分析大功率MOSFET管在調(diào)頻電視全固態(tài)發(fā)射機中的應用

沈吉文

（商洛學院電子信息與電氣工程學院，陜西鎮(zhèn)安，726000）

使用大功率MOSFET管可以快速提高工作下來，由于功率十分大，因此受到廣泛歡迎，是半導體器件最佳選擇之一，它的出現(xiàn)就廣泛應用在調(diào)頻電視全固態(tài)發(fā)射機中，完美實現(xiàn)全固態(tài)以及數(shù)字化的轉(zhuǎn)變。不過由于大功率MOSFET管出現(xiàn)的時間比較短，要完全掌握使用還比較困難，因此現(xiàn)在最重要的一點就是對其詳細了解，充分掌握其中的奧秘。

在MOSFET出現(xiàn)之后為了讓其在使用功率上更加完善，研發(fā)出大功率的MOSFET管，通過利用緣柵場中的N溝道增強型的效應管，簡單來說就是功率效應管或者稱其為V-MOS管，這是簡稱，大部分都不了解其全稱，全稱叫做V型槽MOS場效應管。它具有了MOS場效應管輸入阻抗性高以及驅(qū)動電流小的特點，還有抗壓性高以及工作時電流大的特性，最大抗壓值可達到1200v，除此之外還有輸出時功率高以及跨導線性強，開關速度快等優(yōu)點。大功率MOSFET管集合了傳統(tǒng)電子管以及功率晶體管的優(yōu)勢于一身，讓衍生產(chǎn)品也受到廣泛關注與應用，比如電壓放大器、功率放大器等等。

1 全固態(tài)發(fā)射機主要特點

1.1 體積不大且發(fā)出的噪聲小。和一樣功率的電子管發(fā)射機比較，全固態(tài)發(fā)射機由于集成化程度十分高，因此所占體積十分小，而且其利用低壓風機，讓其風壓遠比電子管的底，因此帶來的噪音也小。

1.2 發(fā)射效率高。全固態(tài)發(fā)射機的發(fā)射效率是電子管的三倍，電子管的發(fā)射效率只有百分之二十五。因此從能源消耗上來說，全固態(tài)發(fā)射機更有優(yōu)勢，另外其采用的開關電源由于輸入的交流電壓大和輸出電壓穩(wěn)定，因此效率十分高。

1.3 激勵器使用的機構(gòu)是雙驅(qū)結(jié)構(gòu)。

1.4 全固態(tài)發(fā)射機在進行維護時所使用的電壓可以保證維護人員的人身安全以及方便維護。采用的晶體管不需要進行預熱就可以立馬工作，可靠性十分佳。

1.5 功率大且穩(wěn)定。全固態(tài)發(fā)射機所采用的是并聯(lián)結(jié)構(gòu)的模塊化設計，因此工作十分穩(wěn)定。因此當全固態(tài)發(fā)射機的功率比較大的時候，所使用的模塊也就多，從另外一個層面來講，功率的大小直接與功放模塊多少有關。

1.6 控制系統(tǒng)功能完善。控制系統(tǒng)都是通過微處理器來進行的，通過顯示器來把所有的信息顯示出來，讓其進行工作模式的設定，同時工作狀態(tài)也可以顯示出來。

1.7 全固態(tài)發(fā)射機未來向數(shù)字電視發(fā)射機發(fā)展較為容易。向數(shù)字化發(fā)射機升級只需要將激勵器更換、功放模塊的工作點功率調(diào)低以及更換調(diào)制器就可以完成，進行數(shù)字化電視的播放。

2 MOSFET管的結(jié)構(gòu)及工作原理

MOSFET管有兩種類型的溝道，分別是P型溝道和N型溝道。每一種溝道又可以將其分為增強型和耗盡型兩種，本文對現(xiàn)實中比較常用的N型溝道增強型絕緣場效應管進行原理以及結(jié)構(gòu)闡述，原理結(jié)構(gòu)如圖1。

圖1

圖1 是N溝道增強型MOS-FET的一個剖面圖。主要是利用P型硅半導體材料來制作襯底，再在其表面發(fā)散出兩個N型區(qū)，并且在N型區(qū)上面用二氧化硅絕緣層來覆蓋，經(jīng)過上述程序之后再在N型區(qū)上面利用腐蝕來鉆出兩個孔，在絕緣層上面以及孔內(nèi)做出三個電極，分別是柵極、源極和漏極，用字母來分別表示是G、S、D。從圖1中我們可以看出三個電極都是完全絕緣的，特別是漏極和源極之間存在兩個PN結(jié)。通常情況下，在內(nèi)部襯底和源極都是連接在一起的。

