Kaip suprojektuoti MOSFET galios stiprintuvo grandines - paaiškinti parametrai

Šiame įraše aptariame įvairius parametrus, į kuriuos reikia atsižvelgti kuriant MOSFET galios stiprintuvo grandinę. Mes taip pat analizuojame skirtumą tarp bipolinių jungčių tranzistorių (BJT) ir MOSFET charakteristikų ir suprantame, kodėl MOSFETS yra tinkamesni ir efektyvesni galios stiprintuvams.

Prisidėjo Danielis Schultzas

Apžvalga

Kuriant galios stiprintuvą atsižvelgiama į Nuo 10 iki 20 vatų , paprastai teikiama pirmenybė integruoto grandyno ar mikroprocesoriaus pagrindu dėl jų aptakaus dydžio ir mažo komponentų skaičiaus.

Tačiau didesnio galingumo diapazonams diskreti konfigūracija yra laikoma daug geresniu pasirinkimu, nes jie suteikia didesnį efektyvumą ir lankstumą projektuotojui, atsižvelgiant į galios pasirinkimą.

Anksčiau galios stiprintuvai, naudojantys atskiras dalis, priklausė nuo bipolinių tranzistorių ar BJT. Tačiau, atsiradus rafinuoti MOSFET , BJT buvo lėtai pakeisti šiais pažangiais MOSFET, kad būtų pasiekta ypač didelė galia ir nuostabiai ribota erdvė bei sumažintos PCB.

Nors MOSFET gali atrodyti per daug suprojektuoti vidutinio dydžio galios stiprintuvus, juos galima veiksmingai pritaikyti bet kokio dydžio ir galios stiprintuvo specifikacijoms.

BJT naudojimo galios stiprintuvuose trūkumai

Nors bipoliniai prietaisai ypač gerai veikia aukščiausios klasės garso stiprintuvuose, jie turi keletą trūkumų, kurie iš tikrųjų paskatino pažangių prietaisų, tokių kaip MOSFET, įdiegimą.

Bene didžiausias bipolinių tranzistorių trūkumas B klasės išvesties etapuose yra reiškinys, vadinamas pabėgimo situacija.

BJT yra teigiamas temperatūros koeficientas, ir tai sukelia reiškinį, vadinamą terminiu pabėgimu, dėl galimo BJT galimo žalos dėl perkaitimo.

Kairėje pusėje pateiktame paveiksle pavaizduotas esminis standartinės B klasės vairuotojo ir išvesties pakopos nustatymas, naudojant TR1 kaip įprastą spinduolio vairuotojo pakopą, o Tr2 kartu su Tr3 kaip papildomą emiterio sekėjo išvesties etapą.

Lyginamas BJT ir MOSFET stiprintuvo išvesties etapo konfigūravimas

Stiprintuvo išvesties etapo funkcija

Norint suprojektuoti darbinį galios stiprintuvą, svarbu teisingai sukonfigūruoti jo išėjimo pakopą.

Išvesties etapo tikslas visų pirma yra užtikrinti srovės stiprinimą (įtampos padidėjimas, kuris išlieka ne daugiau kaip vienetas), kad grandinė galėtų tiekti dideles išėjimo sroves, būtinas garsiakalbiui valdyti didesniu garsumo lygiu.

1. Remiantis aukščiau esančia kairės pusės BJT diagrama, Tr2 veikia kaip išėjimo srovės šaltinis teigiamo išėjimo ciklų metu, o Tr3 tiekia išėjimo srovę per neigiamo išėjimo pusės ciklus.
2. BJT vairuotojo pakopos pagrindinė kolektoriaus apkrova suprojektuota su pastoviu srovės šaltiniu, kuris suteikia didesnį tiesiškumą, palyginti su efektais, pasiektais naudojant paprastą apkrovos rezistorių.
3. Tai atsitinka dėl padidėjimo skirtumų (ir su jais susijusių iškraipymų), atsirandančių, kai BJT dirba plačiame kolektoriaus srovių diapazone.
4. Apkrovos rezistoriaus naudojimas bendrame spinduolio etape su didelėmis išėjimo įtampos svyravimais neabejotinai gali sukelti labai didžiulį kolektoriaus srovės diapazoną ir didelius iškraipymus.
5. Nuolatinės srovės apkrovos taikymas visiškai neatsikrato iškraipymų, nes kolektoriaus įtampa natūraliai svyruoja, o tranzistoriaus stiprinimas tam tikru mastu gali priklausyti nuo kolektoriaus įtampos.
6. Nepaisant to, kadangi padidėjimo svyravimai dėl kolektoriaus įtampos svyravimų būna gana nedideli, galima pasiekti mažą iškraipymą, daug mažesnį nei 1 proc.
7. Išankstinė grandinė, sujungta tarp išėjimo tranzistorių pagrindų, yra būtina, kad išvesties tranzistoriai būtų padėtyje, kurioje jie yra ties laidumo riba.
8. Jei taip neatsitiks, nedideli Tr1 kolektoriaus įtampos pokyčiai gali sukelti išėjimo tranzistorių laidumą ir neleisti jokio išėjimo įtampos pagerėjimo!
9. Didesni įtampos svyravimai Tr1 kolektoriuje gali sukelti atitinkamus išėjimo įtampos pokyčius, tačiau tai greičiausiai praleistų kiekvieno dažnio pusinio ciklo pradines ir baigiamąsias dalis, o tai sukeltų rimtų „kryžminių iškraipymų“, kaip paprastai vadinama.

