Kako dizajnirati MOSFET krugove pojačala snage - objašnjeni parametri

U ovom postu raspravljamo o raznim parametrima koji se moraju uzeti u obzir prilikom projektiranja kruga pojačala snage MOSFET. Također analiziramo razliku između bipolarnih spojnih tranzistora (BJT) i MOSFET karakteristika te razumijemo zašto su MOSFET-ovi prikladniji i učinkovitiji za primjenu pojačala snage.

Doprinos Daniel Schultz

Pregled

Pri projektiranju pojačala snage uzima se u obzir opseg 10 do 20 vati , obično se preferiraju projekti s integriranim krugom ili IC-om zbog njihove elegantne veličine i malog broja komponenata.

Međutim, za veće raspone izlazne snage diskretna konfiguracija smatra se puno boljim izborom, jer dizajneru nudi veću učinkovitost i fleksibilnost s obzirom na odabir izlazne snage.

Ranije su pojačala snage koja su koristila diskretne dijelove ovisila o bipolarnim tranzistorima ili BJT-ima. Međutim, s pojavom sofisticirani MOSFET-ovi , BJT-ovi su polako zamijenjeni ovim naprednim MOSFET-ovima za postizanje izuzetno velike izlazne snage i nevjerojatno ograničenog prostora i smanjenih PCB-a.

Iako MOSFET-ovi mogu izgledati pretjerano za projektiranje pojačala srednje veličine, oni se mogu učinkovito primijeniti za bilo koje specifikacije pojačala veličine i snage.

Mane upotrebe BJT-a u pojačivačima snage

Iako bipolarni uređaji izuzetno dobro rade u vrhunskim audio pojačalima snage, oni uključuju nekoliko nedostataka koji su zapravo doveli do uvođenja naprednih uređaja poput MOSFET-ova.

Možda je najveći nedostatak bipolarnih tranzistora u izlaznim fazama klase B pojava koja se naziva odbjegla situacija.

BJT-ovi uključuju pozitivan temperaturni koeficijent, a to posebno dovodi do pojave koja se naziva toplotni odbjeg, uzrokujući potencijalnu štetu energetskih BJT-a uslijed pregrijavanja.

Gornja lijeva slika prikazuje osnovnu postavku standardnog pogonskog sklopa razreda B i izlaznog stupnja, upotrebljavajući TR1 poput uobičajenog stupnja pokretača emitora i Tr2 zajedno s Tr3 kao komplementarnim izlaznim stupnjem sljednika emitora.

Usporedba konfiguracije izlaznog stupnja BJT i ​​MOSFET pojačala

Funkcija izlaznog stupnja pojačala

Za projektiranje radnog pojačala, važno je pravilno konfigurirati njegovu izlaznu fazu.

Cilj izlaznog stupnja je prvenstveno osigurati pojačanje struje (pojačanje napona ne ostaje veće od jedinke) kako bi krug mogao opskrbiti visokim izlaznim strujama neophodnim za upravljanje zvučnikom veće glasnoće.

1. Pozivajući se na gornji BJT dijagram s lijeve strane, Tr2 radi kao izvor izlazne struje tijekom pozitivnih izlaznih ciklusa, dok Tr3 daje izlaznu struju tijekom negativnih izlaznih poluciklusa.
2. Osnovno opterećenje kolektora za stupanj BJT pogonskog sklopa dizajnirano je s konstantnim izvorom struje, koji pruža poboljšanu linearnost za razliku od učinaka postignutih jednostavnim otpornikom opterećenja.
3. To se događa zbog razlika u pojačanju (i pratećim izobličenjima) koje se događaju kad god BJT radi u širokom rasponu kolektorskih struja.
4. Primjena otpornika opterećenja unutar uobičajenog stupnja emitora s velikim oscilacijama izlaznog napona nesumnjivo može potaknuti izuzetno velik raspon struje kolektora i velika izobličenja.
5. Primjenom stalnog strujnog opterećenja ne može se u potpunosti riješiti izobličenja, jer napon kolektora prirodno fluktuira, a pojačanje tranzistora može u određenoj mjeri ovisiti o naponu kolektora.
6. Ipak, budući da su fluktuacije pojačanja uslijed promjena napona kolektora uglavnom prilično male, sasvim je moguće postići niska izobličenja znatno niža od 1 posto.
7. Krug pristranosti povezan između baza izlaznih tranzistora potreban je da bi se izlazni tranzistori doveli u položaj u kojem su upravo na provodnom pragu.
8. U slučaju da se to ne dogodi, male varijacije napona kolektora Tr1 možda neće uspjeti dovesti izlazne tranzistore u vodljivost i možda neće dopustiti bilo kakvo poboljšanje izlaznog napona!
9. Veće varijacije napona na kolektoru Tr1 mogu generirati odgovarajuće promjene u izlaznom naponu, ali to bi vjerojatno propustilo početni i završni dio svakog polucikla frekvencije, što bi dovelo do ozbiljnog 'križnog izobličenja' kako se to obično naziva.

