Как разработать схемы усилителя мощности на полевых МОП-транзисторах - параметры объяснения

В этом посте мы обсудим различные параметры, которые необходимо учитывать при разработке схемы усилителя мощности MOSFET. Мы также анализируем разницу между характеристиками биполярных транзисторов (BJT) и полевых МОП-транзисторов и понимаем, почему полевые МОП-транзисторы более подходят и эффективны для применения в усилителях мощности.

Предоставлено Даниэлем Шульцем

Обзор

При проектировании усилителя мощности учитывается диапазон От 10 до 20 Вт , интегральные схемы или конструкции на основе ИС обычно предпочтительны из-за их гладкого размера и небольшого количества компонентов.

Однако для более высоких диапазонов выходной мощности дискретная конфигурация считается гораздо лучшим выбором, поскольку они обеспечивают более высокую эффективность и гибкость для разработчика в отношении выбора выходной мощности.

Раньше усилители мощности, использующие дискретные части, зависели от биполярных транзисторов или BJT. Однако с появлением сложные МОП-транзисторы , BJT постепенно заменялись на эти усовершенствованные MOSFET для достижения чрезвычайно высокой выходной мощности и удивительно ограниченного пространства и уменьшенных размеров печатных плат.

Хотя полевые МОП-транзисторы могут показаться излишеством при разработке усилителей мощности среднего размера, они могут эффективно применяться для усилителей мощности любого размера и любых технических характеристик.

Недостатки использования BJT в усилителях мощности

Хотя биполярные устройства очень хорошо работают в усилителях мощности аудио высокого класса, они имеют несколько недостатков, которые фактически привели к появлению таких передовых устройств, как полевые МОП-транзисторы.

Возможно, самым большим недостатком биполярных транзисторов в выходных каскадах класса B является явление, называемое ситуацией разгона.

BJT имеют положительный температурный коэффициент, что, в частности, вызывает явление, называемое тепловым разгоном, вызывая потенциальное повреждение силовых BJT из-за перегрева.

На левом рисунке выше показана основная установка стандартного драйвера и выходного каскада класса B, использующего TR1 в качестве каскада драйвера с общим эмиттером и Tr2 вместе с Tr3 в качестве дополнительного выходного каскада эмиттерного повторителя.

Сравнение конфигурации выходного каскада усилителя BJT и MOSFET

Функция выходного каскада усилителя

Чтобы сконструировать рабочий усилитель мощности, важно правильно настроить его выходной каскад.

Задача выходного каскада - в первую очередь обеспечить усиление тока (коэффициент усиления по напряжению не превышает единицы), чтобы схема могла обеспечивать высокие выходные токи, необходимые для управления громкоговорителем с более высоким уровнем громкости.

1. Ссылаясь на левую часть диаграммы BJT выше, Tr2 работает как источник выходного тока во время положительных выходных циклов, в то время как Tr3 обеспечивает выходной ток во время отрицательных выходных полупериодов.
2. Основная нагрузка коллектора для каскада драйвера BJT спроектирована с источником постоянного тока, который обеспечивает улучшенную линейность, в отличие от эффектов, достигаемых с помощью простого нагрузочного резистора.
3. Это происходит из-за различий в усилении (и сопутствующих искажений), которые возникают, когда BJT работает в широком диапазоне токов коллектора.
4. Применение нагрузочного резистора внутри каскада с общим эмиттером с большими колебаниями выходного напряжения, несомненно, может вызвать чрезвычайно большой диапазон тока коллектора и большие искажения.
5. Применение нагрузки с постоянным током не избавляет полностью от искажений, потому что напряжение коллектора естественно колеблется, а коэффициент усиления транзистора может в некоторой степени зависеть от напряжения коллектора.
6. Тем не менее, поскольку колебания коэффициента усиления из-за колебаний напряжения коллектора имеют тенденцию быть довольно незначительными, низкие искажения, намного ниже 1 процента, вполне достижимы.
7. Цепь смещения, включенная между базами выходных транзисторов, необходима для перевода выходных транзисторов в положение, в котором они находятся как раз на пороге проводимости.
8. В случае, если этого не произойдет, небольшие изменения напряжения коллектора Tr1 могут не привести выходные транзисторы в состояние проводимости и могут не позволить какое-либо улучшение выходного напряжения!
9. Более высокие колебания напряжения на коллекторе Tr1 могут вызвать соответствующие изменения выходного напряжения, но при этом, вероятно, будут пропущены начальная и конечная части каждого полупериода частоты, что приведет к серьезным «перекрестным искажениям», как это обычно называется.