Kryžminio iškraipymo problema

Net jei išvesties tranzistoriai nukeliami į laidumo slenkstį, tai visiškai nepašalina kryžminio iškraipymo, nes išvesties įtaisai, veikdami esant sumažintoms kolektoriaus srovėms, padidina santykinai nedidelį kiekį.

Tai suteikia vidutinį, bet nepageidaujamą kryžminimo iškraipymą. Neigiamas grįžtamasis ryšys galėtų būti naudojamas natūraliai įveikiant kryžminį iškraipymą, tačiau norint pasiekti puikių rezultatų, iš tikrųjų labai svarbu naudoti pakankamai didelį ramybės tendenciją išvesties tranzistorių atžvilgiu.

Būtent ši didelė šališkumo srovė sukelia terminio pabėgimo komplikacijas.

Išankstinė srovė sukelia išėjimo tranzistorių įkaitimą, o dėl jų teigiamo temperatūros koeficiento tai padidina šališkumo srovę, generuodama dar daugiau šilumos ir dėl to dar labiau padidindama šališkumo srovę.

Taigi šie teigiami atsiliepimai palaipsniui didina šališkumą, kol išėjimo tranzistoriai per daug įkaista ir galiausiai sudega.

Siekiant apsaugoti nuo to, šališkumo grandinę palengvina įmontuota temperatūros jutimo sistema, kuri sulėtina šališkumą, jei nustatoma aukštesnė temperatūra.

Todėl, kai išėjimo tranzistorius sušyla, pakitusią grandinę veikia sukelta šiluma, kuri tai nustato ir sustabdo bet kokį tolesnį šališkumo srovės padidėjimą. Praktiškai šališkumo stabilizavimas gali būti ne idealus ir galite rasti nedaug variantų, tačiau tinkamai sukonfigūruota grandinė paprastai gali turėti pakankamai pakankamą šališkumo stabilumą.

Kodėl MOSFET veikia efektyviau nei BJT galios stiprintuvuose

Tolesnėje diskusijoje mes bandysime suprasti, kodėl MOSFET veikia geriau galios stiprintuvų konstrukcijose, palyginti su BJT.

Panašiai kaip BJT, jei jie naudojami B klasės išvesties etape, MOSFET taip pat reikalauja a šališkumas į priekį įveikti kryžminimą. Tai pasakius, kadangi galios MOSFET turi neigiamą temperatūros koeficientą esant beveik 100 miliamperių ar didesnėms srovėms (ir šiek tiek teigiamą temperatūros koeficientą esant mažesnėms srovėms), tai leidžia mažiau sudėtingą B klasės vairuotojo ir išvesties pakopą, kaip parodyta kitame paveiksle. .

Termiškai stabilizuotą šališkumo grandinę galima pakeisti rezistoriumi, nes galios MOSFET temperatūros charakteristikose įmontuotas įstrižainės srovės terminis valdymas maždaug 100 miliamperų (tai yra maždaug geriausiai tinkama šališkumo srovė).

Papildomas iššūkis, susijęs su BJT, yra gana mažas srovės padidėjimas tik nuo 20 iki 50. Tai gali būti gana nepakankama vidutinės ir didelės galios stiprintuvams. Dėl to reikia ypač galingo vairuotojo etapo. Tipiškas būdas išspręsti šią problemą yra naudoti a Darlingtono poros arba lygiavertis dizainas, užtikrinantis pakankamai didelį srovės stiprinimą, kad būtų galima naudoti mažos galios vairuotojo pakopą.

Maitinimo MOSFET, kaip ir bet kuris kitas FET įrenginys , dažniausiai naudojami įtampos įtaisai, o ne srovė.

Maitinimo MOSFET įėjimo varža paprastai yra labai didelė, o tai leidžia nereikšmingą įėjimo srovės imimą esant žemiems darbo dažniams. Tačiau esant aukštam darbiniam dažniui įėjimo varža yra daug mažesnė dėl santykinai didelės įvesties talpos, maždaug 500 pf.

Net esant tokiai didelei įėjimo talpai, variklio etape vargu ar pakanka 10 miliamperių darbinės srovės, nors didžiausia išėjimo srovė gali būti maždaug tūkstantį kartų didesnė už šį kiekį.

Papildoma bipolinių maitinimo įtaisų (BJT) problema yra šiek tiek vangus jų perjungimo laikas. Tai gali sukelti įvairių problemų, tokių kaip sukeltas iškraipymas.

