王雷

摘 要 隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，我國在全國范圍內(nèi)對中波臺(tái)推廣的力度也越來越大，傳統(tǒng)的電子管調(diào)制功放電路已經(jīng)不能滿足人們的需求，取而代之的是大功率MOSFET場效應(yīng)管。在日常工作中，人們需要應(yīng)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(guān)的技術(shù)工作人員了解大功率MOSFET場效應(yīng)管的設(shè)計(jì)原理和應(yīng)用方法來解決存在的諸多問題。文章對大功率MOSFET場效應(yīng)管在DX中波發(fā)射機(jī)中的相關(guān)應(yīng)用，旨在為我國的中波發(fā)射技術(shù)作出貢獻(xiàn)。

關(guān)鍵詞 MOSFET場效應(yīng)管；中波發(fā)射機(jī)；應(yīng)用

中圖分類號(hào)：TN838 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-7597（2014）16-0112-02

隨著我國在中波發(fā)射技術(shù)不斷革新與發(fā)展，場效應(yīng)管逐步引入到DX中波發(fā)射機(jī)中。所謂的場效應(yīng)管就是指金屬氧化物合成半導(dǎo)體的場效應(yīng)晶體管，這種長效應(yīng)晶體管的優(yōu)勢就在于：它能夠使發(fā)射機(jī)效率大幅度提高，因?yàn)槭褂昧藞鲂?yīng)管后，整個(gè)射頻功率放大器能在開關(guān)的狀態(tài)下繼續(xù)工作。場效應(yīng)管的應(yīng)用改良了發(fā)射機(jī)的性能，使發(fā)射機(jī)的射頻功率放大器在低壓范圍內(nèi)照常工作，這穩(wěn)定了DX中波發(fā)射機(jī)的運(yùn)行。將場效應(yīng)管應(yīng)用到DX中波發(fā)射機(jī)后，除了可以調(diào)高發(fā)動(dòng)機(jī)工作效率，穩(wěn)定設(shè)備運(yùn)行外，還能降低成本，因?yàn)樵偷募夹g(shù)需要極其昂貴的維修費(fèi)，如果能夠科學(xué)、合理的將場效應(yīng)管應(yīng)用到DX中波發(fā)射機(jī)上，就可以減少成本，節(jié)省預(yù)算。因此本文將探討如何科學(xué)、有效地將場效應(yīng)管應(yīng)用到DX中波發(fā)射器中以及其日后的維護(hù)。

1 MOSFET場效應(yīng)管

1.1 MOSFET場效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)

MOSFET場效應(yīng)管將一塊濃度較低的硅片作為襯底，在該區(qū)域應(yīng)用擴(kuò)散工藝的方法，得到兩個(gè)具有較高摻雜的N型區(qū)域，并從此處引出兩個(gè)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(jìn)行有效的保護(hù)，在生成的二氧化硅上在噴灑一層鋁粉，得到柵極G，此時(shí)的場效應(yīng)管的各極均處于絕緣狀態(tài)，所以人們稱之為絕緣場效應(yīng)管。MOSFET場效應(yīng)管在實(shí)際的應(yīng)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(yīng)管的工作原理

1.2.1 當(dāng)GS之間電壓為0時(shí)

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

1.2.2 當(dāng)GS之間電壓大于0時(shí)

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

1.2.3 當(dāng)GS之間電壓大于GS（TH）時(shí)

GS之間電壓增大、電場增強(qiáng)、流經(jīng)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?nèi)酢⒘鹘?jīng)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(jìn)行有效的控制，進(jìn)而對D處的電流進(jìn)行控制，這樣控制了柵源的電壓就控制了漏極的電流，導(dǎo)電的性能是會(huì)隨著GS之間的電壓增強(qiáng)而增強(qiáng)的，也被稱之為增強(qiáng)型電壓[4]。

2 場效應(yīng)管在中波發(fā)射機(jī)中的應(yīng)用

2.1 結(jié)型場效應(yīng)管在射頻源板晶振電路中的應(yīng)用

眾所周知，DX中波發(fā)射機(jī)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(jié)型場效應(yīng)管結(jié)構(gòu)，主要包括兩個(gè)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?yàn)榉糯笃鳉夤ψ銐虻母咦杩菇Y(jié)構(gòu)。使用這種電路的好處在于，在運(yùn)行的過程中，不需要人為、特意的預(yù)熱機(jī)器，也就是在使用前無需人工手動(dòng)設(shè)置機(jī)器的特定恒溫。由于其具備高極高的頻率穩(wěn)定性，這款機(jī)器運(yùn)行良好、維修簡易[6]。

