Cara Merangka Litar Penguat Daya MOSFET - Parameter Dijelaskan

Cuba Instrumen Kami Untuk Menghapuskan Masalah





Dalam catatan ini kita membincangkan pelbagai parameter yang mesti dipertimbangkan semasa merancang litar penguat kuasa MOSFET. Kami juga menganalisis perbezaan antara ciri transistor bipolar junction (BJT) dan MOSFET dan memahami mengapa MOSFETS lebih sesuai dan cekap untuk aplikasi penguat kuasa.

Disumbang oleh Daniel Schultz



Gambaran keseluruhan

Semasa merancang penguat kuasa dipertimbangkan dalam julat 10 hingga 20 watt , litar bersepadu atau reka bentuk berasaskan IC biasanya disukai kerana ukurannya yang ramping dan bilangan komponen yang rendah.



Namun, untuk rentang output daya yang lebih tinggi, konfigurasi diskrit dianggap pilihan yang jauh lebih baik, kerana mereka menawarkan kecekapan dan fleksibiliti yang lebih tinggi untuk pereka berkenaan dengan pemilihan output daya.

Sebelumnya, penguat kuasa yang menggunakan bahagian diskrit bergantung pada transistor bipolar atau BJT. Walau bagaimanapun, dengan kedatangan MOSFET canggih , BJT perlahan-lahan diganti dengan MOSFET canggih ini untuk mencapai output kuasa yang sangat tinggi dan ruang yang sangat terhad dan menurunkan PCB.

Walaupun, MOSFET mungkin kelihatan berlebihan untuk merancang penguat kuasa bersaiz sederhana, ini dapat digunakan dengan berkesan untuk spesifikasi ukuran dan penguat kuasa apa pun.

Kelemahan penggunaan BJT dalam Power Amplifier

Walaupun peranti bipolar berfungsi dengan sangat baik dalam penguat kuasa audio kelas atas, ia merangkumi beberapa kelemahan yang sebenarnya menyebabkan pengenalan peranti canggih seperti MOSFET.

Mungkin kelemahan terbesar transistor bipolar dalam tahap output Kelas B adalah fenomena yang disebut sebagai situasi pelarian.

BJT termasuk pekali suhu positif dan ini secara khusus menimbulkan fenomena yang disebut pelarian terma, yang menyebabkan potensi kerosakan BJT daya akibat terlalu panas.

Gambar sebelah kiri di atas menunjukkan susunan penting bagi pemandu kelas B dan tahap output, menggunakan TR1 seperti tahap pemacu pemancar biasa dan Tr2 bersama dengan Tr3 sebagai tahap output pengikut pemancar pelengkap.

Membandingkan Konfigurasi Tahap Keluaran Amplifier BJT vs MOSFET

Fungsi Tahap Keluaran Penguat

Untuk merancang penguat daya yang berfungsi, penting untuk mengkonfigurasi tahap outputnya dengan betul.

Objektif tahap output adalah terutamanya untuk memberikan penguat arus (kenaikan voltan tidak lebih dari kesatuan) agar litar dapat membekalkan arus keluaran tinggi yang penting untuk menggerakkan pembesar suara pada tahap kelantangan yang lebih tinggi.

  1. Merujuk kepada rajah BJT sebelah kiri di atas, Tr2 berfungsi seperti sumber arus keluaran semasa kitaran output positif sementara Tr3 membekalkan arus keluaran semasa separuh kitaran output negatif.
  2. Beban pemungut asas untuk tahap pemacu BJT dirancang dengan sumber arus tetap, yang memberikan linieriti yang ditingkatkan berbanding dengan kesan yang dicapai dengan perintang beban sederhana.
  3. Ini berlaku kerana perbezaan keuntungan (dan penyimpangan yang menyertainya) yang berlaku setiap kali BJT berfungsi dalam pelbagai arus pengumpul.
  4. Menggunakan perintang beban di dalam tahap pemancar biasa dengan ayunan voltan keluaran yang besar pasti akan mencetuskan julat arus pemungut yang sangat besar dan penyimpangan yang besar.
  5. Penerapan beban arus tetap tidak sepenuhnya menghilangkan distorsi, kerana voltan pemungut secara semula jadi berfluktuasi, dan kenaikan transistor mungkin pada tahap tertentu bergantung pada voltan pemungut.
  6. Walaupun begitu, kerana turun naik kenaikan kerana variasi voltan pengumpul cenderung agak kecil, distorsi rendah jauh lebih rendah daripada 1 peratus cukup dapat dicapai.
  7. Litar bias yang disambungkan antara pangkalan transistor output adalah perlu untuk membawa transistor output ke kedudukan di mana mereka berada di ambang pengalir.
  8. Sekiranya ini tidak berlaku, sedikit variasi voltan pengumpul Tr1 mungkin tidak dapat menjadikan transistor output menjadi konduktif dan mungkin tidak membenarkan peningkatan voltan keluaran!
  9. Variasi voltan yang lebih tinggi pada pemungut Tr1 mungkin menghasilkan perubahan yang sama dalam voltan keluaran, tetapi kemungkinan ini akan kehilangan bahagian permulaan dan penamat setiap separuh kitaran frekuensi, sehingga menimbulkan 'penyimpangan crossover' yang serius seperti yang biasa disebut.