Tai yra tada, kai galingas aukšto dažnio signalas gali reikalauti perėjimo išėjimo įtampos, tarkime, 2 voltų per mikrosekundę, o BJT išvesties pakopa gali leisti leisti tik voltą per mikrosekundę. Natūralu, kad išvestis stengsis tinkamai paduoti įvesties signalą, o tai sukels neišvengiamą iškraipymą.

Dėl prastesnio pralaidumo dažnio stiprintuvas taip pat gali suteikti nepageidaujamą galios pralaidumą, o didžiausia pasiekiama galia žymiai sumažėja esant aukštesniems garso dažniams.

Fazės atsilikimas ir svyravimai

Kitas rūpestis yra fazės atsilikimas, kuris vyksta per stiprintuvo išėjimo pakopą aukštais dažniais ir dėl kurio neigiamo grįžtamojo ryšio sistemos grįžtamasis ryšys gali virsti teigiamu, o ne neigiamu ypač aukštu dažniu.

Jei stiprintuvas turėtų pakankamą stiprinimą tokiais dažniais, stiprintuvas gali pereiti į svyravimo režimą, o stabilumo trūkumas ir toliau bus pastebimas, net jei grandinės stiprinimas nėra pakankamas, kad sukeltų svyravimą.

Šią problemą būtų galima ištaisyti pridedant elementų prie grandinės aukšto dažnio atsako ir įtraukiant fazės kompensavimo elementus. Tačiau šios aplinkybės sumažina stiprintuvo efektyvumą esant dideliems įėjimo signalo dažniams.

MOSFET yra greitesni nei BJT

Kurdami galios stiprintuvą turime prisiminti, kad maitinimo MOSFET perjungimo greitis paprastai yra maždaug 50–100 kartų greitesnis nei BJT. Todėl komplikacijos su prastesniu aukšto dažnio funkcionalumu yra lengvai įveikiamos naudojant MOSFET, o ne BJT.

Iš tikrųjų įmanoma sukurti konfigūracijas be jų dažnio ar fazės kompensavimas dalys vis tiek išlaiko puikų stabilumą ir apima našumo lygį, kuris išlaikomas tiems dažniams, kurie viršija aukšto dažnio garso ribą.

Dar vienas sunkumas, patiriamas naudojant bipolinius galios tranzistorius, yra antrinis gedimas. Tai reiškia tam tikrą specifinį terminį bėgimą, kuris įrenginyje sukuria „karštą zoną“, dėl kurios jo kolektoriaus / spinduolio kaiščiuose atsiranda trumpasis jungimas.

Kad taip neatsitiktų, BJT reikia valdyti tik tam tikrose kolektoriaus srovės ir įtampos ribose. Bet kuriam garso stiprintuvo grandinė ši situacija paprastai reiškia, kad išėjimo tranzistoriai yra priversti gerai veikti neviršijant jų šilumos apribojimų, todėl optimali išėjimo galia, gaunama iš galios BJT, yra žymiai sumažinta, daug mažesnė, nei jų didžiausios išsklaidymo vertės iš tikrųjų leidžia.

Ačiū MOSFET neigiamos temperatūros koeficientas esant didelei nutekėjimo srovei šie įtaisai neturi problemų dėl antrinio gedimo. MOSFET didžiausią leistiną nuotėkio srovę ir nuotėkio įtampos specifikacijas praktiškai riboja jų šilumos išsklaidymo funkcionalumas. Taigi šie įrenginiai tampa ypač tinkami didelės galios garso stiprintuvų programoms.

MOSFET trūkumai

Nepaisant pirmiau minėtų faktų, MOSFET taip pat turi keletą trūkumų, kurių yra palyginti mažai ir jie yra nereikšmingi. Iš pradžių MOSFET buvo labai brangūs, palyginti su atitinkamais bipoliniais tranzistoriais. Tačiau, atsižvelgiant į tai, kad MOSFET suteikia galimybę sudėtingoms schemoms gauti daug paprastesnes ir netiesiogiai reikšmingas sąnaudų sumažėjimo galimybes, BJT kolega net ir dėl savo mažų kainų šiais laikais tapo žymiai mažesnis. žyma.

Maitinimo MOSFET dažnai būna padidėjęs atviros kilpos iškraipymas nei BJT. Tačiau dėl didelio pelno ir greito perjungimo greičio, maitinimo MOSFET leidžia naudoti aukšto lygio neigiamą grįžtamąjį ryšį visame garso dažnių spektre, siūlant neprilygstamą uždaros kilpos iškraipymas efektyvumas.