2.2 MOSFET場效應(yīng)管在射頻放大器上的應(yīng)用

美國的HARRIS公司在生產(chǎn)DX中波發(fā)射器是以增大高射頻信號(hào)放大倍數(shù)為目的的，應(yīng)用了大量的MOSFET機(jī)件，其中以放射頻率較大的MOSFET場效應(yīng)管為主要代表，其中兩倆之間并行連接，形成了一個(gè)橋式放大電路。運(yùn)用高頻變壓器對其進(jìn)行激勵(lì)驅(qū)動(dòng)，可以降低信號(hào)源的內(nèi)部電阻，使MOSFET場效應(yīng)管容易被充電，在關(guān)閉電路時(shí)也極易提供電路的回電，以此來提高M(jìn)OSFET場效應(yīng)管的開關(guān)速度，有效的降低了電路斷電時(shí)損耗的功率，使電路的溫度降低，保證了MOSFET場效應(yīng)管可以進(jìn)行長期的使用。在使用變壓器做驅(qū)動(dòng)的時(shí)候，可以將四個(gè)管子進(jìn)行并聯(lián)輸送，充分的利用MOSFET場效應(yīng)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(kuò)大。DX中波發(fā)射機(jī)最高的功率為2400 kW，可以通用這些微小的場效應(yīng)管得以實(shí)現(xiàn)，這是發(fā)射機(jī)史上的重要貢獻(xiàn)[7]，同時(shí)也是MOSFET場效應(yīng)管較為典型的應(yīng)用。MOSFET場效應(yīng)管的做工極其精細(xì)，出廠后產(chǎn)品的編號(hào)刻在MOSFET場效應(yīng)管的正面。

2.3 MOSFET場效應(yīng)管在伺服控制板上的應(yīng)用

DX中波發(fā)射機(jī)的合成器伺服控制平面上需要運(yùn)用驅(qū)動(dòng)電路進(jìn)行調(diào)諧。其中最大的工作電壓為100 V，放大前極的脈寬調(diào)制器將自信號(hào)直接進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，以達(dá)到改變傳輸容量的效果。另外，調(diào)再驅(qū)動(dòng)的電路與此不盡一致，二者對合成器并機(jī)起到阻抗匹配的重要作用。

2.4 MOSFET場效應(yīng)管在整流柜放電回路的應(yīng)用

DX中波機(jī)的單個(gè)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(gè)電容都相應(yīng)的分擔(dān)了電阻，但是其總體的電容依然很大。在實(shí)際的生產(chǎn)生活中，考慮到電路的安全問題，如果系統(tǒng)關(guān)機(jī)后不能進(jìn)行有效的瀉放，尤其是在處理故障時(shí)，為維護(hù)的工作人員帶來了巨大的安全隱患。所以，在實(shí)際生產(chǎn)中會(huì)采用放電電路，主要將4個(gè)IRFP360功率MOSFET場效應(yīng)管與13、14、15、16號(hào)電阻串聯(lián)組成，在發(fā)射機(jī)工作的時(shí)候，互相不導(dǎo)通；在發(fā)射機(jī)關(guān)機(jī)后，電源的控制板會(huì)將電壓加到每一個(gè)場效應(yīng)管上，此時(shí)MOSFET場效應(yīng)管完全開通，主整與驅(qū)動(dòng)級電源儲(chǔ)存的電能全部的傾瀉在這四個(gè)電阻上，對設(shè)備進(jìn)行了有效的保護(hù)，同時(shí)保證了工作人員的人身安全，使工作正常的進(jìn)行。endprint

HARRIS公司在設(shè)計(jì)該路徑之初就以100瓦10歐姆的13、14、15、16號(hào)電阻為放電電阻，在實(shí)際生產(chǎn)、應(yīng)用過程中常常會(huì)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(chǎn)應(yīng)用順利進(jìn)行，HARRIS公司及時(shí)的進(jìn)行設(shè)計(jì)調(diào)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(jié)論

綜上所述，將場效應(yīng)管引入DX中波發(fā)射機(jī)后，不但提高了發(fā)設(shè)計(jì)的工作效率，穩(wěn)定了機(jī)器的性能，還節(jié)省了大量成本，可以確定這一技術(shù)引入到DX中波發(fā)射機(jī)中是百利而無一害的，所以將場效應(yīng)管引入到DX中波發(fā)射機(jī)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(guān)規(guī)定科學(xué)的操作，做到不放過任何一個(gè)細(xì)節(jié)，準(zhǔn)確無誤的完成相關(guān)操作，只有這樣才能達(dá)到預(yù)期的效果。

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