Kā noformēt MOSFET jaudas pastiprinātāju shēmas - paskaidroti parametri

Šajā amatā mēs apspriežam dažādus parametrus, kas jāņem vērā, izstrādājot MOSFET jaudas pastiprinātāja shēmu. Mēs arī analizējam atšķirību starp bipolāriem savienojuma tranzistoriem (BJT) un MOSFET raksturlielumiem un saprotam, kāpēc MOSFETS ir piemērotāki un efektīvāki jaudas pastiprinātāju lietojumiem.

Piedalās Daniels Šulcs

Pārskats

Projektējot jaudas pastiprinātājs tiek uzskatīts diapazonā no 10 līdz 20 vati , parasti tiek dota priekšroka integrētās shēmas vai mikroshēmām, ņemot vērā to gludo izmēru un zemo komponentu skaitu.

Tomēr lielākiem jaudas diapazoniem diskrēta konfigurācija tiek uzskatīta par daudz labāku izvēli, jo tie piedāvā augstāku efektivitāti un elastību dizainerim attiecībā uz jaudas izvades izvēli.

Iepriekš jaudas pastiprinātāji, izmantojot atsevišķas detaļas, bija atkarīgi no bipolāriem tranzistoriem vai BJT. Tomēr līdz ar izsmalcināti MOSFET , BJT tika lēnām aizstāti ar šiem uzlabotajiem MOSFET, lai sasniegtu ārkārtīgi lielu enerģijas jaudu un apbrīnojami ierobežotu vietu, kā arī samazināja PCB.

Lai gan MOSFET var šķist pārspīlēti, izstrādājot vidēja lieluma jaudas pastiprinātājus, tos var efektīvi pielietot jebkura izmēra un jaudas pastiprinātāja specifikācijām.

Trūkumi, lietojot BJT jaudas pastiprinātājos

Kaut arī bipolāras ierīces ārkārtīgi labi darbojas augstas klases audio jaudas pastiprinātājos, tajās ir daži trūkumi, kas faktiski noveda pie modernu ierīču, piemēram, MOSFET, ieviešanas.

Varbūt lielākais bipolāro tranzistoru trūkums B klases izejas posmos ir parādība, ko dēvē par aizbēgušu situāciju.

BJT ietver pozitīvu temperatūras koeficientu, un tas īpaši rada parādību, ko sauc par termisko bēgšanu, izraisot potenciālo BJT bojājumus pārkaršanas dēļ.

Augšējā kreisās puses attēlā parādīts būtisks standarta B klases draivera un izejas posma iestatījums, izmantojot TR1 kā kopēju izstarotāja vadītāja posmu un Tr2 kopā ar Tr3 kā papildu emitētāja sekotāja izejas posmu.

Salīdzinot BJT un MOSFET pastiprinātāja izejas posma konfigurāciju

Pastiprinātāja izejas posma funkcija

Lai projektētu darba jaudas pastiprinātāju, ir svarīgi pareizi konfigurēt tā izejas posmu.

Izejas posma mērķis galvenokārt ir nodrošināt strāvas pastiprinājumu (sprieguma pieaugums paliek ne vairāk kā vienots), lai ķēde varētu piegādāt augstas izejas strāvas, kas nepieciešamas skaļruņa vadīšanai augstākā skaļuma līmenī.

1. Atsaucoties uz iepriekšējo kreisās puses BJT diagrammu, Tr2 darbojas kā izejas strāvas avots pozitīvās izejas ciklu laikā, savukārt Tr3 piegādā izejas strāvu negatīvās izejas pusi ciklu laikā.
2. Kolektora pamata slodze BJT vadītāja posmam ir veidota ar pastāvīgu strāvas avotu, kas nodrošina uzlabotu linearitāti pretstatā efektiem, kas sasniegti ar vienkāršu slodzes rezistoru.
3. Tas notiek sakarā ar atšķirībām pieaugumā (un ar to saistītajos izkropļojumos), kas notiek ikreiz, kad BJT darbojas plašā kolektora strāvu diapazonā.
4. Slodzes rezistora lietošana kopējā izstarotāja posmā ar lielām izejas sprieguma svārstībām neapšaubāmi var izraisīt ārkārtīgi milzīgu kolektora strāvas diapazonu un lielus traucējumus.
5. Pastāvīgas strāvas slodzes izmantošana pilnībā neatbrīvojas no traucējumiem, jo ​​kolektora spriegums dabiski svārstās, un tranzistora pastiprinājums zināmā mērā var būt atkarīgs no kolektora sprieguma.
6. Neskatoties uz to, tā kā kolektora sprieguma svārstību dēļ pieauguma svārstības mēdz būt diezgan nelielas, ir diezgan iespējams sasniegt zemus deformācijas daudz zemākus par 1 procentiem.
7. Novirzes ķēde, kas savienota starp izejas tranzistoru pamatnēm, ir nepieciešama, lai izvades tranzistorus nogādātu vietā, kur tie atrodas tieši pie vadošā sliekšņa.
8. Ja tas nenotiek, nelielas Tr1 kolektora sprieguma izmaiņas var nespēt novadīt izejas tranzistorus vadībā un var neļaut uzlabot izejas spriegumu!
9. Lielākas sprieguma svārstības pie Tr1 kolektora var radīt atbilstošas ​​izejas sprieguma izmaiņas, taču tas, iespējams, izlaidīs katra frekvences puscikla sākuma un beigu daļas, izraisot nopietnus “šķērsvirziena traucējumus”, kā tas parasti tiek dēvēts.