Papildomas galios MOSFET trūkumas yra mažesnis jų efektyvumas, palyginti su BJT, kai jie naudojami standartinio stiprintuvo išvesties stadijose. Priežastis yra didelės galios spinduolio sekėjo pakopa, sukelianti maždaug 1 voltų įtampos kritimą tarp įėjimo ir išėjimo, nors šaltinio pasekėjo pakopos įėjime / išėjime yra kai kurių voltų nuostoliai. Šią problemą išspręsti nėra lengva, tačiau atrodo, kad tai yra nedidelis efektyvumo sumažėjimas, į kurį nereikėtų atsižvelgti ir į kurį galima neatsižvelgti.

Suprasti praktišką MOSFET stiprintuvo dizainą

Žemiau pateiktame paveiksle pavaizduota funkcinės grandinės schema 35 vatų galios MOSFET stiprintuvas grandinė. Išskyrus MOSFET taikymą stiprintuvo išvesties stadijoje, viskas iš esmės atrodo labai įprasta MOSFET stiprintuvo konstrukcija.

• Tr1 yra suklastotas kaip a bendras spinduolio įvesties etapas , tiesiogiai prijungtas prie „Tr3“ bendros emiterio tvarkyklės. Abi šios pakopos suteikia bendrą stiprintuvo įtampos padidėjimą ir apima labai didelį bendrą stiprinimą.
• Tr2 kartu su pritvirtintomis dalimis sukuria paprastą nuolatinės srovės generatorių, kurio ribinė išėjimo srovė yra 10 miliamperų. Tai veikia kaip pagrindinė Tr3 kolektoriaus apkrova.
• Norint nustatyti teisingą, naudojamas R10 ramybės tendencijų srovė per išėjimo tranzistorius ir, kaip jau buvo aptarta anksčiau, įstrižinės srovės šiluminis stabilizavimas iš tikrųjų nėra pasiektas poslinkio grandinėje, bet veikiau pačius išvesties įtaisus.
• R8 pristato praktiškai 100% neigiamas atsiliepimas nuo stiprintuvo išėjimo iki Tr1 spinduolio, leidžiant grandinei ties vieneto įtampos padidėjimu.
• Rezistoriai R1, R2 ir R4 veikia kaip potencialus skirstytuvo tinklas, nukreipdamas stiprintuvo įvesties pakopą, taigi ir išėjimą, maždaug iki pusės maitinimo įtampos. Tai leidžia pasiekti aukščiausią galimą išėjimo lygį prieš kirpimą ir kritinių iškraipymų pradžią.
• R1 ir C2 yra naudojami kaip filtro grandinė, pašalinanti tiekimo linijų garsą ir kitus galimus triukšmus, kad jie negalėtų patekti į stiprintuvo įėjimą per šališką grandinę.
• R3 ir C5 veikia kaip RF filtras kuris apsaugo nuo radijo dažnių signalo perėjimo tiesiai nuo įvesties iki išvesties, sukeldamas garsinius sutrikimus. C4 taip pat padeda išspręsti tą pačią problemą, stiprintuvo aukšto dažnio atsaką veiksmingai peržengiant viršutinę garso dažnio ribą.
• Tai būtina norint užtikrinti, kad stiprintuvas gautų gerą įtampą garsiniais dažniais atsieti neigiamą grįžtamąjį ryšį tam tikru mastu.
• C7 vykdo kondensatoriaus atsiejimas , o R6 rezistorius riboja išvalomo grįžtamojo ryšio kiekį.
• Grandinės įtampos padidėjimas apytiksliai nustatomas padalijus R8 iš R6 arba maždaug 20 kartų (26dB) su priskirtomis dalies vertėmis.
• Didžiausia stiprintuvo išėjimo įtampa bus 16 voltų RMS, o tai leidžia maždaug 777mV RMS įvesties jautrumą, kad būtų pasiektas visas išėjimas. Įvesties varža gali būti didesnė nei 20 tūkst.
• C3 ir C8 yra naudojami kaip įvesties ir išvesties jungiamieji kondensatoriai. C1 leidžia atsieti maitinimo DC.
• R11 ir C9 išimtinai palengvina ir kontroliuoja stiprintuvo stabilumą dirbdami kaip ir populiarus „Zobel“ tinklas , kurie dažnai būna aplink daugumos puslaidininkių galios stiprintuvų konstrukcijos išvesties etapus.

Veiklos analizė

Atrodo, kad prototipo stiprintuvas veikia nepaprastai gerai, ypač tik tada, kai pastebime gana paprastą bloko dizainą. Parodyta MOSFET stiprintuvo konstrukcijos grandinė su malonumu išduos 35 vatų RMS į 8 omų apkrovą.

• The visiškas harmoninis iškraipymas bus ne daugiau kaip apie 0,05%. Prototipas buvo analizuojamas tik esant maždaug 1 kHz signalo dažniams.
• Tačiau grandinė yra atviros kilpos padidėjimas buvo nustatyta, kad praktiškai pastovi visame garso dažnių diapazone.
• The uždaro ciklo dažnio atsakas buvo matuojamas esant -2 dB esant maždaug 20 Hz ir 22 kHz signalams.
• Stiprintuvo signalo ir triukšmo santykis (be prijungto garsiakalbio) buvo didesnis nei 80 dB, nors iš tikrųjų gali būti nedidelis kiekis rankos dūzgia garsiakalbiuose aptiktas maitinimo šaltinis, tačiau lygis gali būti per mažas, kad girdėtų įprastomis sąlygomis.

