基于MOS管的砷化镓器件加电保护电路设计

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摘要：由于砷化镓材料具有载流子迁移率高、宽禁带大、最大电阻率高等优点，在近十年时间作为主要的功率放大器件被广泛应用于通信的各个领域，本文对砷化镓功率器件的工作特性进行了介绍和研究，根据器件特性使用MOS管进行了加电保护电路的设计，并根据NMOS管、PMOS管工作方式的不同分别进行了分析，并进行电路设计。

关键词：砷化镓 MOS管 加电保护电路

中图分类号：TM56 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2015）05-0000-00

1引言

由于砷化镓微波固态功率放大器具有高频率、低噪声、大功率等一系列优点，因此被广泛应用在军用雷达、卫星通信、遥控等方面，本文根据砷化镓器件的自身特性对器件的加电保护电路进行了讨论。

2砷化镓器件特性

砷化镓器件主要工作原理是当栅极加反向偏压时，栅压（绝对值）越大，耗尽层越宽，则中型沟道越窄，沟道电导变小，在漏源电压一定的情况下，沟道电流变小，即通过栅极电压控制漏极电流的大小。

3MOS管的加电保护电路设计

MOS晶体管，是单极性晶体管，按导电沟道分为PMOS和NMOS，其具有开关速度快、高频性能好、输入阻抗高、驱动功率小等诸多优点，因此常作为砷化镓器件加电保护电路的开关使用。

4 NMOS管加电保护电路设计

如图1所示，NMOS管加电保护电路采用设计输出式串联型稳压开关电路，其包括开关电路、采样电路、基准电压电路、放大电路共四部分组成。

4.1开关电路

开关电路有晶体管、电阻、电容组成，当没有负电压输入时，晶体管处于饱和状态，MOS管的栅极为低电平，处于截止状态；当输入为负电压时，晶体管处于截止状态，MOS管的栅极为高电平，处于饱和或线性放大状态。

4.2采样电路

采样电路是由电阻和二极管组成的分压器将输出电压的一部分作为反馈电压送到放大电路。

4.3基准电压电路

基准电压电路由稳压管二极管和电阻组成，作为比较的基准。

4.4放大电路

放大电路是由晶体管构成的直流放大电路，它的基-射极电压是反馈电压和基准电压之差，用这个电压通过放大管去控制调整MOS管。

5 PMOS管开关设计

PMOS管的砷化镓加电保护电路原理图如图2所示，其主要由开关电路组成，其中输入正压通过PMOS管由源极输入，漏极输出，栅极控制漏源之间的导通，当MOS管栅源电压高于开启电平时，MOS管开启，否则MOS管截止，当负电压正常提供时MOS管栅极到地导通，大于开启电平，MOS管开启，正电压为砷化镓器件漏极提供偏置电压，当负电压开路或短路时，为零，MOS管截止，正电压无法通过。

6加电保护电路的适用范围

6.1 NMOS管加电保护电路适用范围

采用NMOS管的加电保护电路进行负压偏置时，其可以实现砷化镓器件的上电保护，即栅极负电压控制漏极偏压的通断，当栅极没有负压偏置时保证漏极没有正电压，由于其具有放大电路，故其适用于输出正压可稳压调整的偏置电路。

6.2 PMOS管加电保护电路适用范围

采用PMOS管的加电保护电路进行负压偏置时，亦可以实现砷化镓器件的上电保护，但由于其不具备放大电路，其输出不具有稳压功能，故其适用于输出正压不可调整的偏置电路。

7结语

本文介绍了基于mos管的砷化镓器件加电保护电路的设计方法，并给出了PMOS管、NMOS管的加电保护电路设计实例，当然，用MOS管设计加电保护电路不止上述类型，但文中的原理和方法同样有助于其他方案的理解和分析。

参考文献

[1][美]Inder Bahl著，郑新等译.微波固态电路设计[M].北京：电子工业出版社，2006.

[2][美]Albert Malvino著，李冬梅译.电子电路原理[M].北京：机械工业出版社，2014.

[3]张亮.X波段脉冲功率放大器的设计与实现[D].上海：上海交通大学，2009.