圖2

MOSFET管的工作原理如圖2。想要提高MOSFET管增強型N溝道的工作效率，就要將正電壓VGS增設在G,S中間，把正電壓VDS設置在D與S之間，這樣就可以形成正向方向的工作電流m，我們想要控制工作電流就可以通過對VGS電壓的改變來進行。但是如果VGS先不接通，并且在D、S中間增設正電壓VDS，除此之外，漏極和襯底中間的PN結(jié)呈現(xiàn)反方向，這樣就導致漏源與漏源之間不會導電。但是如果把電壓VGS增設在G與S之間，G和襯底就可以被看成是電容器上的兩個極板，電容器的介質(zhì)則可以用氧化物絕緣層來替代。將VGS加上時，絕緣層和G的層面上就會出現(xiàn)正電荷，而絕緣層和襯底的界面則會出現(xiàn)負電荷。其中形成負電荷的界面和p型襯底里的大部分載流子的極性是呈現(xiàn)相反的現(xiàn)象，該現(xiàn)象所形成的層面就被稱之為反型層，該層會把漏極與源極連接在一起，形成可以導電的溝道，不過VGS電壓過低或者不高的時候，所形成的負電荷就會減少，并且一旦形成就會被空穴中和掉。因此導致漏源之間依舊沒有電流通過。不過當VGS電壓值達到一定高度的時候，形成的負電荷就會產(chǎn)生N溝道，而這個電壓值就被人們稱之為開啟電壓值電壓，英文用VT表示。而當VGS電壓值一直增大時，負電荷就會形成的越多，導電溝道規(guī)模則會不斷擴大，電阻減小，而ID也就會慢慢提升，同時還把連接好線性關系，如圖3表示，該曲線則被稱為轉(zhuǎn)換特性，并且在一定范圍內(nèi)可以通過控制VGS電阻來控制ID。

3 MOSFET管應用狀況分析

在MOSFET管基礎上又研發(fā)出LDMOSFET管，飛利浦以及摩托羅拉都廣泛應用，將其使用在全固態(tài)調(diào)頻電視發(fā)射機上更顯示出其效率高、失真小等優(yōu)點，而且在上限頻率上可達到1000MHz，具體優(yōu)點有如下幾點：

(1)抗負載失配能力非常佳。

(2)輸出功勞最大值超過300瓦。

(3)驅(qū)動功率可以承受更大值，應用在數(shù)字多媒體廣播地面?zhèn)鬏斚到y(tǒng)上的多載波十分合適。

圖3

(4)線路簡單，熱穩(wěn)定性十分佳。

4 VHF波段全固態(tài)發(fā)射機中大功率MOSFET功放管的使用

在VHF 波段大功率MOSFET管被使用最廣泛的是功放管是BLF278/378，該管子不管在增益以及工作效率或者振幅頻率上都十分佳，特別是放大器的振幅頻率與甲類放大器十分接近，而且相互調(diào)節(jié)會隨著輸出功率的變化而變化，從55DB到60DB上下調(diào)節(jié)，而且最低電平處回升的增益不是很高。因此該管在合放運用上比較好，正因為如此，VHF和FM固態(tài)發(fā)射機中BLF278/378功放管被廣泛使用。總結(jié)一下BLF278/378管的特點就是功率剩余量十分大，功能穩(wěn)定且是為寬帶電路設計的。

不過在一些地方的VHF(H)波段全固態(tài)發(fā)射機中我們還發(fā)現(xiàn)了MOSFET功放管SR401的使用，該管的性能比BLF278/378管更好，增益更高，并且所采用的模塊化設計的最小功放單元在450w，因此從種種調(diào)查數(shù)據(jù)不難發(fā)現(xiàn)，大功率MOSFET功放管在VHF波段全固態(tài)發(fā)射機中使用的頻率是最高。

