Kuidas kujundada MOSFETi võimendi vooluringe - parameetrid on lahti seletatud

Selles postituses käsitleme erinevaid parameetreid, mida tuleb MOSFET-võimendi vooluahela kujundamisel arvesse võtta. Samuti analüüsime bipolaarsete ühendustransistoride (BJT) ja MOSFET-i omaduste erinevust ning mõistame, miks MOSFETS on võimsusvõimendi rakenduste jaoks sobivam ja tõhusam.

Kaastööd tegi Daniel Schultz

Ülevaade

Võimendi projekteerimisel arvestatakse vahemikku 10 kuni 20 vatti Tavaliselt eelistatakse integreeritud vooluahela või mikropiirkonna põhiseid disainilahendusi nende klanitud suuruse ja vähese komponentide arvu tõttu.

Suuremate väljundvahemike korral peetakse diskreetset konfiguratsiooni palju paremaks valikuks, kuna need pakuvad projekteerijale võimsuse valimisel suuremat efektiivsust ja paindlikkust.

Varem sõltusid diskreetseid osi kasutavad võimendid bipolaarsetest transistoridest või BJT-dest. Aasta tulekuga keerukad MOSFETid , Asendati BJT-d aeglaselt nende täiustatud MOSFET-idega, et saavutada ülimalt kõrge väljundvõimsus ja hämmastavalt piiratud ruum ning vähendatud PCB-sid.

Ehkki MOSFETid võivad keskmise suurusega võimendite projekteerimisel tunduda liiga suured, saab neid tõhusalt rakendada mis tahes suuruse ja võimsusvõimendi spetsifikatsioonide jaoks.

BJT kasutamise võimendites puudused

Ehkki bipolaarsed seadmed töötavad kõrgekvaliteedilistes helivõimendites äärmiselt hästi, sisaldavad need mõningaid puudusi, mis tõepoolest tõid kaasa selliste täiustatud seadmete nagu MOSFET kasutuselevõtu.

Võib-olla on B-klassi väljundstaadiumis olevate bipolaarsete transistoride suurim puudus nähtus, mida nimetatakse põgenenud olukorraks.

BJT-d sisaldavad positiivset temperatuuri koefitsienti ja see tekitab konkreetselt nähtuse, mida nimetatakse termiliseks põgenemiseks, põhjustades ülekuumenemise tõttu potentsiaalsete BJT-de kahjustusi.

Ülaltoodud vasakpoolsel joonisel on B-klassi draiveri ja väljundastme oluline ülesehitus, kasutades TR1 nagu tavalist emitterijuhi etappi ja Tr2 koos täiendava emitterijälgija väljundastmega Tr3.

BJT ja MOSFET võimendi väljundietapi konfiguratsiooni võrdlemine

Võimendi väljundstaadiumi funktsioon

Töötava võimendi kujundamiseks on oluline selle väljundstaadium õigesti konfigureerida.

Väljundjärgu eesmärk on peamiselt pakkuda voolu võimendust (pinge võimendus ei jää rohkem kui ühtsus), et vooluahel saaks toita valjuhääldi juhtimiseks suurema helitugevusega hädavajalikke suuri väljundvoolusid.

1. Viidates ülaltoodud vasakpoolsele BJT skeemile, töötab Tr2 positiivse väljundtsükli ajal nagu väljundvooluallikas, samal ajal kui Tr3 annab väljundvoolu negatiivse väljundi pooltsüklite ajal.
2. BJT-draiveri põhiline kollektorkoormus on konstrueeritud konstantse vooluallikaga, mis tagab suurema koormuse lineaarsuse kui lihtsa koormustakisti abil saavutatavad efektid.
3. See juhtub võimenduste (ja nendega kaasnevate moonutuste) erinevuste tõttu, mis juhtuvad alati, kui BJT töötab laias kollektorivoolude vahemikus.
4. Koormustakisti rakendamine ühise emitteri etapis suurte väljundpinge kõikumistega võib kahtlemata käivitada ülisuure kollektorivoolu vahemiku ja suured moonutused.
5. Püsiva voolukoormuse rakendamine ei vabane täielikult moonutustest, sest kollektori pinge kõigub loomulikult ja transistori võimendus võib teatud määral sõltuda kollektori pingest.
6. Sellest hoolimata, kuna kollektori pinge kõikumistest tulenevad võimenduse kõikumised kipuvad olema üsna väikesed, on madalad kui 1 protsendi madalamad moonutused üsna saavutatavad.
7. Väljatransistoride aluste vahel ühendatud eelarveahel on vajalik väljundtransistoride viimiseks asendisse, kus need asuvad just juhtivusel.
8. Juhul, kui seda ei juhtu, ei pruugi Tr1 kollektori pinge väikesed muutused viia väljundtransistoreid juhtivusse ja ei võimalda väljundpinge mingit paranemist!
9. Kõrgemad pingemuutused Tr1 kollektoris võivad tekitada vastavad muutused väljundpinges, kuid see jätaks tõenäoliselt kasutamata sageduse iga pooltsükli algus- ja lõppseadmed, põhjustades tõsiseid „ristmoonutusi“, nagu sellele tavaliselt viidatakse.

