场效应管特性及单端甲类功放制作 场效应管控制工作电流的原理与普通晶体管完全不一样，要比普通晶体管简单得多，场效应管只是 单纯地利用外加的输入信号以改变半导体的电阻，实际上是改变工作电流流通的通道大小，而晶体 管是利用加在发射结上的信号电压以改变流经发射结的结电流，还包括少数载流子渡越基区后进入 集电区等极为复杂的作用过程。场效应管的独特而简单的作用原理赋予了场效应管许多优良的性能， 它向使用者散发出诱人的光辉。场效应管不仅兼有普通晶体管和电子管的优点，而且还具备两者所缺少的优点。场效应管具有 双向对称性，即场效应管的源极和漏极是可以互换的（无阻尼），一般的晶体管是不容易做到这一点 的，电子管是根本不可能达到这一点。所谓双向对称性，对普通晶体管来说，就是发射极和集电极 互换，对电子管来说，就是将阴极和阳极互换。一、场效应管的特性场效应管与普通晶体管相比具有输入阻抗高、噪声系数小、热稳定性好、动态范围大等优点。 它是一种压控器件，有与电子管相似的传输特性，因而在高保真音响设备和集成电路中得到了广泛 的应用，其特点有以下一些。高输入阻抗容易驱动，输入阻抗随频率的变化比较小。输入结电容小（反馈电容），输出端负载的变 化对输入端影响小，驱动负载能力强，电源利用率高。场效应管的噪声是非常低的，噪声系数可以做到ldB以下，现在大部分的场效应管的噪声系数为0.5dB 左右，这是一般晶体管和电子管难以达到的。场效应管具有更好的热稳定性和较大的动态范围。 场效应管的输出为输入的2次幂函数，失真度低于晶体管，比胆管略大一些。场效应管的失真多为偶 次谐波失真，听感好，高中低频能量分配适当，声音有密度感，低频潜得较深，音场较稳，透明感 适中，层次感、解析力和定位感均有较好表现，具有良好的声场空间描绘能力，对音乐细节有很好 表现。普通晶体管在工作时，由于输入端（发射结）加的是正向偏压，因此输入电阻是很低的，场效应管的 输入端（栅极与源极之间）工作时可以施加负偏压即反向偏压，也可以加正向偏压，因此增加了电路 设计的变通性和多样性。通常在加反向偏压时，它的输入电阻更高，高达100M僖陨希 -B 艿恼 庖惶匦悦植沽似胀骞芗暗缱庸茉谀承矫嬗T玫牟蛔恪 场效应管的防辐射能力比普通晶体管提高10倍左右。转换速率快，高频特性好。 场效应管的电压与电流特性曲线与五极电子管输出特性曲线十分相似。场效应管的品种较多，大体上可分为结型场效应管和绝缘栅场效应管两类，且都有N型沟道（电 流通道）和P型沟道两种，每种又有增强型和耗尽型共四类。绝缘栅场效应管又称金属（M）氧化物（0）半导体（S）场效应管，简称M0S管。按其内部结构又可分 为一般M0S管和V M0S管两种，每种又有N型沟道和P型沟道两种、增强型和耗尽型四类。VM0S场效应管，其全称为V型槽M0S场效应管，是在一般M0S场效应管的基础上发展起来的新型高 效功率开关器件。它不仅继承了 M0S场效应管输入阻抗高（大于100M ）、驱动电流小（O.luA左右），还 具有耐压高（最高1200V）、工作电流大（1.5100A）、输出功率高（1250W）、跨导线性好、开关速度 快等优良特性。目前已在高速开关、电压放大（电压放大倍数可达数千倍）、射频功放、开关电源和 逆变器等电路中得到了广泛应用。由于它兼有电子管和晶体管的优点，用它制作的高保真音频功放， 音质温暖甜润而又不失力度，备受爱乐人士青睐，因而在音响领域有着广阔的应用前景。VMOS管和 一般MOS管一样，也可分为N型沟道和P型沟道两种、增强型和耗尽型四类，分类特征与一般的MOS管 相同。VMOS场效应管还有以下特点。输入阻抗高。由于栅源之间是Si02层，栅源之间的直流电阻基本上就是Si02绝缘电阻，一般达100M 僮笥遥涣魇淙胱杩够旧暇褪鞘淙氲缛莸娜菘埂驱动电流小。由于输入阻抗高，VMOS管是一种压控器件，一般有电压就可以驱动，所需的驱动电流 极小。