Pitanje izobličenja križanja

Čak i ako su izlazni tranzistori odvedeni do praga provođenja, ne uklanjaju u potpunosti križanje izobličenja, jer izlazni uređaji prikazuju relativno male količine pojačanja dok funkcioniraju pri smanjenim kolektorskim strujama.

To pruža umjerenu, ali nepoželjnu vrstu križanog izobličenja. Negativne povratne informacije mogle bi se koristiti za prirodno pobijeđivanje križanog izobličenja, međutim za postizanje izvrsnih rezultata zapravo je bitno upotrijebiti razumno visoko mirovanje kod izlaznih tranzistora.

Upravo ta velika struja pristranosti uzrokuje komplikacije s toplinskim odbjegom.

Struja pristranosti uzrokuje zagrijavanje izlaznih tranzistora, a zbog njihovog pozitivnog koeficijenta temperature to dovodi do povećanja struje pristranosti, generirajući još više topline i rezultirajuće daljnje povišenje struje pristranosti.

Ova pozitivna povratna informacija tako osigurava postupni porast pristranosti sve dok se izlazni tranzistori ne zagriju i na kraju ne izgore.

Nastojeći se zaštititi od toga, sklopni sklop olakšava se ugrađenim sustavom osjetnika temperature, koji usporava pristranost u slučaju otkrivanja više temperature.

Stoga, kako se izlazni tranzistor zagrijava na pristranski krug, utječe generirana toplina, koja to prepoznaje i zaustavlja svaki posljedični porast prednaponske struje. Praktički, stabilizacija pristranosti možda nije idealna i možda ćete pronaći malo varijacija, međutim, pravilno konfigurirani sklop može normalno pokazivati ​​sasvim dovoljno stabilnu pristranost.

Zašto MOSFET-ovi djeluju učinkovitije od BJT-ova u pojačalima

U sljedećoj raspravi pokušat ćemo razumjeti zašto MOSFET-ovi rade bolje u izvedbama pojačala snage u usporedbi s BJT-ima.

Slično BJT-ima, ako se koriste u izlaznom stupnju klase B, MOSFET-ovi također zahtijevaju a pristranost prema naprijed kako bi se prevladalo izobličenje križanja. Imajući to u vidu, jer MOSFET-ovi snage imaju koeficijent negativne temperature pri strujama od blizu 100 miliampera ili više (i blagi pozitivni temperaturni koeficijent u nižim strujama), omogućuje manje komplicirani pokretač klase B i izlazni stupanj, kao što je prikazano na sljedećoj slici .

Termički stabilizirani sklopni krug mogao bi se zamijeniti otpornikom, jer temperaturne karakteristike MOSFET-ova snage uključuju ugrađenu toplinsku kontrolu struje pristranosti pri oko 100 miliampera (što je približno najprikladnija struja pristranosti).

Dodatni izazov s BJT-ovima je prilično nisko strujno pojačanje od samo 20 do 50. To može biti sasvim nedovoljno za pojačala srednje i velike snage. Zbog toga mu je potreban izuzetno moćan stupanj vozača. Tipičan pristup rješavanju ovog problema je korištenje a Darlingtonski parovi ili ekvivalentni dizajn koji osigurava adekvatno veliko strujno pojačanje, tako da omogućuje zapošljavanje stupnja pokretača male snage.

Snažni MOSFET-ovi, baš kao i bilo koji drugi FET uređaj , imaju tendenciju da budu naponski uređaji, a ne strujni.

Ulazna impedancija MOSFET-a snage je obično vrlo visoka što omogućuje zanemarivo povlačenje ulazne struje s niskim radnim frekvencijama. Međutim, pri visokim radnim frekvencijama ulazna impedancija je puno niža zbog relativno visokog ulaznog kapaciteta od približno 500 pf.

Čak i s ovim visokim ulaznim kapacitetom, radna struja od jedva 10 miliampera postaje tek dovoljna kroz pogonski stupanj, iako bi vršna izlazna struja mogla biti oko tisuću puta veća od ove količine.