Ülemineku moonutamise probleem

Isegi kui väljundtransistorid viiakse juhtivuse künniseni, ei eemalda ristmõju moonutusi täielikult, kuna väljundseadmetel on vähendatud kollektorivoolul töötades suhteliselt väike võimendus.

See tagab mõõduka, kuid ebasoovitava ristmoonutuse. Negatiivset tagasisidet võiks kasutada ristmoonutuste loomulikuks ületamiseks, kuid suurepäraste tulemuste saavutamiseks on tegelikult hädavajalik kasutada väljundtransistoride suhtes suhteliselt suurt vaikimist.

See suur eelarvevool põhjustab termilise põgenemisega komplikatsioone.

Eelpingevool põhjustab väljundtransistoride kuumenemise ja nende positiivse temperatuurikoefitsiendi tõttu põhjustab see eelvooluvoolu suurenemist, tekitades veelgi rohkem soojust ja sellest tulenevat eelpingevoolu täiendavat tõusu.

See positiivne tagasiside suurendab seega kallutatust järk-järgult, kuni väljundtransistorid lähevad liiga kuumaks ja lõpuks põletatakse.

Selle eest kaitsmiseks on eelarveahel hõlbustatud sisseehitatud temperatuuri tuvastussüsteemiga, mis aeglustab kallutatust, kui tuvastatakse kõrgem temperatuur.

Seega, kui väljundtransistor soojeneb, mõjutab tekkiv soojus eelarveahelat, mis tuvastab selle ja peatab igasuguse järgneva eelpinge suurenemise. Praktikas ei pruugi kallutuste stabiliseerimine olla ideaalne ja võite leida vähe variatsioone, kuid korralikult konfigureeritud vooluringil võib tavaliselt olla piisavalt piisavalt kallutatud stabiilsust.

Miks töötavad MOSFETid tõhusamalt kui võimendi BJT-d?

Järgmises arutelus püüame mõista, miks MOSFETid töötavad võimsusvõimendite disainides paremini kui BJT-d.

Sarnaselt BJT-dega nõuavad MOSFETid ka B-klassi väljundstaadiumis a ettepoole kallutatus ristmoonutuste ületamiseks. Seda öeldes, kuna võimsuse MOSFET-idel on negatiivne temperatuurikoefitsient, mis on ligilähedaselt 100 milliamprit või rohkem (ja kerge positiivse temperatuurikoefitsient madalamate voolude korral), võimaldab see B-klassi draiverit ja väljundit vähem keeruline, nagu on näidatud järgmisel joonisel .

Termiliselt stabiliseeritud eelarveahela võiks asendada takisti abil, kuna võimsuse MOSFET-i temperatuuriomadused sisaldavad sisseehitatud eelsoojuse termokontrolli umbes 100 milliampril (mis on ligikaudu kõige paremini sobiv eelpingevool).

BJT-de puhul on täiendavaks väljakutseks üsna madal voolutugevus, ainult 20 kuni 50. See võib keskmise ja suure võimsusega võimendite jaoks olla üsna ebapiisav. Seetõttu vajab see ülivõimsat sõitjaetappi. Selle probleemi lahendamiseks on tüüpiline lähenemine a Darlingtoni paarid või samaväärne konstruktsioon, mis tagab piisavalt suure voolutugevuse, nii et see võimaldab kasutada väikese võimsusega juhi etappi.

Toide MOSFETid, nagu kõik FET-seade , kipuvad olema pinge abil töötavad seadmed, mitte vooluga töötavad.

Toiteallika MOSFET-i sisendtakistus on tavaliselt väga kõrge, mis võimaldab sisendvoolu tühistamist madala töösagedusega. Kuid kõrgetel töösagedustel on sisendtakistus palju madalam, kuna suhteliselt suur sisendvõimsus on umbes 500 pf.

Isegi selle suure sisendmahtuvuse korral saab vaevu 10 milliamprit suurust töövoolu juhi etapi kaudu piisavalt, ehkki tippväljundvool võiks olla umbes tuhat korda suurem sellest kogusest.