Crossover izkropļošanas jautājums

Pat ja izejas tranzistori tiek novadīti līdz vadīšanas slieksnim, tas pilnībā nenovērš krustošanās traucējumus, jo izejas ierīcēm ir salīdzinoši neliels pieaugums, darbojoties ar pazeminātām kolektora strāvām.

Tas nodrošina mērenu, bet nevēlamu krustojuma traucējumu veidu. Negatīvas atsauksmes varētu tikt izmantotas, lai dabiski pārvarētu krustojuma kropļojumus, tomēr, lai sasniegtu izcilus rezultātus, patiesībā ir svarīgi izmantot samērā lielu mierīgu novirzi pār izejas tranzistoriem.

Tieši šī lielā novirzes strāva rada komplikācijas ar termisko pārbēgšanu.

Novirzes strāva izraisa izejas tranzistoru sasilšanu, un to pozitīvā temperatūras koeficienta dēļ tas palielina novirzes strāvu, radot vēl vairāk siltuma un kā rezultātā turpmāku novirzes strāvas paaugstināšanos.

Šī pozitīvā atgriezeniskā saite tādējādi pakāpeniski palielina neobjektivitāti, līdz izejas tranzistori kļūst pārāk karsti un galu galā tiek sadedzināti.

Cenšoties pasargāt no tā, novirzes ķēde tiek atvieglota ar iebūvētu temperatūras sensoru sistēmu, kas palēnina aizspriedumus, ja tiek konstatēta augstāka temperatūra.

Tāpēc, kad izejas tranzistors sasilst, radīto siltumu ietekmē novirzes ķēde, kas to atklāj un aptur jebkādu sekojošu novirzes strāvas pieaugumu. Praktiski novirzes stabilizācija var nebūt ideāla, un jūs varat atrast maz variāciju, tomēr pareizi konfigurētai shēmai parasti var būt pietiekami pietiekama novirzes stabilitāte.

Kāpēc MOSFET jaudas pastiprinātājos darbojas efektīvāk nekā BJT

Turpmākajā diskusijā mēs centīsimies saprast, kāpēc MOSFET darbojas labāk jaudas pastiprinātāju konstrukcijās, salīdzinot ar BJT.

Līdzīgi kā BJT, MOSFET, ja tos nodarbina B klases izvades posmā, pieprasa arī a tendence uz priekšu pārvarēt krustojuma traucējumus. Ņemot to vērā, tā kā jaudas MOSFET temperatūras koeficients ir negatīvs pie strāvām, kas ir tuvu 100 miliampiem vai vairāk (un neliels pozitīvs temperatūras koeficients zemākām strāvām), tas ļauj mazāk sarežģītu B klases draiveri un izejas posmu, kā parādīts nākamajā attēlā .

Termiski stabilizēto novirzes ķēdi varētu aizstāt ar rezistoru, jo jaudas MOSFET temperatūras raksturlielumos ir iestrādāta novirzes strāvas iebūvēta siltuma kontrole aptuveni 100 miliampos (kas ir aptuveni vispiemērotākā novirzes strāva).

Papildu izaicinājums ar BJT ir diezgan zems strāvas pieaugums tikai no 20 līdz 50. Tas var būt diezgan nepietiekams vidējas un lielas jaudas pastiprinātājiem. Tāpēc tas prasa ārkārtīgi jaudīgu vadītāja posmu. Tipiska pieeja šī jautājuma risināšanai ir izmantot a Dārlingtonas pāri vai līdzvērtīgs dizains, lai nodrošinātu pietiekami lielu strāvas pieaugumu, lai tas ļautu izmantot mazjaudas vadītāja posmu.

Jaudas MOSFET, tāpat kā jebkurš FET ierīce , mēdz būt ar spriegumu darbināmas ierīces, nevis ar strāvu darbināmas ierīces.

Jaudas MOSFET ieejas pretestība parasti ir ļoti augsta, kas ļauj nenozīmīgi ievilkt ieejas strāvu ar zemām darba frekvencēm. Tomēr pie augstām darba frekvencēm ieejas pretestība ir daudz mazāka, jo salīdzinoši augstā ieejas kapacitāte ir aptuveni 500 pf.

Pat ar šo lielo ieejas kapacitāti vadītāja strāvas laikā gandrīz 10 miliampu darba strāva kļūst tieši pietiekama, lai gan maksimālā izejas strāva varētu būt aptuveni tūkstoš reižu lielāka par šo daudzumu.