Dodatni problem s bipolarnim uređajima za napajanje (BJT) je pomalo usporeno vrijeme uključivanja. To teži stvaranju raznih problema, kao što je izobličenje koje je izazvalo ubojstvo.

Tada bi snažni visokofrekventni signal mogao zahtijevati preklopni izlazni napon od, recimo, 2 volta po mikrosekundi, dok BJT izlazni stupanj može dopustiti brzinu porasta od samo volta po mikrosekundi. Naravno, izlaz će se boriti da pruži pristojnu reprodukciju ulaznog signala, što dovodi do neizbježnih izobličenja.

Lošija brzina porasta može također pojačati pojačalu nepoželjnu širinu pojasa, pri čemu najviša postignuta snaga značajno pada na višim audio frekvencijama.

Fazno zaostajanje i oscilacije

Druga je briga fazno kašnjenje koje se odvija preko izlaznog stupnja pojačala s visokim frekvencijama i koje bi moglo dovesti do toga da povratne informacije preko negativnog povratnog sustava na ekstremno visokim frekvencijama postanu pozitivne umjesto negativne.

Ako pojačalo posjeduje dovoljno pojačanja na takvim frekvencijama, pojačalo može preći u oscilirajući način, a nedostatak stabilnosti i dalje će biti primjetan čak i ako dobitak kruga nije dovoljan za pokretanje oscilacija.

Ovaj problem mogao bi se ispraviti dodavanjem elemenata za odvajanje visokofrekventnog odziva kruga i uključivanjem elemenata fazne kompenzacije. Međutim, ova razmatranja smanjuju učinkovitost pojačala na visokim frekvencijama ulaznog signala.

MOSFET-ovi su brži od BJT-ova

Tijekom projektiranja pojačala snage moramo imati na umu da brzina prebacivanja snage MOSFET-ovi je obično oko 50 do 100 puta brži od BJT-a. Stoga se komplikacije s inferiornom visokofrekventnom funkcionalnošću lako prevladavaju primjenom MOSFET-ova umjesto BJT-a.

Zapravo je moguće stvoriti konfiguracije bez ikakvih frekvencijska ili fazna kompenzacija dijelovi još uvijek održavaju izvrsnu stabilnost i uključuju razinu izvedbe koja se zadržava za frekvencije znatno iznad visokofrekventnog audio ograničenja.

Još jedna poteškoća s bipolarnim tranzistorima snage je sekundarni slom. To se odnosi na neku vrstu specifičnog termalnog odbjega koji stvara 'vruću zonu' unutar uređaja što rezultira kratkim spojem preko njegovih pinova kolektora / emitora.

Kako bi se osiguralo da se to ne dogodi, BJT mora raditi isključivo unutar određenih raspona struje i napona kolektora. Bilo kojem krug audio pojačala ova situacija obično podrazumijeva da su izlazni tranzistori prisiljeni raditi dobro unutar svojih toplinskih ograničenja, a optimalna izlazna snaga koja se dobiva iz snage BJT-a time je značajno smanjena, mnogo niža od one koju njihove najveće vrijednosti rasipanja zapravo dopuštaju.

Zahvaljujući MOSFET-ov koeficijent negativne temperature pri visokim odvodnim strujama ti uređaji nemaju problema sa sekundarnim probojem. Za MOSFET-ove, maksimalno dopuštene specifikacije odvodne struje i odvodnog napona praktički su samo ograničene njihovom funkcionalnošću odvođenja topline. Stoga ovi uređaji postaju posebno pogodni za velike audio pojačala.

MOSFET nedostaci

Unatoč gore navedenim činjenicama, MOSFET također ima nekoliko nedostataka, koji su relativno manji i beznačajni. U početku su MOSFET-ovi bili vrlo skupi u usporedbi s odgovarajućim bipolarnim tranzistorima. Međutim, razlika u troškovima danas je postala puno manja Kada uzmemo u obzir činjenicu da MOSFET-ovi omogućavaju da složeni sklopovi postanu mnogo jednostavniji i neizravno značajno smanjenje troškova, BJT-ov kolega postaje prilično trivijalan čak i s niskim troškovima označiti.

MOSFET-ovi snage često imaju povećani izobličenje otvorene petlje nego BJT-ovi. Međutim, zbog visokog pojačanja i brze brzine prebacivanja, MOSFET-ovi snage omogućuju upotrebu visoke razine negativnih povratnih informacija u cijelom spektru audio frekvencija, nudeći neusporedivu izobličenje zatvorene petlje učinkovitost.

