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精品文檔-下載后可編輯場(chǎng)效應(yīng)管特性及單端甲類功放的設(shè)計(jì)-基礎(chǔ)電子場(chǎng)效應(yīng)管(場(chǎng)效應(yīng)管是一種電壓控制器件(晶體管是電流控制器件),其特性更象電子管,它具有很高的輸入阻抗,較大的功率增益,由于是電壓控制器件所以噪聲小)不僅兼有普通晶體管和電子管的優(yōu)點(diǎn),而且還具備兩者所缺少的優(yōu)點(diǎn)。場(chǎng)效應(yīng)管具有雙向?qū)ΨQ性,即場(chǎng)效應(yīng)管的源極和漏極是可以互換的(無(wú)阻尼),一般的晶體管是不容易做到這一點(diǎn)的,電子管是根本不可能達(dá)到這一點(diǎn)。所謂雙向?qū)ΨQ性,對(duì)普通晶體管來(lái)說(shuō),就是發(fā)射極和集電極互換,對(duì)電子管來(lái)說(shuō),就是將陰極和陽(yáng)極互換。

場(chǎng)效應(yīng)管控制工作電流的原理與普通晶體管完全不一樣,要比普通晶體管簡(jiǎn)單得多,場(chǎng)效應(yīng)管只是單純地利用外加的輸入信號(hào)以改變半導(dǎo)體的電阻,實(shí)際上是改變工作電流流通的通道大小,而晶體管是利用加在發(fā)射結(jié)上的信號(hào)電壓以改變流經(jīng)發(fā)射結(jié)的結(jié)電流,還包括少數(shù)載流子渡越基區(qū)后進(jìn)入集電區(qū)等極為復(fù)雜的作用過(guò)程。場(chǎng)效應(yīng)管的獨(dú)特而簡(jiǎn)單的作用原理賦予了場(chǎng)效應(yīng)管許多優(yōu)良的性能,它向使用者散發(fā)出誘人的光輝。

一、場(chǎng)效應(yīng)管的特性

場(chǎng)效應(yīng)管與普通晶體管(晶體管是由三層雜質(zhì)半導(dǎo)體構(gòu)成的器件,有三個(gè)電極,所以又稱為半導(dǎo)體三極管,晶體三極管等,可以用于檢波、整流、放大、開關(guān)、穩(wěn)壓、信號(hào)調(diào)制和許多其它功能。)相比具有輸入阻抗高、噪聲系數(shù)小、熱穩(wěn)定性好、動(dòng)態(tài)范圍大等優(yōu)點(diǎn)。它是一種壓控器件,有與電子管相似的傳輸特性,因而在高保真音響設(shè)備和集成電路中得到了廣泛的應(yīng)用,其特點(diǎn)有以下一些。

高輸入阻抗容易驅(qū)動(dòng),輸入阻抗隨頻率的變化比較小。輸入結(jié)電容小(反饋電容),輸出端負(fù)載的變化對(duì)輸入端影響小,驅(qū)動(dòng)負(fù)載能力強(qiáng),電源利用率高。

場(chǎng)效應(yīng)管的噪聲是非常低的,噪聲系數(shù)可以做到1dB以下,現(xiàn)在大部分的場(chǎng)效應(yīng)管的噪聲系數(shù)為0.5dB左右,這是一般晶體管和電子管難以達(dá)到的。

場(chǎng)效應(yīng)管具有更好的熱穩(wěn)定性和較大的動(dòng)態(tài)范圍。

場(chǎng)效應(yīng)管的輸出為輸入的2次冪函數(shù),失真度低于晶體管,比膽管略大一些。場(chǎng)效應(yīng)管的失真多為偶次諧波失真,聽感好,高中低頻能量分配適當(dāng),聲音有密度感,低頻潛得較深,音場(chǎng)較穩(wěn),透明感適中,層次感、解析力和定位感均有較好表現(xiàn),具有良好的聲場(chǎng)空間描繪能力,對(duì)音樂(lè)細(xì)節(jié)有很好表現(xiàn)。

普通晶體管在工作時(shí),由于輸入端(發(fā)射結(jié))加的是正向偏壓,因此輸入電阻是很低的,場(chǎng)效應(yīng)管的輸入端(柵極與源極之間)工作時(shí)可以施加負(fù)偏壓即反向偏壓,也可以加正向偏壓,因此增加了電路設(shè)計(jì)的變通性和多樣性。通常在加反向偏壓時(shí),它的輸入電阻更高,高達(dá)100MΩ以上,場(chǎng)效應(yīng)管的這一特性彌補(bǔ)了普通晶體管及電子管在某些方面應(yīng)用的不足。

場(chǎng)效應(yīng)管的防輻射能力比普通晶體管提高10倍左右。

轉(zhuǎn)換速率快,高頻特性好。

場(chǎng)效應(yīng)管的電壓與電流特性曲線與五極電子管輸出特性曲線十分相似。

場(chǎng)效應(yīng)管的品種較多,大體上可分為結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管和絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管兩類,且都有N型溝道(電流通道)和P型溝道兩種,每種又有增強(qiáng)型和耗盡型共四類。

絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管又稱金屬(M)氧化物(O)半導(dǎo)體(S)場(chǎng)效應(yīng)管,簡(jiǎn)稱MOS管。按其內(nèi)部結(jié)構(gòu)又可分為一般MOS管和VMOS管兩種,每種又有N型溝道和P型溝道兩種、增強(qiáng)型和耗盡型四類。