Проблема искажения кроссовера

Даже если выходные транзисторы доведены до порога проводимости, это не устраняет полностью перекрестные искажения, поскольку выходные устройства имеют относительно небольшой коэффициент усиления при работе с пониженными токами коллектора.

Это обеспечивает умеренный, но нежелательный вид кроссовера. Отрицательная обратная связь может быть использована для естественного подавления кроссоверных искажений, однако для достижения отличных результатов на самом деле важно использовать достаточно высокое смещение покоя на выходных транзисторах.

Именно этот большой ток смещения вызывает проблемы с тепловым разгоном.

Ток смещения вызывает нагрев выходных транзисторов, и из-за их положительного температурного коэффициента это вызывает увеличение тока смещения, выделяя еще больше тепла и, как следствие, дальнейшее увеличение тока смещения.

Таким образом, эта положительная обратная связь обеспечивает постепенное повышение смещения, пока выходные транзисторы не станут слишком горячими и в конечном итоге не сгорят.

Для защиты от этого схема смещения снабжена встроенной системой измерения температуры, которая замедляет смещение в случае обнаружения более высокой температуры.

Таким образом, когда выходной транзистор нагревается, на цепь смещения воздействует выделяемое тепло, которое обнаруживает это и останавливает любое последующее повышение тока смещения. На практике стабилизация смещения может быть не идеальной, и вы можете найти небольшие вариации, однако правильно сконфигурированная схема обычно может демонстрировать вполне достаточную стабильность смещения.

Почему полевые МОП-транзисторы в усилителях мощности работают более эффективно, чем биполярные транзисторы

В следующем обсуждении мы попытаемся понять, почему полевые МОП-транзисторы лучше работают в конструкциях усилителей мощности по сравнению с биполярными транзисторами.

Подобно BJT, если они используются в выходном каскаде класса B, MOSFET также требуют прямое смещение для преодоления кроссоверных искажений. При этом, поскольку силовые полевые МОП-транзисторы обладают отрицательным температурным коэффициентом при токах, близких к 100 мА или более (и небольшим положительным температурным коэффициентом при более низких токах), они позволяют использовать менее сложный драйвер и выходной каскад класса B, как показано на следующем рисунке. .

Термостабилизированная цепь смещения может быть заменена резистором, поскольку температурные характеристики силовых полевых МОП-транзисторов включают встроенный терморегулятор тока смещения на уровне около 100 миллиампер (что примерно является наиболее подходящим током смещения).

Дополнительной проблемой, с которой сталкиваются биполярные транзисторы, является довольно низкий коэффициент усиления по току, всего от 20 до 50. Этого может быть совершенно недостаточно для усилителей средней и большой мощности. В связи с этим требуется чрезвычайно мощный драйверный каскад. Типичный подход к решению этой проблемы - использовать Дарлингтонские пары или эквивалентная конструкция, обеспечивающая достаточно высокое усиление по току, что позволяет использовать каскад драйвера малой мощности.

Силовые полевые МОП-транзисторы, как и любые другие FET устройство , как правило, работают от напряжения, а не от тока.

Входное сопротивление силового MOSFET обычно очень велико, что позволяет пренебречь потребляемым входным током при низких рабочих частотах. Однако на высоких рабочих частотах входное сопротивление намного ниже из-за относительно высокой входной емкости, составляющей примерно 500 пФ.

Даже при такой высокой входной емкости рабочего тока в 10 миллиампер достаточно для прохождения каскада драйвера, хотя пиковый выходной ток может быть примерно в тысячу раз больше этой величины.