Bipolaarsete elektriseadmete (BJT) lisaprobleemiks on nende mõnevõrra aeglane lülitusaeg. See kipub tekitama mitmesuguseid probleeme, näiteks pöördmoonutusi.

See on siis, kui võimas kõrgsagedussignaal võib nõuda ümberlülitatavat väljundpinget, näiteks 2 volti mikrosekundis, samas kui BJT väljundstaadium võib lubada pöörlemissagedust ainult mikrosekundis. Loomulikult näeb väljund vaeva sisendsignaali korraliku reprodutseerimise pakkumisega, mis toob kaasa vältimatu moonutuse.

Madalam pöörlemissagedus võib anda ka võimendile soovimatu võimsuse ribalaiuse, kusjuures kõrgeim saavutatav väljundvõimsus langeb oluliselt kõrgematel helisagedustel.

Faaside mahajäämus ja võnked

Teine probleem on faaside mahajäämus, mis toimub võimendi väljundastme kaudu kõrgetel sagedustel ja mis võib põhjustada negatiivse tagasisidesüsteemi tagasiside muutumise positiivseks negatiivse asemel äärmiselt kõrgetel sagedustel.

Kui võimendil on sellistel sagedustel piisav võimendus, võib võimendi minna võnkerežiimi ja stabiilsuse puudumine on jätkuvalt märgatav isegi siis, kui vooluahela võimendus pole võnkumise käivitamiseks piisavalt suur.

Seda probleemi saaks parandada, lisades vooluahela kõrgsagedusreaktsioonile vastavaid elemente ja lisades faasikompensatsiooni elemente. Kuid need kaalutlused vähendavad võimendi efektiivsust kõrgetel sisendsignaalide sagedustel.

MOSFETid on kiiremad kui BJT-d

Võimendi projekteerimisel peame meeles pidama, et toite MOSFETide vahetamise kiirus on tavaliselt umbes 50–100 korda kiirem kui BJT-d. Seetõttu saab madalama kõrgsagedusliku funktsionaalsusega tüsistustest kergesti üle, kui BJT-de asemel kasutatakse MOSFET-e.

Konfiguratsioone on tegelikult võimalik luua ilma nendeta sageduse või faasi kompenseerimine osad säilitavad siiski suurepärase stabiilsuse ja sisaldavad jõudlustaset, mis säilib kõrgsageduslikust helipiirist tublisti ületavatel sagedustel.

Veel üks bipolaarsete elektritransistoridega seotud raskus on sekundaarne lagunemine. See viitab teatud spetsiifilisele termilisele põgenemisele, mis loob seadme sisse 'kuuma tsooni', mille tulemuseks on selle kollektori / emitteri tihvtide lühis.

Et seda ei juhtuks, tuleb BJT-d käitada ainult kollektori voolu ja pinge piirides. Ükskõik millisele helivõimendi vooluring see olukord tähendab tavaliselt, et väljundtransistorid on sunnitud oma termiliste piirangute piires hästi töötama ja seega väheneb BJT-delt saadav optimaalne väljundvõimsus oluliselt, palju madalam, kui nende suurimad hajuvusväärtused tegelikult lubavad.

Tänu MOSFETi negatiivse temperatuuri koefitsient suurte äravooluvoolude korral pole neil seadmetel probleeme sekundaarse lagunemisega. MOSFETide puhul on maksimaalne lubatud äravooluvoolu ja äravoolupinge näitajad praktiliselt lihtsalt piiratud nende soojuse hajutamise funktsionaalsusega. Seega sobivad need seadmed eriti hästi suure võimsusega helivõimendi rakendusteks.

MOSFETi puudused

Vaatamata ülaltoodud faktidele on MOSFETil ka mõned puudused, mis on suhteliselt vähem arvulised ja tähtsusetud. Esialgu olid MOSFETid olnud kallid võrreldes sobivate bipolaarsete transistoridega. Kuid kulude erinevus on tänapäeval palju väiksem. Kui arvestada asjaolu, et MOSFETid võimaldavad keerukatel vooluahelatel palju lihtsamat ja kaudset märkimisväärset kulude vähenemist, muudab BJT-i vaste isegi oma madala hinnaga üsna tühiseks silt.

Power MOSFETide funktsioon on sageli suurenenud avatud ahela moonutamine kui BJT-d. Suure võimenduse ja kiire ümberlülitamiskiiruse tõttu võimaldavad toite-MOSFETid aga kasutada kõrgel tasemel negatiivset tagasisidet kogu helisageduse spektris, pakkudes võrreldamatut suletud ahela moonutamine tõhusus.

