双栅MOS管中短波噪声问题

ace919 · 发表于 2012-3-21 20:45:47

最近在矿坛看了一些坛友写的双栅MOS管的帖子，感觉收获挺大，特别是yngz和deepimpact的，以及qzlbwang等早些时候发的，都不错。

但有一疑问，双栅MOS管在中短波时噪声到底如何？没找到权威资料，特请坛友答疑解惑。

一些不完全一致的证据或说法：

1. 大部分双栅MOS的噪声系数NF指标都比较小，但测试频率一般都在200M-900M。而且相当一部分型号的datasheet中，应用写的是VHF或UHF，这是否隐含中短波性能一般？

2. 少部分型号的噪声系数NF有2-3个频率下的指标。
有的是一个VHF的，一个UHF的，一般UHF的NF更大，这个比较好理解。比如NXP BF998，NF=0.6dB@200M/1.0dB@800M。
也有NF指标是既有VHF/UHF的，也有短波的。比如NXP BF1202 NF=9dB@10.7M/0.9dB@400M/1.1dB@800M，这个短波下的噪声明显大。

3. 一部分管子写明是耗尽型双栅MOS管，比如NXP BF998等。一部分未写明是增强型还是耗尽型，但从其VGS-ID曲线看，应该是耗尽型，比如Toshiba 3SK240等。

是否耗尽型的双栅MOS管、耗尽型的单栅MOS管（比如2SK241、2SK544、2SK882等），与结型场效应管（均为耗尽型）一样，具有频率低端噪声小的特点，从而比增强型双栅MOS管更适合中短波？

或者说，场效应管，不管结型、单栅MOS、还是双栅MOS，耗尽型的比增强型的更适合中短波？

求知无足 · 发表于 2012-3-21 21:18:38

场效应管，由于导电机制不含少数载流子，决定的其本质上较双极性管的噪声小得多。

ace919 · 发表于 2012-3-21 21:41:03

求知无足发表于 2012-3-21 21:18
场效应管，由于导电机制不含少数载流子，决定的其本质上较双极性管的噪声小得多。

但一般认为增强型MOS管，在低频时1/f噪声较大，因此不太适合音频及射频的低端

e3po · 发表于 2012-3-22 10:22:52

问 millwood 或者 longshort , 他们肯定知道。

yngz · 发表于 2012-3-22 10:30:07

本帖最后由 yngz 于 2012-3-22 10:34 编辑

使用双栅管从没考虑管子本身的噪声问题。
耗尽型的管子不需要偏置，可以降低偏置电路引入的噪声，否则需要复杂的无噪声偏置电路。
谐振电路和变压器耦合能够很大地改善信噪比。老式收音机使用现在看来性能非常差的3AG和3AX锗管，但噪声感觉并不大，原因就在于大量使用谐振电路和变压器耦合。
中短波的频率范围更适合使用谐振电路来降噪。
宽带放大才需要使用噪声低的管子。

millwood · 发表于 2012-3-22 19:02:52

宽带放大才需要使用噪声低的管子。

agreed. the narrower the bandwith, the lower the noise.

ace919 · 发表于 2012-3-22 21:20:39

迄今为止，找到的资料中，明确说明耗尽型更适合射频电路的，是维基百科MOSFET的英文条目，有这么一段：

Depletion-mode MOSFETs

There are depletion-mode MOSFET devices, which are less commonly used than the standard enhancement-mode devices already described. These are MOSFET devices that are doped so that a channel exists even with zero voltage from gate to source. To control the channel, a negative voltage is applied to the gate (for an n-channel device), depleting the channel, which reduces the current flow through the device. In essence, the depletion-mode device is equivalent to a normally closed (on) switch, while the enhancement-mode device is equivalent to a normally open (off) switch.[36]

Due to their low noise figure in the RF region, and better gain, these devices are often preferred to bipolars in RF front-ends such as in TV sets. Depletion-mode MOSFET families include BF 960 by Siemens and BF 980 by Philips (dated 1980s), whose derivatives are still used in AGC and RF mixer front-ends.

说明耗尽型MOS在射频频率噪声系数更低，增益也更高，因此经常在射频前端比BJT优先被选用

但仍未找到双栅MOS在其频率低端的中短波，其噪声表现到底如何的权威资料

ylong777 · 发表于 2012-3-22 22:33:49

本帖最后由 ylong777 于 2012-3-23 00:11 编辑

也许是在中短波放大电路中，更多的考虑是环境电磁辐射或其它电器产生的电磁辐射对接收机产生的噪声问题，管噪对中短波放大电路影响很微乎其微，若是在VHF或UHF中，本身这两个超高频段都具有很强的抗干扰性，相反的要考虑高频放大管管噪影响力要大一些！

ace919 · 发表于 2012-3-23 06:58:34

5楼和8楼说的有一定的道理，但有些观点仍不敢苟同。

中短波是环境噪声很大，但选择噪声低的器件及电路，仍是很有意义的，特别是在高频前端的高放、混频、本振部分，若采用无源混频，还应该包括第一级中放。特别是在调谐换台过程中，无信号AGC不起控时，某些收音机的噪声还是相当大的，哧哧的声音有点让人心烦。

