□饒秀明

MOSFET 絕大部分時(shí)間工作在飽和或截止?fàn)顟B(tài)，線性區(qū)工作時(shí)間很短。MOSFET 工作在大激勵(lì)開(kāi)關(guān)狀態(tài)時(shí)效率最高，輸出電壓也最高。為了保證功放模塊處于高效狀態(tài)，需要提供適當(dāng)?shù)募?lì)電壓。在發(fā)射機(jī)運(yùn)行過(guò)程中，如果激勵(lì)電壓偏低將會(huì)引起功放模塊損耗變大、溫升過(guò)大，導(dǎo)致模塊損壞，這是全固態(tài)中波發(fā)射機(jī)常見(jiàn)的共性故障。

功放電路MOSFET的三個(gè)工作區(qū)

如圖1(a)所示電路，當(dāng)激勵(lì)電壓很低且峰值達(dá)不到開(kāi)啟電壓時(shí)，在整個(gè)周期內(nèi)源漏間沒(méi)有電流，輸出回路無(wú)信號(hào)；當(dāng)激勵(lì)電壓增大并超過(guò)開(kāi)啟電壓但又不能在激勵(lì)電壓達(dá)到最大值時(shí)使管子進(jìn)入飽和時(shí)，漏極電流為正弦脈沖。隨著激勵(lì)的增大，漏極電流由正弦脈沖變成平頂正弦脈沖，而當(dāng)激勵(lì)足夠大時(shí)，漏流脈沖才近似于矩形脈沖，我們稱(chēng)這種狀態(tài)稱(chēng)為大激勵(lì)開(kāi)關(guān)狀態(tài)。

一、截止區(qū)。當(dāng)Ugs＜Vt 時(shí)，由于激勵(lì)電壓小于開(kāi)啟電壓，源漏之間沒(méi)有電流iD，這個(gè)區(qū)叫做截止區(qū)。管子工作在截止區(qū)時(shí)，漏間沒(méi)有電流且電源電壓全部降在管子的源漏極之間。

二、線性區(qū)。當(dāng)Ugs＞Vt 時(shí)，iD產(chǎn)生且隨Ugs的增大而增加，iD隨Ugs的變化近似線性變化，這一區(qū)稱(chēng)線性區(qū)。當(dāng)管子工作在線性區(qū)時(shí)，無(wú)論是漏極電流還是源漏間電壓都不是很小，電源電壓一部分降在負(fù)載電阻上，一部分降在源漏極之間。

圖1：工作于大激勵(lì)開(kāi)關(guān)狀態(tài)的MOSFET的電路、電壓、電流波形圖

三、飽和區(qū)。當(dāng)iD增加到E／RD后，電源電壓幾乎全部降在負(fù)載電阻上，盡管Ugs繼續(xù)增加，iD卻再也不能增加，這個(gè)區(qū)域稱(chēng)為飽和區(qū)。當(dāng)管子工作在飽和區(qū)時(shí)，管子流過(guò)的電流比較大，但管子的飽和電阻很小，故管子的飽和壓降很小。

橋式丁類(lèi)放大器的效率

橋式丁類(lèi)功放的效率為：

放大器中有以下五種損耗：

一、由場(chǎng)效應(yīng)管導(dǎo)通時(shí)的RDS（ON）造成的損耗功率。其值為：

式中的N 為橋式功放每臂并聯(lián)的場(chǎng)效應(yīng)管只數(shù)。

二、輸出電容充放電電流造成的損耗功率。場(chǎng)效應(yīng)管DS 兩端有輸出電容，管子截止時(shí)輸出電容充電，管子導(dǎo)通時(shí)輸出電容放電。充電或放電都會(huì)造成損耗。工作頻率愈高，損耗功率愈大。

鐵路建設(shè)是集企業(yè)利益和社會(huì)效益于一體的系統(tǒng)工程，線路方案、車(chē)站的選擇涉及企業(yè)、社會(huì)各方的利益。由于很難兼顧各方的全部意見(jiàn)，選擇推薦合理、可實(shí)施的方案，總體除需具備很高的政策水平和很強(qiáng)的業(yè)務(wù)能力外，還需具備出眾的組織溝通協(xié)調(diào)能力，特別是要與業(yè)主保持良好的溝通，真心實(shí)意當(dāng)好業(yè)主的參謀。

三、轉(zhuǎn)換期間的損耗功率。場(chǎng)效應(yīng)管兩端的電壓自飽和電壓升高到截止電壓有一定的上升時(shí)間。同樣，由截止電壓下降到飽和電壓也存在一定的下降時(shí)間，一般來(lái)說(shuō)這兩段時(shí)間可視為相等。在電壓上升時(shí)間和下降時(shí)間內(nèi)，都要通過(guò)管子的線性區(qū)，既有漏極電流流過(guò)，漏源間電壓又不小，所以有較大的功率損耗，這種損耗叫轉(zhuǎn)換期間的損耗。電壓上升時(shí)間和下降時(shí)間越長(zhǎng)，損耗功率愈大。工作頻率愈高，損耗功率也愈大。