Maitinimas

Aukščiau pateiktame paveikslėlyje parodytas tinkamai sukonfigūruotas maitinimo šaltinis, skirtas 35 vatų MOSFET stiprintuvo konstrukcijai. Maitinimo šaltinis gali būti pakankamai galingas valdyti monofoninį arba stereofoninį įrenginio modelį.

Maitinimo šaltinis iš tikrųjų susideda iš efektyvių kelių stumiamųjų lygintuvų ir lyginimo grandinių, kurių išėjimai yra prijungti nuosekliai, kad būtų užtikrinta bendra išėjimo įtampa, atitinkanti dvigubą potencialą, kurį taiko individuali lygintuvo ir talpinė filtro grandinė.

Diodai D4, D6 ir C10 sudaro vieną konkrečią maitinimo šaltinio dalį, o antrąją sekciją tiekia D3, D5 ir C11. Kiekvienas iš jų siūlo šiek tiek mažesnį nei 40 voltų įtampą be prijungtos apkrovos ir iškraunama bendra 80 V įtampa.

Ši vertė gali nukristi iki maždaug 77 voltų, kai stiprintuvą pakrauna stereofoninis įvesties signalas, veikiant ramybės būsenai, ir iki maždaug 60 voltų, kai du stiprintuvo kanalai veikia visa arba maksimalia galia.

Statybos patarimai

Idealus 35 vatų MOSFET stiprintuvo PCB išdėstymas parodytas toliau pateiktuose paveiksluose.

Tai skirta vienam stiprintuvo grandinės kanalui, todėl natūraliai reikia sumontuoti dvi tokias plokštes, kai prireikia stereofoninio stiprintuvo. Išvesties tranzistoriai tikrai nėra montuojami ant PCB, veikiau ant didelio sparnuoto tipo.

Tvirtinant tranzistorius, nereikia naudoti žėručio izoliacijos rinkinio. Taip yra todėl, kad MOSFET šaltiniai yra tiesiogiai prijungti prie jų metalinių skirtukų, o šie šaltinių kaiščiai vis tiek turi likti prijungti vienas prie kito.

Tačiau kadangi jie nėra izoliuoti nuo radiatoriaus, gali būti labai svarbu užtikrinti, kad radiatoriai nepatektų į elektrinį kontaktą su įvairiomis kitomis stiprintuvo dalimis.

Be to, stereofoniniam įgyvendinimui neturėtų būti leidžiama atskiriems aušintuvams, naudojamiems porai stiprintuvų, patekti į elektrinį artumą. Norėdami prijungti išvesties tranzistorius prie PCB, visada naudokite trumpesnius, ne daugiau kaip 50 mm laidus.

Tai ypač svarbu laidams, jungiantiems su išvesties MOSFET vartų gnybtais. Dėl to, kad „Power MOSFET“ stipriai padidina aukštus dažnius, ilgesni laidai gali smarkiai paveikti stiprintuvo stabilumo reakciją arba net sukelti radijo dažnio svyravimą, kuris savo ruožtu gali visam laikui pakenkti galios „MOSFET“.

Tai pasakius, praktiškai gali kilti sunkumų rengiant dizainą, siekiant užtikrinti, kad šie laidai būtų veiksmingai laikomi trumpiau. Gali būti svarbu pažymėti, kad C9 ir R11 montuojami už PCB ribų ir yra tiesiog nuosekliai sujungti per išvesties lizdą.

Maitinimo šaltinio statybos patarimai

Maitinimo grandinė yra pastatyta naudojant taško-taško tipo laidus, kaip nurodyta toliau pateiktame paveikslėlyje.

Tai iš tikrųjų atrodo gana savaime suprantama, tačiau užtikrinama, kad abu kondensatoriai C10 ir C11 susideda iš manekeno. Jei taip nėra, gali būti labai svarbu naudoti žymos juostelę, kad būtų galima įjungti keletą ryšio prievadų. Prie vieno konkretaus T1 tvirtinimo varžto, kuris siūlo pagrindinės kintamosios srovės įžeminimo laido jungties tašką, yra pritvirtinta litavimo žyma.