Dodatni nedostatak koji se odnosi na MOSFET-ove snage je njihova niža učinkovitost u usporedbi s BJT-ima kada se koriste u izlaznim fazama standardnog pojačala. Razlog tome je stupanj sljednika odašiljača velike snage koji generira pad napona od oko 1 volta između ulaza i izlaza, iako postoji gubitak od nekih volti na ulazu / izlazu stupnja sljedbenika izvora. Ne postoji jednostavan pristup rješavanju ovog problema, no čini se da je ovo malo smanjenje učinkovitosti, što ne bi trebalo uzeti u obzir i moglo bi se zanemariti.

Razumijevanje praktičnog dizajna MOSFET pojačala

Na donjoj slici prikazan je shematski spoj funkcionalnog sklopa MOSFET pojačalo snage 35 W sklop. Osim primjene MOSFET-a u izlaznom stupnju pojačala, sve u osnovi izgleda prilično poput vrlo uobičajenog dizajna MOSFET pojačala.

• Tr1 je namješten kao a zajednički ulazni stupanj emitera , izravno povezan sa stupnjem pogonskog sklopa zajedničkog odašiljača Tr3. Obje ove faze nude ukupno pojačanje napona pojačala i uključuju izuzetno veliko ukupno pojačanje.
• Tr2 zajedno s pripadajućim dijelovima stvaraju jednostavan generator konstantne struje koji ima graničnu izlaznu struju od 10 miliampera. Ovo djeluje kao glavno opterećenje kolektora za Tr3.
• R10 se koristi za utvrđivanje ispravnosti struja mirovanja pristranosti preko izlaznih tranzistora, a kao što je prethodno spomenuto, toplinska stabilizacija za pristransku struju zapravo nije postignuta u pristranskom krugu, već je isporučuju sami izlazni uređaji.
• R8 pruža praktično 100% negativne povratne informacije od izlaza pojačala do odašiljača Tr1, omogućujući krug samo oko pojačanja napona jedinice.
• Otpornici R1, R2 i R4 rade poput potencijalne razdjelne mreže za odstupanje ulaznog stupnja pojačala, a time i izlaza, na otprilike polovinu napona napajanja. To omogućuje najvišu dostignutu izlaznu razinu prije isjecanja i početka kritičnog izobličenja.
• R1 i C2 koriste se poput kruga filtra koji poništava frekvenciju zujanja i druge oblike potencijalnih šumova na opskrbnim vodovima od ulaska u pojačalo putem kruga pristranosti.
• R3 i C5 se ponašaju kao RF filter što sprječava probijanje RF signala točno s ulaza na izlaz, uzrokujući zvučne smetnje. C4 također pomaže u rješavanju istog problema tako što efektno prebacuje visokofrekventni odziv pojačala preko gornje granice frekvencije zvuka.
• Kako bi se osiguralo da pojačalo dobije dobro pojačanje napona na zvučnim frekvencijama, postaje neophodno razdvojite negativne povratne informacije donekle.
• C7 ispunjava ulogu kondenzator za odvajanje , dok R6 otpornik ograničava količinu povratnih informacija koje se očiste.
• Strujni krugovi pojačanje napona približno se određuje dijeljenjem R8 s R6 ili oko 20 puta (26dB) s dodijeljenim vrijednostima dijela.
• Maksimalni izlazni napon pojačala bit će RMS od 16 volti, što omogućuje ulaznu osjetljivost otprilike oko 777mV RMS za postizanje punog izlaza. Ulazna impedancija može biti veća od 20 k.
• C3 i C8 koriste se kao ulazni i izlazni kondenzatori za spajanje. C1 omogućuje odvajanje za opskrbni DC.
• R11 i C9 služe isključivo za olakšavanje i kontrolu stabilnosti pojačala radeći poput popularnih Zobel mreža , koji se često nalaze oko izlaznih stupnjeva većine projekata poluvodičkih pojačala snage.

Analiza izvedbe

Čini se da prototipsko pojačalo djeluje nevjerojatno dobro, posebno kada primijetimo prilično jednostavan dizajn jedinice. Prikazani sklop dizajna MOSFET pojačala sretno će emitirati 35 W RMS u opterećenje od 8 ohma.

