Как да проектираме веригите на усилвателя на MOSFET - обяснени параметри

В този пост ние обсъждаме различни параметри, които трябва да се вземат предвид при проектирането на верига на усилвател на мощност MOSFET. Ние също така анализираме разликата между биполярните транзистори на свързване (BJT) и характеристиките на MOSFET и разбираме защо MOSFETS са по-подходящи и ефективни за приложенията на усилвателите на мощност.

Принос от Даниел Шулц

Общ преглед

При проектирането на усилвател на мощност се разглежда в диапазона от 10 до 20 вата , проектите, базирани на интегрални схеми или интегрални схеми, обикновено се предпочитат поради елегантния им размер и ниския брой компоненти.

Въпреки това, за по-високи обхвати на изходна мощност, дискретна конфигурация се счита за много по-добър избор, тъй като те предлагат по-висока ефективност и гъвкавост за дизайнера по отношение на избора на изходна мощност.

По-рано усилвателите на мощност, използващи дискретни части, зависеха от биполярни транзистори или BJT. Въпреки това, с появата на усъвършенствани MOSFET , BJT бяха бавно заменени с тези усъвършенствани MOSFET за постигане на изключително висока изходна мощност и удивително ограничено пространство и намалени ПХБ.

Въпреки че MOSFET-овете могат да изглеждат прекалено умение за проектиране на средни усилватели на мощност, те могат ефективно да бъдат приложени за всякакви спецификации на усилватели за размер и мощност.

Недостатъци на използването на BJT в усилватели на мощност

Въпреки че биполярните устройства работят изключително добре в усилвателите на висок клас аудио мощност, те включват няколко недостатъка, които всъщност са довели до въвеждането на усъвършенствани устройства като MOSFET.

Може би най-големият недостатък на биполярните транзистори в изходните етапи от клас В е явлението, посочено като избягала ситуация.

BJT включват положителен температурен коефициент и това конкретно поражда явление, наречено термично избягване, причиняващо потенциални щети на мощността BJTs поради прегряване.

Горната лява фигура показва основната настройка на стандартен драйвер за клас и изходен етап, използвайки TR1 като общ етап на драйвер на емитер и Tr2 заедно с Tr3 като допълнителен изходен етап на последовател на емитер.

Сравняване на конфигурацията на изходния етап на BJT срещу MOSFET усилвател

Функция на изходния етап на усилвателя

За да проектирате работещ усилвател на мощността, е важно да конфигурирате правилно неговия изходен етап.

Целта на изходния етап е преди всичко да осигури усилване на тока (усилването на напрежението остава не повече от единица), за да може веригата да доставя високите изходни токове, необходими за задвижване на високоговорител с по-високо ниво на звука.

1. Позовавайки се на лявата BJT диаграма по-горе, Tr2 работи като източник на изходен ток по време на положителните изходни цикли, докато Tr3 доставя изходния ток по време на отрицателните изходни полуцикли.
2. Основното натоварване на колектора за BJT степен на драйвер е проектирано с постоянен източник на ток, който осигурява подобрена линейност, за разлика от ефектите, постигнати с обикновен резистор на натоварване.
3. Това се дължи на разликите в усилването (и съпътстващите изкривявания), които се случват, когато BJT работи в широк диапазон на колекторните токове.
4. Прилагането на резистор на натоварване в обща степен на излъчване с големи колебания на изходното напрежение несъмнено може да предизвика изключително голям обхват на тока на колектора и големи изкривявания.
5. Прилагането на постоянен токов товар не се отърва напълно от изкривяванията, тъй като колекторното напрежение естествено се колебае и усилването на транзистора може до известна степен да зависи от напрежението на колектора.
6. Въпреки това, тъй като колебанията на усилването поради колебанията на напрежението на колектора са склонни да бъдат доста малки, ниските изкривявания, много по-ниски от 1%, са напълно постижими.
7. Схемата за отклонение, свързана между основите на изходните транзистори, е необходима, за да се изведат изходните транзистори в положението, където те са точно на проводящия праг.
8. В случай, че това не се случи, малки вариации в колекторното напрежение на Tr1 може да не успеят да приведат изходните транзистори в проводимост и да не позволят някакво подобрение на изходното напрежение!
9. По-високите вариации на напрежението в колектора на Tr1 могат да генерират съответни промени в изходното напрежение, но това вероятно ще пропусне началната и финалната част на всеки половин цикъл на честотата, което ще доведе до сериозно „кръстосано изкривяване“, както обикновено се споменава.