Koregavimas ir nustatymai

1. Prieš įjungdami maitinimo šaltinį, būtinai išsamiai išnagrinėkite laidų jungtis, nes laidų klaidos gali sugadinti brangiai ir tikrai gali būti pavojingos.
2. Prieš įjungdami grandinę, įsitikinkite, kad apkarpėte R10, kad būtų kuo mažesnis pasipriešinimas (pasukite visa prieš laikrodžio rodyklę).
3. Akimirksniu ištraukus FS1 ir pritvirtinus multimetrą, kuris matuoja 500mA FSD, pritvirtintas virš saugiklio laikiklio, matuoklyje turi būti matomas maždaug 20mA rodmuo, kai stiprintuvas įjungtas (tai gali būti 40mA, kai naudojamas dviejų kanalų stereofonas).
4. Jei matuoklio rodmenys iš esmės skiriasi nuo šio išjungimo, nedelsdami iš naujo patikrinkite visą laidą. Priešingai, jei viskas gerai, lėtai judinkite R10, kad matuoklio rodmuo būtų maksimalus iki 100mA.
5. Jei norima stereofoninio stiprintuvo, R10 abiejuose kanaluose turi būti pakoreguotas, kad srovė būtų pasiekta iki 120mA, tada R10 antrame kanale turi būti tiksliai sureguliuota, kad dabartinis naudojimas padidėtų iki 200mA. Tai atlikus, jūsų MOSFET stiprintuvas yra paruoštas naudoti.
6. Atlikdami stiprintuvo nustatymo procedūras, būkite ypač atsargūs, kad neliestumėte kintamosios srovės tinklo jungčių.
7. Prieš prijungdami prietaisą prie maitinimo tinklo, visi neuždengti laidai ar kabelių jungtys, kurie gali būti kintamosios srovės tinkle, turėtų būti tinkamai izoliuoti.
8. Nereikia nė sakyti, kad, kaip ir kiekvienoje kintamosios srovės valdomoje grandinėje, jis turėtų būti uždarytas tvirtoje spintelėje, kurią būtų galima atsukti tik naudojant specialų atsuktuvą ir kitus instrumentų rinkinius, kad būtų užtikrinta, jog nėra jokių greitų būdų pasiekti pavojingą elektros laidai ir nelaimingi atsitikimai yra saugiai pašalinti.

35 vatų MOSFET galios stiprintuvo dalių sąrašas

120 W „MOSFET“ stiprintuvo taikymo grandinė

Priklausomai nuo maitinimo šaltinio specifikacijų, praktiškas 120 vatų MOSFET stiprintuvas grandinė gali pasiūlyti maždaug 50 ir 120 vatų RMS išėjimo galią į 8 omų garsiakalbį.

Šis dizainas taip pat apima MOSFET išvesties etape, kad užtikrintų aukštesnį bendrą našumą net ir esant labai paprastam grandinės

Stiprintuvo bendrasis harmoninis iškraipymas yra ne didesnis kaip 0,05%, tačiau tik tada, kai grandinė nėra per daug apkrauta, o signalo ir triukšmo santykis yra didesnis nei 100 dB.

Suprasti MOSFET stiprintuvo etapus

Kaip parodyta aukščiau, ši grandinė sukurta atsižvelgiant į „Hitachi“ išdėstymą. Skirtingai nuo paskutinės konstrukcijos, šioje grandinėje garsiakalbiui naudojama nuolatinės srovės jungtis ir yra dvigubas subalansuotas maitinimo šaltinis su viduriniu 0 V ir įžeminimo bėgiu.

Šis patobulinimas pašalina priklausomybę nuo didelių išvesties sukabinimo kondensatorių, taip pat dėl ​​žemo dažnio, kurį sukuria šis kondensatorius, našumo. Be to, šis išdėstymas taip pat suteikia grandinei tinkamą padavimo bangų atmetimo galimybę.

Be nuolatinės srovės sujungimo funkcijos, grandinės konstrukcija atrodo gana skirtinga nuo ankstesnio dizaino. Čia tiek įvesties, tiek tvarkyklės pakopose yra diferencialiniai stiprintuvai.

Įvesties etapas sukonfigūruojamas naudojant Tr1 ir Tr2, o vairuotojo etapas priklauso nuo Tr3 ir Tr4.

Tranzistorius Tr5 sukonfigūruotas kaip a pastovi srovės kolektoriaus apkrova Tr4. Signalo kelias per stiprintuvą pradedamas naudojant įvesties sujungimo kondensatorių C1 kartu su RF filtru R1 / C4. R2 naudojamas stiprintuvo įvesties pakreipimui centriniame 0 V maitinimo kelyje.

Tr1 yra prijungtas kaip efektyvus a bendras spinduolio stiprintuvas kurio išėjimas yra tiesiogiai prijungtas prie Tr4, kuris yra naudojamas kaip bendras spinduolio tvarkyklės etapas. Nuo šio etapo garso signalas yra susietas su Tr6 ir Tr7, kurie yra suklastoti kaip papildomo šaltinio sekėjo išvesties stadija.

The neigiamas atsiliepimas yra išgaunamas iš stiprintuvo išvesties ir sujungtas su Tr2 pagrindu, ir, nepaisant to, kad nėra signalo inversijos per Tr1 bazę į stiprintuvo išvestį, egzistuoja inversija visoje Tr2 bazėje ir išvestyje. Taip yra todėl, kad Tr2, veikiantis kaip spinduolio sekėjas, puikiai valdo Tr1 spinduolį.

