場效應管及其在DX中波發(fā)射機中的應用

王雷

摘 要 隨著科學技術的快速發(fā)展，我國在全國范圍內對中波臺推廣的力度也越來越大，傳統(tǒng)的電子管調制功放電路已經不能滿足人們的需求，取而代之的是大功率MOSFET場效應管。在日常工作中，人們需要應用較高的功率、電流，長此以往對模塊造成的損壞較為常見，這需要相關的技術工作人員了解大功率MOSFET場效應管的設計原理和應用方法來解決存在的諸多問題。文章對大功率MOSFET場效應管在DX中波發(fā)射機中的相關應用，旨在為我國的中波發(fā)射技術作出貢獻。

關鍵詞 MOSFET場效應管；中波發(fā)射機；應用

中圖分類號：TN838 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）16-0112-02

隨著我國在中波發(fā)射技術不斷革新與發(fā)展，場效應管逐步引入到DX中波發(fā)射機中。所謂的場效應管就是指金屬氧化物合成半導體的場效應晶體管，這種長效應晶體管的優(yōu)勢就在于：它能夠使發(fā)射機效率大幅度提高，因為使用了場效應管后，整個射頻功率放大器能在開關的狀態(tài)下繼續(xù)工作。場效應管的應用改良了發(fā)射機的性能，使發(fā)射機的射頻功率放大器在低壓范圍內照常工作，這穩(wěn)定了DX中波發(fā)射機的運行。將場效應管應用到DX中波發(fā)射機后，除了可以調高發(fā)動機工作效率，穩(wěn)定設備運行外，還能降低成本，因為原油的技術需要極其昂貴的維修費，如果能夠科學、合理的將場效應管應用到DX中波發(fā)射機上，就可以減少成本，節(jié)省預算。因此本文將探討如何科學、有效地將場效應管應用到DX中波發(fā)射器中以及其日后的維護。

1 MOSFET場效應管

1.1 MOSFET場效應管的結構

MOSFET場效應管將一塊濃度較低的硅片作為襯底，在該區(qū)域應用擴散工藝的方法，得到兩個具有較高摻雜的N型區(qū)域，并從此處引出兩個極源：源極S和漏極D.在P型硅的上方制作一層薄薄的二氧化硅絕緣層，對P型硅進行有效的保護，在生成的二氧化硅上在噴灑一層鋁粉，得到柵極G，此時的場效應管的各極均處于絕緣狀態(tài)，所以人們稱之為絕緣場效應管。MOSFET場效應管在實際的應用過程中柵源之間是正向的GS之間的電壓，漏源之間是正向的DS之間的電壓[1]。

1.2 MOSFET場效應管的工作原理

1.2.1 當GS之間電壓為0時

源極和漏極之間沒有導電的溝道，漏極的電流此時也為0，這是由于漏極和襯底與源極之間形成了兩個串聯(lián)的電路，當GS之間加正向電壓時，漏極和襯底之間的因方向電路而停止[2]。

1.2.2 當GS之間電壓大于0時

襯底和柵極之間形成了一個垂直的半導體電場。這個電場可以排斥P型襯底的空穴使電子吸引到表層，當GS之間的電壓增大到一定的伏特值時，絕緣體和P襯底的交界處會積累許多的電子，形成了一個N型的薄層，人們稱之為反型層。在反型層和漏極之間會有一個導電的溝道，在此處添加電壓后，會有電流流過。所以，漏極電流對應的柵源電壓，為此路徑的開啟電壓[3]。

1.2.3 當GS之間電壓大于GS（TH）時

GS之間電壓增大、電場增強、流經的溝道變寬、溝道的電阻降低、電流增大；反之，GS之間電壓減少、電場變弱、流經的溝道變窄、溝道的電阻升高、電流降低。所以，要改變GS之間的電壓，就要對溝道里的電阻進行有效的控制，進而對D處的電流進行控制，這樣控制了柵源的電壓就控制了漏極的電流，導電的性能是會隨著GS之間的電壓增強而增強的，也被稱之為增強型電壓[4]。

2 場效應管在中波發(fā)射機中的應用

2.1 結型場效應管在射頻源板晶振電路中的應用

眾所周知，DX中波發(fā)射機射頻源板上所使用的電路是4倍載波晶振電路。4倍載波晶振電路是典型的結型場效應管結構，主要包括兩個主要成分：一是J309 JFET放大器，它是一種通過共漏方式連接而成的放大器[5]；二是柵極電阻，這種柵極電阻能夠和電感存在的晶體組建成為柵極直流的電路。這樣就能夠為放大器氣功足夠的高阻抗結構。使用這種電路的好處在于，在運行的過程中，不需要人為、特意的預熱機器，也就是在使用前無需人工手動設置機器的特定恒溫。由于其具備高極高的頻率穩(wěn)定性，這款機器運行良好、維修簡易[6]。