Täiendav puudus võimsusega MOSFETide puhul on nende madalam efektiivsus võrreldes BJT-dega, kui neid kasutatakse standardvõimendi väljundstaadiumites. Selle põhjuseks on suure võimsusega emitterijälgija staadium, mis tekitab sisend- ja väljundpingete vahel umbes 1-voldise pingelanguse, kuigi allikajälgija taseme sisendis / väljundis on mõne volti kadu. Selle probleemi lahendamiseks pole lihtsat lähenemisviisi, kuid see näib olevat efektiivsuse väike vähenemine, mida ei tohiks arvesse võtta ja mida võiks ignoreerida.

Praktilise MOSFET-võimendi kujunduse mõistmine

Alloleval joonisel on kujutatud funktsiooni skeem 35-vatise võimsusega MOSFET-võimendi ahel. Välja arvatud MOSFETi rakendus võimendi väljundstaadiumis, näeb kõik põhimõtteliselt välja nagu väga levinud MOSFET-võimendi disain.

• Tr1 on võltsitud kui a ühine emitteri sisendstaadium , mis on otse ühendatud Tr3 ühise emitteri draiveri etapiga. Mõlemad etapid pakuvad võimendi kogu pingetõusu ja sisaldavad ülimalt suurt võimendust.
• Tr2 loob koos sellega kinnitatud osadega lihtsa püsivoolugeneraatori, mille väljundvoolu piirvool on 10 milliamprit. See töötab nagu Tr3 peamine kollektorikoormus.
• Õige tuvastamiseks kasutatakse R10 vaikne kallutusvool väljundtransistoride kaudu ja nagu eelnevalt mainitud, ei tehta eelpingevoolu termilist stabiliseerimist eelhäälinguahelas, vaid pigem toimetavad selle väljundseadmed ise.
• R8 annab praktiliselt 100% negatiivne tagasiside võimendi väljundist Tr1 emitterini, võimaldades vooluahelat ühtsuse pinge suurenemise ümber.
• Takistid R1, R2 ja R4 töötavad võimendi sisendastme ja sellest tulenevalt ka väljundi eelpingestamisel potentsiaalse jagajavõrguna ligikaudu poole toitepingest. See võimaldab kõrgeimat saavutatavat väljundtaset enne lõikamist ja kriitiliste moonutuste algust.
• R1 ja C2 kasutatakse nagu filtrilülitust, mis tühistab toiteliinide helisageduse ja muud potentsiaalsete müra vormid sisenemast võimendi sisendisse eelpinge kaudu.
• R3 ja C5 toimivad nagu an RF-filter mis takistab raadiosignaalide purunemist otse sisendist väljundini, põhjustades kuuldavaid häireid. C4 aitab sama probleemi lahendada ka sellega, et võimendi kõrgsageduslik reaktsioon veeretatakse tõhusalt üle ülemise helisageduse piiri.
• Selleks, et võimendi saaks kuuldavatel sagedustel hea pingetõusu, on see hädavajalik lahutage negatiivne tagasiside mingi piirini.
• C7 täidab kondensaatori lahtiühendamine , samas kui R6 takisti piirab puhastatava tagasiside hulka.
• Vooluringi oma pinge suurenemine on ligikaudu määratud jagades R8 R6-ga või umbes 20 korda (26dB) määratud osa väärtustega.
• Võimendi maksimaalne väljundpinge on 16 volti RMS, mis võimaldab täisväljundi saavutamiseks sisenditundlikkust umbes 777mV RMS. Sisendtakistus võib olla üle 20 k.
• C3 ja C8 kasutatakse vastavalt sisend- ja väljundsidestuskondensaatoritena. C1 võimaldab toiteallika lahtiühendamist.
• R11 ja C9 on mõeldud ainult võimendi stabiilsuse hõlbustamiseks ja kontrollimiseks, töötades sarnaselt populaarsele Zobeli võrk , mida leidub sageli enamiku pooljuhtvõimsusvõimendite konstruktsioonide väljundstaadiumite ümber.

Toimivuse analüüs

Tundub, et prototüübi võimendi toimib uskumatult hästi, eriti alles siis, kui märkame seadme üsna lihtsat disaini. Näidatud MOSFET-võimendi kujundusahel väljastab 35-vatise RMS-i õnneks 8-oomise koormuse.

