雙柵MOS場效應管特性及應用,圖文知識解析-KIA MOS管

雙柵MOS場效應管特性及應用

雙柵MOS場效應管(以下簡稱雙柵管)是一種新型的高頻低噪聲放大器件，其突出的優點是反饋電容比常規(單柵) MOS場效應管低兩個數量級，因而能在甚高頻和超高頻范圍內穩定地工作。另外，通過改變第二柵的偏壓可以容易地實現自動增益控制(AGC)。現在，彩色電視機電子調諧器(高頻頭)全都使用了雙柵管作為第一級高頻放大。

(一)工作原理

圖5-8是雙柵MOS場效應管的剖面結構示意圖。在器件的源極S和漏極D之間有兩個柵極G1和G2。兩柵極之間的N+島I既作為由S、G1、I組成的FET1的漏極,又作為由I、G2、D組成的FET2的源極。

雙柵MOS場效應管

因此，雙柵管可以看作是由兩個場效應管串聯而成的，如圖5-9所示。這樣，兩個柵上偏壓對整個雙柵管均有控制作用。一般的雙柵管是耗盡型的，即在兩柵上未加偏置電壓時，漏源之間就已存在導電溝道。

圖5-10是G2加上不同偏壓U(g2)下雙柵管的轉移特性曲線。在G2偏壓U(g2)較大時,雙柵管的轉移特性曲線與常規MOS管相似。但是，當U(g2)比較小時，轉移特性曲線隨著U(g1)的增大而趨向飽和。此時, FET2的導通電阻增大,U(g1)下降。

U(g1)增大到一定值時，FET1由飽和工作區進入線性工作區，其電流正比于U1。若U(g1)再增大，也不會引起U1的明顯增大(因為FET2的導通電阻較大),因而I(ds)隨著U(g1)的增大而趨向飽和。而且，U(g2)越大,U1就越高(因

FET2導通電阻減小)，在一定的U(g1)下，I(ds)就越大。

雙柵MOS場效應管

雙柵管的外形封裝如圖5-11所示，一般采用塑封，有兩種外形結構，SOT-143這種外形結構，管子功率較大，SOT-37這種外形結構，管子功率較小。

雙柵MOS場效應管

(二)性能特點

1.增益可通過G2偏壓控制

雙柵MOS場效應管的電流不但與U(g1)有關，而且受U(g2)的控制，因而其跨導gm也受U(g2)的控制，如圖5-12所示。當U(g1)一定時,gm隨著U(g2)的增大而增大。

雙柵管的這個特性為小信號放大器的AGC提供了極大的方便。一般雙柵管第二柵的AGC控制范圍達30dB以上，如圖5-13所示。

雙柵MOS場效應管

2.反饋電容小，高頻工作穩定

雙柵管在作小信號放大時,信號電壓一般加在G1，而G2加一直流AGC電壓。由于島I上的交流電壓U1等于漏端交流電壓Ud除以FET2的電壓放大倍數Kv2,因而Ud通過U1在G1上感應出來的電流要比常規MOS管小Kv2倍,即反饋電容小Kv2倍。因此,雙柵管能在甚高頻和超高頻范圍內穩定工作。一般MOS管反饋電容在1pF以上，而雙柵管的反饋電容只有零點零幾pF。

3.抗交叉調制性能好

抗交叉調制性能是高頻放大器的一個重要指標。所謂交叉調制就是當兩個高頻振蕩(其中至少一個是已調制波)通過非線性導體時，其中一個振蕩的調制會疊加到另一個振蕩上去。

MOS管的抗交叉調制性能比雙極型管好，而雙柵管有很寬的AGC控制范圍，故它的動態范圍比常規MOS管大,放大強信號時的信號畸變小，抗交叉調制性能更好。

4.截止頻率高，因而功率增益強，噪聲低

由于雙柵管具有很大的溝道寬長比，因而跨導很大，一般在15mA/V左右。而且由于雙柵管的反饋電容很小，由密勒效應引起的輸入電容增加很少，因而雙柵管的截止頻率很高，-般可達2~3GHz,在一定工作頻率下的功率增益就較高，噪聲系數較低。目前常用的雙柵管在900MHz下，功率增益可達15~20dB,噪聲系數為3~4dB;在200MHz下,功率增益可達23dB,噪聲系數1.5~ 2dB。

5.輸入導納穩定，不易失調

由于雙柵管組成的小信號放大器的AGC電壓加在G2上,AGC 電壓的變化不會引起G1端(輸入端)電容的變化，如圖5-14所示，這就不會因AGC電壓變化引起輸入失調。

雙柵MOS場效應管