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。MOSFETtongchangyouyujuyoujiaokuandeanquangongzuoquerbuhuichanshengredianheercijichuan。youyugaiqijianyouyigelingwenduxishudegongzuodian，jidangzhajidianyazaimouyiheshideshuzhishi

，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。

shuzitiaofujiushijiangkongzhizaibodianpingheyinpintiaozhidemonixinhaoshouxianzhuanhuanchengshuzixinhao
，zaijingguobianmabianchengkongzhishepingongfangmokuaikaitongheguanduandekongzhixinhao，tongguokongzhixiangyingshumudeshepingongfangmokuaidekaitonghuozheguanduanshulianglaishixiantiaofu。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(rong)C。
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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，zekebaozhengdangyigequanqiaozutaideshepingongfangmokuaizairenheyigebanqiaochuxianguzhangshi，shepingongfangmokuairengrankeyigongzuo。zhishishepinshuchudianyajianxiaoweiquanqiaozutaideyibaneryi。

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(tu)6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MOS管(guan)存(cun)放(fang)在(zai)防(fang)靜(jing)電(dian)包(bao)裝(zhuang)袋(dai)內(nei)，或(huo)在(zai)各(ge)極(ji)短(duan)路(lu)的(de)情(qing)況(kuang)下(xia)保(bao)存(cun)。同(tong)時(shi)對(dui)存(cun)放(fang)庫(ku)房(fang)應(ying)注(zhu)意(yi)除(chu)塵(chen)
，保(bao)持(chi)庫(ku)房(fang)的(de)清(qing)潔(jie)。在(zai)取(qu)用(yong)和(he)安(an)裝(zhuang)過(guo)程(cheng)中(zhong)，應(ying)帶(dai)好(hao)防(fang)靜(jing)電(dian)手(shou)鐲(zhuo)。更(geng)換(huan)管(guan)子(zi)時(shi)
，應(ying)將(jiang)新(xin)管(guan)的(de)源(yuan)極(ji)(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。