双栅MOS场效应管特性及应用
双栅MOS场效应管(以下简称双栅管)是一种新型的高频低噪声放大器件，其突出的优点是反馈电容比常规(单栅) MOS场效应管低两个数量级，因而能在甚高频和超高频范围内稳定地工作。另外，通过改变第二栅的偏压可以容易地实现自动增益控制(AGC)。现在，彩色电视机电子调谐器(高频头)全都使用了双栅管作为第一级高频放大。
(一)工作原理
图5-8是双栅MOS场效应管的剖面结构示意图。在器件的源极S和漏极D之间有两个栅极G1和G2。两栅极之间的N+岛I既作为由S、G1、I组成的FET1的漏极,又作为由I、G2、D组成的FET2的源极。
因此，双栅管可以看作是由两个场效应管串联而成的，如图5-9所示。这样，两个栅上偏压对整个双栅管均有控制作用。一般的双栅管是耗尽型的，即在两栅上未加偏置电压时，漏源之间就已存在导电沟道。
图5-10是G2加上不同偏压U(g2)下双栅管的转移特性曲线。在G2偏压U(g2)较大时,双栅管的转移特性曲线与常规MOS管相似。但是，当U(g2)比较小时，转移特性曲线随着U(g1)的增大而趋向饱和。此时, FET2的导通电阻增大,U(g1)下降。
U(g1)增大到一定值时，FET1由饱和工作区进入线性工作区，其电流正比于U1。若U(g1)再增大，也不会引起U1的明显增大(因为FET2的导通电阻较大),因而I(ds)随着U(g1)的增大而趋向饱和。而且，U(g2)越大,U1就越高(因
FET2导通电阻减小)，在一定的U(g1)下，I(ds)就越大。
双栅管的外形封装如图5-11所示，一般采用塑封，有两种外形结构，SOT-143这种外形结构，管子功率较大，SOT-37这种外形结构，管子功率较小。
(二)性能特点
1.增益可通过G2偏压控制
双栅MOS场效应管的电流不但与U(g1)有关，而且受U(g2)的控制，因而其跨导gm也受U(g2)的控制，如图5-12所示。当U(g1)一定时,gm随着U(g2)的增大而增大。
双栅管的这个特性为小信号放大器的AGC提供了极大的方便。一般双栅管第二栅的AGC控制范围达30dB以上，如图5-13所示。
2.反馈电容小，高频工作稳定
双栅管在作小信号放大时,信号电压一般加在G1，而G2加一直流AGC电压。由于岛I上的交流电压U1等于漏端交流电压Ud除以FET2的电压放大倍数Kv2,因而Ud通过U1在G1上感应出来的电流要比常规MOS管小Kv2倍,即反馈电容小Kv2倍。因此,双栅管能在甚高频和超高频范围内稳定工作。一般MOS管反馈电容在1pF以上，而双栅管的反馈电容只有零点零几pF。
3.抗交叉调制性能好
抗交叉调制性能是高频放大器的一个重要指标。所谓交叉调制就是当两个高频振荡(其中至少一个是已调制波)通过非线性导体时，其中一个振荡的调制会叠加到另一个振荡上去。
MOS管的抗交叉调制性能比双极型管好，而双栅管有很宽的AGC控制范围，故它的动态范围比常规MOS管大,放大强信号时的信号畸变小，抗交叉调制性能更好。
4.截止频率高，因而功率增益强，噪声低
由于双栅管具有很大的沟道宽长比，因而跨导很大，一般在15mA/V左右。而且由于双栅管的反馈电容很小，由密勒效应引起的输入电容增加很少，因而双栅管的截止频率很高，-般可达2~3GHz,在一定工作频率下的功率增益就较高，噪声系数较低。目前常用的双栅管在900MHz下，功率增益可达15~20dB,噪声系数为3~4dB;在200MHz下,功率增益可达23dB,噪声系数1.5~ 2dB。
5.输入导纳稳定，不易失调
由于双栅管组成的小信号放大器的AGC电压加在G2上,AGC 电压的变化不会引起G1端(输入端)电容的变化，如图5-14所示，这就不会因AGC电压变化引起输入失调。
6.具有内部保护电路，工作稳定可靠
双栅管本身在制造时就在G1和G2端对地分别并联了两个背靠背的二极管(参照图5-9)。栅上电压超过一定值时这两个二极管中的一个反向击穿，保护了栅氧化层不被破坏性地击穿。另外,双栅管基本上是用超大规模集成电路工艺制作的，如全离子注人、难熔金属栅制作等等，性能稳定可靠。
(三)应用举例
双栅MOS场效应管具有优越的小信号放大性能，目前在高频小信号放大器中是高频低噪声双极型NPN管的有力竞争者，且将有逐步取代后者的趋势。
1.电视机电子调谐器
图5-15是TDQ-1型彩色电视机电子调谐器的高放电路示意图(UHF部分),其中采用了双栅管3SK80。RI、R2是G1的偏置电阻，R5、 R6是源极的偏置电阻，R4是漏极负载电阻，AGC电压通过R3加在G2上。
这样偏置的结果是源极电位在3.5V左右，G1与源之间的偏压在0.5V左右。由天线接收的电视信号经高通滤波后进入双栅管的调谐输入端，经过放大后由漏极调谐回路输出。电视机内部产生的AGC信号电平为0~7V, AGC范围可达15dB以上。
2.调频收音机前置放大器
图5-16是用于汽车收放机中的调频收音机前置放大器，其中采用了双栅管3SK74。对前置放大电路来说最重要的要求是低噪声和高稳定性，以及良好的选择性。
选择性可以通过天线和输入调谐电路之间的松耦合来实现，然而，其代价是增大了噪声(由于输入调谐电路本身损耗增加)。所以，为了在低噪声和良好选择性之间进行合理的设计，图中的输入调谐电路设计成无负载时带宽0.93MHz,有负载时带宽2MHz ,这就限制了输入调谐电路的损失在2.7dB之内。
为了提高电路的稳定性，输入调谐电路是经过一个抽头才接到双栅管输入端的。这个抽头还可以减小在AGC期间晶体管参数变化对输入调谐电路特性的影响。尽管这个抽头不可避免地要使电路增益减小，但是，由于采用了高增益的双栅管3SK74,整个电路的增益仍可达15dB以上。
3SK74的漏极直接耦合到输出调谐电路，天线和负载分别用电感耦合到双栅管的输入和输出，这样就防止了调谐电路带宽的变化。一个33Ω的电阻位于退耦电容C3和G2之间，抑制了高频寄生振荡。
3.调制器和混频器
图5-17是用双栅管作为调制器的示意图。
高频载波由G1端输入，调制信号加在G2端,这样，输出端就得到了一个调幅高频振荡。如果在G2端也加一个高频振荡,则输出端就可以得到具有各种频率分量的混频输出，经过选频网络就可以得到期望的振荡。
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