• The ukupno harmonijsko izobličenje neće biti više od oko 0,05%. Prototip je analiziran samo za frekvencije signala oko 1 kHz.
• Međutim sklopovi dobitak otvorene petlje utvrđeno je da je praktički konstantan u cijelom rasponu audio frekvencija.
• The frekvencijski odziv zatvorene petlje izmjereno je na -2 dB sa približno 20 Hz i 22 kHz signala.
• Pojačalo omjer signal / šum (bez priključenog zvučnika) bila viša od brojke od 80 dB, iako zapravo može postojati mogućnost male količine ruke bruje iz napajanja otkrivenog na zvučnicima, ali razina je možda premala da bi se čula u normalnim uvjetima.

Napajanje

Gornja slika prikazuje odgovarajuće konfigurirano napajanje za dizajn MOSFET pojačala od 35 vata. Napajanje može biti dovoljno snažno za rukovanje mono ili stereo modelom jedinice.

Napajanje se zapravo sastoji od učinkovitih nekoliko dvosmjernih ispravljačkih i zaglađujućih krugova koji imaju svoje izlaze spojene u seriju kako bi osigurali ukupni izlazni napon koji odgovara dvostrukom potencijalu primijenjenom od pojedinog ispravljačkog i kapacitivnog kruga filtra.

Diode D4, D6 i C10 čine jedan određeni dio napajanja, dok drugi dio isporučuju D3, D5 i C11. Svaka od njih nudi nešto ispod 40 volti bez priključenog tereta i ukupnog napona od 80 V bez napona.

Ova vrijednost može pasti na približno 77 volti kada je pojačalo opterećeno stereo ulaznim signalom u mirnom stanju i na samo oko 60 volti kada dva kanala pojačala rade punom ili maksimalnom snagom.

Savjeti za izgradnju

Idealan izgled PCB-a za 35-vatno MOSFET pojačalo prikazan je na donjim slikama.

To je namijenjeno jednom kanalu kruga pojačala, pa se prirodno moraju sastaviti dvije takve ploče kad je potrebno stereo pojačalo. Izlazni tranzistori sigurno nisu ugrađeni na PCB, već na velikom rebrastom tipu.

Nije potrebno koristiti izolacijski komplet od liskuna za tranzistore dok ih učvršćujete na hladnjak. To je zato što su MOSFET izvori izravno povezani sa svojim metalnim jezičcima, a ovi izvorni pinovi ionako moraju biti povezani jedni s drugima.

Međutim, budući da nisu izolirani od hladnjaka, možda je zaista važno osigurati da hladnjaci ne dođu u električni kontakt s raznim drugim dijelovima pojačala.

Također, za stereo izvedbu, pojedinim hladnjacima koji se koriste za par pojačala ne smije se dopustiti da međusobno uđu u električnu blizinu. Uvijek pazite da koristite kraće izvode od najviše oko 50 mm za spajanje izlaznih tranzistora s PCB-om.

To je posebno ključno za vodove koji se spajaju s terminalima vrata izlaznih MOSFET-ova. Zbog činjenice da MOSFET-ovi snage imaju veliko pojačanje na visokim frekvencijama, duži vodiči mogu ozbiljno utjecati na odziv stabilnosti pojačala ili čak pokrenuti RF oscilaciju što zauzvrat može prouzročiti trajno oštećenje MOSFET-a snage.

Kad smo to već rekli, praktički ćete možda naći poteškoća u pripremi dizajna kako biste osigurali da se ovi odvodi učinkovito kraće drže. Možda je važno napomenuti da su C9 i R11 postavljeni izvan PCB-a i jednostavno su serijski povezani preko izlazne utičnice.

Savjeti za izgradnju napajanja

Krug napajanja izrađuje se primjenom ožičenja tipa točka do točke, kao što je naznačeno na donjoj slici.

Ovo zapravo izgleda prilično samorazumljivo, no osigurano je da se kondenzatori C10 i C11 obje vrste sastoje od lažne pločice. U slučaju da nisu, može biti presudno zaposliti traku za oznake kako bi se omogućilo nekoliko priključaka. Oznaka za lemljenje je pričvršćena na jedan određeni vijak za pričvršćivanje T1, koji nudi točku priključka na kućište za mrežni kabel mrežnog napajanja.