Проблем с изкривяване на кросоувър

Дори ако изходните транзистори са отведени до прага на проводимост, не премахва напълно изкривяването, тъй като изходните устройства имат относително малки количества печалба, докато функционират при намалени колекторни токове.

Това осигурява умерен, но нежелан вид изкривяване на кросоувър. Отрицателната обратна връзка може да се използва за естествено преодоляване на изкривяването на кросоувъра, но за постигане на отлични резултати всъщност е от съществено значение да се използва разумно високо отклонение в изход над транзисторите на изхода.

Именно този голям ток на отклонение причинява усложнения при термично избягване.

Токът на отклонение причинява нагряване на изходните транзистори и поради техния положителен температурен коефициент това води до увеличаване на тока на отклонение, генерирайки още повече топлина и произтичащо допълнително повишаване на тока на отклонение.

По този начин тази положителна обратна връзка осигурява постепенно нарастване на пристрастията, докато изходните транзистори не се нагреят твърде много и в крайна сметка се изгорят.

В усилията си да се предпази от това, веригата за отклонение се улеснява с вградена система за сензор за температура, която забавя отклонението в случай, че бъде открита по-висока температура.

Следователно, докато изходният транзистор се затопли, веригата на отклонение се влияе от генерираната топлина, която открива това и спира всяко последващо нарастване на тока на отклонението. На практика стабилизацията на отклонението може да не е идеална и може да откриете малки вариации, но правилно конфигурираната схема може обикновено да показва достатъчно достатъчна стабилност на отклонението.

Защо MOSFET-ите работят по-ефективно от BJT в усилвателите на мощност

В следващата дискусия ще се опитаме да разберем защо MOSFET-овете работят по-добре в дизайна на усилвателите на мощност в сравнение с BJT.

Подобно на BJT, ако се използват в изходен етап от клас B, MOSFET също изискват a пристрастие напред за преодоляване на изкривяването при кросоувър. Като се има предвид това, тъй като мощните MOSFET-и притежават коефициент на отрицателна температура при токове от близо 100 милиампера или повече (и лек положителен температурен коефициент при по-ниски токове), той позволява по-малко сложен драйвер от клас B и изходен етап, както е показано на следващата фигура .

Термично стабилизираната верига на отклонение може да бъде заменена с резистор, тъй като температурните характеристики на мощните MOSFET-та включват вграден термичен контрол на тока на отклонение при около 100 милиампера (което е приблизително най-подходящият ток на отклонение).

Допълнително предизвикателство, с което се сблъскват BJT, е доста ниското усилване на тока от само 20 до 50. Това може да бъде напълно недостатъчно за усилватели със средна и висока мощност. Поради това се изисква изключително мощен етап на водача. Типичният подход за решаване на този проблем е да се използва a Двойки Дарлингтън или еквивалентна конструкция, за да се осигури адекватно голямо усилване на тока, така че да позволява използването на степен на водача с ниска мощност.

Захранвайте MOSFET, точно като всеки FET устройство , обикновено са устройства, работещи с напрежение, а не токови.

Входният импеданс на мощността на MOSFET обикновено е много висок, което позволява незначително изтегляне на входния ток с ниски работни честоти. При високи работни честоти обаче входният импеданс е много по-нисък поради относително високия входен капацитет от приблизително 500 pf.

Дори и с този висок входящ капацитет, работен ток от едва 10 милиампера става достатъчно само през етапа на драйвера, въпреки че пиковият изходен ток може да бъде около хиляда пъти това количество.