• The täielik harmooniline moonutus ei ületa 0,05%. Prototüüpi analüüsiti ainult signaali sageduste suhtes umbes 1 kHz.
• Kuid vooluringi oma avatud ahela võimendus leiti, et see on kogu helisageduse vahemikus praktiliselt konstantne.
• The suletud ahela sagedusreaktsioon mõõdeti -2 dB juures umbes 20 Hz ja 22 kHz signaalidega.
• Võimendi omad signaali ja müra suhe (ilma ühendatud kõlarita) oli olnud suurem kui näitaja 80 dB, kuigi tegelikult võib olla väike kogus käed ümisevad kõlaritest tuvastatud toiteallikast, kuid tase võib normaalsetes tingimustes kuulmiseks olla liiga väike.

Toiteallikas

Ülaltoodud pilt näitab 35-vatise MOSFET-võimendi konstruktsiooni jaoks sobivalt konfigureeritud toiteallikat. Toiteallikas võib olla piisavalt võimas seadme mono- või stereomudeli käsitsemiseks.

Toiteallikas koosneb tegelikult tõhusast paarist tõukejõuga alaldi ja silumisahelast, mille väljundid on ühendatud järjestikku, et tagada kogu väljundpinge, mis vastab kahekordse potentsiaaliga, mida rakendatakse üksikute alaldi ja mahtuvusliku filtri vooluahelas.

Dioodid D4, D6 ja C10 moodustavad ühe konkreetse osa toiteallikast, samal ajal kui teise sektsiooni tarnivad D3, D5 ja C11. Kõik need pakuvad veidi alla 40 volti ilma ühendatud koormuseta ja koormuseta kokku 80 V.

See väärtus võib langeda umbes 77 volti, kui võimendi on koormatud vaikse olekuga stereosignaaliga, ja umbes 60 volti, kui kahte võimendi kanalit juhitakse täis- või maksimaalsel võimsusel.

Ehituslikud näpunäited

Ideaalne PCB paigutus 35-vatise MOSFET-võimendi jaoks on näidatud allpool toodud joonistel.

See on mõeldud võimendi ühe kanali jaoks, nii et loomulikult tuleb kaks sellist plaati kokku panna, kui stereovõimendi osutub vajalikuks. Väljundtransistorid pole kindlasti trükkplaadile paigaldatud, pigem suure spinniga tüübi peale.

Transistorite jaoks jahutusradiaatorile kinnitades pole vaja kasutada vilgukivist isolatsioonikomplekti. Selle põhjuseks on asjaolu, et MOSFET-i allikad on otseselt ühendatud nende metallkaartidega ja need allikad peavad nagunii olema omavahel ühendatud.

Kuid kuna need pole jahutusradiaatorist isoleeritud, võib olla väga oluline tagada, et jahutusradiaatorid ei puutuks elektriliselt kokku võimendi muude osadega.

Samuti ei tohiks stereorakenduse jaoks lasta võimendipaari jaoks kasutatavatel individuaalsetel jahutusradiaatoritel üksteisega elektrilähedusse sattuda. Alati kasutage lühemaid, maksimaalselt umbes 50 mm pikkuseid juhtmeid, et väljundtransistoreid PCB külge kinnitada.

See on eriti oluline juhtmete jaoks, mis ühenduvad väljund-MOSFET-i väravaterminalidega. Tulenevalt asjaolust, et Power MOSFET-idel on suur võimendus kõrgetel sagedustel, võivad pikemad juhtmed tõsiselt mõjutada võimendi stabiilsusreaktsiooni või isegi käivitada RF-võnkumise, mis omakorda võib põhjustada võimsuse MOSFET-ide püsivat kahjustamist.

Seda öeldes võib projekti koostamisel olla praktiliselt vähe raskusi, et tagada nende juhtmete lühem hoidmine. Võib olla oluline märkida, et C9 ja R11 on paigaldatud väljapoole trükkplaati ning ühendatakse lihtsalt järjestikku üle väljundpesa.

Toiteallika ehitamise näpunäited

Toiteallikas on ehitatud punkt-punkt tüüpi juhtmestiku abil, nagu on näidatud alloleval joonisel.

See tundub tegelikult üsna iseenesestmõistetav, hoolimata sellest, et mõlemad kondensaatorid C10 ja C11 koosnevad näivsildist. Kui need pole, võib mõne ühenduse pordi lubamiseks olla oluline kasutada märgendiriba. Jootesilt kinnitatakse T1 ühe kindla kinnituspoldi külge, mis pakub šassii ühenduspunkti toitevõrgu vahelduvvoolujuhtme jaoks.