Дополнительная проблема с биполярными силовыми устройствами (BJT) - их довольно медленное время переключения. Это имеет тенденцию создавать множество проблем, таких как искажение, вызванное нарастанием.

Это когда мощный высокочастотный сигнал может потребовать коммутируемого выходного напряжения, скажем, 2 вольт за микросекунду, в то время как выходной каскад BJT может позволить скорость нарастания только вольт за микросекунду. Естественно, выходу будет сложно обеспечить достойное воспроизведение входного сигнала, что приведет к неизбежным искажениям.

Более низкая скорость нарастания напряжения может также дать усилителю нежелательную ширину полосы мощности, при этом максимально достижимая выходная мощность значительно падает на более высоких звуковых частотах.

Фазовая задержка и колебания

Еще одна проблема - фазовая задержка, которая происходит через выходной каскад усилителя на высоких частотах, и которая может привести к тому, что обратная связь по системе отрицательной обратной связи превратится в положительную вместо отрицательной на очень высоких частотах.

Если усилитель обладает достаточным усилением на таких частотах, усилитель может перейти в колебательный режим, и отсутствие стабильности будет оставаться заметным, даже если коэффициент усиления схемы недостаточен для запуска колебания.

Эту проблему можно исправить, добавив элементы для ослабления высокочастотной характеристики схемы и включив элементы фазовой компенсации. Однако эти соображения снижают эффективность усилителя при высоких частотах входного сигнала.

MOSFET быстрее, чем BJT

При разработке усилителя мощности мы должны помнить, что скорость переключения силовых полевых МОП-транзисторов обычно примерно в 50-100 раз быстрее, чем BJT. Таким образом, проблемы с низкими характеристиками высоких частот легко преодолеваются путем использования полевых МОП-транзисторов вместо BJT.

Фактически возможно создавать конфигурации без каких-либо частотная или фазовая компенсация части, но при этом сохраняют отличную стабильность и включают уровень производительности, который сохраняется для частот, значительно превышающих предел высокочастотного звука.

Еще одна проблема, с которой сталкиваются биполярные силовые транзисторы, - это вторичный пробой. Это относится к разновидности определенного теплового разгона, который создает «горячую зону» внутри устройства, что приводит к короткому замыканию на его выводах коллектора / эмиттера.

Чтобы этого не произошло, BJT должен работать исключительно в определенных диапазонах тока и напряжения коллектора. Любому схема усилителя звука эта ситуация обычно подразумевает, что выходные транзисторы вынуждены хорошо работать в пределах своих тепловых ограничений, и, таким образом, оптимальная выходная мощность, получаемая от силовых BJT, значительно снижается, намного ниже, чем фактически позволяют их самые высокие значения рассеяния.

Благодаря Отрицательный температурный коэффициент MOSFET при больших токах стока эти устройства не имеют проблем с вторичным пробоем. Для полевых МОП-транзисторов максимально допустимый ток стока и напряжение стока практически ограничены их функцией отвода тепла. Следовательно, эти устройства особенно хорошо подходят для приложений с мощными усилителями звука.

Недостатки MOSFET

Несмотря на вышесказанное, у MOSFET есть несколько недостатков, которых относительно меньше и они незначительны. Первоначально полевые МОП-транзисторы были очень дорогими по сравнению с соответствующими биполярными транзисторами. Однако в настоящее время разница в стоимости стала намного меньше.Если учесть тот факт, что полевые МОП-транзисторы позволяют упростить сложные схемы и косвенное значительное снижение стоимости, то аналог BJT становится довольно тривиальным даже при его низкой стоимости. тег.

Силовые МОП-транзисторы часто имеют увеличенное искажение разомкнутого контура чем БЮЦ. Однако благодаря высокому коэффициенту усиления и быстрой скорости переключения силовые полевые МОП-транзисторы позволяют использовать высокий уровень отрицательной обратной связи по всему спектру звуковых частот, обеспечивая беспрецедентный искажение замкнутого контура эффективность.

