高壓MOS功率晶體管的應(yīng)用
與JFET相比，MOS管的耐壓、功耗和跨導(dǎo)等都容易做得較高。另外，放大器中除了輸入級(jí)以外的部分(如推動(dòng)級(jí)、輸出級(jí))，其互補(bǔ)配對(duì)要求可相對(duì)放寬，而且一些配對(duì)的缺陷也可通過電路的仔細(xì)設(shè)計(jì)加以克服。因此，MOS管在功放末級(jí)的應(yīng)用并無什么大礙。MOS管用于功放輸出級(jí)的問題不在于互補(bǔ)配對(duì)，關(guān)鍵是效率低。
隨著集成電路制造工藝水平的提升，系統(tǒng)高壓MOS的應(yīng)用集成度越來越高，智能功率集成電路得到了日益廣泛的應(yīng)用，功率集成電路將工作電壓高低不同的功率器件與低壓邏輯控制電路集成在一個(gè)芯片上，具有開關(guān)特性好、功耗小等優(yōu)點(diǎn)。
對(duì)雙擴(kuò)散DDD=DoubleDiffused Drain 高壓 MOSFET、SVX高壓MOSFET結(jié)構(gòu)進(jìn)行流片實(shí)驗(yàn)，根據(jù)實(shí)際器件參數(shù)測(cè)試結(jié)果，優(yōu)化調(diào)整版圖結(jié)構(gòu)和工藝參數(shù)使之作為新增工藝模塊，整合到原有工藝中，并盡量保持低壓器件的原有特性。
最終根據(jù)以上工作得到1.5μm 5V/12V兼容CMOS工藝的設(shè)計(jì)規(guī)則，并將其應(yīng)用到LCD顯示驅(qū)動(dòng)系列電路的實(shí)際生產(chǎn)中，取得了可觀的經(jīng)濟(jì)效益
1．JFET缺少配對(duì)容差內(nèi)的互補(bǔ)管
當(dāng)今雙極晶體管制造工藝的成熟已使NPN與PNP互補(bǔ)三極管的配對(duì)誤差縮小到被廣大專業(yè)廠商和音響發(fā)燒友所能普遍接受的程度。相比之下，場(chǎng)效應(yīng)管的選配就困難得多，而作為高壓MOS的應(yīng)用放大器輸入級(jí)用管的JFET更是缺少符合要求的互補(bǔ)對(duì)(這是目前的制造水平所決定的)。附表列出了東芝公司的孿生場(chǎng)效應(yīng)管(DualFET)K389／Jl09的主要特性數(shù)據(jù)比較。由附表可知，K389與J109的差異有VCC和NF，其中C和C兩項(xiàng)數(shù)值，N溝與P溝的差值要達(dá)5倍之巨。筆者有一次購(gòu)買過8對(duì)K389／J109，但是在裝機(jī)前測(cè)試的結(jié)果卻頗令人失望：①所謂孿生管只是同一管殼內(nèi)的兩只管子性能一致，而同時(shí)購(gòu)買的8對(duì)管中N溝之間的差別頗大，N溝與P溝的差別更大；②K389與J109的Idss、gm及Vgs各不相同，實(shí)際的波形測(cè)試也不對(duì)稱。最后，筆者高壓MOS的應(yīng)用只能從K389中選出兩只誤差為3．8％的管子作為單邊差動(dòng)輸入級(jí)之用(以往選用雙極孿生管時(shí)總是不難把同極性管的誤差控制在1％，異極性管的配對(duì)誤差也不會(huì)大于3％)。通過以上的數(shù)據(jù)比較和實(shí)際測(cè)試可以得到如下啟示：JFET用于互補(bǔ)輸入級(jí)時(shí)，其V和I一的離散性會(huì)使電路的靜態(tài)工作點(diǎn)產(chǎn)生較大的偏移，從而令電路的穩(wěn)定性變差；gm、Cis,Cis的固有差異更影響著整個(gè)推挽級(jí)的上下波形對(duì)稱和瞬態(tài)響應(yīng)速度等動(dòng)態(tài)指標(biāo)。關(guān)于這一點(diǎn)，國(guó)外的一些知名廠商其實(shí)早就形成共識(shí)，如天龍、馬蘭士等的產(chǎn)品中�？梢姷終389等做成的場(chǎng)效應(yīng)差動(dòng)輸入級(jí)，但總是難以見到J109的影子，也許K389／J109本來就是“拉郎配”。
2、MOSFET輸出極效率較***低
MOS管輸出級(jí)的損耗比雙極晶體管大是眾所周知的。高壓MOS的應(yīng)用通常在相同的電路下，為了取得與雙極管一樣的輸出功率，采用的方法是將電源電壓升高±5V，以補(bǔ)償MOS管的損耗。然而，實(shí)際制作證明其遠(yuǎn)不止這么簡(jiǎn)單。
音響常用場(chǎng)效應(yīng)管的參數(shù)如下表：
從附表中可以了解到幾種頗具代表性的MOS管的主要特性數(shù)據(jù)�，F(xiàn)以日立公司的老牌LDMOS管K135／J50為例加以說明。K135／J50的柵一源開啟電壓閾值為一0．15～一1．45V。實(shí)測(cè)高壓MOS的應(yīng)用當(dāng)Io=10mA時(shí)VO．25V，而當(dāng)I~=100mA典型值時(shí)V增加到0,6～0、85V。可見場(chǎng)效應(yīng)管的壓控特性決定了柵一源損耗電壓是隨漏極電流I增大而上升的(相對(duì)于這一點(diǎn)，雙極晶體管的V幾乎恒為0．7V)。MOS管的內(nèi)部損耗主要取決于漏源導(dǎo)通電阻R、的大小。K135／J50的參數(shù)中沒有直接給出RDs1這一項(xiàng)，但是通過漏源導(dǎo)通電壓VDs(sat)：12V和ID7A兩個(gè)數(shù)據(jù)，利用公式RDs(oN)=UDs)／ID可計(jì)算出K135／J50的R、約為1．7Q。這相當(dāng)于把一個(gè)1．7Q的電阻與負(fù)載串聯(lián)，對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)的8Q負(fù)載而言其損失的功率已接近20％。如果高壓MOS的應(yīng)用考慮到揚(yáng)聲器在低頻時(shí)阻抗驟跌及場(chǎng)效應(yīng)管的負(fù)溫度電壓一電流特性(即溫度上升時(shí)電流下降高壓MOS的應(yīng)用，也就是這時(shí)R增大)，那么MOS管的實(shí)際內(nèi)部損耗將更大。相比之下，雙極晶體管的情況就大不相同。例如，東芝的A1265／C3182，當(dāng)Ic=7A時(shí)V、=2V。如果輸出為二級(jí)射隨器，那么加上末前級(jí)的損耗(<1V)，總的V。(sat)<3V。這與K135／J50的VDs(sat)=12V相比，孰優(yōu)孰劣自然不言而喻。