Podešavanje i postavke

1. Obavezno temeljito ispitajte priključke ožičenja prije uključivanja napajanja, jer pogreške u ožičenju mogu uzrokovati skupo uništavanje i sigurno biti opasne.
2. Prije nego što uključite strujni krug, pripazite da podrežete R10 kako biste postigli minimalan otpor (zakrenite u potpunosti u smjeru suprotnom od kazaljke na satu).
3. S trenutnim vađenjem FS1 i pričvršćenim multimeterom za mjerenje 500mA FSD preko držača osigurača, na mjeraču se mora vidjeti očitavanje od oko 20mA dok je pojačalo uključeno (to može biti 40mA kada se koristi dvokanalni stereo).
4. U slučaju da utvrdite da se očitanja mjerača bitno razlikuju od ovog, odmah isključite napajanje i preispitajte cijelo ožičenje. Suprotno tome, ako je sve u redu, polako pomaknite R10 kako biste maksimalizirali očitanje brojila do vrijednosti od 100 mA.
5. Ako se želi stereo pojačalo, R10 na oba kanala mora se podesiti da bi trenutna snaga bila do 120mA, a zatim R10 u drugom kanalu mora biti fino podešen kako bi se trenutna potrošnja povećala na 200mA. Jednom kad su završeni, vaš MOSFET pojačavač spreman je za upotrebu.
6. Pazite da ne dodirujete nijedan mrežni priključak dok izvodite postupke podešavanja pojačala.
7. Sve nepokrivene ožičenja ili kabelske veze koje mogu imati izmjenični potencijal trebaju biti pravilno izolirane prije spajanja uređaja na mrežnu mrežu.
8. Nepotrebno je reći, kao i kod svakog kruga s izmjeničnom strujom, trebao bi biti zatvoren u čvrsti ormarić koji se može odvrnuti samo uz pomoć namjenskog odvijača i drugog seta instrumenata, kako bi se osiguralo da ne postoje brza sredstva za dosezanje opasnih mrežno ožičenje i nezgode se sigurno uklanjaju.

Popis dijelova za MOSFET pojačalo snage 35 W

Krug za prijavu MOSFET pojačala od 120 W

Ovisno o specifikacijama napajanja, praktično MOSFET pojačalo od 120 vati krug može ponuditi izlaznu snagu u rasponu od oko 50 i 120 W RMS u zvučnik od 8 ohma.

Ovaj dizajn također uključuje MOSFET-ove u izlaznom stupnju kako bi pružio vrhunsku razinu ukupnih performansi, čak i uz veliku jednostavnost sklopa

Ukupna harmonijska izobličenja pojačala nisu veća od 0,05%, ali samo kada sklop nije preopterećen, a omjer signala i šuma je veći od 100 dB.

Razumijevanje faza MOSFET pojačala

Kao što je gore prikazano, ovaj je sklop dizajniran s obzirom na Hitachi izgled. Suprotno posljednjem dizajnu, ovaj krug koristi istosmjernu spojnicu za zvučnik i sadrži dvostruko uravnoteženo napajanje sa srednjom 0V i uzemljivačem.

Ovim se poboljšanjem rješava ovisnost o velikim izlaznim spojnim kondenzatorima, kao i loša izvedba u niskofrekventnim performansama koju ovaj kondenzator generira. Nadalje, ovaj raspored također omogućuje krugu pristojnu mogućnost odbijanja mreškanja opskrbe.

Osim značajke jednosmjerne sprege, dizajn sklopa izgleda prilično različit od onog korištenog u ranijem dizajnu. Ovdje i ulazni i pogonski stupanj uključuju diferencijalna pojačala.

Stupanj unosa konfiguriran je pomoću Tr1 i Tr2, dok stupanj pokretača ovisi o Tr3 i Tr4.

Tranzistor Tr5 konfiguriran je kao konstantno opterećenje kolektora struje za Tr4. Put signala pomoću pojačala započinje upotrebom ulaznog spojnog kondenzatora C1, zajedno s RF filterom R1 / C4. R2 se koristi za odstupanje ulaza pojačala na središnjem 0V napajanju.

Tr1 je ožičen kao učinkovit a pojačalo zajedničkog emitera koji ima svoj izlaz izravno povezan s Tr4 koji se primjenjuje kao uobičajeni stupanj pokretača odašiljača. Od ove faze nadalje audio signal povezan je s Tr6 i Tr7 koji su namješteni kao dopunski izlazni stupanj sljedbenika komplementarnog izvora.

The negativne povratne informacije izvlači se iz izlaza pojačala i povezuje s bazom Tr2, i unatoč činjenici da nema inverzije signala kroz bazu Tr1 na izlaz pojačala, postoji inverzija preko baze Tr2 i izlaza. To je zato što Tr2 koji radi poput sljedbenika emitora savršeno pokreće emiter Tr1.