Papildu problēma ar bipolārām barošanas ierīcēm (BJT) ir to nedaudz gausais pārslēgšanās laiks. Tas mēdz radīt dažādus jautājumus, piemēram, sagrozītus traucējumus.

Tas ir tad, kad jaudīgs augstas frekvences signāls varētu prasīt pārslēgšanas izejas spriegumu, teiksim, 2 volti mikrosekundē, savukārt BJT izejas pakāpe, iespējams, pieļauj pagrieziena ātrumu tikai volts uz mikrosekundi. Protams, izeja cīnīsies, lai nodrošinātu pienācīgu ieejas signāla atveidojumu, izraisot nenovēršamus traucējumus.

Zemāks apgriezienu skaits var arī dot pastiprinātājam nevēlamu jaudas joslas platumu, ar augstāko sasniedzamo jaudas izvadi ievērojami samazinoties augstākās audio frekvencēs.

Fāzes nobīde un svārstības

Vēl viena problēma ir fāzes nobīde, kas notiek caur pastiprinātāja izejas posmu ar augstām frekvencēm, un kas var izraisīt atgriezeniskās saites negatīvās atgriezeniskās saites sistēmas pārvēršanos par pozitīvu, nevis negatīvu ārkārtīgi augstās frekvencēs.

Ja pastiprinātājam šādās frekvencēs ir pietiekams pastiprinājums, pastiprinātājs var pāriet uz svārstību režīmu, un stabilitātes trūkums joprojām būs jūtams pat tad, ja ķēdes pastiprinājums nav pietiekams, lai iedarbinātu svārstības.

Šo problēmu varēja novērst, pievienojot elementus ķēdes augstfrekvences reakcijai un iekļaujot fāzes kompensācijas elementus. Tomēr šie apsvērumi samazina pastiprinātāja efektivitāti augstās ieejas signāla frekvencēs.

MOSFET ir ātrāki nekā BJT

Projektējot jaudas pastiprinātāju, jāatceras, ka jaudas MOSFET pārslēgšanās ātrums parasti ir aptuveni 50 līdz 100 reizes ātrāks nekā BJT. Tāpēc komplikācijas ar zemākas augstfrekvences funkcionalitāti ir viegli pārvaramas, BJT vietā izmantojot MOSFET.

Faktiski ir iespējams izveidot konfigurācijas bez tām frekvences vai fāzes kompensācija daļas joprojām saglabā izcilu stabilitāti, un tajās ietilpst veiktspējas līmenis, kas tiek saglabāts frekvencēm, kas krietni pārsniedz augstfrekvences audio robežu.

Vēl viena grūtība, ar kuru saskaras ar bipolāriem jaudas tranzistoriem, ir sekundāra sadalīšana. Tas attiecas uz sava veida specifisku termisko bēgšanu, kas ierīcē rada “karsto zonu”, kā rezultātā īssavienojums pāri tās kolektora / izstarotāja tapām.

Lai nodrošinātu, ka tas nenotiek, BJT jādarbina tikai kolektora strāvas un sprieguma noteiktos diapazonos. Uz jebkuru audio pastiprinātāja shēma šī situācija parasti nozīmē, ka izejas tranzistori ir spiesti labi strādāt, ievērojot to termiskos ierobežojumus, un tādējādi tiek ievērojami samazināta optimālā izejas jauda, ​​kas iegūstama no jaudas BJT, daudz zemāka, nekā to faktiski atļauj visaugstākās izkliedes vērtības.

Pateicoties MOSFET negatīvās temperatūras koeficients pie lielām notekas strāvām šīm ierīcēm nav problēmu ar sekundāru sadalījumu. MOSFET maksimālo pieļaujamo iztukšošanas strāvu un notekas sprieguma specifikācijas praktiski ierobežo to siltuma izkliedēšanas funkcionalitāte. Tādējādi šīs ierīces kļūst īpaši piemērotas lieljaudas audio pastiprinātāju lietojumprogrammām.

MOSFET trūkumi

Neskatoties uz iepriekš minētajiem faktiem, MOSFET ir arī daži trūkumi, kuru skaits ir salīdzinoši mazāks un nenozīmīgs. Sākotnēji MOSFET bija dārgi salīdzinājumā ar atbilstošiem bipolāriem tranzistoriem. Tomēr izmaksu atšķirība mūsdienās ir kļuvusi daudz mazāka. Ja ņemam vērā faktu, ka MOSFET sarežģītas shēmas ļauj iegūt daudz vienkāršāk un netieši ievērojami samazināt izmaksas, BJT partneris ir diezgan niecīgs pat ar tā zemajām izmaksām tagu.

Jaudas MOSFET bieži ir palielināts atvērtas cilpas sagrozīšana nekā BJT. Tomēr, pateicoties lielajam pastiprinājumam un ātram pārslēgšanās ātrumam, jaudīgie MOSFET ļauj izmantot augsta līmeņa negatīvu atgriezenisko saiti visā audio frekvenču spektrā, piedāvājot nepārspējamu slēgtas cilpas deformācija efektivitāte.