Дополнительным недостатком силовых полевых МОП-транзисторов является их более низкая эффективность по сравнению с биполярными транзисторами при использовании в выходных каскадах стандартного усилителя. Причина этого заключается в высокомощном каскаде эмиттерного повторителя, который генерирует падение напряжения до 1 В между входом и выходом, хотя на входе / выходе каскада истокового повторителя существует потеря в несколько вольт. Не существует простого подхода к решению этой проблемы, однако, похоже, это небольшое снижение эффективности, которое не следует принимать во внимание и которое можно игнорировать.

Понимание практической конструкции усилителя MOSFET

На рисунке ниже показана принципиальная схема функционального Усилитель на полевых МОП-транзисторах мощностью 35 Вт схема. За исключением применения полевого МОП-транзистора в выходном каскаде усилителя, все в основном выглядит как очень распространенная конструкция усилителя на полевых МОП-транзисторах.

• Tr1 настроен как входной каскад с общим эмиттером , напрямую подключенный к каскаду драйвера общего эмиттера Tr3. Оба эти каскада обеспечивают общий коэффициент усиления усилителя по напряжению и очень большой общий коэффициент усиления.
• Tr2 вместе с присоединенными к нему частями создают простой генератор постоянного тока с предельным выходным током 10 миллиампер. Это работает как основная нагрузка коллектора для Tr3.
• R10 используется для установления правильного ток покоя смещения через выходные транзисторы, и, как обсуждалось ранее, термостабилизация тока смещения на самом деле не выполняется в цепи смещения, а скорее обеспечивается самими устройствами вывода.
• R8 обеспечивает практически 100% негативный отзыв от выхода усилителя к эмиттеру Tr1, что позволяет схеме получить почти единичный коэффициент усиления по напряжению.
• Резисторы R1, R2 и R4 работают как схема делителя потенциала, смещая входной каскад усилителя, а следовательно, и выход, примерно до половины напряжения питания. Это обеспечивает максимально достижимый выходной уровень до клиппирования и начала критического искажения.
• R1 и C2 используются как схема фильтра, которая устраняет частоту фонового шума и другие формы потенциальных шумов на линиях питания от попадания на вход усилителя через цепь смещения.
• R3 и C5 действуют как RF фильтр что предотвращает прохождение радиочастотных сигналов прямо от входа к выходу, вызывая звуковые помехи. C4 также помогает решить ту же проблему, эффективно снижая высокочастотный отклик усилителя выше верхнего предела звуковой частоты.
• Чтобы усилитель получил хороший коэффициент усиления напряжения на слышимых частотах, необходимо развязать отрицательный отзыв в некоторой степени.
• C7 выполняет роль развязывающий конденсатор , а резистор R6 ограничивает количество очищаемой обратной связи.
• Схема усиление напряжения приблизительно определяется делением R8 на R6, или примерно в 20 раз (26 дБ) с назначенными значениями частей.
• Максимальное выходное напряжение усилителя будет 16 В (среднеквадратичное значение), что обеспечивает входную чувствительность примерно 777 мВ RMS для достижения полной выходной мощности. Входное сопротивление может быть более 20 кОм.
• C3 и C8 используются в качестве входных и выходных конденсаторов связи соответственно. C1 обеспечивает развязку источника постоянного тока.
• R11 и C9 служат исключительно для облегчения и контроля стабильности усилителя, работая как популярные Сеть Zobel , которые часто встречаются на выходных каскадах большинства полупроводниковых усилителей мощности.

Анализ производительности

Опытный образец усилителя, кажется, работает невероятно хорошо, особенно если мы заметим довольно простую конструкцию устройства. Показанная схема усилителя MOSFET будет выдавать среднеквадратичную мощность 35 Вт на нагрузку 8 Ом.