Kohandamine ja sätted

1. Enne toiteallika sisselülitamist uurige kindlasti juhtmete ühendusi põhjalikult, sest juhtmestiku vead võivad põhjustada kulukat hävimist ja võivad olla kindlasti ohtlikud.
2. Enne vooluahela sisselülitamist trimmige R10 minimaalse takistuse saamiseks (pöörake täielikult vastupäeva).
3. Kui FS1 on hetkeks välja võetud ja 500 mA FSD mõõtmiseks fikseeritud multimeeter on kinnitatud kaitsmehoidja kohale, peab võimendi sisselülitamisel mõõturil olema umbes 20mA näit (see võib olla 40mA, kui kasutatakse kahekanalilist stereot).
4. Juhul, kui leiate, et arvesti näidud erinevad selle väljalülitamise hetkest oluliselt ja uurige uuesti kogu juhtmestikku. Vastupidi, kui kõik on korras, liigutage aeglaselt R10, et maksimeerida loenduri väärtus kuni väärtuseni 100mA.
5. Kui soovitakse stereovõimendit, tuleb R10 mõlemas kanalis muuta, et voolutugevus oleks kuni 120mA, seejärel tuleb teise kanali R10 häälestada, et suurendada praegust kasutust 200mA-ni. Kui need on täidetud, on teie MOSFET-võimendi kasutamiseks valmis.
6. Olge võimendi seadistamise ajal äärmiselt ettevaatlik, et ärge puudutage ühtegi vahelduvvoolu toiteühendust.
7. Kõik katmata juhtmestikud või kaabliühendused, mis võivad olla vahelduvvooluvõrgus, peaksid enne seadme ühendamist toiteallikaga olema korralikult isoleeritud.
8. Ütlematagi selge, et nagu iga vahelduvvoolu juhitava vooluahela puhul, peaks see olema suletud tugevasse kappi, mida saab lahti keerata ainult spetsiaalse kruvikeeraja ja muude tööriistakomplektide abil, et tagada, et ohtlikele jõudmiseks pole kiireid viise. juhtmestik ja õnnetused on turvaliselt kõrvaldatud.

35-vatise MOSFET-võimendi osade loend

120 W MOSFET-võimendi rakendusahel

Sõltuvalt toiteallika spetsifikatsioonidest on praktiline 120-vatine MOSFET-võimendi on võimeline pakkuma 8 oomi valjuhääldi väljundvõimsust vahemikus umbes 50 kuni 120 vatti RMS.

See disain sisaldab ka väljundstaadiumis MOSFET-e, et tagada üldise jõudluse parem tase isegi vooluahela suure lihtsuse korral

Võimendi kogu harmooniline moonutus ei ületa 0,05%, kuid ainult siis, kui vooluahelat pole üle koormatud ning signaali ja müra suhe on suurem kui 100 dB.

MOSFET-võimendi etappide mõistmine

Nagu eespool näidatud, on see vooluring loodud Hitachi paigutuse järgi. Vastupidiselt viimasele kavandile kasutab see vooluahel valjuhääldi alalisvooluühendust ja sisaldab topelt tasakaalustatud toiteallikat keskmise 0V ja maandussiiniga.

See täiustus vabaneb sõltuvusest suurtest väljundsidestuskondensaatoritest, samuti selle kondensaatori tekitatud madalsageduslikust jõudlusest. Lisaks võimaldab see paigutus vooluringile ka korralikku toitevõrgu tagasilükkamise võimet.

Lisaks alalisvoolu sidestusfunktsioonile näib vooluahela kujundus üsna erinev varasemas disainis kasutatust. Siin on nii sisend- kui ka draiveriastmes diferentsiaalvõimendid.

Sisestusaste on konfigureeritud kasutades Tr1 ja Tr2, samal ajal kui draiveri etapp sõltub funktsioonidest Tr3 ja Tr4.

Transistor Tr5 on konfigureeritud nagu a püsiv voolukollektori koormus Tr4 jaoks. Signaali tee võimendi abil algab sisendühenduskondensaatori C1 abil koos RF-filtriga R1 / C4. R2-d kasutatakse võimendi sisendi kallutamiseks keskmisel 0V toitealal.

Tr1 on traadiga ühendatud tõhusa a-ga tavaline emitteri võimendi mille väljund on otseselt ühendatud Tr4-ga, mida rakendatakse ühise emitter-draiveri etapina. Sellest etapist alates on helisignaal ühendatud Tr6 ja Tr7-ga, mis on varustatud täiendava allikajälgija väljundastmena.

The negatiivne tagasiside on eraldatud võimendi väljundist ja ühendatud Tr2 alusega ning hoolimata asjaolust, et Tr1 baasi kaudu võimendi väljundini pole signaali inversiooni, eksisteerib inversioon kogu Tr2 aluse ja väljundi vahel. Sellepärast, et Tr2, mis töötab nagu emitterijälgija, juhib suurepäraselt Tr1 emitterit.