Papildu trūkums, kas saistīts ar jaudas MOSFET, ir to zemākā efektivitāte salīdzinājumā ar BJT, ja tos izmanto standarta pastiprinātāja izejas posmos. Iemesls tam ir lieljaudas izstarotāja sekotāja posms, kas rada aptuveni 1 voltu sprieguma kritumu starp ieeju un izeju, lai gan avota sekotāja posma ieejā / izejā ir daži volti. Šīs problēmas risināšanai nav vienkāršas pieejas, tomēr šķiet, ka tas ir neliels efektivitātes samazinājums, ko nevajadzētu ņemt vērā un kuru varētu ignorēt.

Izpratne par praktisku MOSFET pastiprinātāja dizainu

Zemāk redzamais attēls parāda funkcionālās shēmas shēmu 35 vatu jaudas MOSFET pastiprinātājs ķēde. Izņemot MOSFET lietojumu pastiprinātāja izejas stadijā, viss būtībā izskatās gluži kā ļoti izplatīts MOSFET pastiprinātāja dizains.

• Tr1 tiek viltots kā a kopējā izstarotāja ievades stadija , kas tieši savienots ar Tr3 kopējā izstarotāja draivera posmu. Abi šie posmi piedāvā pastiprinātāja kopējo sprieguma pieaugumu un ietver ārkārtīgi lielu kopējo pieaugumu.
• Tr2 kopā ar pievienotajām daļām rada vienkāršu pastāvīgas strāvas ģeneratoru, kura izejas robežstrāva ir 10 miliampi. Tas darbojas tāpat kā galvenā kolektora slodze Tr3.
• Lai noteiktu pareizo, tiek izmantots R10 mierīga slīpo strāvu izmantojot izejas tranzistorus, un, kā jau tika apspriests iepriekš, slīpuma strāvas termiskā stabilizācija īsti netiek panākta novirzes ķēdē, bet drīzāk to piegādā pašas izejas ierīces.
• R8 nodrošina praktiski 100% negatīvas atsauksmes no pastiprinātāja izejas līdz Tr1 izstarotājam, ļaujot ķēdei tikai ap vienības sprieguma pieaugumu.
• Rezistori R1, R2 un R4 darbojas kā potenciāls dalītāju tīkls, lai pastiprinātu pastiprinātāja ieejas posmu un līdz ar to arī izeju, lai aptuveni pusi no barošanas sprieguma. Tas nodrošina augstāko sasniedzamo izejas līmeni pirms apgriešanas un kritisko traucējumu sākšanas.
• R1 un C2 tiek izmantoti kā filtru ķēde, kas atceļ barošanas līniju skaņas frekvenci un cita veida potenciālos trokšņus, iekļūstot pastiprinātāja ieejā, izmantojot slīpo ķēdi.
• R3 un C5 darbojas kā RF filtrs kas novērš RF signālu pārraidi no ieejas līdz izejai, izraisot dzirdamus traucējumus. C4 arī palīdz atrisināt to pašu problēmu, efektīvi nolaižot pastiprinātāja augstfrekvences reakciju virs augšējās audio frekvences robežas.
• Lai nodrošinātu, ka pastiprinātājs iegūst labu sprieguma pieaugumu dzirdamās frekvencēs, tas ir svarīgi atdaliet negatīvās atsauksmes zināmā mērā.
• C7 pilda kondensatora atvienošana , savukārt R6 rezistors ierobežo iztīrītās atgriezeniskās saites daudzumu.
• Ķēdes sprieguma pieaugums ir aptuveni noteikts, dalot R8 ar R6 vai aptuveni 20 reizes (26dB) ar piešķirtajām daļu vērtībām.
• Pastiprinātāja maksimālais izejas spriegums būs 16 voltu RMS, kas pilnīgas izejas sasniegšanai ļauj ieejas jutību aptuveni aptuveni 777mV RMS. Ieejas pretestība varētu būt lielāka par 20k.
• C3 un C8 tiek izmantoti attiecīgi kā ieejas un izejas sakabes kondensatori. C1 ļauj atvienot barošanas līdzstrāvu.
• R11 un C9 izmanto tikai pastiprinātāja stabilitātes atvieglošanu un kontroli, darbojoties tāpat kā populāri Zobel tīkls , kas bieži sastopami ap pusvadītāju jaudas pastiprinātāju konstrukciju izejas posmiem.

Veiktspējas analīze

Izskatās, ka pastiprinātāja prototipa veiktspēja ir neticami laba, īpaši tikai tad, kad pamanām diezgan vienkāršu vienības dizainu. Parādītā MOSFET pastiprinātāja konstrukcijas shēma ar prieku izplūdīs 35 vatu RMS 8 omu slodzē.