跨导的线性较好。具有较大的线性放大区域，与电子管的传输特性十分相似。较好的线性就意味着 有较低的失真，尤其是具有负的电流温度系数（即在栅极与源极之间电压不变的情况下，导通电流会 随管温升高而减小），故不存在二次击穿所引起的管子损坏现象。因此，VMOS管的并联得到了广泛的 应用。结电容无变容效应。VMOS管的结电容不随结电压而变化，无一般晶体管结电容的变容效应，可避免 由变容效应招致的失真。频率特性好。VMOS场效应管的多数载流子运动属于漂移运动，且漂移距离仅11.5um,不受晶体管 那样的少数载流子基区过渡时间限制，故功率增益随频率变化极小，频率特性好。开关速度快。由于没有少数载流子的存储延迟时间，VMOS场效应管的开关速度快，可在20ns内开启 或关断几十A电流。二、场效应管的主要参数及选用 为了正确安全运用场效应管，防止静电、误操作或储存不当而损坏场效应管，必须对场效应管 主要参数有所了解和掌握。场效应管的参数多达几十种，现将主要参数及含义列于表1，作为参考。表1 场效应管主要参数及含义 符号 名称 含义BVGSS栅源耐压栅源之间的SiO2层很薄，耐压一般只有3040VBVDSS源漏耐压VGS=O，源漏反向漏电流达10uA时的VDS值VP 夹断电压 在源极接地情况下，为使漏源电流输出为零时的栅源电压VT开启电压当IDS达至U 1mA时，栅源之间的电压IGss漏泄电流栅一沟道结施加反向电压下的反向电流，结型管为nA级，MOS管为pA级IDss饱和漏源电流 零偏压VGS=0时的漏电流RGS输入电阻栅源绝缘电阻，栅一沟道在反偏压下的电阻，结型管为100M伲琈OS管为10000M僖陨RDS输出电阻漏极特性曲线斜率的导数，即1/RDS=ID/AVDSgm 跨导 表示栅极电压对漏极电流的控制能力IDs 源漏电流PD 耗散功率NF噪声系数噪声是管子内载流子不规则运动引起的，场效应管要比晶体管小得多，NF愈小表示管 子噪声愈小CGS 栅源电容 输入电容，越小越好，减小失真，有利频率特性提高CDS 漏源电容 输出电容，越小越好，减小失真，有利频率特性提高CGD 栅漏电容 反馈电容，越小越好，减小失真，有利频率特性提高 场效应管的选用应注意以下几点。场效应管的ID的参数按电路要求选取，能满足功耗要求并略有余量即可，不要认为越大越好，ID越 大，CGS也越大，对电路的高频响应及失真不利，如ID为2A的管子，CGS约为80pF； ID为10A的管子， CGS约为1000pF。使用的可靠性可通过合理的散热设计来保证。选用V MOS管的源漏极耐压BVDSS不要过高，能达到要求即可。因为BVDSS大的管子饱和压降也大，会 影响效率。结型场效应管则要尽可能高些，因为他们本来就不高，一般BVDSS为3050V，BVGSS为20V。 VMOS管的BVGSS尽可能高些，因为V MOS管子栅极很娇气，很容易被击穿，储存或操作要慎之又慎，防 止带静电的物体接触管脚。在储存中要将引出脚短路，并用金属盒屏蔽包装，以防止外来感应电势 将栅极击穿，尤其要注意不能将管子放入塑料盒子或塑料袋中。为了防止栅极感应击穿，在安装调 试中要求一切仪器仪表、电烙铁、电路板以及人体等都必须具有良好的接地效果，在管子接入电路 之前，管子的全部引脚都必须保持短接状态，焊接完毕后方可把短接材料拆除。配对管要求用同厂同批号的，这样参数一致性好。尽量选用孪生配对管，使管子的夹断电压和跨导 尽可能保持一致，使配对误差分别小于3和5。尽可能选用音响专用管，这样更能适合音频放大电路的要求。 在安装场效应管时，位置要避免靠近发热元件。为了防止管子振动，要将管子紧固起来，管脚引线 在弯曲时，应当大于根部距离5m m处进行弯曲，以防止弯曲时拆断管脚或引起漏气而损坏管子。管子 要有良好的散热条件，必须配置足够的散热器，保证管子温度不超过额定值，确保长期稳定可靠工 作。