Kui Tr1 emitterile sisestatakse sisendsignaal, toimivad transistorid edukalt nagu a ühine baasstaadium . Seega, kuigi inversiooni ei toimu Tr1 ja Tr2 abil, toimub inversioon siiski läbi Tr4.

Samuti ei toimu faasimuutust väljundastme kaudu, mis tähendab, et võimendi ja Tr2 alus kipuvad olema nõutava vajaliku negatiivse tagasiside täitmiseks faasivälised. Diagrammil soovitatud R6 ja R7 väärtused annavad pinge võimenduseks umbes 28 korda.

Nagu me oma varasematest aruteludest teada saime, on võimsate MOSFETide väike puudus see, et nad muutuvad vähem efektiivseteks kui BJT-d, kui need on ühendatud juhtmetega B-klassi väljundjärgu kaudu. Samuti muutub võimsuse MOSFETide suhteline efektiivsus suurte vooluahelate korral üsna halvaks, kuna nõutakse, et värava / allika pinge oleks suure allika voolu korral mitme pingega.

Eeldatakse, et maksimaalse väljundpinge kõikumine on võrdne toitepingega, millest on lahutatud üksiku transistori maksimaalne värav lähte pingele, ja see võimaldab kindlasti väljundpinge kõikumist, mis võib olla oluliselt madalam rakendatud toitepingest.

Lihtne viis suurema tõhususe saavutamiseks oleks põhimõtteliselt lisada paar sarnast MOSFET-i, mis on paralleelselt ühendatud kõigi väljundtransistoride külge. Seejärel vähendatakse iga väljund-MOSFET-i käsutuses olevat suurimat vooluhulka poole võrra ja iga MOSFET-i maksimaalset allikat kuni värava pinget alandatakse sobivalt (koos võimendi väljundpinge kõikumise proportsionaalse kasvuga).

Kuid sarnane lähenemine ei toimi, kui seda rakendatakse bipolaarsetele seadmetele, ja see on peamiselt tingitud nende omadustest positiivne temperatuuri koefitsient omadused. Kui üks konkreetne väljund BJT alustab liigse voolu tõmbamist kui teine ​​(kuna ühelgi transistoril pole täpselt ühesuguseid omadusi), hakkab üks seade kuumem kui teine.

See kõrgendatud temperatuur põhjustab BJT emitteri / baaskünnise pinge vähenemise ja selle tulemusena hakkab see tarbima palju suuremat osa väljundvoolust. Seejärel põhjustab olukord transistori kuumenemist ja see protsess jätkub lõpmatuseni, kuni üks väljundtransistoridest hakkab kogu koormust käsitsema, teine ​​aga jääb passiivseks.

Sellist probleemi ei saa näha võimsusega MOSFETide puhul, kuna nende temperatuuritegur on negatiivne. Kui üks MOSFET hakkab kuumaks muutuma, hakkab suurenev soojus oma negatiivse temperatuurikoefitsiendi tõttu piirama voolu selle äravoolu / allika kaudu.

See nihutab liigvoolu teise MOSFET-i poole, mis nüüd hakkab kuumaks muutuma, ja üsna sarnaselt põhjustab soojus selle kaudu voolu proportsionaalset vähenemist.

Olukord loob tasakaalustatud voolu jagunemise ja hajumise seadmete vahel, mis muudab võimendi töötamise palju tõhusaks ja usaldusväärsemaks. See nähtus lubab ka Paralleelselt ühendatavad MOSFETid lihtsalt värava, allika ja äravoolujuhtmete ühendamise teel ilma eriliste arvutuste ja probleemideta.

Toiteallikas 120-vatise MOSFET-võimendi jaoks

Eespool on näidatud 120-vatise MOSFET-võimendi sobivalt loodud toiteallikas. See sarnaneb meie varasema disaini toiteallikaga.

Ainus erinevus on see, et trafo keskkraani toiteallikas kahe silumiskondensaatori ristmikul oli esialgu tähelepanuta jäetud. Praeguses näites on see harjunud pakkuma keskmist 0V maandust, samal ajal kui võrgu maandus haakub ka selle ristmiku külge negatiivse toitetrassi asemel.

Kaitsmeid saab paigaldada nii positiivse kui ka negatiivse rööpa vahele. Võimendi väljastatav väljundvõimsus sõltub suuresti võrgutrafo tehnilistest andmetest. Enamike nõuete täitmiseks peaks 35–0–35-voldine 160VA toroidvõrgu trafo olema tegelikult täiesti piisav.