• The kopējais harmoniskais izkropļojums nepārsniegs aptuveni 0,05%. Prototipu analizēja tikai signāla frekvencēm ap 1 kHz.
• Tomēr ķēde ir atvērtās cilpas pieaugums tika konstatēts, ka tas ir praktiski nemainīgs visā audio frekvenču diapazonā.
• The slēgtas cilpas frekvences reakcija tika mērīts pie -2 dB ar aptuveni 20 Hz un 22 kHz signāliem.
• Pastiprinātāja signāla un trokšņa attiecība (bez pievienota skaļruņa) bija augstāks par 80 dB, lai gan patiesībā var būt niecīgs daudzums rokas dūc skaļruņos konstatēto barošanas avotu, bet līmenis normālos apstākļos var būt pārāk mazs, lai dzirdētu.

Enerģijas padeve

Iepriekš redzamais attēls parāda atbilstoši konfigurētu barošanas avotu 35 vatu MOSFET pastiprinātāja konstrukcijai. Strāvas padeve var būt pietiekami jaudīga, lai rīkotos ar vienkrāsainu vai stereo modeli.

Barošanas avots faktiski sastāv no pāris efektīvām taisngriežu un izlīdzināšanas ķēdēm, kuru izejas ir pievienotas virknē, lai nodrošinātu kopējo izejas spriegumu, kas atbilst divkāršam potenciālam, ko pielieto atsevišķa taisngrieža un kapacitatīvā filtra ķēde.

Diodes D4, D6 un C10 veido vienu noteiktu strāvas padeves daļu, savukārt otro sekciju piegādā D3, D5 un C11. Katrs no tiem piedāvā nedaudz zem 40 voltiem, ja nav pievienota slodze, un kopējais 80 V spriegums ir izkrauts.

Šī vērtība var samazināties līdz aptuveni 77 voltiem, ja pastiprinātāju noslogo stereo ieejas signāls ar darba režīmu, un līdz aptuveni 60 voltiem, ja divi pastiprinātāja kanāli tiek darbināti ar pilnu vai maksimālu jaudu.

Celtniecības padomi

Ideāls PCB izkārtojums 35 vatu MOSFET pastiprinātājam ir parādīts zemāk redzamajos attēlos.

Tas ir domāts vienam pastiprinātāja ķēdes kanālam, tāpēc, ja nepieciešams stereo pastiprinātājs, dabiski ir jāsamontē divi šādi dēļi. Izejas tranzistori noteikti nav uzstādīti PCB, drīzāk lielam spārnotam tipam.

Transistoriem nav nepieciešams izmantot vizlas izolācijas komplektu, vienlaikus piestiprinot tos uz radiatora. Tas ir tāpēc, ka MOSFET avoti ir tieši savienoti ar to metāla cilnēm, un šīm avota tapām jebkurā gadījumā jābūt savienotām ar otru.

Tomēr, tā kā tie nav izolēti no radiatora, var būt ļoti svarīgi nodrošināt, lai radiatori nenonāktu elektriskā saskarē ar citām pastiprinātāja daļām.

Tāpat stereo ieviešanai nevajadzētu ļaut atsevišķiem radiatoriem, kas izmantoti pastiprinātāju pārim, nonākt elektriskā tuvumā viens ar otru. Lai savienotu izejas tranzistorus ar PCB, vienmēr izmantojiet īsākus vadus, kuru maksimums ir aptuveni 50 mm.

Tas ir īpaši svarīgi vadiem, kas savienojas ar izejas MOSFET vārtu spailēm. Sakarā ar to, ka Power MOSFET ir liels pastiprinājums augstās frekvencēs, garāki vadi var nopietni ietekmēt pastiprinātāja stabilitātes reakciju vai pat izraisīt RF svārstības, kas savukārt var radīt neatgriezeniskus enerģijas MOSFET bojājumus.

Tas nozīmē, ka praktiski jūs nevarat atrast grūtības dizaina sagatavošanā, lai nodrošinātu, ka šie vadi tiek efektīvi noturēti īsāk. Var būt svarīgi atzīmēt, ka C9 un R11 ir uzstādīti ārpus PCB un vienkārši tiek sērijveidā savienoti visā izejas ligzdā.

Padomi par barošanas avota celtniecību

Strāvas padeves ķēde ir uzbūvēta, izmantojot vadu no punkta uz punktu, kā norādīts zemāk redzamajā attēlā.

Tas faktiski izskatās diezgan pašsaprotami, tomēr tiek nodrošināts, ka abu veidu kondensatori C10 un C11 sastāv no lelles. Gadījumā, ja tie nav, var būt svarīgi izmantot tagu joslu, lai iespējotu dažus savienojuma portus. Lodēšanas marķējums ir piestiprināts pie vienas konkrētas T1 stiprinājuma skrūves, kas piedāvā šasijas savienojuma punktu tīkla maiņstrāvas vadam.

