MOS場效應晶體管調制型直流放大電路及特性概述

調制型直流放大電路是通過直流-交流變換器將直流和低頻信號變換成高頻交流信號，經放大后由同步檢波電路進行解調的電路。因交流放大器阻止直流成份通過，所以不發生漂移。從而，若能得到低漂移的直流-交流變換器，就能做到比以上各節的直流耦合型放大器更為穩定的直流放大。MOS管調制型直流放大電路。這類直流-交流變換器過去已有多種，大致分為斬波器型和參量放大型。斬波器型是利用開關元件使直流信號變換成通斷的交流，MOS場效應晶體管也歸入這一范疇。

斬波器的元件要求有下列四點重要特性。

1）直流-交流變換效率高。

2）線性良好。

3）容易驅動，特性長時間穩定。

4）偏移和漂移電乎低。

斬波器電路基本上可分為表2.13所示的五種。近來因集成電路型的元件不難得到，毋需節省開關元件的數目，所以多用4）的串并聯型和5）的全波型。串并聯型、輸入阻抗高，直流交流變換效率也高，且有補償尖峰信號（后面將予敘述）的效應。全波型是將與調制頻率相同的輸入信號頻率變換成兩倍的頻率成份。MOS管調制型直流放大電路。所以，如用市電頻率進行調制，進入輸入端的感應噪聲成份變換為兩倍頻率的成份后，便可通過交流放大電路內的濾波器予以濾除。

圖2.110是N溝道MOS晶體管在原點附近的VD-ID特性。在圖的第二象限，在處ID的激增，是由于P型硅襯底與N型漏之間的P-N結處于正向的緣故。從而除非采取特殊措施，能加到MOS晶體管開關的輸入電壓范圍，只在0.6V 以下。由原點附近的斜率可給出內阻rd。MOS管調制型直流放大電路。圖2.111是rd與VGS的關系示例。利用MOS晶體管做開關元件時，要從低阻狀態轉移到高阻狀態，階躍式地施加VGS即可。原點附近rd的大小，理論上為

此式表明MOS晶體管的內電導（1/rd）大致上線性地受VGS控制，這意味著除可用作開關外，還可用作可變電阻元件（衰減器等），其應用范圍甚廣。

MOS晶體管斬波器與其它半導體斬波器相比，其最大優點是，偏移與漂移電平都特別低。這一點，與原來的雙極型晶體管斬波器的一比較，即可理解。圖2.112（a）是使用雙極型晶體管的并聯型斬波器電路。在導通狀態下，兩個P-N結皆被驅動于正向，所以I1、I2是流過各P-N結的電流，I3是因I1、I2所構成的晶體管作用而流過的電流。因這些電流在兩個P-N結上產生正向電壓降，兩個正向電壓降的極性正好互相抵銷，其電壓差就是電壓性偏移Vo。在截止狀態下，被反向偏置的兩個P-N結中流有飽和電流，產生電流性偏移Io。圖2.112（b）是Vo和Io的等效電路表示法。Vo、Io對應于上一節的直流耦合放大電路的電壓性偏移和電流性偏移。從而它們的變化就是漂移，給出直流放大靈敏度的上限。由以上敘述可知，產生Vo、Io的根本原因是由于電流從基極電源（驅動電源）流入晶體管的緣故。MOS管調制型直流放大電路。而MOS晶體管的驅動電壓是通過優質的絕緣物一二氧化硅施加的，所以由驅動源流入的電流完全可以忽略。因而，不產生相當于Vo、Io的偏移，作為斬波器元件，可實現前所未有的高靈敏度。另外，由于沒有偏移源，就毋需各種偏移補償電路，從面電路結構也就簡單。

以上是MOS晶體管可用作今后主要的斬波器元件的理由。

但是，所有的直流-交流變換器都有一些共同性的問題，就是不可避免地在信號線材料（主要是銅或鍍鋅的銅線）與用作斬波器的材料之間發生的溫差電動勢要引起漂移，由驅動電壓源經過極間電容的靜電感應要產生偏移（尖峰信號），以及由這些變動所產生的漂移等等。

表2.14對備種直流-交流變換器的漂移電平進行了比較。機械斬波器的歷史最久，是性能上也臻于極限的產品，其中最優良的產品具有1nV（1×10^-9V）的靈敏度。半導體斬波器從漂移的角度看不及機械斬波器，但在寬頻帶性和可靠性（壽命）方面則遠遠超過機械斬波器。此處所示的品體管斬波器的電壓性漂移，是通過適當調整驅動條件而使前述的Vo為最小，同時采取補償漂移的電路結構時的值。與晶體管斬波器相比，結型和MOS型場效應晶體管斬波器毋需采取這類措施。但要使漂移電平低到0.05μV/小時以下，因與克服前述溫差電動勢所采取的措施有關，實際上很困難。恒流偏移大體分為來自驅動源的傳導性的漏電成份和通過極間電容的靜電感應成份。后者與驅動頻率成正比例增加，表中所給的是1kHz時的值。

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