan)斷(duan)的(de)射(she)頻(pin)功(gong)放(fang)模(mo)塊(kuai)的(de)初(chu)級(ji)繞(rao)組(zu)上(shang)感(gan)應(ying)出(chu)射(she)頻(pin)電(dian)壓(ya)。根(gen)據(ju)楞(leng)次(ci)定(ding)律(lv)，變(bian)壓(ya)器(qi)次(ci)級(ji)電(dian)流(liu)所(suo)產(chan)生(sheng)的(de)磁(ci)通(tong)總(zong)是(shi)試(shi)圖(tu)抵(di)消(xiao)初(chu)級(ji)電(dian)流(liu)所(suo)產(chan)生(sheng)的(de)磁(ci)通(tong)，所(suo)以(yi)，流(liu)過(guo)關(guan)斷(duan)功(gong)放(fang)輸(shu)出(chu)變(bian)壓(ya)器(qi)次(ci)級(ji)的(de)電(dian)流(liu)感(gan)應(ying)到(dao)初(chu)級(ji)的(de)電(dian)壓(ya)後(hou)，一(yi)定(ding)和(he)原(yuan)來(lai)的(de)輸(shu)出(chu)電(dian)壓(ya)極(ji)性(xing)相(xiang)反(fan)。在(zai)如(ru)圖(tu)6(a)所(suo)示(shi)，由(you)次(ci)級(ji)電(dian)流(liu)感(gan)應(ying)到(dao)初(chu)級(ji)的(de)電(dian)壓(ya)為(wei)左(zuo)正(zheng)右(you)負(fu)，說(shuo)明(ming)關(guan)斷(duan)的(de)射(she)頻(pin)功(gong)放(fang)在(zai)導(dao)通(tong)狀(zhuang)態(tai)下(xia)的(de)變(bian)壓(ya)器(qi)初(chu)級(ji)電(dian)壓(ya)極(ji)性(xing)是(shi)左(zuo)負(fu)右(you)正(zheng)

，與(yu)此(ci)相(xiang)對(dui)應(ying)的(de)導(dao)通(tong)管(guan)為(wei)Q2／Q4，截止管為01／Q3
，從而形成的低阻抗通路為：與Ql／Q3相並聯的反向二極管→旁路電容C1
、C3→旁路電容C2
、C4→Q2／Q4→隔直電容C。同理，圖6(b)所形成的低阻抗通路為：與Q2／Q4相並聯的反向二極管→旁路電容C2、C4→旁路電容C1、C3→Q1／Q3。

3 MOSFET器件的維護和存儲 　　

圖7所示為IRFP360的外型及表示符號。它的特點，一是具有隔離式的中心裝配孔，並有重複性的雪崩定額
；二是漏源之間並聯有反向二極管
，其電壓變化率定額很大而且驅動電路比較簡單，此外

，同型號的管子並聯也很容易。然而
，由於MOS管的柵極輸人阻抗較高，容易產生較高的感應電壓，從而導致柵極易擊穿，所以在維護中應特別注意。

圖7  IRFP360的外型及表示符號

一般情況下，應將MOSguancunfangzaifangjingdianbaozhuangdainei，huozaigejiduanludeqingkuangxiabaocun。tongshiduicunfangkufangyingzhuyichuchen
，baochikufangdeqingjie。zaiquyongheanzhuangguochengzhong
，yingdaihaofangjingdianshouzhuo。genghuanguanzishi，yingjiangxinguandeyuanji(S)接地，並使用防靜電烙鐵或焊接時拔掉烙鐵的電源插頭

，並快速焊接。

4 結束語 　　

利用MOS管的開關特性可使射頻功率放大器工作於D類開關狀態，以便提高整機效率、改善技術指標。希望通過本文的分析，為MOSFET的使用維護帶來一些啟迪。