Kai įvedamas įvesties signalas Tr1 spinduoliui, tranzistoriai sėkmingai veikia kaip a bendras bazinis etapas . Todėl, nors inversija nevyksta naudojant Tr1 ir Tr2, inversija vyksta per Tr4.

Be to, fazės pokyčiai nevyksta per išėjimo pakopą, o tai reiškia, kad stiprintuvas ir Tr2 pagrindas paprastai būna ne fazėje, kad įvykdytų reikiamą reikalaujamą neigiamą grįžtamąjį ryšį. R6 ir R7 vertės, kaip siūloma diagramoje, suteikia įtampos padidėjimą maždaug 28 kartus.

Kaip sužinojome iš ankstesnių diskusijų, nedidelis galios MOSFET trūkumas yra tai, kad jie tampa mažiau efektyvūs nei BJT, kai jie yra prijungiami per tradicinę B klasės išvesties stadiją. Be to, santykinis galios MOSFET efektyvumas blogėja, kai naudojamos didelės galios grandinės, kurios reikalauja, kad vartų / šaltinio įtampa būtų kelių įtampų esant didelių šaltinių srovėms.

Galima daryti prielaidą, kad maksimali išėjimo įtampos svyravimai yra lygūs maitinimo įtampai, atėmus maksimalų atskirų tranzistorių vartų ir šaltinių įtampą, ir tai tikrai leidžia išėjimo įtampos svyravimus, kurie gali būti žymiai mažesni už pritaikytą maitinimo įtampą.

Paprastas būdas padidinti efektyvumą būtų iš esmės įtraukti keletą panašių MOSFET, lygiagrečiai pritvirtintus prie kiekvieno išėjimo tranzistoriaus. Tada didžiausias kiekvienos išvesties MOSFET valdomos srovės kiekis bus maždaug sumažintas per pusę, o kiekvieno MOSFET maksimalus šaltinis iki vartų įtampa bus tinkamai sumažintas (kartu proporcingai stiprinant stiprintuvo išėjimo įtampos svyravimus).

Tačiau panašus metodas neveikia taikant bipolinius prietaisus, ir tai iš esmės yra dėl jų teigiamas temperatūros koeficientas charakteristikos. Jei vienas konkretus išėjimas BJT pradeda imti per didelę srovę nei kitas (nes nė vienas iš dviejų tranzistorių neturės tiksliai identiškų charakteristikų), vienas prietaisas pradeda kaisti labiau nei kitas.

Dėl šios padidėjusios temperatūros BJT spinduolio / bazės slenksčio įtampa sumažėja, todėl pradeda vartoti daug didesnę išėjimo srovės dalį. Tada situacija sukelia tranzistoriaus įkaitimą, ir šis procesas tęsiasi be galo, kol vienas išėjimo tranzistorius pradeda valdyti visą apkrovą, o kitas lieka neaktyvus.

Šios rūšies problemų negalima pastebėti naudojant maitinimo MOSFET, nes jų temperatūros koeficientas yra neigiamas. Kai vienas MOSFET pradeda kaisti, dėl neigiamos temperatūros koeficiento didėjanti šiluma pradeda riboti srovės srautą per jo nutekėjimą / šaltinį.

Tai perkelia srovės perteklių link kito MOSFET, kuris dabar pradeda karštėti, ir panašiai dėl šilumos srovė per ją proporcingai mažėja.

Padėtis sukuria subalansuotą srovės dalį ir sklaidą visuose įrenginiuose, todėl stiprintuvas veikia daug efektyviau ir patikimiau. Šis reiškinys taip pat leidžia Lygiagrečiai jungiami MOSFET paprasčiausiai sujungiant vartus, šaltinį ir nutekėjimo laidus be didelių skaičiavimų ar rūpesčių.

Maitinimas 120 vatų MOSFET stiprintuvui

Tinkamai suprojektuota 120 vatų MOSFET stiprintuvo maitinimo grandinė nurodyta aukščiau. Tai panašu į mūsų ankstesnio dizaino maitinimo grandinę.

Iš pradžių nebuvo atsižvelgta į transformatoriaus centrinio čiaupo tiekimą dviejų išlyginamųjų kondensatorių sandūroje. Šiame pavyzdyje tai įprasta tiekti vidurinį 0 V įtampos įžeminimą, tuo tarpu tinklo įžeminimas taip pat užsikabina šioje sankryžoje, o ne prie neigiamo tiekimo bėgio.

Galite rasti saugiklius, sumontuotus tiek ant teigiamų, tiek prie neigiamų bėgių. Stiprintuvo tiekiama galia daugiausia priklauso nuo tinklo transformatoriaus specifikacijų. Daugumai reikalavimų iš tikrųjų turėtų pakakti 35 - 0 - 35 voltų 160VA toroidinio tinklo transformatoriaus.