VMOS場(chǎng)效應(yīng)管,其全稱為V型槽MOS場(chǎng)效應(yīng)管,是在一般MOS場(chǎng)效應(yīng)管的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的新型高效功率開關(guān)器件。它不僅繼承了MOS場(chǎng)效應(yīng)管輸入阻抗高(大于100MΩ)、驅(qū)動(dòng)電流小(0.1uA左右),還具有耐壓高(1200V)、工作電流大(1.5~100A)、輸出功率高(1~250W)、跨導(dǎo)線性好、開關(guān)速度快等優(yōu)良特性。目前已在高速開關(guān)、電壓放大(電壓放大倍數(shù)可達(dá)數(shù)千倍)、射頻功放、開關(guān)電源和逆變器等電路中得到了廣泛應(yīng)用。由于它兼有電子管和晶體管的優(yōu)點(diǎn),用它制作的高保真音頻功放,音質(zhì)溫暖甜潤(rùn)而又不失力度,備受愛(ài)樂(lè)人士青睞,因而在音響領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。VMOS管和一般MOS管一樣,也可分為N型溝道和P型溝道兩種、增強(qiáng)型和耗盡型四類,分類特征與一般的MOS管相同。VMOS場(chǎng)效應(yīng)管還有以下特點(diǎn)。

輸入阻抗高。由于柵源之間是SiO2層,柵源之間的直流電阻基本上就是SiO2絕緣電阻,一般達(dá)100MΩ左右,交流輸入阻抗基本上就是輸入電容的容抗。

驅(qū)動(dòng)電流小。由于輸入阻抗高,VMOS管是一種壓控器件,一般有電壓就可以驅(qū)動(dòng),所需的驅(qū)動(dòng)電流極小。

跨導(dǎo)的線性較好。具有較大的線性放大區(qū)域,與電子管的傳輸特性十分相似。較好的線性就意味著有較低的失真,尤其是具有負(fù)的電流溫度系數(shù)(即在柵極與源極之間電壓不變的情況下,導(dǎo)通電流會(huì)隨管溫升高而減小),故不存在二次擊穿所引起的管子損壞現(xiàn)象。因此,VMOS管的并聯(lián)得到了廣泛的應(yīng)用。

結(jié)電容無(wú)變?nèi)菪?yīng)。VMOS管的結(jié)電容不隨結(jié)電壓而變化,無(wú)一般晶體管結(jié)電容的變?nèi)菪?yīng),可避免由變?nèi)菪?yīng)招致的失真。

頻率特性好。VMOS場(chǎng)效應(yīng)管的多數(shù)載流子運(yùn)動(dòng)屬于漂移運(yùn)動(dòng),且漂移距離僅1~1.5um,不受晶體管那樣的少數(shù)載流子基區(qū)過(guò)渡時(shí)間限制,故功率增益隨頻率變化極小,頻率特性好。

開關(guān)速度快。由于沒(méi)有少數(shù)載流子的存儲(chǔ)延遲時(shí)間,VMOS場(chǎng)效應(yīng)管的開關(guān)速度快,可在20ns內(nèi)開啟或關(guān)斷幾十A電流。

二、場(chǎng)效應(yīng)管的主要參數(shù)及選用

為了正確安全運(yùn)用場(chǎng)效應(yīng)管,防止靜電、誤操作或儲(chǔ)存不當(dāng)而損壞場(chǎng)效應(yīng)管,必須對(duì)場(chǎng)效應(yīng)管主要參數(shù)有所了解和掌握。場(chǎng)效應(yīng)管的參數(shù)多達(dá)幾十種,現(xiàn)將主要參數(shù)及含義列于表1,作為參考。

表1場(chǎng)效應(yīng)管主要參數(shù)及含義

場(chǎng)效應(yīng)管的選用應(yīng)注意以下幾點(diǎn)。

場(chǎng)效應(yīng)管的ID的參數(shù)按電路要求選取,能滿足功耗要求并略有余量即可,不要認(rèn)為越大越好,ID越大,CGS也越大,對(duì)電路的高頻響應(yīng)及失真不利,如ID為2A的管子,CGS約為80pF;ID為10A的管子,CGS約為1000pF。使用的可靠性可通過(guò)合理的散熱設(shè)計(jì)來(lái)保證。

選用VMOS管的源漏極耐壓BVDSS不要過(guò)高,能達(dá)到要求即可。因?yàn)锽VDSS大的管子飽和壓降也大,會(huì)影響效率。結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管則要盡可能高些,因?yàn)樗麄儽緛?lái)就不高,一般BVDSS為30~50V,BVGSS為20V。

VMOS管的BVGSS盡可能高些,因?yàn)閂MOS管子?xùn)艠O很嬌氣,很容易被擊穿,儲(chǔ)存或操作要慎之又慎,防止帶靜電的物體接觸管腳。在儲(chǔ)存中要將引出腳短路,并用金屬盒屏蔽包裝,以防止外來(lái)感應(yīng)電勢(shì)將柵極擊穿,尤其要注意不能將管子放入塑料盒子或塑料袋中。為了防止柵極感應(yīng)擊穿,在安裝調(diào)試中要求一切儀器儀表、電烙鐵、電路板以及人體等都必須具有良好的接地效果,在管子接入電路之前,管子的全部引腳都必須保持短接狀態(tài),焊接完畢后方可把短接材料拆除。

配對(duì)管要求用同廠同批號(hào)的,這樣參數(shù)一致性好。盡量選用孿生配對(duì)管,使管子的夾斷電壓和跨導(dǎo)盡可能保持一致,使配對(duì)誤差分別小于3%和5%。

盡可能選用音響專用管,這樣更

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