四、由于場(chǎng)效應(yīng)管有反向漏電流，也造成了功率損耗，但它和其他損耗相比，可以忽略不計(jì)。

五、輸出變壓器的損耗。輸出變壓器的損耗包括磁芯損耗和初、次級(jí)繞組的銅損耗。

上述五種損耗功率總和很小，僅使放大器效率下降10%左右，故丁類(lèi)放大器的效率可達(dá)90%左右。

上述各種損耗如果按時(shí)段劃分可以分為截止區(qū)損耗、飽和區(qū)損耗和線性區(qū)損耗，線性區(qū)損耗的大小取決于激勵(lì)電壓的大小。

在截止區(qū)里，管子所受的電壓雖高，但源漏間幾乎沒(méi)有電流通過(guò)，因此管子的熱損耗很??；在飽和區(qū)內(nèi)，管子流過(guò)的電流很大，但飽和壓降很小，因此管子的熱損耗也很??；在線性區(qū)內(nèi)，雖然時(shí)間特別短，但由于電壓電流都不小，因而管子的熱損耗比較大。如果在線性區(qū)工作的時(shí)間加長(zhǎng)，管子的熱損耗就會(huì)變大，功放管的溫度就會(huì)升高，長(zhǎng)此下去終將導(dǎo)致功放管的損壞。因此，必須保證MOSFET 工作在線性區(qū)的時(shí)間足夠短。

功放電路MOSFET 三個(gè)區(qū)的工作時(shí)間

圖2 IRF350的轉(zhuǎn)移特性曲線和開(kāi)啟和飽和時(shí)的輸入輸出波形

已知條件：主整電壓230V，DX-10 數(shù)字式調(diào)幅中波發(fā)射機(jī)每個(gè)等壓功放的負(fù)載阻為76.7 Ω，等壓功放的IRF350 要求激勵(lì)電壓為22～25Vp-p，IRF350的轉(zhuǎn)移特性曲線如圖2(a)所示。

功放的激勵(lì)電壓為正弦電壓，可表示為：

我們把IRF350的柵源正弦激勵(lì)電壓Ugs由負(fù)變正的那一點(diǎn)的角度定義為0°，把柵源激勵(lì)電壓上升達(dá)到開(kāi)啟電壓(即Ugs=Vt)的角度稱(chēng)為θ1，而把柵源電壓上升使漏流剛剛達(dá)到飽和時(shí)（即iD=E/RD）所對(duì)應(yīng)的激勵(lì)電壓的角度稱(chēng)為θ2。

主整電壓為230V，等壓功放的負(fù)載阻抗為76.7Ω，故漏流飽和值為：

從圖2(a)可以看出，開(kāi)啟電壓Vt為3V，飽和電流為4A 時(shí)的柵源激勵(lì)電壓Ugs約 為4V。設(shè)激勵(lì)電壓Ugsm為11.5 (即23Vp-p)計(jì)算θ1和θ2。

當(dāng)激勵(lì)電壓為正的180°范圍內(nèi)，處于截止區(qū)域的時(shí)間為2×15°=30°，處于線性區(qū)的時(shí)間為2×△θ=2×5°=10°，而處于飽和區(qū)的時(shí)間為180°-2×20°=140°。

激勵(lì)電壓偏低時(shí)，線性區(qū)工作時(shí)間的變化

設(shè)功放管的激勵(lì)電壓從23Vp-p降低為16Vp-p時(shí)，線性區(qū)時(shí)間的變化。

當(dāng)功放的激勵(lì)電壓從23Vp-p降低到16Vp-p時(shí)，在線性區(qū)的時(shí)間由10°增至16°，由于工作在線性區(qū)損耗大，且時(shí)間越長(zhǎng)，損耗越大，溫升越高。從減少熱損耗的角度看，激勵(lì)電壓大一些損耗就小一些，但是，也不是激勵(lì)電壓越大越好，因?yàn)闁旁礃O間所加的激勵(lì)電壓必須小于該MOSFET的柵源擊穿電壓BVGS。數(shù)字式調(diào)幅中波發(fā)射機(jī)使用IRF350 管，激勵(lì)電壓在20～25Vp-p，最佳值為21～24Vp-p，低于20Vp-p為欠激，高于25Vp-p為過(guò)激。上廣型脈寬機(jī)使用IRF250 管，激勵(lì)電壓要求在26～32Vp-p之間。

發(fā)射機(jī)長(zhǎng)期運(yùn)行中功放激勵(lì)電壓的大小會(huì)因各種因素發(fā)生變化，在日常維修過(guò)程中，需經(jīng)常檢查功放激勵(lì)電壓的大小，用示波器直接檢查功放的激勵(lì)電平的大小，這種方法比較直觀。另一種方法是在停機(jī)后立即用紅外線溫度測(cè)量器測(cè)試功放模塊的溫度，如果溫升異常，須查明原因(激勵(lì)偏低是產(chǎn)生該故障的原因之一)。該方法比較簡(jiǎn)單易行，但是如果溫升正常，只能說(shuō)明激勵(lì)不偏低，卻不能說(shuō)明激勵(lì)不偏高，最好是兩種辦法配合使用。

1.張丕灶：《全固態(tài)PDM 中波發(fā)送系統(tǒng)原理與維護(hù)》，北京:中國(guó)廣播電視出版社，1999：10-12。

2.張丕灶：《全固態(tài)中波發(fā)送系統(tǒng)調(diào)整與維修》，廈門(mén)：廈門(mén)大學(xué)出版社，2007：203。