• В полное гармоническое искажение будет не более 0,05%. Опытный образец был проанализирован только для частот сигнала около 1 кГц.
• Однако схема коэффициент усиления без обратной связи оказалось практически постоянным во всем диапазоне звуковых частот.
• В частотная характеристика замкнутого контура был измерен на уровне -2 дБ с сигналами приблизительно 20 Гц и 22 кГц.
• Усилитель соотношение сигнал шум (без подключенного динамика) была выше, чем показатель 80 дБ, хотя на самом деле может быть возможность небольшого количества руки гудят от источника питания, обнаруженного на динамиках, но уровень может быть слишком низким, чтобы его можно было услышать в нормальных условиях.

Источник питания

На изображении выше показан правильно настроенный источник питания для 35-ваттного усилителя MOSFET. Источник питания может быть достаточно мощным, чтобы работать с моно или стерео моделью устройства.

Источник питания фактически состоит из пары эффективных двухтактных выпрямителей и сглаживающих цепей, выходы которых подключены последовательно, чтобы обеспечить общее выходное напряжение, соответствующее удвоенному потенциалу, приложенному отдельным выпрямителем и схемой емкостного фильтра.

Диоды D4, D6 и C10 составляют одну конкретную часть источника питания, в то время как вторую часть поставляют D3, D5 и C11. Каждый из них обеспечивает напряжение чуть ниже 40 В без подключенной нагрузки и полное напряжение без нагрузки 80 В.

Это значение может упасть примерно до 77 вольт, когда усилитель нагружен входным стереосигналом в рабочем состоянии покоя, и примерно до 60 вольт, когда два канала усилителя работают на полной или максимальной мощности.

Советы по строительству

Идеальная компоновка печатной платы для 35-ваттного усилителя MOSFET показана на рисунках ниже.

Это предназначено для одного канала схемы усилителя, поэтому, естественно, две такие платы должны быть собраны, когда возникает необходимость в стереоусилителе. Выходные транзисторы, конечно же, не устанавливаются на печатной плате, а скорее расположены на больших оребрениях.

При установке транзисторов на радиаторе нет необходимости использовать слюдяную изоляцию. Это связано с тем, что источники MOSFET напрямую подключены к их металлическим выводам, и эти выводы источника в любом случае должны оставаться соединенными друг с другом.

Однако, поскольку они не изолированы от радиатора, может быть действительно жизненно важно обеспечить, чтобы радиаторы не входили в электрический контакт с различными другими частями усилителя.

Кроме того, для стереофонической реализации отдельные радиаторы, используемые для пары усилителей, не должны находиться в электрической близости друг к другу. Всегда используйте более короткие выводы (не более 50 мм) для соединения выходных транзисторов с печатной платой.

Это особенно важно для выводов, которые подключаются к клеммам затвора выходных полевых МОП-транзисторов. Из-за того, что силовые полевые МОП-транзисторы имеют высокое усиление на высоких частотах, более длинные выводы могут серьезно повлиять на стабильность характеристики усилителя или даже вызвать ВЧ-колебания, которые, в свою очередь, могут вызвать необратимое повреждение силовых полевых МОП-транзисторов.

Сказав это, практически вы вряд ли столкнетесь с трудностями в подготовке проекта, чтобы гарантировать, что эти выводы фактически будут короче. Важно отметить, что C9 и R11 устанавливаются вне печатной платы и просто подключаются последовательно через выходной разъем.

Советы по конструкции источника питания

Схема источника питания построена с применением проводки типа «точка-точка», как показано на рисунке ниже.

На самом деле это выглядит довольно очевидным, тем не менее гарантируется, что конденсаторы C10 и C11 обоих типов состоят из фиктивной метки. В случае, если это не так, может быть крайне важно использовать полосу с тегами для включения нескольких портов подключения. Бирка для припоя прикрепляется к одному конкретному монтажному болту T1, который обеспечивает точку подключения корпуса для заземляющего провода сети переменного тока.