2.2 MOSFET場效應管在射頻放大器上的應用

美國的HARRIS公司在生產DX中波發(fā)射器是以增大高射頻信號放大倍數(shù)為目的的，應用了大量的MOSFET機件，其中以放射頻率較大的MOSFET場效應管為主要代表，其中兩倆之間并行連接，形成了一個橋式放大電路。運用高頻變壓器對其進行激勵驅動，可以降低信號源的內部電阻，使MOSFET場效應管容易被充電，在關閉電路時也極易提供電路的回電，以此來提高MOSFET場效應管的開關速度，有效的降低了電路斷電時損耗的功率，使電路的溫度降低，保證了MOSFET場效應管可以進行長期的使用。在使用變壓器做驅動的時候，可以將四個管子進行并聯(lián)輸送，充分的利用MOSFET場效應管對電路電阻的正溫度系數(shù)的影響，使并聯(lián)工作的功率得到擴大。DX中波發(fā)射機最高的功率為2400 kW，可以通用這些微小的場效應管得以實現(xiàn)，這是發(fā)射機史上的重要貢獻[7]，同時也是MOSFET場效應管較為典型的應用。MOSFET場效應管的做工極其精細，出廠后產品的編號刻在MOSFET場效應管的正面。

2.3 MOSFET場效應管在伺服控制板上的應用

DX中波發(fā)射機的合成器伺服控制平面上需要運用驅動電路進行調諧。其中最大的工作電壓為100 V，放大前極的脈寬調制器將自信號直接進行驅動，以達到改變傳輸容量的效果。另外，調再驅動的電路與此不盡一致，二者對合成器并機起到阻抗匹配的重要作用。

2.4 MOSFET場效應管在整流柜放電回路的應用

DX中波機的單個整流柜中的主整功的電壓不是很高，為250V。主整流電容與其他電容分散通過并聯(lián)的形式組成電路，每個電容都相應的分擔了電阻，但是其總體的電容依然很大。在實際的生產生活中，考慮到電路的安全問題，如果系統(tǒng)關機后不能進行有效的瀉放，尤其是在處理故障時，為維護的工作人員帶來了巨大的安全隱患。所以，在實際生產中會采用放電電路，主要將4個IRFP360功率MOSFET場效應管與13、14、15、16號電阻串聯(lián)組成，在發(fā)射機工作的時候，互相不導通；在發(fā)射機關機后，電源的控制板會將電壓加到每一個場效應管上，此時MOSFET場效應管完全開通，主整與驅動級電源儲存的電能全部的傾瀉在這四個電阻上，對設備進行了有效的保護，同時保證了工作人員的人身安全，使工作正常的進行。endprint

HARRIS公司在設計該路徑之初就以100瓦10歐姆的13、14、15、16號電阻為放電電阻，在實際生產、應用過程中常常會出現(xiàn)燒毀電阻、360管損壞的現(xiàn)象。為了杜絕此類事件的再次發(fā)生，保證正常的生產應用順利進行，HARRIS公司及時的進行設計調整，將100瓦10歐姆的放電電阻全部替換成250瓦40歐姆，此后再無此類不良事件的發(fā)生。

3 結論

綜上所述，將場效應管引入DX中波發(fā)射機后，不但提高了發(fā)設計的工作效率，穩(wěn)定了機器的性能，還節(jié)省了大量成本，可以確定這一技術引入到DX中波發(fā)射機中是百利而無一害的，所以將場效應管引入到DX中波發(fā)射機是勢在必行。然而，引入后的維修工作是必不可少的，在維修的過程中，一定要根據(jù)相關規(guī)定科學的操作，做到不放過任何一個細節(jié)，準確無誤的完成相關操作，只有這樣才能達到預期的效果。

參考文獻

[1]方文華，弓遠東，李治亞，等.原子吸收光譜儀石墨爐電源的故障分析與維修[J].分析測試技術與儀器，2013，10（10）：160-162.

[2]辛艷輝，劉紅俠，卓青青，等.單Halo全耗盡應變Si絕緣硅金屬氧化物半導體場效應管的閾值電壓解析模型[J].物理學報，2013，10（11）：436-441.

[3]許立軍，張鶴鳴.環(huán)柵肖特基勢壘金屬氧化物半導體場效應管漏致勢壘降低效應研究[J].物理學報，2013，10（22）：442-447.

[4]蔣嗣韜，肖廣然，王偉，等.非對稱HALO-LDD摻雜石墨烯納米條帶場效應管的電學特性研究（英文）[J].固體電子學研究與進展，2013，11（15）：228-236.

[5]陳斌，強周威，席曉嵐.功放模塊在數(shù)字調幅中波廣播發(fā)射機常見故障及場效應管的檢測和存取方法[J].科技創(chuàng)業(yè)家，2013，11（22）：139-145.

[6]李亞寧，邢宇，史云曉，等.全固態(tài)中波發(fā)射機功放模塊原理分析及快速檢測方法[J].內蒙古廣播與電視技術，2013，12（15）：180-183.

[7]左振宇，雷福厚，李鵬飛，等.齊聚噻吩及其衍生物在有機場效應晶體管（OFETs）應用中的研究進展[J].昆明理工大學學報（自然科學版），2013，12（30）：114-123.endprint