MOS场效应晶体管调制型直流放大电路及特性概述

调制型直流放大电路是通过直流-交流变换器将直流和低频信号变换成高频交流信号，经放大后由同步检波电路进行解调的电路。因交流放大器阻止直流成份通过，所以不发生漂移。从而，若能得到低漂移的直流-交流变换器，就能做到比以上各节的直流耦合型放大器更为稳定的直流放大。MOS管调制型直流放大电路。这类直流-交流变换器过去已有多种，大致分为斩波器型和参量放大型。斩波器型是利用开关元件使直流信号变换成通断的交流，MOS场效应晶体管也归入这一范畴。

斩波器的元件要求有下列四点重要特性。

1）直流-交流变换效率高。

2）线性良好。

3）容易驱动，特性长时间稳定。

4）偏移和漂移电乎低。

斩波器电路基本上可分为表2.13所示的五种。近来因集成电路型的元件不难得到，毋需节省开关元件的数目，所以多用4）的串并联型和5）的全波型。串并联型、输入阻抗高，直流交流变换效率也高，且有补偿尖峰信号（后面将予叙述）的效应。全波型是将与调制频率相同的输入信号频率变换成两倍的频率成份。MOS管调制型直流放大电路。所以，如用市电频率进行调制，进入输入端的感应噪声成份变换为两倍频率的成份后，便可通过交流放大电路内的滤波器予以滤除。

图2.110是N沟道MOS晶体管在原点附近的VD-ID特性。在图的第二象限，在处ID的激增，是由于P型硅衬底与N型漏之间的P-N结处于正向的缘故。从而除非采取特殊措施，能加到MOS晶体管开关的输入电压范围，只在0.6V 以下。由原点附近的斜率可给出内阻rd。MOS管调制型直流放大电路。图2.111是rd与VGS的关系示例。利用MOS晶体管做开关元件时，要从低阻状态转移到高阻状态，阶跃式地施加VGS即可。原点附近rd的大小，理论上为

此式表明MOS晶体管的内电导（1/rd）大致上线性地受VGS控制，这意味着除可用作开关外，还可用作可变电阻元件（衰减器等），其应用范围甚广。

MOS晶体管斩波器与其它半导体斩波器相比，其最大优点是，偏移与漂移电平都特别低。这一点，与原来的双极型晶体管斩波器的一比较，即可理解。图2.112（a）是使用双极型晶体管的并联型斩波器电路。在导通状态下，两个P-N结皆被驱动于正向，所以I1、I2是流过各P-N结的电流，I3是因I1、I2所构成的晶体管作用而流过的电流。因这些电流在两个P-N结上产生正向电压降，两个正向电压降的极性正好互相抵销，其电压差就是电压性偏移Vo。在截止状态下，被反向偏置的两个P-N结中流有饱和电流，产生电流性偏移Io。图2.112（b）是Vo和Io的等效电路表示法。Vo、Io对应于上一节的直流耦合放大电路的电压性偏移和电流性偏移。从而它们的变化就是漂移，给出直流放大灵敏度的上限。由以上叙述可知，产生Vo、Io的根本原因是由于电流从基极电源（驱动电源）流入晶体管的缘故。MOS管调制型直流放大电路。而MOS晶体管的驱动电压是通过优质的绝缘物一二氧化硅施加的，所以由驱动源流入的电流完全可以忽略。因而，不产生相当于Vo、Io的偏移，作为斩波器元件，可实现前所未有的高灵敏度。另外，由于没有偏移源，就毋需各种偏移补偿电路，从面电路结构也就简单。

以上是MOS晶体管可用作今后主要的斩波器元件的理由。

但是，所有的直流-交流变换器都有一些共同性的问题，就是不可避免地在信号线材料（主要是铜或镀锌的铜线）与用作斩波器的材料之间发生的温差电动势要引起漂移，由驱动电压源经过极间电容的静电感应要产生偏移（尖峰信号），以及由这些变动所产生的漂移等等。

表2.14对备种直流-交流变换器的漂移电平进行了比较。机械斩波器的历史最久，是性能上也臻于极限的产品，其中最优良的产品具有1nV（1×10^-9V）的灵敏度。半导体斩波器从漂移的角度看不及机械斩波器，但在宽频带性和可靠性（寿命）方面则远远超过机械斩波器。此处所示的品体管斩波器的电压性漂移，是通过适当调整驱动条件而使前述的Vo为最小，同时采取补偿漂移的电路结构时的值。与晶体管斩波器相比，结型和MOS型场效应晶体管斩波器毋需采取这类措施。但要使漂移电平低到0.05μV/小时以下，因与克服前述温差电动势所采取的措施有关，实际上很困难。恒流偏移大体分为来自驱动源的传导性的漏电成份和通过极间电容的静电感应成份。后者与驱动频率成正比例增加，表中所给的是1kHz时的值。

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