Pielāgošana un iestatījumi

1. Pirms strāvas padeves ieslēgšanas noteikti rūpīgi pārbaudiet vadu savienojumus, jo elektroinstalācijas kļūdas var dārgi iznīcināt un noteikti var būt bīstamas.
2. Pirms ķēdes ieslēgšanas noteikti apgrieziet R10, lai iegūtu minimālu pretestību (grieziet pilnīgu pretēji pulksteņrādītāja virzienam).
3. Ja FS1 ir īslaicīgi izņemts un virs drošinātāja turētāja ir piestiprināts multimetrs, kas paredzēts 500mA FSD mērīšanai, skaitītājam ir jāparāda aptuveni 20mA rādījums, kamēr pastiprinātājs ir ieslēgts (tas var būt 40mA, ja tiek izmantots divu kanālu stereo).
4. Gadījumā, ja jums šķiet, ka skaitītāja rādījums būtiski neatšķiras no šīs izslēgšanas, nekavējoties pārbaudiet visu elektroinstalāciju. Gluži pretēji, ja viss ir labi, lēnām pārvietojiet R10, lai skaitītāja rādījums būtu maksimāli līdz 100mA.
5. Ja ir vēlams stereo pastiprinātājs, R10 abos kanālos ir jāpielāgo, lai pašreizējā strāva būtu līdz 120mA, tad R10 2. kanālā ir jāpielāgo, lai pašreizējo lietojumu palielinātu līdz 200mA. Kad tie ir paveikti, jūsu MOSFET pastiprinātājs ir gatavs lietošanai.
6. Veicot pastiprinātāja iestatīšanas procedūras, piesardzīgi nepieskarieties nevienam maiņstrāvas tīkla savienojumam.
7. Pirms ierīces pievienošanas elektrotīklam, visiem nepārklātajiem elektroinstalācijas vai kabeļa savienojumiem, kas var būt maiņstrāvas tīklā, jābūt pienācīgi izolētiem.
8. Lieki piebilst, ka tāpat kā katrai maiņstrāvai darbināmai ķēdei tā jāiekļauj izturīgā skapī, kuru var atskrūvēt tikai ar īpaša skrūvgrieža un citu instrumentu komplekta palīdzību, lai pārliecinātos, ka nav ātru līdzekļu, lai sasniegtu bīstamo elektroinstalācija un nelaimes gadījumi tiek droši novērsti.

35 vatu MOSFET jaudas pastiprinātāja detaļu saraksts

120 W MOSFET pastiprinātāja lietojuma shēma

Atkarībā no barošanas avota specifikācijām praktiskā 120 vatu MOSFET pastiprinātājs ķēde spēj piedāvāt izejas jaudu diapazonā no 50 līdz 120 vatiem RMS 8 omu skaļrunī.

Šajā dizainā izejas posmā ir iekļauti arī MOSFET, lai nodrošinātu izcilu vispārējo veiktspēju pat ar lielo ķēdes vienkāršību

Pastiprinātāja kopējais harmoniskais kropļojums ir ne vairāk kā 0,05%, bet tikai tad, ja ķēde nav pārslogota, un signāla un trokšņa attiecība ir augstāka par 100 dB.

Izpratne par MOSFET pastiprinātāja posmiem

Kā parādīts iepriekš, šī shēma ir veidota, atsaucoties uz Hitachi izkārtojumu. Pretēji pēdējam projektam šī shēma izmanto skaļruņa līdzstrāvas savienojumu un satur divu līdzsvarotu barošanas avotu ar vidējo 0V un iezemēto sliedi.

Šis uzlabojums atbrīvojas no atkarības no lieliem izejas sakabes kondensatoriem, kā arī par zemu frekvences veiktspēju, ko rada šis kondensators. Turklāt šis izkārtojums ļauj ķēdei nodrošināt pienācīgu piegādes pulsācijas noraidīšanas iespēju.

Bez līdzstrāvas sakabes funkcijas ķēdes dizains šķiet diezgan atšķirīgs no tā, kas tika izmantots iepriekšējā dizainā. Šeit gan ievades, gan draivera pakāpēs ir iekļauti diferenciālie pastiprinātāji.

Ievades posms tiek konfigurēts, izmantojot Tr1 un Tr2, savukārt vadītāja posms ir atkarīgs no Tr3 un Tr4.

Tranzistors Tr5 ir konfigurēts kā a pastāvīga strāvas kolektora slodze par Tr4. Signāla ceļš ar pastiprinātāju sākas, izmantojot ieejas sakabes kondensatoru C1 kopā ar RF filtru R1 / C4. R2 tiek izmantots pastiprinātāja ieejas novirzīšanai centrālajā 0V padeves joslā.

Tr1 ir vads kā efektīvs a kopējais izstarotāja pastiprinātājs kuras izeja ir tieši savienota ar Tr4, ko izmanto kā kopēju izstarotāja draivera posmu. Sākot ar šo posmu, audio signāls ir saistīts ar Tr6 un Tr7, kas tiek piesaistīti kā papildu avota sekotāja izejas posms.

The negatīvas atsauksmes tiek izvilkts no pastiprinātāja izejas un savienots ar Tr2 bāzi, un, neskatoties uz to, ka caur Tr1 bāzi nav signāla inversijas uz pastiprinātāja izeju, eksistē inversija pāri Tr2 bāzei un izejai. Tas ir tāpēc, ka Tr2, kas darbojas kā izstarotāja sekotājs, lieliski vada Tr1 izstarotāju.