三、音频放大器艺术魅力及评价音频放大器按所用放大器件可分为电子管放大器、晶体管放大器、集成电路放大器、场效应管 放大器以及由上述所用器件两种或两种以上组成的混合放大器，各类放大器电路及所用元器件也是 五花八门、千变万化，由此对音源的重放音质又各具特色，很难说哪一种放大器能以偏概全、技压 群芳成为万能放大器。电子管放大器由于空间电荷的传输时滞作用，重放音色温暖柔和，尤其是弦乐人声，表现为醇 美剔透，耐人寻味。晶体管以及集成电路放大器具有犀利的分析力、宽阔的频响和强劲的动态，具 有朝气蓬勃、催人奋进的感召力。场效应管放大器以及混合器件放大器，力图综合电子管和晶体管 音频特性，开创异彩，让乐声更传神，让音色更完美。近些年来，随着电子电脑技术的不断发展，各种电子合成器、各种音频效果器和胆音效果器软 件以及虚拟扬声器技术层出不穷。这使得音频放大器硬件的发展和普及远远赶不上软件的速度，在 精确度上硬件往往也赶不上软件，如电脑模拟3D效果逼真度大大超过真实3D效果，不受听音室的空 间以及声源合成的限制，同时也节省投入硬件的开支。绿色音响、双料发烧 电脑音响很有可能会成为未来音响的主流，硬件不行软件来，实行软 硬兼施，功能强悍，集中体现了高效、便捷、神奇以及经济的特点。如在电脑中设置虚拟光驱，每 次播放乐曲时，就不必启动物理光驱，这样不仅减少等待曲目时间及物理光驱的磨损，更重要的是 消除了物理光驱的噪声，实现高保真放音。再如，胆管功放放音柔和耐听，而制作成本不薄，并且 取得靓音的要件比较多，而通过胆音效果器软件，可为我们在电脑中造就一个“软胆”，就可以模拟出 胆机的音色。目前电脑多媒体音响正处于进阶时期，并与电视也架起了沟通的桥梁，其前景是十分 灿烂诱人的!电脑以及音响发烧友，是一个不惜时间和精力，积极探索追求音质的特殊层面，将继续 担起一份爱乐责任，生活中多一首甜美的歌声，就少一幕苦涩的纷争。无论是普通音响，还是电脑 多媒体音响，功率放大器依然是音频能量扩大推动扬声器出声不可或缺的终端，各类放大器均能较 好地实现这一功能。不过现代人们对音响（技术因素为主，如频率响应、失真度、信噪比等）和音乐（艺 术魅力为主，如声底是否醇厚、堂音是否丰富、听感是否顺耳等）的苛求愈来愈高，不少“金耳朵”能 够听出歌手的齿音、口角以及身临其境、直逼现场的感觉，因此对音频放大器重放音色也寄予更大 的要求，努力以特色音响塑造迷人的音乐氛围。各类音频放大器具有各自的优点及属性，也各有其不足之处，而场效应管放大器主流兼具晶体 管和电子管两者的优势，同时还具备两者所没有的优势。在电路程式上，大量实践证明，单端甲类 功放是以效率换音质的典范，具有无与伦比的音乐魅力。不少发烧友从单纯追求音质出发，反复制 作功放，反复对比听音，最终为A类所动，似乎觉得没有A类的音乐犹如孤独的音乐。四、单端甲类放大器性能刍议放大器按工作状态的不同一般可分为3类：A类放大器，又称为甲类放大器；AB类放大器， 又称为甲乙类放大器；B类放大器，又称为乙类放大器。在这3类放大器中，线性最好，音色最靓 的是A类放大器，而单端甲类放大器与推挽放大器在设计上一个不同之处，就是使用一个放大器件来 放大整个音乐波形。而推挽设计采用两个放大器件，分别放大信号的正负半周，包括一些推挽甲类 放大器。单端甲类放大与推挽放大一个显著的不同特征就是放大后的音乐波形是一个完整的与输入 波形十分相似的波形，没有推挽放大正负波形的交越失真，尽管推挽放大采用配对精度高达2 误 差甚至更小误差的孪生管，但这只是一个片面性的数字描述，事实上正负波形不可能交接得好，加 之电路元器件非线性引起的相移存在，交越失真将进一步增大，当然失真与音色在一定程度上并不 对立，这要看设计放大器的用途和目标，并非推挽放大就此罢休，况且推挽放大器中，由于存在多 次谐波，虽然原配正负波形交接不好，但谐波交接不能否定，只是与单端波形相比难以抗衡。关于推挽放大