单端A类放大器及场效应管：[2]场效应管特性

2 场效应管特性

场效应管控制工作电流的原理与普通晶体管完全不一样，要比普通晶体管简单得多，场效应管只是单纯地利用外加的输入信号以改变半导体的电阻，实际上是改变工作电流流通的通道大小，而晶体管是利用加在发射结上的信号电压以改变流经发射结的结电流，还包括少数载流子渡越基区后进入集电区等极为复杂的作用过程。场效应管的独特而简单的作用原理导致许多优良的性能，它向使用者散发出诱人的光辉。

　　场效应管不仅兼有普通晶体管和电子管的优点，而且还具备两者所缺少的优点，场效应管具有双向对称性，即场效应管的源和漏是可以互换的( 无阻尼)，一般的晶体管是不容易做到这一点的，电子管是根本不可能达到这一点。所谓双向对称性，对普通晶体管来说，就是发射极和集电极互换，对电子管来说，就是将阴极和阳极互换。

　　场效应管与普通晶体管相比具有输入阻抗高、噪声系数小、热稳定性好、动态范围大等优点。它是一种压控器件，有与电子管相似的传输特性，因而在高保真音响设备和集成电路中得到了广泛的应用，其特点显着。

　　1) 高输入阻抗容易驱动，输入阻抗随频率的变化比较小。输入结电容小( 反馈电容)，输出端负载的变化对输入端影响小，驱动负载能力强，电源利用率高。

　　2) 场效应管的噪声是非常低的，噪声系数可以做到1 dB 以下，现在大部分的场效应管的噪声系数为0.5 dB 左右，这是一般晶体管和电子管难以达到的。

　　3) 场效应管有更好的热稳定性和较大的动态范围。

　　4) 场效应管输出为输入的2 次幂函数，失真度低于晶体管，比胆管略大一些，场效应管的失真多为偶次谐波失真，听感好，高中低频能量分配适当，声音有密度感，低频潜得较深，声场较稳，透明感适中，层次感、解析力和定位感均有较好表现，具有良好的声场空间描绘能力，对音乐细节有很好表现。

　　5) 普通晶体管在工作时，由于输入端( 发射结)加的是正向偏压，因此输入电阻是很低的，场效应管的输入端( 栅与源之间) 工作时可以加负偏压即反向偏压，也可以加正向偏压，因此增加了电路设计的变通性和多样性。通常在加反向偏压时，它的输入电阻更高，高达100 MΩ 以上，场效应管的这一特性弥补了普通晶体管及电子管在某些方面应用的不足。

　　6) 场效应管的防辐射能力比晶体管提高约10 倍。

　　7) 转换速率快，高频特性好。

　　8) 场效应管的电压与电流特性曲线与五极电子管输出特性曲线十分相似。

　　场效应管的品种较多，大体上可分为结型场效应管和绝缘栅场效应管两类，且都有N 型沟道( 电流通道)和P 型沟道两种，每种又有增强型和耗尽型共四类。

　　绝缘栅场效应管又称金属(M) 氧化物(O) 半导体(S) 场效应管，简称MOS 管，按其内部结构又可分为一般MOS 管和V-MOS 管两种，每种又有N 型沟道和P 型沟道两种、增强型和耗尽型四类。

　　V-MOS 场效应管，其全称为V 型槽MOS 场效应管，是在一般MOS 场效应管的的基础上发展起来的新型高效功率开关器件，它不仅继承了MOS 场效应管输入阻抗高( 大于100 MΩ)、驱动电流小(0.1 μA左右)， 还具有耐压高( 最高1 200 V)、工作电流大(1.5~100 A)、输出功率高(1~250 W)、跨导线性好、开关速度快等优良特性。目前已在高速开关、电压放大( 电压放大倍数可达数千倍)、射频功放、开关电源和逆变器等电路中得到了广泛应用。由于它兼有电子管和晶体管的优点，用它制作的高保真音频功放，音质温暧甜润而又不失力度，倍受爱乐人士青睐，因而在音响领域有着广阔的应用前景。V-MOS 管和一般MOS 管一样，也可分为N 型沟道和P 型沟道两种、增强型和耗尽型四类，分类特征与一般的MOS 管相同。V-MOS 场效应管又有以下特点。

　　(1) 输入阻抗高，由于栅源之间是SiO2 层，栅源之间的直流电阻基本上就是SiO2 绝缘电阻，一般达100 MΩ左右，交流输入阻抗基本上就是输入电容的容抗。

　　(2) 驱动电流小，由于输入阻抗高，V-MOS 是一种压控器件，一般有电压就可以驱动，所需的驱动电流极小。

　　(3) 跨导的线性较好， 有较大的线性放大区域，与电子管的传输特性十分相似，较好的线性就意味着有较低的失真。尤其是具有负的电流温度系数，即在栅极与源极之间电压不变的情况下，导通电流会随管温升高而减小，故不存在二次击穿所引起的管子损坏现象。因此，V-MOS管的并联得到了广泛的应用。

　　(4) 结电容无变容效应，V-MOS 管的结电容不随结电压而变化，无一般晶体管结电容的变容效应，可避免由变容效应招致的失真。

　　(5) 频率特性好，V-MOS 场效应管的多数载流子运动属于漂移运动，且漂移距离仅1~1.5 μm，不受晶体管那样的少数载流子基区过渡时间限制，故功率增益随频率变化极小，频率特性好。

　　(6) 开关速度快，由于没有少数载流子的存储延迟时间，V-MOS 场效应管的开关速度快，可在20 μs内开启或关断几十安培电流。