Допълнителен проблем с биполярните захранващи устройства (BJT) е малко бавното им време на превключване. Това има тенденция да създава редица проблеми, като например предизвикано изкривяване.

Това е, когато мощен високочестотен сигнал може да изисква превключващо изходно напрежение, да речем 2 волта на микросекунда, докато изходният етап на BJT може да позволи скорост на нарастване от само волта на микросекунда. Естествено, изходът ще се бори да осигури прилично възпроизвеждане на входния сигнал, което води до неизбежно изкривяване.

По-ниската скорост на убиване също може да даде на усилвателя нежелана честотна лента на мощността, като най-високата постижима изходна мощност спада значително при по-високи аудио честоти.

Фазово забавяне и колебания

Друго безпокойство е фазовото забавяне, което се осъществява чрез изходния етап на усилвателя с високи честоти и което може да доведе до превръщане на обратната връзка върху системата за отрицателна обратна връзка в положителна вместо отрицателна при изключително високи честоти.

Ако усилвателят притежава достатъчно усилване при такива честоти, усилвателят може да премине в режим на трептене и липсата на стабилност ще продължи да бъде забележима, дори ако усилването на веригата не е достатъчно, за да предизвика трептене.

Този проблем може да бъде коригиран чрез добавяне на елементи към високочестотната характеристика на веригата и чрез включване на елементи за фазова компенсация. Тези съображения обаче намаляват ефективността на усилвателя при високи честоти на входния сигнал.

MOSFET са по-бързи от BJT

Докато проектираме усилвател на мощност, трябва да помним, че скорост на превключване на мощност MOSFETs обикновено е около 50 до 100 пъти по-бърз от BJTs. Следователно, усложненията с по-ниска високочестотна функционалност се преодоляват лесно чрез използване на MOSFET вместо BJT.

Всъщност е възможно да се създават конфигурации без никакви честотна или фазова компенсация частите, но все още поддържат отлична стабилност и включват ниво на производителност, което се запазва за честоти далеч над високочестотния звуков лимит.

Още една трудност, с която се сблъскват биполярните силови транзистори, е вторичната повреда. Това се отнася до вид специфичен термичен избягване, който създава 'гореща зона' в устройството, което води до късо съединение през неговите щифтове колектор / емитер.

За да се гарантира, че това не се случва, BJT трябва да работи изключително в определени диапазони на колекторния ток и напрежение. До всеки схема за аудио усилвател тази ситуация обикновено предполага, че изходните транзистори са принудени да работят добре в рамките на техните топлинни ограничения и оптималната изходна мощност, получена от мощността BJT, е значително намалена, много по-ниска от най-високите им стойности на разсейване, които всъщност позволяват.

Благодарение на Коефициент на отрицателна температура на MOSFET при високи токове на изтичане тези устройства нямат проблеми с вторичната повреда. За MOSFET-овете максимално допустимите характеристики на изтичащия ток и напрежението на източване са практически ограничени от тяхната функционалност за разсейване на топлината. Следователно тези устройства стават специално подходящи за приложения с мощен аудио усилвател.

Недостатъци на MOSFET

Въпреки горепосочените факти, MOSFET има и няколко недостатъка, които са относително по-малко на брой и незначителни. Първоначално MOSFET бяха скъпи в сравнение със съответстващи биполярни транзистори. Разликата в цената обаче стана много по-малка в днешно време Когато вземем предвид факта, че MOSFET-ите позволяват на сложните схеми да станат много по-опростени и индиректно значително намаление на разходите, прави BJT аналогът доста тривиален, дори и с ниската си цена етикет.

Мощните MOSFET често имат увеличен изкривяване на отворена верига отколкото BJTs. Въпреки това, поради високата си печалба и бързите скорости на превключване, мощните MOSFET-та позволяват използването на високо ниво на отрицателна обратна връзка в целия аудиочестотен спектър, предлагайки несравними изкривяване на затворен цикъл ефективност.

