MOS场效应晶体管高频（RF）放大电路特性、信号、控制、设计详解

高频放大电路在接收系统中的作用有（1）改善信噪比、（2）减弱接收到的杂波信号，（3）防止本机振荡等不需要的辐射。为此应该有（1）低噪声高增益的放大元件，（2）良好的前置选择电路和非线性小的放大元件以及（3）对发射源进行屏蔽等，在高频级上还要考虑缓冲和陷波等措施。

此外，在高频级用放大元件的偏置特性进行自动增益控制时，要能充分控制增益，并要求此时的频带特性不发生畸变。

MOS场效应晶体管用作高频放大元件的优点是转移特性呈平方律特性，因三次以上高次谐波的非线性引起交扰调制等的双信号失真小，故杂波信号的影响小，又因输入电导低，可提高选择性。MOS场效应晶体管高频（RF）放大电路。尤其是级联栅型MOS场效应晶体管，由于反馈电容小，所以工作稳定，自动增益控制时的频率偏移也小，又因增益控制电极与输入可以分开，交扰调制特性也特别好，已开始用于甚高频电视中的高频部份。调频广播接收机中也与结型场效应晶体管同时使用。

（1）噪声特性

整个接收系统的噪声系数Fo，可用各级的噪声系数Fi和增益Gi表示如下：

为了减少Fb，应减少F1，并增大G1使F2的影响小到可以忽视的程度（约10dB以上）。

MOS场效应晶体管的噪声系数和增益与偏置点的关系如图2.33所示。噪声系数与信号源导纳的关系如图2.34所示。

由图可见，噪声特性与放大特性的最佳点一般是不一致的，应取两者的折衷值。

将调谐回路等置于前级放大元件之前的电路，其电路插入损耗直接导致噪声系数的变坏，所以调谐回路的QL/QL要小。

（2）自动增益控制

虽也有用专用衰减元件的方法，但也可用改变放大元件的偏流ID和偏压VDs等来实现自动增益控制，这种方法较为经济。

加自动增益控制时，希望放大器的频率特性和动态范围等不因之改变。

例如，放大元件的输入导纳yin可写作

源接地时，在中间频率下，，；调谐时，yo+y_L→go+g_L，因而yin为

第三项是反馈造成的输入电容的增加，称为密勒效应。因此，若CTS很大，在自动增益控制中就产生调谐频率的偏移。另外，在加中和防止此种现象发生时，也受到CTS随偏压变化的影响。MOS场效应晶体管高频（RF）放大电路。此外，若CTS很大，由此造成的信号漏泄将使自动增益控制的变化范围不能取得足够宽。

单栅MOS场效应晶体管的自动增益控制，有改变栅偏压以减少ID的方法（反向自动增益控制）和减少VDs的方法。采用后一种方法时，一般与其它可变阻抗元件串接或并接（准正向自动增益控制）。

对反向自动增益控制来说，衬底栅也可用于自动增益控制，但由于控制灵敏度不高，多不采用此法。一般是在绝缘栅上加信号和自动增益控制电压。此法的CTS约为0.13PF，自动增益控制范围在200MHz不加中和时约为30dB，加中和时约为50dB。单栅场效应晶体管是锐截止晶体管，高衰减时交扰调制特性或大信号特性要变坏（参见图2.37.最终，信号通路仅与CTS有关，可再次变好）。

对准正向自动增益控制来说，交扰调制特性变坏的程度较轻，但在低VDs时，CTS增大，使自动增益控制的范围变小（200MHz下不加中和为20dB弱，加中和为30dB）。

若系级联型（包括复栅型），自动增益控制电压一般加在后级（第二栅G2），200MHz时可得60dB的控制，但也可同时加到第一栅上。也就是说，若在G2上加反向而在G1上加正向自动增益控制电压，或在G1加固定的正向偏置，可以改善交扰调制特性，但前一种情况由于CTS增加，自动增益控制范围被限制在35dB左右。MOS场效应晶体管高频（RF）放大电路。如同时在G1上加反向自动增益控制电压，则控制灵敏度增加，由于前后级的场效应晶体管均工作在五极管区。输入电容减少，因而频率变化也小。^（3）