Регулировка и настройки

1. Обязательно тщательно проверьте соединения проводки перед включением источника питания, потому что ошибки в проводке могут вызвать дорогостоящие разрушения и, безусловно, могут быть опасными.
2. Перед включением цепи убедитесь, что R10 отрегулирован для получения минимального сопротивления (поверните полностью против часовой стрелки).
3. Если на мгновение вынуть FS1 и закрепить мультиметр для измерения FSD 500 мА, прикрепленный к держателю предохранителя, при включенном усилителе на измерителе должно быть видно значение около 20 мА (это может быть 40 мА при использовании двухканального стерео).
4. Если вы обнаружите, что показания счетчика существенно отличаются от этого, немедленно отключите питание и повторно проверьте всю проводку. Напротив, если все в порядке, медленно перемещайте R10, чтобы максимизировать показания счетчика до значения 100 мА.
5. Если требуется стереоусилитель, необходимо настроить R10 на обоих каналах, чтобы получить ток потребления до 120 мА, а затем R10 во втором канале необходимо настроить, чтобы увеличить потребление тока до 200 мА. Как только они будут выполнены, усилитель на МОП-транзисторе будет готов к использованию.
6. Будьте предельно осторожны и не прикасайтесь ни к каким соединениям сети переменного тока при выполнении процедур настройки усилителя.
7. Перед подключением устройства к электросети все открытые проводки или кабельные соединения, которые могут находиться под напряжением сети переменного тока, должны быть должным образом изолированы.
8. Излишне говорить, что, как и любая цепь, работающая от переменного тока, она должна быть заключена в прочный шкаф, который можно открутить только с помощью специальной отвертки и другого набора инструментов, чтобы не было никаких быстрых способов добраться до опасной зоны. электропроводка, и аварийные ситуации надежно устранены.

Список деталей усилителя мощности на МОП-транзисторах мощностью 35 Вт

Схема применения усилителя на МОП-транзисторе мощностью 120 Вт

В зависимости от характеристик источника питания практичный Усилитель на МОП-транзисторе мощностью 120 Вт Схема способна обеспечить выходную мощность в диапазоне от 50 до 120 Вт RMS на громкоговоритель на 8 Ом.

Эта конструкция также включает полевые МОП-транзисторы в выходном каскаде, чтобы обеспечить превосходный уровень общих характеристик даже при большой простоте схемы.

Суммарные гармонические искажения усилителя не превышают 0,05%, но только в том случае, если схема не перегружена, а отношение сигнал / шум превышает 100 дБ.

Понимание каскадов усилителя MOSFET

Как показано выше, эта схема разработана с учетом компоновки Hitachi. В отличие от предыдущей конструкции, эта схема использует связь по постоянному току для громкоговорителя и содержит двойной симметричный источник питания со средним 0 В и заземляющей шиной.

Это усовершенствование избавляет от зависимости от больших выходных конденсаторов связи, а также от низкой производительности, которую создает этот конденсатор. Кроме того, такая компоновка также позволяет схеме прилично подавлять пульсации питания.

Помимо функции связи по постоянному току, конструкция схемы довольно сильно отличается от той, что использовалась в более ранней конструкции. Здесь как входной, так и задающий каскад содержат дифференциальные усилители.

Входной каскад настраивается с использованием Tr1 и Tr2, тогда как каскад драйвера зависит от Tr3 и Tr4.

Транзистор Тр5 сконфигурирован как нагрузка коллектора постоянного тока для Тр4. Путь прохождения сигнала через усилитель начинается с использования входного разделительного конденсатора C1 и ВЧ-фильтра R1 / C4. R2 используется для смещения входа усилителя на центральной дорожке питания 0 В.

Tr1 подключен как эффективный усилитель с общим эмиттером выход которого напрямую подключен к Tr4, который применяется в качестве каскада драйвера общего эмиттера. Начиная с этого этапа аудиосигнал связывается с Tr6 и Tr7, которые настроены как дополнительный выходной каскад ведомого источника.

В негативный отзыв извлекается с выхода усилителя и соединяется с базой Tr2, и, несмотря на то, что нет инверсии сигнала через базу Tr1 на выход усилителя, действительно существует инверсия между базой Tr2 и выходом. Это потому, что Tr2, работающий как эмиттерный повторитель, отлично управляет эмиттером Tr1.

Когда на эмиттер Tr1 подается входной сигнал, транзисторы успешно действуют как общая базовая стадия . Следовательно, хотя инверсия не происходит посредством Tr1 и Tr2, инверсия действительно происходит через Tr4.