Допълнителен недостатък, свързан с мощните MOSFET, е по-ниската им ефективност в сравнение с BJT, когато се използват в изходните етапи на стандартния усилвател. Причината за това е етап на последовател на емитер с висока мощност, който генерира спад на напрежението до около 1 волта между входа и изхода, въпреки че има загуба на някои волта през входа / изхода на етапа на последователя на източника. Няма лесен подход за решаване на този проблем, но изглежда, че това е малко намаляване на ефективността, което не трябва да се взема предвид и може да се игнорира.

Разбиране на практичен дизайн на MOSFET усилвател

Фигура по-долу показва електрическата схема на функционал 35-ватов MOSFET усилвател с мощност верига. Освен приложението на MOSFET в изходния етап на усилвателя, всичко по същество изглежда доста като много често срещан дизайн на MOSFET усилвател.

• Tr1 е монтиран като a общ входен етап на излъчвателя , директно свързан към степента на драйвер за общ емитер Tr3. И двата етапа предлагат общото усилване на напрежението на усилвателя и включват изключително голямо общо усилване.
• Tr2 заедно с прикрепените му части създават обикновен генератор на постоянен ток, който има пределен изходен ток от 10 милиампера. Това работи като основното натоварване на колектора за Tr3.
• R10 се използва за установяване на правилното ток на неподвижно отклонение чрез изходните транзистори и както беше обсъдено по-горе, термичната стабилизация за тока на отклонението всъщност не е постигната във веригата за отклонение, а по-скоро се доставя от самите изходни устройства.
• R8 доставя практически 100% негативно мнение от изхода на усилвателя до излъчвател Tr1, позволявайки на веригата точно около единично усилване на напрежението.
• Резисторите R1, R2 и R4 работят като потенциална разделителна мрежа за отклоняване на входния етап на усилвателя, а оттам и на изхода, приблизително до половината от захранващото напрежение. Това позволява най-високо постижимо ниво на изход преди изрязване и започване на критично изкривяване.
• R1 и C2 се използват като филтърна верига, която отменя честотата на бръмчене и други форми на потенциални шумове на захранващите линии от влизане на входа на усилвателя през веригата за отклонение.
• R3 и C5 действат като RF филтър което предотвратява проникването на радиочестотни сигнали от входа на изхода, причинявайки звукови смущения. C4 също помага за решаването на същия проблем, като ефективно отменя високочестотната характеристика на усилвателя над горната граница на аудио честотата.
• За да се гарантира, че усилвателят получава добро усилване на напрежението при звукови честоти, става изключително важно отделете отрицателната обратна връзка до някъде.
• C7 изпълнява ролята на разединителен кондензатор , докато R6 резисторът ограничава количеството обратна връзка, което се почиства.
• Веригата усилване на напрежението се определя приблизително чрез разделяне на R8 на R6 или около 20 пъти (26dB) със зададените стойности на частите.
• Максималното изходно напрежение на усилвателя ще бъде 16 волта RMS, което позволява чувствителност на входа от около 777mV RMS за постигане на пълен изход. Входният импеданс може да бъде повече от 20k.
• C3 и C8 се използват съответно като входни и изходни свързващи кондензатори. C1 позволява отделяне на захранващия DC.
• R11 и C9 служат изключително за улесняване и контрол на стабилността на усилвателя, като работят като популярните Мрежа на Zobel , които често се срещат около изходните етапи на повечето конструкции на полупроводникови усилватели на мощност.

Анализ на ефективността

Прототипният усилвател изглежда се представя изключително добре, по-конкретно само след като забележим доста опростения дизайн на модула. Показаната схема за проектиране на усилвател MOSFET с радост ще изведе 35 вата RMS при 8 ома товар.

• The общо хармонично изкривяване няма да бъде повече от около 0,05%. Прототипът е анализиран само за честоти на сигнала около 1 kHz.
• Въпреки това веригата печалба с отворен цикъл е установено, че е практически постоянна в целия звуков честотен диапазон.
• The честотна характеристика на затворен цикъл беше измерен при -2 dB с приблизително 20 Hz и 22 kHz сигнали.
• Усилвателя съотношение сигнал / шум (без свързан високоговорител) е била по-висока от цифрата от 80 dB, въпреки че всъщност може да има малко количество от ръцете бръмчат от засичаното захранване на високоговорителите, но нивото може да е твърде малко за чуване при нормални условия.