Kada se ulazni signal primijeni na odašiljač Tr1, tranzistori uspješno djeluju poput a zajednička osnovna faza . Prema tome, iako se inverzija ne odvija pomoću Tr1 i Tr2, inverzija se događa kroz Tr4.

Također, promjena faze se ne događa preko izlaznog stupnja, što znači da pojačalo i baza Tr2 imaju tendenciju da nisu u fazi da bi izvršili tražene negativne povratne informacije. Vrijednosti R6 i R7, kako je predloženo na dijagramu, daju pojačanje napona od približno 28 puta.

Kao što smo saznali iz naših prethodnih rasprava, mali nedostatak MOSFET-a snage je što oni postaju manje učinkoviti od BJT-ova kada se povežu kroz tradicionalni izlazni stupanj klase B. Također, relativna učinkovitost MOSFET-ova snage postaje prilično loša kod krugova velike snage koji zahtijevaju da napon vrata / izvora bude nekoliko napona za struje visokog izvora.

Može se pretpostaviti da je maksimalno ljuljanje izlaznog napona jednako opskrbnom naponu umanjenom za maksimalni napon ulaznog i izlaznog napona pojedinog tranzistora, a to sigurno omogućuje ljuljanje izlaznog napona koji može biti znatno niži od primijenjenog napona napajanja.

Izravni način za postizanje veće učinkovitosti bio bi u osnovi uključivanje nekoliko sličnih MOSFET-ova paralelno spojenih na svaki od izlaznih tranzistora. Tada će se najveća količina struje kojom rukuje svaki izlazni MOSFET-ovi prepoloviti, a maksimalni napon izvora do ulaza svakog MOSFET-a prikladno se smanjuje (zajedno s proporcionalnim rastom njihanja izlaznog napona pojačala).

Međutim, sličan pristup ne funkcionira kada se primjenjuje na bipolarne uređaje, a to je u osnovi zbog njihovih pozitivan temperaturni koeficijent karakteristike. Ako jedan određeni izlazni BJT počne crtati prekomjernu struju od drugog (jer niti jedan tranzistor neće imati točno identične karakteristike), jedan uređaj počinje se zagrijavati više od drugog.

Ova povećana temperatura dovodi do smanjenja praga napona emitera / baze BJT-a, što kao rezultat počinje trošiti mnogo veći dio izlazne struje. Tada situacija dovodi do toga da se tranzistor zagrijava i taj se postupak nastavlja beskonačno sve dok jedan od izlaznih tranzistora ne počne rukovati svim opterećenjem, dok drugi ostaje neaktivan.

Ova vrsta problema ne može se vidjeti kod MOSFET-ova snage zbog njihovog koeficijenta negativne temperature. Kada se jedan MOSFET počne zagrijavati, zbog negativnog temperaturnog koeficijenta toplina koja nadolazi počinje ograničavati protok struje kroz njegov odvod / izvor.

To preusmjerava višak struje prema drugom MOSFET-u koji sada počinje postajati sve topliji, a na sličan način toplina uzrokuje da se struja kroz njega proporcionalno smanjuje.

Situacija stvara uravnoteženi udio i rasipanje struje na uređajima što pojačalo radi mnogo učinkovitije i pouzdanije. Ovaj fenomen također dopušta MOSFET-ovi trebaju biti paralelno povezani jednostavno spajanjem odvoda, izvora i odvoda bez puno proračuna ili zabrinutosti.

Napajanje za MOSFET pojačalo od 120 vati

Prikladno dizajnirani krug napajanja za MOSFET pojačalo od 120 vati je gore naznačen. Ovo sliči na krug napajanja za naš raniji dizajn.

Jedina razlika je što je napajanje središnjeg slavine transformatora na spoju dvaju kondenzatora za zaglađivanje u početku zanemareno. U ovom primjeru ovo je naviknuto pružiti srednju 0V opskrbu zemljom, dok se mrežno uzemljenje također priključuje na ovom spoju umjesto na negativnu opskrbnu tračnicu.

Osigurači se ugrađuju i na pozitivnu i na negativnu tračnicu. Izlazna snaga koju isporučuje pojačalo uvelike ovisi o specifikacijama mrežnog transformatora. Za većinu zahtjeva toroidni mrežni transformator snage 35 - 0 - 35 volti 160VA trebao bi biti sasvim dovoljan.

