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MOS管跟三极管的区别;MOS管是电压控制器件,它只要小量的Qg驱动电流就能动作了。而三极管是电流驱动器件。B极电流越大,IC就越大。
MOS管到底好在哪里呢?好就好在它的电流控制能力。同样的15A的管子,三极管要达到15A输出,可能Ib都要达到1、2A了,(放大倍数不是线性的)。这给推动级很大的压力。而MOS不会,它还是同样的Qg充电电流就可以应付。而且MOS的过载能力很强,瞬态下Id会达到额定的10倍多而不会烧坏。
如下图是短路测试波形,此时就就是正温系数MOS管的最大电流了(根据Vgs的大小不同而不同):
现在用在音响上的功率MOS又分正温和负温管,如K1058等是负温管,温度越高同样的Vgs得到的ID越小。IRFP240等是正温管,温度越高,Vgs开启电压越低,同样的Vgs下得到的ID越大。(但温度越高耗散功率会越小,可控的电流也会越小)
那么这两种MOS在音响应用中有什么区别呢?
负温管会自动温度补偿,所以无需温补,还有个好处就是:就算管子不配对都可以直接并管工作,不会对性能产生太大影响,甲类下每只管都有电流流过,不会有管子截止,电流会因为各管的温度不平衡而达到电流的趋平衡。正因为负温管会随温度影响电流变小,所以,有大能量的声音时,晶圆的热瞬时升高后电流下降导致脚软。音色表现为松松散散,中高音不错。要想得到好点的低音还得多多并管才行。
正温管就没那么好伺候了。它对温度很敏感,温度变化一两度,Vgs就变化很大了。100度温差下Vth(开启电压)相差有1V多,多么恐怖啊,配管时,手拿久一点配出来的Vth就不对了,你没法保证每只管子的温度是相同的,就没法保证你配出来的管子是配对的。但正因为它是正温的,所以电流控制能力超强,能量源源不断的送给喇叭,动态凌厉。又因为MOS输入特性跟电容一样,其本身可以过滤掉音频的毛刺,使声音更圆润。如图是一只MOS的等效
如下是MOS的输入特性。
MOS的结构:MOS是由一个一个的小晶圆胞并联而成,晶圆和铜基之间用银桨粘合,MOS管的内部等
MOS管的配对精度要求和三极管不同,三极管在100度变化范围内BE极电压的变化率在20~40mV之间(1mA下测试)。而MOS管在100度变化范围内GS间电压的变化率在1V~1.4V之间(同样1mA下测试)。相差太远,两种根本不能按同样标准来配对。
那么,MOS和三极管的配对区别在哪里?
三极管配对,除了放大倍数要配对外,BE极的配对也要精准,越精准越好,特别是在差分场合应用时,(精度高的话就可以把差分输入的两只射极电阻去掉,这两只电阻影响速度)。然而,三极管的BE配对不易。最好配对到0.001V左右。而MOS管的配对的话就不简单了,Vth配对(开启电压),Vplateau配对(平台电压、跨导),Qgon(总充电荷),Qgd(米勒反馈电荷)。
Vth配对,1,虽然可以把Vth配对到0.001V左右,但是这个电压值对MOS来说没有任何意义,因为MOS对温度相当敏感,手拿MOS一下,再去测试,这个电压已经漂了十几mV了。2,测试Vth也有要求,美军标中规定是用0.25mA测试,这是由于它要测出最先导通的MOS Cell的最低电压,但如果用于MOS配对用于音响的话并不实用,因为最先导通的MOS Cell电压并不能真实的对应到我们应用中所需要的Vth,也就是说配出来的管子应用的时候有差别。试验得到用1mA测得的Vth比较理想。
Vplateau配对,平台电压能真实的反映出器件的跨导,也就是Gate多少V对映Drain上的电流是多少。这个也有要求,电流越小,曲线重合度越高,电流越大,重合度越差,所以,小电流下能测出配对精度高的管子,但应用的时候就偏了,也就是小电流下不适合做配对。小电流和大电流的分界在哪里呢,比如IRFP140,100V,30A的器件,如果小于5A测试就是小电流。
为什么要用这么大电流测试呢,我们平时用的时候不一定用到这么大电流啊?
大电流测试就是为了让器件瞬间发热,(同样的测试时间,正常的器件发热量相同),MOS管应用是跟管耗有关的,也就是热阻有关,器件发热越大,可控的电流越小,功率也会越小。比如这个IRFP140它的功率下降系数是1.2W每度,在25度时最大功率180W,当晶圆上升到125度时,功率只有60W了,不要以为125度很高,在散热片上你能摸到的温度也就五,六十度的样子(看你用的什么绝缘垫片和多大的散热片)。
正因为它跟温度的关系很大,所以测试时,器件工作在大电流下,瞬间的温升不能正常的由晶圆传到铜基(由于晶圆和铜基之间粘合的银桨中气泡含量导致)。晶圆温升很大,导致可控电流下降。所以,小电流测试可以做到很配对,大电流下和温度升高时这些配对管就变得不配对了。
那么,多少电流下测试配对比较理想呢?
试验证明是在参数所标的电流的一半到三分之二之间,太低了配出的管子无意义,太高了就很难配出管子了。那么,既然温度对MOS很敏感,那可不可以加热了再测试配对,这样不是更好?想法是好的,但是你无法保证你所测试的每一只管子的温度都是相同的,所以,无法配出配对管。
MOS管的应用温度是多少合适呢?
温度恒定下来后最好要保证晶圆的温度不要超过125度,也就是铜基的温度在105度左右,散热片在50~70度(要看用的绝缘垫片,绝缘垫片的好坏直接影响器件的散热。还有散热器大小)。超过这个温度管子的配对性就开始下降了。
MOS管的精度主要是在温度上,因为它随温度的变化太大。开启电压Vth和跨导电压Vplateau精度在0.01V就很高了,再高没意义了。
Qgon配对:Qgon的意思就是在预定电流下把器件开启需要的电荷量,电荷量相同的开启时间也相同,没有相移。
Qgd配对:Qgd的意思是就米勒反馈电荷量,也就是开启过程中Vdain上的dv/dt相同。
MOS管应用及要领:先来了解一下什么是Qg吧。从Qg的波形中就可以看出要如何去应用这颗器件!Qg的意思是Gate Charge,意思就是栅电荷。我们知道MOS是电压控制器件,Gate加电压就能控制器件的开启。这只是静态的说法。实际上Gate跟Source和Drain之间会是一种电容状态。Gate的控制电压并不是马上就能加载上去,而是像电容一样充到一定电压了,器件就开启了。。所以,一个器件的Qg大小直接影响到它的开启、关闭的速度。
有人会问了,那不是Qg越小越好?Qg小当然是好事,这代表这个器件速度会很快,但事情总不会是完美的,工艺不好的器件Qg虽然小了,但是米勒反馈频率很高,很容易振荡。
Qg各参数对应的波形位置
雪崩测试原理及MOS为什么出厂前要做雪崩测试:
雪崩测试原理
比较差的器件雪崩波形
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