Захранване

Изображението по-горе демонстрира подходящо конфигурирано захранване за 35-ватовия MOSFET усилвател. Захранването може да бъде достатъчно мощно за работа с моно или стерео модел на устройството.

Захранването всъщност се състои от няколко ефективни изправителни и изглаждащи вериги с двойно издърпване, които имат изходи, свързани последователно, за да осигурят общо изходно напрежение, съответстващо на удвоения потенциал, прилаган от отделен токоизправител и капацитивен филтър.

Диодите D4, D6 и C10 представляват една част от захранването, докато втората секция се доставя от D3, D5 и C11. Всеки от тях предлага малко под 40 волта без свързан товар и общо напрежение от 80 V без товар.

Тази стойност може да спадне до приблизително 77 волта, когато усилвателят е зареден от стерео входен сигнал с работещо състояние на покой и до около 60 волта, когато два усилвателни канала работят с пълна или максимална мощност.

Съвети за строителството

Идеалното оформление на печатни платки за 35-ватовия MOSFET усилвател е показано на фигурите по-долу.

Това е предназначено за един канал на веригата на усилвателя, така че естествено две такива платки трябва да бъдат сглобени, когато стерео усилвател стане необходим. Изходните транзистори със сигурност не са монтирани на печатната платка, а по-скоро върху голям ребра тип.

Не е необходимо да използвате изолационен комплект за слюда за транзисторите, докато ги фиксирате върху радиатора. Това е така, защото MOSFET източниците са директно свързани към техните метални пластини и тези щифтове трябва да останат свързани помежду си.

Тъй като обаче те не са изолирани от радиатора, може да е наистина жизненоважно да се гарантира, че радиаторите не влизат в електрически контакт с различни други части на усилвателя.

Също така, за стерео изпълнение, на отделните радиатори, използвани за двойката усилватели, не трябва да се позволява да влизат в електрическа близост помежду си. Винаги се уверете, че използвате по-къси проводници с максимум около 50 mm, за да свържете изходните транзистори с печатната платка.

Това е особено важно за проводниците, които се свързват с терминалите на изхода на изходните MOSFET. Поради факта, че силовите MOSFET транзистори имат висок коефициент на усилване при високи честоти, по-дългите проводници могат да повлияят сериозно на стабилността на усилвателя или дори да предизвикат РЧ трептене, което от своя страна може да причини трайна повреда на силовите MOSFET.

Като казахте това, практически можете да откриете трудности при подготовката на дизайна, за да сте сигурни, че тези изводи се държат ефективно по-къси. Може да е важно да се отбележи, че C9 и R11 са монтирани извън печатната платка и просто са свързани последователно през изходния контакт.

Съвети за изграждане на захранване

Захранващата верига се изгражда чрез прилагане на окабеляване от точка до точка, както е показано на фигурата по-долу.

Това всъщност изглежда доста обяснимо, въпреки това е гарантирано, че кондензаторите C10 и C11 и двата типа се състоят от фиктивен етикет. В случай, че не са, може да е от решаващо значение да се използва таг-лента, за да се активират няколко порта за свързване. Към един конкретен монтажен болт на Т1 се прикрепва етикет за запояване, който предлага точка за свързване на шасито за захранващия проводник на променливотоковото захранване.