Kad Tr1 izstarotājam tiek ievadīts ievades signāls, tranzistori veiksmīgi darbojas kā a kopējā bāzes stadija . Tāpēc, kaut arī inversija nenotiek, izmantojot Tr1 un Tr2, inversija notiek caur Tr4.

Arī fāzes maiņa nenotiek caur izejas posmu, kas nozīmē, ka pastiprinātājs un Tr2 pamatne parasti ir ārpus fāzes, lai izpildītu nepieciešamo nepieciešamo negatīvo atgriezenisko saiti. R6 un R7 vērtības, kā ieteikts diagrammā, nodrošina sprieguma pieaugumu aptuveni 28 reizes.

Kā mēs uzzinājām no mūsu iepriekšējām diskusijām, neliels jaudas MOSFET trūkums ir tas, ka tie kļūst mazāk efektīvi nekā BJT, kad tie tiek vadīti caur tradicionālo B klases izejas posmu. Arī jaudas MOSFET relatīvā efektivitāte kļūst diezgan slikta, ja ir lielas jaudas ķēdes, kurās vārtu / avotu spriegumam jābūt vairāku sprieguma lieliem avotu strāvām.

Var pieņemt, ka maksimālais izejas sprieguma svārstības ir vienāds ar barošanas spriegumu, no kura atskaitīts katra tranzistora maksimālais vārtu līdz avota spriegumam, un tas noteikti ļauj izejas sprieguma svārstībām, kas var būt ievērojami zemākas par pielietoto barošanas spriegumu.

Vienkāršs veids, kā panākt lielāku efektivitāti, būtu būtībā iekļaut pāris līdzīgus MOSFET, kas paralēli pievienoti katram izejas tranzistoram. Tad lielākais strāvas daudzums, ko apstrādā katrs izejas MOSFET, aptuveni tiks samazināts uz pusi, un katra MOSFET maksimālais avots līdz vārtu spriegumam tiek atbilstoši pazemināts (kopā ar proporcionālu pastiprinātāja izejas sprieguma svārstību pieaugumu).

Tomēr līdzīga pieeja nedarbojas, ja to lieto bipolārām ierīcēm, un tas būtībā ir saistīts ar tām pozitīvs temperatūras koeficients īpašības. Ja viena konkrēta izeja BJT sāk uzņemt pārmērīgu strāvu nekā otra (jo diviem tranzistoriem nebūs precīzi vienādu raksturlielumu), viena ierīce sāk kļūt karstāka nekā otra.

Šī paaugstinātā temperatūra izraisa BJT izstarotāja / bāzes sliekšņa sprieguma samazināšanos, kā rezultātā tas sāk patērēt daudz lielāku izejas strāvas daļu. Pēc tam situācija izraisa tranzistora karstumu, un šis process turpinās bezgalīgi, līdz viens no izejas tranzistoriem sāk apstrādāt visu slodzi, bet otrs paliek neaktīvs.

Šāda veida problēmas nevar redzēt ar jaudas MOSFET, jo tām ir negatīva temperatūras koeficients. Kad viens MOSFET sāk kļūt karstāks, tā negatīvās temperatūras koeficienta dēļ pieaugošais siltums sāk ierobežot strāvas plūsmu caur tā noteku / avotu.

Tas novirza lieko strāvu pret otru MOSFET, kas tagad sāk kļūt karstāks, un gluži tāpat siltums liek caur to straumei proporcionāli samazināties.

Situācija rada līdzsvarotu strāvas daļu un izkliedi visās ierīcēs, padarot pastiprinātāju daudz efektīvāku un uzticamāku. Arī šī parādība pieļauj MOSFET savienojami paralēli vienkārši savienojot vārtus, avotu un notekas vadus kopā bez lieliem aprēķiniem vai bažām.

Barošanas avots 120 vatu MOSFET pastiprinātājam

Iepriekš ir norādīta atbilstoši projektēta barošanas ķēde 120 vatu MOSFET pastiprinātājam. Tas izskatās līdzīgi mūsu agrākā dizaina barošanas ķēdei.

Sākotnēji netika ņemta vērā transformatora centra krāna padeve divu izlīdzināšanas kondensatoru krustojumā. Šajā piemērā tas ir pieradis nodrošināt vidējo 0 V zemējuma padevi, bet tīkla zeme arī tiek savienota ar šo krustojumu, nevis pie negatīvās padeves sliedes.

Var atrast drošinātājus, kas uzstādīti gan pozitīvajā, gan negatīvajā sliedē. Pastiprinātāja sniegtā jauda lielā mērā ir atkarīga no tīkla transformatora specifikācijām. Lielākajai daļai prasību 35–0–35 voltu 160VA toroidālajam tīkla transformatoram vajadzētu būt pilnīgi pietiekamam.

Ja stereo darbība ir vēlams, transformators būs jāaizstāj ar smagāku 300 VA transformatoru. Alternatīvi, izolētus barošanas blokus varētu uzbūvēt, katram kanālam izmantojot 160VA transformatoru.