Кроме того, изменение фазы не происходит через выходной каскад, а это означает, что усилитель и база Tr2 имеют тенденцию не совпадать по фазе для выполнения необходимой необходимой отрицательной обратной связи. Значения R6 и R7, как показано на диаграмме, обеспечивают усиление напряжения примерно в 28 раз.

Как мы узнали из наших предыдущих обсуждений, небольшим недостатком силовых MOSFET является то, что они становятся менее эффективными, чем BJT, когда они подключены через традиционный выходной каскад класса B. Кроме того, относительная эффективность силовых полевых МОП-транзисторов становится довольно низкой с мощными схемами, которые требуют, чтобы напряжение затвор / исток было несколько напряжений для больших токов источника.

Максимальный размах выходного напряжения можно принять равным напряжению питания за вычетом максимального напряжения затвор-исток отдельного транзистора, и это, безусловно, допускает размах выходного напряжения, которое может быть значительно ниже, чем подаваемое напряжение питания.

Простым средством повышения эффективности было бы включение пары аналогичных полевых МОП-транзисторов, подключенных параллельно к каждому из выходных транзисторов. Максимальный ток, обрабатываемый каждым выходным полевым МОП-транзистором, будет примерно уменьшен вдвое, а максимальное напряжение между источником и затвором каждого полевого МОП-транзистора будет уменьшено соответствующим образом (наряду с пропорциональным увеличением размаха выходного напряжения усилителя).

Однако подобный подход не работает применительно к биполярным устройствам, и в основном это связано с их положительный температурный коэффициент характеристики. Если один конкретный выходной BJT начинает потреблять чрезмерный ток, чем другой (потому что никакие два транзистора не будут иметь точно идентичные характеристики), одно устройство начинает нагреваться больше, чем другое.

Эта повышенная температура приводит к снижению порогового напряжения эмиттера / базы BJT, и в результате он начинает потреблять гораздо большую часть выходного тока. Ситуация затем приводит к нагреванию транзистора, и этот процесс продолжается бесконечно, пока один из выходных транзисторов не начнет обрабатывать всю нагрузку, а другой останется неактивным.

Такого рода проблемы нельзя увидеть с силовыми полевыми МОП-транзисторами из-за их отрицательного температурного коэффициента. Когда один полевой МОП-транзистор начинает нагреваться, из-за его отрицательного температурного коэффициента возрастающее тепло начинает ограничивать ток, протекающий через его сток / исток.

Это смещает избыточный ток в сторону другого полевого МОП-транзистора, который теперь начинает нагреваться, и точно так же тепло вызывает пропорциональное уменьшение проходящего через него тока.

Эта ситуация создает сбалансированное распределение тока и рассеивание между устройствами, что делает работу усилителя более эффективной и надежной. Это явление также позволяет МОП-транзисторы для параллельного подключения просто соединив вместе выводы затвора, истока и стока без особых расчетов и проблем.

Блок питания для усилителя MOSFET мощностью 120 Вт

Соответствующим образом спроектированная схема источника питания для 120-ваттного усилителя MOSFET указана выше. Это очень похоже на схему источника питания для нашей предыдущей конструкции.

Единственная разница заключалась в том, что питание центрального отвода трансформатора на стыке двух сглаживающих конденсаторов изначально не принималось во внимание. В данном примере это используется для обеспечения среднего заземления 0 В, в то время как заземление сети также подключается к этому соединению, а не к отрицательной шине питания.

Вы можете найти предохранители, установленные как на положительной, так и на отрицательной шинах. Выходная мощность усилителя во многом зависит от технических характеристик сетевого трансформатора. Для большинства требований вполне достаточно тороидального сетевого трансформатора на 35 - 0 - 35 В на 160 ВА.

Если стерео операция является предпочтительным, трансформатор необходимо будет заменить более тяжелым трансформатором на 300 ВА. В качестве альтернативы, изолированные блоки питания могут быть построены с использованием трансформатора 160 ВА каждый для каждого канала.