Настройка и настройки

1. Не забравяйте да проучите подробно кабелните връзки, преди да включите захранването, защото грешките в окабеляването могат да причинят скъпо разрушаване и със сигурност могат да бъдат опасни.
2. Преди да включите веригата, не забравяйте да отрежете R10, за да получите минимално съпротивление (завъртете в пълна посока обратно на часовниковата стрелка).
3. С изваден за момент FS1 и мултицет, фиксиран за измерване на 500mA FSD, прикрепен върху държача на предпазителя, трябва да се видят показания от около 20mA на измервателния уред, докато усилвателят е включен (това може да бъде 40mA, когато се използва двуканално стерео).
4. В случай че установите, че показанията на измервателния уред се различават значително от това, незабавно изключете захранването и прегледайте цялото окабеляване. Напротив, ако всичко е наред, бавно преместете R10, за да увеличите максимално показанията на измервателния уред до стойност 100mA.
5. Ако се желае стерео усилвател, R10 през двата канала трябва да бъде променен, за да се получи текущото изтегляне до 120 mA, след това R10 във втория канал трябва да бъде фино настроен, за да се увеличи текущото използване до 200 mA. След като те бъдат изпълнени, вашият MOSFET усилвател е готов за употреба.
6. Внимавайте да не докосвате нито една от мрежовите връзки, докато правите процедурите за настройка на усилвателя.
7. Всички непокрити окабелявания или кабелни връзки, които могат да бъдат с потенциал за променлив ток, трябва да бъдат правилно изолирани, преди да свържете устройството към електрическата мрежа.
8. Излишно е да казвам, че както при всяка верига, работеща с променлив ток, тя трябва да бъде затворена в здрав шкаф, който може да се развие само с помощта на специална отвертка и друг набор от инструменти, за да се гарантира, че няма бързи средства за достигане до опасните мрежово окабеляване и авариите се елиминират безопасно.

Списък на частите за 35-ватовия MOSFET усилвател на мощност

120W MOSFET усилвателна верига за приложение

В зависимост от спецификациите на захранването, практичните 120 ватов MOSFET усилвател схема може да предложи изходна мощност от около 50 и 120 вата RMS в 8 омов високоговорител.

Този дизайн също така включва MOSFET в изходния етап, за да осигури превъзходно ниво на цялостна производителност дори с голямата простота на веригата

Общото хармонично изкривяване на усилвателя е не повече от 0,05%, но само когато веригата не е претоварена и съотношението сигнал / шум е по-добро от 100 dB.

Разбиране на етапите на усилвателя MOSFET

Както е показано по-горе, тази схема е проектирана по отношение на оформлението на Hitachi. Противно на последния дизайн, тази схема използва DC съединител за високоговорителя и съдържа двойно балансирано захранване със средна 0V и земна шина.

Това подобрение се отървава от зависимостта от големи изходни съединителни кондензатори, както и от недостатъчната производителност при нискочестотни характеристики, която този кондензатор генерира. Освен това, това оформление също така позволява на веригата прилична възможност за отхвърляне на пулсации на захранването.

Освен функцията за DC свързване, дизайнът на веригата изглежда доста различен от този, използван в по-ранния дизайн. Тук както входният, така и драйверният каскад включват диференциални усилватели.

Входният етап е конфигуриран с помощта на Tr1 и Tr2, докато етапът на драйвера зависи от Tr3 и Tr4.

Транзисторът Tr5 е конфигуриран като постоянно натоварване на колектор на ток за Tr4. Пътят на сигнала посредством усилвателя започва с използване на входящ свързващ кондензатор C1, заедно с RF филтъра R1 / C4. R2 се използва за отклонение на входа на усилвателя на централната 0V захранваща писта.

Tr1 е свързан като ефективен a общ излъчвател усилвател който има изход директно свързан с Tr4, който се прилага като общ етап на драйвер на емитер. От този етап нататък аудио сигналът е свързан към Tr6 и Tr7, които са монтирани като допълнителен изходен етап на последовател на допълнителен източник.

The негативно мнение се извлича от изхода на усилвателя и се свързва с базата Tr2 и въпреки факта, че няма инверсия на сигнала през базата Tr1 към изхода на усилвателя, съществува инверсия през базата Tr2 и изхода. Това е така, защото Tr2, работещ като излъчвател, перфектно управлява излъчвателя на Tr1.

