雙柵MOS管顧名思義就是有兩個柵極的MOS管,相比普通場管和晶體管來說,有着諸多優勢,因此在一些經典名機的調頻高放和中放電路中非常多見。也正因如此,我也總結出一個經驗就是但凡有使用雙柵MOS的機器都是好機器[微笑]。
雙柵MOS管有兩個柵極G1和G2,可以方便的用於混頻或者實現AGC控制。雙柵管之所以可以用於高放,具體說來主要是由於它的幾個特性決定的:1. MOS管輸入阻抗高,天線迴路接入靈活方便;2. 通過控制G2的偏壓可以控制漏極電流,進而控制放大增益或者跨導,同時又不影響信號柵G1的輸入阻抗避免失諧;3. 可以將天線信號注入G1,本振注入G2實現混頻; 4. MOS管噪聲小,相比晶體管有更大的動態範圍,抗交互調能力強。
本文就結合兩個經典機型索尼SW55和雅佳AT-93的調頻頭高放電路分析一下雙柵MOS管的具體應用。索尼SW55和雅佳AT-93都是經典名機,雅佳AT-93更是一款5連電調諧的高端收音頭。二者調頻頭電路恰好代表了雙柵管的兩種典型用法。
索尼SW55
SW55使用的是三洋3SK132A作為調頻高放管,這是一隻調頻電視專用的N溝道雙柵極MOS管。
SW55 高放電路
從圖中可以看出,天線信號經過T9線圈耦合後進入G1,因為S極直接接地沒有源極電阻,因此G1是0偏置的。G2的偏置電壓為1V,由4.7K和2.2K電阻分壓所得,此處的B+電源並非是經過穩壓的,因此SW55的靈敏度對電池電壓是比較敏感的,電壓下降後,靈敏度,聲音性能皆有些下降。由於此處Vg2電壓固定,因此管子的跨導也就是增益是固定的,從管子的技術資料上可以估算一下,當Vg1=0,Vg2=1V,Vds=3.2V時候,管子跨導是小於5mS的(因為Vds<10V)高放級增益很低。漏極輸出接入線圈抽頭實現阻抗匹配,同時降低管子輸出電阻對迴路的影響。高放管的前後兩組LC選頻調諧使用變容二極管,但是並沒有使用背靠背的變容二極管。
3SK132A的轉移導納
雅佳AT-93
AT-93高放電路
AT-93是一款高端收音頭,它的調頻頭使用了5連調諧(為了便於分析只貼出高放級電路)它使用的三洋3SK107雙柵N溝道MOS管,同樣是一隻專用於VHF的管子。可以看到與SW55最大的不同是G2柵電壓並不是固定的,而是接入的AGC電壓,這個電壓來自後級的中放或者鑒頻直流電壓,在無信號的時候AGC電壓高,漏極電流大跨導也就是增益也大,在收到信號時,信號強度越大,AGC電壓越低,漏極電流也就越小,跨導增益隨之降低,實現AGC控制。雅佳使用了背靠背的變容二極管調諧,由於變容管的電容與偏置電壓之間的關係並非完全線性,尤其是對交流正負半周干擾的反應也不對稱,因此這種背靠背用法利用了兩隻管子反向互補的特性,改善了變容管對強信號或者干擾的響應,從而極大改善非線性失真和迴路失諧等問題。很多高端機都採用這種用法,例如根德S700.
3A107的轉移導納特性
從以上兩個管子的工作點結合特性曲線可以看出,索尼的SW55的調頻高放管偏置實在太低了,因此增益也太低,似乎不大對。我為了求證這個問題,特意查看測量了實際電路,發現索尼實際並沒有按照圖紙生產,實際G2的電壓有2.5v,遠大於圖紙標示的1v,所以它的跨導增益才能基本滿足要求。我將R119電阻減小為1k,進一步提高Vg2到2.6v,發現調頻增益確實提高了一點點,弱台信號的格數增加了兩格,雖然很有限,但是設計的漏源電壓只有2.7v,也只能這樣了。
索尼SW55的實際電路