5 新型數(shù)字電視發(fā)射機中LDMOS管的應用

20世紀初期，歐洲各個國家都全面啟用數(shù)字電視廣播，因此發(fā)射機生產(chǎn)家都推出相對應的新型發(fā)射機，比如美國HARRIS公司的AtlasTM系列數(shù)字發(fā)射機等等。隨著科技進步，我國也進入到地面數(shù)字廣播的時代，而CMMB技術的開發(fā)與實施更是讓我國的數(shù)字電視發(fā)射機進入高速發(fā)展的階段。

為了適應時代發(fā)展，電視廣播慢慢向數(shù)字化以及固態(tài)化、自動化方向發(fā)展，不論是發(fā)射技術還是發(fā)射設備都進行了巨大改變。而數(shù)字電視發(fā)射機的大部分工作頻率都是選擇的UHF頻段，主要是為了減少電磁帶來的干擾，以及水、濕地等地區(qū)因素帶來的影響，因此LDMOS管十分適合在數(shù)字發(fā)射機中的末端使用。

進行數(shù)字電視廣播的最基本要求就是發(fā)射機的功率放大器的功率增益要更大、線性夠高以及動態(tài)范圍夠?qū)拸V，簡單來說就是數(shù)字調(diào)制信號在最大值的時候，其線性依舊十分良好。除此之外，發(fā)射機的頻率不管是準確度還是穩(wěn)定度都要很高，最大可能的減小相位噪音。數(shù)字電視發(fā)射機的定額輸出根據(jù)平均功率來決定。而在發(fā)射機的尾端使用AB類線性放大器可以有效提升輸出效率與能力。

2007年全球推出了第一款大功率的新型LDMOS管，是真正意義上的超高頻晶體管，該晶體管可以在UHF全波段提供300W功率，具有超強的線性性能和穩(wěn)定性。主要應用的領域就是廣播市場以及電視發(fā)射，新型LDMOS管最大程度的提高功率，減少設備投資成本，因此逐漸成為我國全固態(tài)發(fā)射機中使用最多的大功率MOS功放管。

6 MOSFET管使用與維護

(1)對MOSFET管柵極要注意保護，MOSFET管在輸入時電阻相當高，如果柵極有一些電荷出現(xiàn)就有可能形成可以擊穿管子的高壓。因此想要避免該現(xiàn)象出現(xiàn)，柵極一定要保持三個電極線路流通，不使用的時候要將其放置在專門使用的防靜電包裝盒中，避免因為出現(xiàn)靜電而傷害管子。

(2)在進行MOSFET管焊接的時候，手套等相關物件必須攜帶，如果條件不允許可以先用手摸一下地線，把人體自帶的靜電池給排泄掉，避免靜電毀壞管子，特別是在冬季，天氣干燥，容易出現(xiàn)靜電現(xiàn)象，要十分小心。

(3)在進行新MOSFET管安裝的時候，首先就要安裝散熱器，把管子放置在上面并且把源極和地形成良好接觸，還有未來避免靜電可以將器件的電源插頭給拔掉，焊接的時候一次要小于等于5s，確保新管子不被破壞。

(4)確保溫保護功能佳，一旦管子出現(xiàn)溫度過高的現(xiàn)象，管子的各項參數(shù)就會出現(xiàn)變化，無法正常穩(wěn)定工資，大大影響管子的使用壽命。

(5)按期進行清潔，避免灰塵引發(fā)短路打火現(xiàn)象，損壞管子的提示燈。而替換下來的管子也必須保存好，切勿隨意丟放。由于管子含有劇毒物質(zhì)，十分容易造成人體中毒。

7 結(jié)論

新型管的制造技術不斷發(fā)展與逐漸成熟，在這樣的趨勢下必然會推動其更新?lián)Q代，而大功率的MOSFET管出現(xiàn)必然適應潮流發(fā)展，努力提高輸出功率，令全固態(tài)發(fā)射設備趨向小型化，根據(jù)種種跡象都表明，電視發(fā)送系統(tǒng)全面應用大功率MOSFET管的時代已經(jīng)來臨。

[1]尚萬斌，陳忠.大功率MOSFET管在調(diào)頻電視全固態(tài)發(fā)射機中的應用[J].技術應用：50.

[2]曾肖業(yè).淺談大功率MOSFET管在調(diào)頻發(fā)射機中的應用[J].西部廣播電視.2006.(6)：54-56.

[3]任林,楊振,龐代亮.大功率MOS功放管在全固態(tài)電視發(fā)射機中的應用[J].衛(wèi)視傳媒.2010.(16)：66-69.