Jei stereo valdymas yra pageidaujama, transformatorių reikės pakeisti sunkesniu 300 VA transformatoriumi. Arba atskirus maitinimo blokus galima pastatyti naudojant 160VA transformatorių kiekvienam kanalui.

Tai leidžia ramybės sąlygomis apytiksliai 50 V maitinimo įtampą, nors esant visai apkrovai šis lygis gali nukristi iki daug žemesnio lygio. Tai leidžia išgauti iki maždaug 70 vatų RMS efektą per 8 omų garsiakalbius.

Esminis dėmesys, kurį reikia atkreipti į tai, yra tai, kad tilto lygintuve naudojamų 1N5402 diodų maksimali leistina srovė yra 3 amperai. Tai gali būti pakankamai vieno kanalo stiprintuvo, tačiau stereo versijai to gali nepakakti. Stereofoninėje versijoje diodai turi būti pakeisti 6 ar 6A4 diodais.

PCB maketai

Galite rasti pilnavertę plokštę, kuriančią savo 120 vatų MOSFET stiprintuvo grandinę. Nurodyti 4 „MOSFET“ prietaisai turėtų būti pritvirtinti prie didelių spintelių radiatorių, kurių galia turi būti ne mažesnė kaip 4,5 laipsnio Celsijaus už vatą.

Laidų atsargumo priemonės

• Įsitikinkite, kad MOSFET kištukiniai gnybtai yra kuo trumpesni, jų ilgis turi būti ne didesnis kaip maždaug 50 mm.
• Jei norite juos išlaikyti šiek tiek ilgiau, įsitikinkite, kad prie kiekvieno iš MOSFET vartų pridėkite mažos vertės rezistorių (gali būti 50 omų 1/4 vatų).
• Šis rezistorius atsakys į MOSFET įėjimo talpą ir veiks kaip žemo dažnio filtras, užtikrindamas geresnį aukšto dažnio signalo įėjimo dažnio stabilumą.
• Tačiau esant aukšto dažnio įvesties signalams, šie rezistoriai gali turėti tam tikrą įtaką išvesties veikimui, tačiau tai iš tikrųjų gali būti per maža ir sunkiai pastebima.
• Transistorius Tr6 iš tikrųjų susideda iš dviejų n-kanalų MOSFET, sujungtų lygiagrečiai, tas pats yra Tr7, kuris taip pat turi porą p-kanalų MOSFET.
• Norint įgyvendinti šį lygiagretųjį ryšį, atitinkamų MOSFET porų vartai, kanalizacija, šaltinis yra tiesiog sujungti vienas su kitu, ir viskas, kas yra taip paprasta.
• Taip pat atkreipkite dėmesį, kad kondensatorius C8 ir rezistorius R13 yra sumontuoti tiesiai ant išvesties lizdo, o ne surinkti į PCB.
• Bene efektyviausias maitinimo šaltinio kūrimo būdas yra laidai, kaip tai daroma ankstesniam stiprintuvui. Laidai yra beveik tokie patys kaip ir šioje ankstesnėje grandinėje.

Koregavimai ir nustatymai

1. Prieš įjungdami užbaigtą stiprintuvo grandinę, kelis kartus atidžiai patikrinkite kiekvieną laidą.
2. Konkrečiai patikrinkite maitinimo laidus ir atitinkamas išvesties maitinimo MOSFET jungtis.
3. Gedimai dėl šių jungčių gali greitai sugadinti stiprintuvą.
4. Be to, prieš įjungdami sukomplektuotą plokštę, turėsite atlikti keletą išankstinių reguliavimų.
5. Pradėkite sukdami iš anksto nustatytą R11 visiškai prieš laikrodžio rodyklę ir iš pradžių nejunkite garsiakalbio prie įrenginio išvesties.
6. Tada vietoj garsiakalbio prijunkite multimetro (nustatyto esant žemos įtampos nuolatinės srovės diapazonui) zondus per stiprintuvo išvesties taškus ir įsitikinkite, kad jis rodo, kad yra žemos ramybės išėjimo įtampa.
7. Gali būti, kad skaitiklis rodo dalinę įtampą arba gali būti visai be įtampos, o tai taip pat gerai.
8. Jei skaitiklis rodo didelę nuolatinę įtampą, turite nedelsdami išjungti stiprintuvą ir patikrinti, ar nėra klaidų laiduose.

Išvada

Ankstesniame straipsnyje mes išsamiai aptarėme daugybę parametrų, kurie vaidina lemiamą vaidmenį užtikrinant teisingą ir optimalų galios stiprintuvo veikimą.

Visi šie parametrai yra standartiniai, todėl juos galima efektyviai naudoti ir pritaikyti projektuojant bet kokią MOSFET galios stiprintuvo grandinę, neatsižvelgiant į galios ir įtampos specifikacijas.

Skirtingas BJT ir MOSFET prietaisų charakteristikas dizaineris gali naudoti norimos galios stiprintuvo grandinei įgyvendinti arba pritaikyti.