Это позволяет получить напряжение питания примерно 50 В в условиях покоя, хотя при полной нагрузке этот уровень может упасть до гораздо более низкого уровня. Это позволяет получить среднеквадратичную выходную мощность до 70 Вт через громкоговорители с номинальным сопротивлением 8 Ом.

Важно отметить, что диоды 1N5402, используемые в мостовом выпрямителе, имеют максимально допустимый ток 3 ампера. Этого может быть достаточно для одноканального усилителя, но этого может быть недостаточно для стереоверсии. Для стерео версии диоды необходимо заменить на диоды на 6 ампер или диоды на 6A4.

Макеты печатных плат

Вы можете найти полноценную печатную плату для создания собственной схемы усилителя на полевом МОП-транзисторе мощностью 120 Вт. Указанные 4 полевых МОП-транзистора должны быть подключены с большими оребренными радиаторами, которые должны иметь расчетную температуру минимум 4,5 градуса Цельсия на ватт.

Меры предосторожности при подключении

• Следите за тем, чтобы выводы выводов MOSFET были как можно короче, длина их должна быть не более 50 мм.
• Если вы хотите, чтобы они оставались немного дольше, не забудьте добавить резистор с низким сопротивлением (может быть 50 Ом 1/4 Вт) с затвором каждого из полевых МОП-транзисторов.
• Этот резистор отвечает входной емкостью полевого МОП-транзистора и действует как фильтр нижних частот, обеспечивая лучшую стабильность частоты для входного высокочастотного сигнала.
• Однако при высокочастотных входных сигналах эти резисторы могут оказывать некоторое влияние на выходные характеристики, но на самом деле это может быть слишком мало и едва заметно.
• Транзистор Tr6 фактически состоит из двух n-канальных MOSFET, соединенных параллельно, то же самое для Tr7, который также имеет пару p-канальных MOSFET, подключенных параллельно.
• Чтобы реализовать это параллельное соединение, затвор, сток и исток соответствующих пар полевых МОП-транзисторов просто соединяются друг с другом, вот и все, что очень просто.
• Также обратите внимание, что конденсатор C8 и резистор R13 установлены непосредственно на выходном гнезде, а не на печатной плате.
• Возможно, самый эффективный метод построения источника питания - это проводное подключение, что и для источника питания, как это было сделано для предыдущего усилителя. Схема во многом такая же, как и в предыдущей схеме.

Регулировки и настройки

1. Перед включением завершенной схемы усилителя обязательно несколько раз внимательно осмотрите каждую проводку.
2. В частности, проверьте проводку источника питания и соответствующие межсоединения на полевых МОП-транзисторах выходной мощности.
3. Неисправности этих соединений могут быстро привести к необратимому повреждению усилителя.
4. Кроме того, перед включением готовой платы вам нужно будет выполнить несколько предварительных настроек.
5. Начните с вращения предустановки R11 полностью против часовой стрелки и не подключайте сначала громкоговоритель к выходу устройства.
6. Затем, вместо громкоговорителя, подключите щупы мультиметра (настроенного на низкий диапазон постоянного напряжения) к выходным точкам усилителя и убедитесь, что он показывает наличие низкого выходного напряжения покоя.
7. Вы можете обнаружить, что измеритель показывает дробное напряжение или может не показывать напряжение вообще, что тоже нормально.
8. В случае, если измеритель показывает высокое напряжение постоянного тока, необходимо немедленно выключить усилитель и повторно проверить возможные ошибки в проводке.

Заключение

В приведенной выше статье мы всесторонне обсудили многие параметры, которые играют решающую роль в обеспечении правильной и оптимальной работы усилителя мощности.

Все эти параметры являются стандартными и поэтому могут эффективно использоваться и применяться при проектировании любой схемы усилителя мощности MOSFET, независимо от характеристик мощности и напряжения.

Различные характеристики, подробно описанные в отношении устройств BJT и MOSFET, могут быть использованы разработчиком для реализации или настройки желаемой схемы усилителя мощности.