Когато се подава входен сигнал към излъчвателя Tr1, транзисторите успешно действат като a общ базов етап . Следователно, въпреки че инверсията не се осъществява посредством Tr1 и Tr2, инверсията се случва чрез Tr4.

Също така, промяната на фазата не настъпва през изходния етап, което означава, че усилвателят и базата Tr2 са склонни да са извън фаза, за да изпълнят необходимата необходима отрицателна обратна връзка. Стойностите R6 и R7, както се предлагат на диаграмата, осигуряват усилване на напрежението приблизително 28 пъти.

Както научихме от предишните ни дискусии, малък недостатък на мощните MOSFET-та е, че те стават по-малко ефективни от BJT, когато се свързват през традиционния изходен етап от клас B. Също така относителната ефективност на MOSFET на мощността става доста лоша с вериги с висока мощност, които изискват напрежението на порта / източника да бъде от няколко напрежения за високи източници на ток.

Максималното люлеене на изходното напрежение може да се приеме, че е равно на захранващото напрежение минус максималното напрежение на вратата към източника на отделния транзистор и това със сигурност позволява люлеене на изходното напрежение, което може да бъде значително по-ниско от приложеното напрежение на захранването

Ясно средство за постигане на по-висока ефективност би било основно да се включат няколко подобни MOSFET, прикрепени паралелно към всеки от изходните транзистори. Тогава най-голямото количество ток, обработвано от всеки изходен MOSFET, ще бъде грубо намалено наполовина, а максималното напрежение на източника към порта на всеки MOSFET се понижава по подходящ начин (заедно с пропорционален растеж в люлеенето на изходното напрежение на усилвателя).

Подобен подход обаче не работи, когато се прилага към биполярни устройства и това се дължи основно на техните положителен температурен коефициент характеристики. Ако един конкретен изходен BJT започне да извлича прекомерен ток от другия (тъй като няма два транзистора, които да имат точно еднакви характеристики), едното устройство започва да се нагрява повече от другото.

Тази повишена температура води до намаляване на праговото напрежение на емитер / база на BJT и в резултат на това започва да консумира много по-голяма част от изходния ток. След това ситуацията кара транзистора да се нагорещи и този процес продължава безкрайно, докато един от изходните транзистори започне да обработва целия товар, докато другият остава неактивен.

Този вид проблем не може да се види при мощните MOSFET транзистори поради техния коефициент на отрицателна температура. Когато един MOSFET започне да се нагрява, поради неговия отрицателен температурен коефициент, нарастващата топлина започва да ограничава токовия поток през неговия източник / източник.

Това измества излишния ток към другия MOSFET, който сега започва да се нагрява, и по подобен начин топлината кара тока през него да намалява пропорционално.

Ситуацията създава балансиран токов дял и разсейване между устройствата, което прави усилвателя да работи много ефективно и надеждно. Това явление също позволява MOSFETs да бъдат свързани паралелно просто като обедините портите, източника и източника заедно, без много изчисления или притеснения.

Захранване за 120 ватов MOSFET усилвател

По-горе е посочена подходящо проектирана захранваща схема за 120-ватовия MOSFET усилвател. Това прилича много на веригата на захранване за по-ранния ни дизайн.

Единствената разлика е, че захранването на централния кран на трансформатора в кръстовището на двата изглаждащи кондензатора първоначално не беше взето предвид. За настоящия пример това е свикнало да осигурява средно 0V захранване, докато захранващата земя също се закача на това кръстовище, вместо към отрицателната релсова линия.

Можете да откриете, че предпазителите са монтирани както на положителната, така и на отрицателната шина. Изходната мощност, която се доставя от усилвателя, до голяма степен зависи от характеристиките на мрежовия трансформатор. За по-голямата част от изискванията тороидален мрежов трансформатор 35 - 0 - 35 волта 160VA трябва да бъде напълно достатъчен.

Ако стерео работа е за предпочитане, трансформаторът ще трябва да бъде заменен с по-тежък трансформатор от 300 VA. Като алтернатива, изолираните захранващи блокове могат да бъдат изградени с помощта на трансформатор 160VA всеки за всеки канал.