须减小CTS以减少自动增益控制的中心频率偏移。尤其在100MHz以上很难做

到完全中和，所以减CTS很重要。由图2.35的例子可见，单栅型不能用于甚高频电视用的射频级，而级联栅型已开始进入实用阶段。

（3）杂波信号接

超外差式接收机中特有的杂波信号接，和具有下列关系的输入干扰信号fin有关：当 n . m 取正整数时，▏n Ⅹ输入信号频率fin±mⅩ本机fL▕=中频

尤其当m=n=1时，

变为1/2中频干扰。若保持射频部分的选择性良好并在射频级和混频级使用非线性小的元件可以减弱这种干扰。MOS场效应晶体管输入阻抗高，借简单的电路即可提高其选择性，另外从线性方面看也是好的。

双信号干扰有交扰调制和相互调制。

当有用信号和干扰信号都进入接收系统时，由于元件的非线性，会出现有用信号随干扰信号的大小而变化的交扰调制现象。因此，当干扰信号有幅度调制时，即使有用信号没有调制，输出信号也相当于受到调制。若设干扰信号的调制度为mu，信号幅度为υu（均方根值），则输出信号的调制度（交扰调制度）m为

式中gm″为gm对输入电压的二阶微分，K称为交扰调制指数^●）。一般多以K=1%时的υu值表示交扰调制特性。

相互调制是两频率之和或差的整数倍与接收频率一致时所得到的响应，其大小也与交扰调制特性密切相关。为了改善交扰调制和相互调制特性，在选择非线性小的元件的同时，应改善前置调谐电路的选择性，要抑制放大量不使后级饱和，在尽量不增加天线输入电压的条件下，将其引向初级放大元件。对这种畸变，因后级没有补救措施，所以对初级尤应注意。

测量放大元件的交扰调制特性时，为便于测量，可采用图2.36的电路组成，以输入非调谐、输出调谐的电路形式进行测量较为方便^●）。有时常在射频级加自动增益控制，所以要用表示最大放大量时的衰减度与υu的关系的方法。这种特性，因所用放大元件及加自动增益控制偏置的方法不同而有种种差异^14）。

^●）由式（2.104）可知，当转移特性为理想的平方律特性时，gm''=0，不发生交扰调制。另外，当有用信号与干扰信号为调频信号时，在输入调谐电路经斜率鉴频，接受幅度调制，引起干扰，而且也有可能伴随相位变化，所以在干扰信号大时交扰调制就成问题了。

图2.37是交扰调制特性的测量举例，随偏置的改变而呈现复杂的变化。例如由图2.11的gm~VG1特性曲线可以看出，通过曲率大的位置时υu下降^●）。

（4）高频放大电路设计举例^15）~20）

下面列举一个用单栅型MOS场效应晶体管3N128的调频接收机的高频放大电路的设计。首先试作输入、输出调谐的非中和型电路的设计。

若用6~18pF的可变电容覆盖75~91MHz的调谐，必须有0.12μH的电感线圈和19.8pF的附加电容。MOS场效应晶体管高频（RF）放大电路。选择性要求镜象频率的衰减度在45dB以上，设输入和输出调谐回路的QL分别为30和40（设中心频率76MHz，中频频率10.7MHz），各自的衰减度分别为22.7和26dB，总共48.7dB。若在90MHz进行设计，取3N128的偏置点为VDS=15V，ID=5mA,则y参数为

^●）用这种方法可测元件本身的交扰调制特性。

^●）也就是说，在图2.11中O的位置（拐点），gm对VG1的斜率最大，但三次畸变最低。另外，●点是二次畸变最低处，但三次畸变最大。希望低交扰调制时偏置宜接近O点，而希望混频作用最大时偏置宜接近●点。

考虑到交扰调制和噪声系数等等因素，从3N128看入的信号源电导，取作。设输入线圈的Qu为140，线圈的插入损耗为（1-Qυ/QL）2=-2.9dB，噪声系数是指容许变坏到上述程度的值。线圈的空载调谐导纳和负载调谐导纳值分别为。设天线的导纳为gA（设为300Ω），线圈的匝数如按图2.38规定，由下述两式