Ako stereo rad preferira se, transformator će trebati zamijeniti težim transformatorom od 300 VA. Alternativno, izolirane jedinice za napajanje mogu se izraditi pomoću transformatora od 160VA za svaki kanal.

To omogućuje napon napajanja od približno 50 V u mirnim uvjetima, iako pri punom opterećenju ta razina može pasti na puno nižu razinu. To omogućuje postizanje snage do oko 70 W RMS kroz zvučnike s 8 ohma.

Ključna stvar koju treba napomenuti jest da diode 1N5402 koje se koriste u ispravljaču mosta imaju maksimalnu podnošljivu struju od 3 ampera. To može biti dovoljno za jednokanalno pojačalo, ali to možda neće biti dovoljno za stereo verziju. Za stereo verziju diode se moraju zamijeniti diodama od 6 ampera ili 6A4.

Izgledi PCB-a

Možete pronaći punopravni PCB za izgradnju vlastitog MOSFET kruga pojačala od 120 W. Navedena 4 MOSFET uređaja trebaju biti pričvršćena velikim hladnjacima s rebrastim pločama, koji moraju biti ocijenjeni na najmanje 4,5 stupnjeva Celzija po vatu.

Mjere opreza pri ožičenju

• Obavezno držite što je moguće kraće MOSFET stezaljke, koje ne smiju biti duže od oko 50 mm.
• Ako ih želite zadržati malo dulje od ovoga, obavezno dodajte otpor male vrijednosti (može biti 50 ohma 1/4 vata) s vratima svakog od MOSFET-ova.
• Ovaj otpor će reagirati ulaznim kapacitetom MOSFET-a i ponašati se poput niskopropusnog filtra, osiguravajući bolju frekvencijsku stabilnost za visokofrekventni ulazni signal.
• Međutim, kod ulaznih signala visoke frekvencije ti otpornici mogu utjecati na izlazne performanse, ali to može biti zapravo premalo i teško uočljivo.
• Tranzistor Tr6 zapravo se sastoji od dva paralelno povezana n-kanalna MOSFET-a, isto kao i za Tr7, koji također paralelno ima nekoliko p-kanalnih MOSFET-ova.
• Da bi se provela ova paralelna veza, vrata, odvod, izvor odgovarajućih MOSFET parova jednostavno se spajaju jedni s drugima, to je sve što je tako jednostavno.
• Također, imajte na umu da su kondenzator C8 i otpornik R13 instalirani izravno na izlaznu utičnicu, a ne sklopljeni na PCB.
• Možda je najučinkovitija metoda izgradnje opskrbe električnom energijom ožičenje, kao i za opskrbu električnom energijom kao i za prethodni pojačavač. Ožičenje je približno isto kao i za ovaj prethodni krug.

Podešavanja i postavke

1. Prije uključivanja završenog kruga pojačala, pažljivo pregledajte nekoliko ožičenja nekoliko puta.
2. Točnije provjerite ožičenje napajanja i odgovarajuće međusobne veze na MOSFET-ovima izlazne snage.
3. Kvarovi oko ovih veza mogu brzo dovesti do trajnog oštećenja jedinice pojačala.
4. Također, trebat ćete izvršiti nekoliko prethodnih podešavanja prije uključivanja dovršene ploče.
5. Započnite okretanjem unaprijed postavljene postavke R11 u smjeru suprotnom od kazaljke na satu i u početku nemojte spajati zvučnik na izlaz jedinice.
6. Zatim, umjesto zvučnika, spojite sonde za multimetar (postavljene na niskonaponski istosmjerni opseg) preko izlaznih točaka pojačala i pobrinite se da pokazuje da je dostupan izlazni napon niskog mirnog stanja.
7. Možda ćete pronaći mjerač koji pokazuje djelomični napon ili ga uopće nema, što je također u redu.
8. U slučaju da mjerač pokaže veliki istosmjerni napon, odmah morate isključiti pojačalo i ponovno provjeriti moguće pogreške u ožičenju.

Zaključak

U gornjem članku sveobuhvatno smo raspravljali o mnogim parametrima koji igraju presudnu ulogu u osiguravanju ispravnog i optimalnog rada pojačala snage.

Svi su ovi parametri standardni i stoga se mogu učinkovito koristiti i primijeniti tijekom projektiranja bilo kojeg kruga pojačala snage MOSFET-a, bez obzira na specifikaciju snage i napona.

Različite karakteristike detaljne u vezi s BJT i ​​MOSFET uređajima dizajner bi mogao koristiti za implementaciju ili prilagodbu željenog kruga pojačala snage.