Това позволява захранващо напрежение от приблизително 50 V при условия на покой, въпреки че при пълно натоварване това ниво може да падне до много по-ниско ниво. Това позволява да се получи мощност до около 70 вата RMS чрез високоговорители с 8 ома.

Важен момент, който трябва да се отбележи, е, че диодите 1N5402, използвани в мостовия токоизправител, имат максимално допустим ток от 3 ампера. Това може да е достатъчно за едноканален усилвател, но това може да не е достатъчно за стерео версия. За стерео версия диодите трябва да бъдат заменени с 6 ампер диода или 6A4 диоди.

Разпределения на печатни платки

Можете да намерите пълноценна печатна платка за изграждане на ваша собствена 120-ватова MOSFET усилвателна верига. Посочените 4 MOSFET устройства трябва да бъдат прикрепени с големи радиатори, които трябва да бъдат оценени на минимум 4,5 градуса по Целзий на ват.

Предпазни мерки при окабеляване

• Уверете се, че MOSFET изводите за извод са възможно най-къси, които трябва да са с дължина не повече от около 50 mm.
• Ако искате да ги задържите малко по-дълго от това, не забравяйте да добавите резистор с ниска стойност (може да бъде 50 ома 1/4 вата) към портата на всеки от MOSFET-овете.
• Този резистор ще реагира с входния капацитет на MOSFET и ще действа като нискочестотен филтър, осигурявайки по-добра честотна стабилност за високочестотния входен сигнал.
• Въпреки това, при високочестотни входни сигнали, тези резистори могат да окажат известно влияние върху производителността на изхода, но това може да е твърде малко и трудно забележимо.
• Транзисторът Tr6 всъщност се състои от два n-канални MOSFET, свързани паралелно, същото е и за Tr7, който също има няколко p-канални MOSFETs паралелно.
• За да се осъществи тази паралелна връзка, портата, дренажът, източникът на съответните двойки MOSFET просто се свързват помежду си, това е всичко, което е толкова просто.
• Също така, имайте предвид, че кондензаторът C8 и резисторът R13 са инсталирани директно върху изходния контакт, а не са сглобени на печатната платка.
• Може би най-ефективният метод за изграждане на захранването е чрез твърдо свързване, както при захранването, както е направено за предишния усилвател. Окабеляването е почти същото като при предишната схема.

Настройки и настройки

1. Преди да включите завършената верига на усилвателя, уверете се, че сте проверили внимателно всеки един от кабелите няколко пъти.
2. Проверете по-специално окабеляването на захранването и съответните връзки между MOSFET-те на изходната мощност.
3. Неизправностите около тези връзки могат бързо да доведат до трайна повреда на усилвателя.
4. Също така ще трябва да извършите няколко предварителни настройки, преди да включите завършената платка.
5. Започнете, като завъртите предварително зададената R11 напълно обратно на часовниковата стрелка и първоначално не свързвайте високоговорител към изхода на устройството.
6. След това, вместо високоговорител, свържете мултиметъра (настроен на DC напрежение с ниско напрежение) през изходните точки на усилвателя и се уверете, че показва, че е налично ниско изходно напрежение в покой.
7. Може да откриете, че измервателният уред показва частично напрежение или изобщо да няма напрежение, което също е добре.
8. В случай, че измервателният уред показва голямо DC напрежение, трябва незабавно да изключите усилвателя и да проверите отново за възможни грешки в окабеляването.

Заключение

В горната статия обсъдихме изчерпателно многото параметри, които играят решаваща роля за осигуряване на правилната и оптимална работа на усилвател на мощност.

Всички тези параметри са стандартни и следователно могат ефективно да се използват и прилагат при проектирането на всяка схема на усилвател на мощност MOSFET, независимо от спецификациите за мощност и напрежение.

Различните характеристики, описани подробно по отношение на устройствата BJT и MOSFET, могат да бъдат използвани от дизайнера за внедряване или персонализиране на желана схема на усилвател на мощност.