Tas mierīgā stāvoklī pieļauj barošanas spriegumu aptuveni 50 V, lai gan ar pilnu slodzi šis līmenis var nokrist līdz daudz zemākam līmenim. Tas ļauj iegūt aptuveni 70 vatu RMS jaudu ar 8 omu skaļruņiem.

Svarīgs aspekts, kas jāatzīmē, ir tas, ka tilta taisngriezī izmantotajām diodēm 1N5402 maksimālais pieļaujamais strāvas stiprums ir 3 ampēri. Viena kanāla pastiprinātājam tas var būt pietiekami, bet stereo versijai tas var nebūt pietiekami. Stereo versijai diodes jāaizstāj ar 6 amp diodēm vai 6A4 diodēm.

PCB izkārtojumi

Jūs varat atrast pilnvērtīgu PCB, lai izveidotu savu 120 vatu MOSFET pastiprinātāja shēmu. Norādītās 4 MOSFET ierīces jāpiestiprina ar lieliem radiatoriem, kuru vērtībai jābūt vismaz 4,5 grādiem pēc Celsija.

Piesardzība elektroinstalācijā

• Pārliecinieties, ka MOSFET spailes spailes ir pēc iespējas īsākas, kuru garums nedrīkst pārsniegt 50 mm.
• Ja vēlaties tos turēt nedaudz ilgāk, noteikti pievienojiet mazvērtīgu rezistoru (var būt 50 omi 1/4 vatu) ar katra MOSFET vārtu.
• Šis rezistors reaģēs ar MOSFET ieejas kapacitāti un darbosies kā zemfrekvences filtrs, nodrošinot augstfrekvences signāla ieejas labāku frekvences stabilitāti.
• Tomēr pie augstfrekvences ieejas signāliem šie rezistori var ietekmēt izejas veiktspēju, taču tas faktiski var būt pārāk mazs un grūti pamanāms.
• Tranzistors Tr6 faktiski sastāv no diviem paralēli savienotiem n-kanālu MOSFET, tas pats attiecas uz Tr7, kuram paralēli ir arī pāris p-kanālu MOSFET.
• Lai ieviestu šo paralēlo savienojumu, vārti, kanalizācija, attiecīgo MOSFET pāru avots tiek vienkārši savienoti viens ar otru, tas ir viss, kas ir tik vienkārši.
• Lūdzu, ņemiet vērā, ka kondensators C8 un rezistors R13 ir uzstādīti tieši uz izejas kontaktligzdas un nav samontēti uz PCB.
• Iespējams, ka visefektīvākā barošanas avota veidošanas metode ir vadu pieslēgšana, tāpat kā iepriekšējam pastiprinātājam. Elektroinstalācija ir daudz tāda pati kā šai iepriekšējai shēmai.

Pielāgojumi un iestatījumi

1. Pirms pilnīgas pastiprinātāja ieslēgšanas pārliecinieties, ka vairākas reizes rūpīgi pārbaudāt katru no vadiem.
2. Īpaši pārbaudiet barošanas avota vadus un attiecīgos starpsavienojumus starp izejas barošanas MOSFET.
3. Šo savienojumu kļūmes var ātri izraisīt neatgriezenisku pastiprinātāja bojājumu.
4. Pirms pabeigtās plates ieslēgšanas jums būs jāveic arī dažas iepriekšējas korekcijas.
5. Sāciet, pilnībā pagriežot iepriekš iestatīto R11 pretēji pulksteņrādītāja kustības virzienam, un sākotnēji nepievienojiet skaļruni ierīces izejai.
6. Pēc tam skaļruņa vietā savienojiet multimetra (iestatīts uz zemsprieguma līdzstrāvas diapazonu) zondes pāri pastiprinātāja izejas punktiem un pārliecinieties, ka tas parāda, ka ir pieejams zems mierīgs izejas spriegums.
7. Iespējams, ka skaitītājs parāda daļēju spriegumu vai var nebūt vispār, kas arī ir labi.
8. Gadījumā, ja skaitītājs norāda uz lielu līdzstrāvas spriegumu, jums nekavējoties jāizslēdz pastiprinātājs un jāpārbauda, ​​vai vadā nav kļūdu.

Secinājums

Iepriekš minētajā rakstā mēs esam visaptveroši apsprieduši daudzos parametrus, kuriem ir izšķiroša loma, lai nodrošinātu jaudas pastiprinātāja pareizu un optimālu darbību.

Visi šie parametri ir standarta un tāpēc tos var efektīvi izmantot un pielietot, izstrādājot jebkuru MOSFET jaudas pastiprinātāja shēmu, neatkarīgi no jaudas un sprieguma specifikācijām.

Dažādās īpašības, kas sīki aprakstītas attiecībā uz BJT un MOSFETs ierīcēm, dizainers varētu izmantot, lai ieviestu vai pielāgotu vēlamo jaudas pastiprinātāja shēmu.