Kui stereorežiim on eelistatud, tuleb trafo asendada raskema 300 VA trafoga. Alternatiivina saab eraldatud toiteallikaid ehitada, kasutades iga kanali jaoks 160VA trafot.

See võimaldab puhkeseisundis toitepinget umbes 50 V, kuigi täiskoormusel võib see tase langeda palju madalamale tasemele. See võimaldab saada 8 oomi nimega valjuhääldite abil kuni 70-vatise RMS väljundvõimsuse.

Oluline on märkida, et silla alaldis kasutatavate dioodide 1N5402 maksimaalne lubatud voolutugevus on 3 amprit. Ühe kanaliga võimendi jaoks võib see olla küllaldane, kuid stereoversiooni jaoks ei pruugi see olla piisav. Stereoversiooni korral tuleb dioodid asendada 6 ja 6A4 dioodidega.

PCB paigutused

Oma 120-vatise MOSFET-võimendi ahela ehitamiseks leiate täisväärtusliku PCB. Näidatud 4 MOSFET-seadet tuleks kinnitada suurte ribaga jahutusradiaatoritega, mille võimsus peab olema vähemalt 4,5 kraadi vatti kohta.

Juhtmete ühendamise ettevaatusabinõud

• Hoidke MOSFET-kinnitusklemme võimalikult lühikesena, mis ei tohi olla pikemad kui umbes 50 mm.
• Kui soovite neid veidi kauem hoida, lisage iga MOSFET-i väravaga väikese väärtusega takisti (võib olla 50 oomi 1/4 vatti).
• See takisti reageerib MOSFET-i sisendmahtuvusega ja toimib nagu madalpääsfilter, tagades kõrgsagedusliku signaali sisendi parema sageduse stabiilsuse.
• Kõrgsageduslike sisendsignaalide korral võivad need takistid siiski mõjutada väljundvõimsust, kuid see võib olla tegelikult liiga väike ja raskesti märgatav.
• Transistor Tr6 koosneb tegelikult kahest paralleelselt ühendatud n-kanaliga MOSFET-ist, sama on ka Tr7-ga, millel on paralleelselt ka paar p-kanaliga MOSFET-i.
• Selle paralleelühenduse loomiseks ühendatakse vastavate MOSFET-paaride värav, äravooluallikas ja allikas lihtsalt üksteisega, see on kõik, mis on nii lihtne.
• Pange tähele ka seda, et kondensaator C8 ja takisti R13 on paigaldatud otse väljundpesasse ja pole PCB-le kokku pandud.
• Võib-olla on kõige tõhusam toiteallika ehitamise viis juhtmete abil, nagu toiteallika puhul, nagu seda tehti eelmise võimendi jaoks. Juhtmed on peaaegu samad, mis selle eelmise vooluahela puhul.

Kohandused ja sätted

1. Enne täieliku võimendi ahela sisselülitamist kontrollige kindlasti mitu korda hoolikalt kõiki juhtmeid.
2. Kontrollige konkreetselt toiteallika juhtmeid ja vastavaid ühendusi väljundvõimsuse MOSFET-ide vahel.
3. Nende ühenduste rikked võivad kiiresti põhjustada võimendi püsivaid kahjustusi.
4. Samuti peate enne valmis tahvli sisselülitamist tegema mõned eelnevad kohandused.
5. Alustuseks keerake eelseadistust R11 täielikult vastupäeva ja ärge ühendage valjuhääldit seadme väljundiga.
6. Järgmisena ühendage valjuhääldi asemel multimeetri (madala pingega alalisvoolu vahemikus) sondid võimendi väljundpunktide vahel ja veenduge, et see näitaks, et madal vaikne väljundpinge on saadaval.
7. Võimalik, et arvesti näitab murdpinge või võib üldse mitte olla pinget, mis on samuti hea.
8. Kui arvesti näitab suurt alalisvoolu pinget, peate võimendi kohe välja lülitama ja kontrollima võimalikke juhtmestiku vigu.

Järeldus

Ülaltoodud artiklis oleme põhjalikult arutanud paljusid parameetreid, millel on võimsusvõimendi õige ja optimaalse töö tagamisel otsustav roll.

Kõik need parameetrid on standardsed ja seetõttu saab neid tõhusalt kasutada ja rakendada mis tahes MOSFET-võimendi vooluahela projekteerimisel, sõltumata võimsuse ja pinge spetsifikatsioonidest.

Erinevaid BJT- ja MOSFET-seadmetega seotud omadusi võiks disainer kasutada soovitud võimsusvõimendi vooluahela rakendamiseks või kohandamiseks.