正负温管揭秘 探讨MOS管在功放中的应用

　　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）

　　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。

　　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。

　　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。

　　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。

　　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。