当然，在城市环境中，中短波，特别是中波，环境干扰太大，以至于收听都困难，这时管噪就成为次要因素。

有些用3AG1+3AX31/3AX81做的老收音机，明显感觉机器的噪声大

另外一般也认为，设计选件优良的分离件收音机，比一般的集成电路收音机噪声小，也说明管子选取的重要性

ylong777 · 发表于 2012-3-23 11:25:13

本帖最后由 ylong777 于 2012-3-23 11:34 编辑

ace919 发表于 2012-3-23 06:58
5楼和8楼说的有一定的道理，但有些观点仍不敢苟同。

中短波是环境噪声很大，但选择噪声低的器件及电路， ...

我不同意楼主的观点，分离件与集成电路本身是由于体积限制和线路走线的区别来限定的，与选用器件类型没有很大的联系（而且就算把集成电路同样用分离件的元件时，产生的效果是一样的，因为集成电路由于体积限制和线路走线的限制大多采用的是直接偶合方式（也就是直流放大器设计模式，级与级之间没有偶合电容，变压器偶合方式就更不用谈了），所以在高频电路中有可能级间晶体管静态工作点不太好调节，所以造成一些比如管低噪声或级间高频感应现象不好控制等现象，楼主不要把那些已经是古董级的3AG1+3AX31/3AX81与现代器件相提并论，任何半导体器件是随着年代的久远，慢慢变化的，晶体管管噪也不例外，而且会随时间的推移慢慢变大的！

ace919 · 发表于 2012-3-23 19:06:14

ylong777 发表于 2012-3-23 11:25
我不同意楼主的观点，分离件与集成电路本身是由于体积限制和线路走线的区别来限定的，与选用器件类型没 ...

抛开关于3AG/3AX的部分不说，因为那主要是针对回答5楼的，似乎楼上是在支持我在9楼说的最后一条。

我在9楼说一般认为，设计选件优良的分离件收音机，比一般的集成电路收音机噪声小，也说明管子选取的重要性。楼上的主要解释了集成电路性能为什么不够好的具体原因，也就是采用集成电路制作的收音机为什么性能不够好的具体原因，呵呵

MF35_ · 发表于 2012-3-23 23:42:35

集成电路不好和分立元件相比的,毕竟设计理念和思路都不同
集成电路着眼点在于稳定可靠,无需调整,以及非常好的一致性,以便于量产,因此只有提高电路的复杂性,使用大量的晶体管来实现
而多一个管子,就多一份噪声,即便如此,集成电路也达到了分立元件的噪声指标,可见集成电路中单个管子的噪声指标已经做的很低了,很多高端商品机一样是使用集成电路
而且由器件自身带来的噪声指标也很有限,我反而觉得更关键的是优秀的电路设计和良好的抗干扰措施,集成电路的机器也可以达到非常高的灵敏度和信噪比就是这个道理,过于以来器件自身的特性来改善电路性能作用非常有限

millwood · 发表于 2012-3-23 23:48:56

集成电路也达到了分立元件的噪声指标

or even better. Take a look at LNAs and it is not uncommon for them to have better noise figures than a typical bjt or a jfet.

millwood · 发表于 2012-3-23 23:49:29

AM or SW is so noisy that talking about the devices noise performance really don't make any practical sense.

nichicon · 发表于 2012-3-24 17:52:16

sony收音机的中短波通道几乎没用过mos管，我知道的sw7600gr，sw100，sw1，sw07，sw77，sw55，2001d，v21的高级收音机，中短波接收通道使用的场效应管几乎全部是结型场效应管，只有在一中频放大使用过几次双栅极mos管，但是那个频率是55.845MHZ。sony是半导体收音机的始祖，在收音机设计方面功力深厚，我觉着应该是有他的道理的。

当然，其他的收音机生产企业却有不少使用mos管的例子，比如根德著名的s700机型，短波高放就用了一枚双栅极的mos管，而且第一混频器也用了两个mos管做平衡混频（sony的所有二次变频机器全部使用结型场效应管混频）。

国内厂家的机器在短波段基本上也主要使用结型场效应管，个别的比如pl600的二混频使用了2sk544（mos型），de1103在中波也使用了2sk544做高放。rp2100也是用了一颗双栅极mos管做中短波的高放，但是以上机器的一混频都是使用结型场效应管。

我也曾经在一本书上看到中短波的设计推荐使用结型管，但是原因并未细说。

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