Isu Penyelewengan Crossover

Walaupun transistor output dibawa ke ambang konduksi tidak sepenuhnya menghilangkan penyimpangan crossover kerana peranti output menunjukkan jumlah keuntungan yang agak kecil semasa berfungsi pada arus pengumpul yang berkurang.

Ini memberikan jenis penyimpangan crossover yang sederhana tetapi tidak diingini. Maklum balas negatif dapat digunakan untuk mengatasi distorsi crossover secara semula jadi, namun untuk mencapai hasil yang sangat baik, sebenarnya penting untuk menggunakan bias sepi yang cukup tinggi terhadap transistor output.

Arus bias yang besar inilah yang menyebabkan komplikasi dengan pelarian terma.

Arus bias menyebabkan pemanasan transistor output, dan kerana pekali suhu positifnya ini menyebabkan arus bias meningkat, menghasilkan lebih banyak haba dan peningkatan kenaikan arus bias.

Maklum balas positif ini sekali gus memberikan kenaikan bias secara beransur-ansur sehingga transistor output menjadi terlalu panas dan akhirnya terbakar.

Dalam usaha melindungi daripada ini, rangkaian bias difasilitasi dengan sistem penginderaan suhu internal, yang memperlambat bias sekiranya suhu yang lebih tinggi dikesan.

Oleh itu, semasa output transistor memanaskan litar bias dipengaruhi oleh haba yang dihasilkan, yang mengesan ini dan menghentikan kenaikan yang seterusnya dalam arus bias. Secara praktikal, penstabilan bias mungkin tidak ideal dan anda mungkin menemui sedikit variasi, namun litar yang dikonfigurasi dengan betul biasanya menunjukkan kestabilan bias yang cukup mencukupi.

Mengapa MOSFET berfungsi dengan lebih cekap daripada BJT dalam Power Amplifier

Dalam perbincangan berikut, kami akan cuba memahami mengapa MOSFET berfungsi lebih baik dalam reka bentuk penguat kuasa, berbanding BJT.

Sama dengan BJT, jika digunakan dalam tahap output Kelas B, MOSFET juga menuntut a berat sebelah ke hadapan untuk mengatasi herotan crossover. Oleh kerana itu, kerana kekuatan MOSFET memiliki koefisien suhu negatif pada arus hampir 100 miliamp atau lebih (dan pekali suhu positif sedikit dalam arus yang lebih rendah) ini membolehkan tahap dan tahap output Kelas B pemandu yang kurang rumit, seperti yang ditunjukkan dalam gambar berikut .

Litar bias termal yang stabil dapat diganti dengan perintang kerana ciri suhu MOSFET daya menggabungkan kawalan terma dalaman arus bias sekitar 100 miliamp (yang kira-kira adalah arus bias yang paling sesuai).

Cabaran tambahan yang dialami dengan BJT adalah kenaikan arus yang agak rendah iaitu hanya 20 hingga 50. Ini mungkin tidak mencukupi untuk penguat kuasa sederhana dan tinggi. Kerana ini memerlukan tahap pemandu yang sangat kuat. Pendekatan khas untuk menyelesaikan masalah ini adalah dengan menggunakan a Pasangan Darlington atau reka bentuk yang setara untuk memberikan keuntungan arus yang cukup tinggi, sehingga memungkinkan penggunaan tahap pemacu kuasa rendah.

Kuasa MOSFET, sama seperti mana-mana Peranti FET , cenderung menjadi peranti yang dikendalikan voltan dan bukannya dikendalikan semasa.

Impedansi input daya MOSFET biasanya sangat tinggi yang membolehkan pengambilan arus input yang boleh diabaikan dengan frekuensi kerja yang rendah. Walau bagaimanapun, pada frekuensi kerja tinggi impedans input jauh lebih rendah kerana kapasitansi input yang relatif tinggi sekitar 500 pf.

Walaupun dengan kapasitansi input tinggi ini, arus kerja hampir 10 miliamp menjadi cukup melalui tahap pemacu, walaupun arus keluaran puncak dapat sekitar seribu kali kuantiti ini.

Masalah tambahan dengan peranti kuasa bipolar (BJT) adalah masa beralih mereka yang agak perlahan. Ini cenderung menimbulkan pelbagai masalah, seperti penyelewengan yang dicetuskan.

Ini adalah ketika isyarat frekuensi tinggi yang kuat dapat menuntut voltan keluaran beralih, katakanlah 2 volt per mikrodetik, sementara tahap output BJT mungkin memungkinkan kadar penurunan hanya volt per mikrodetik. Secara semula jadi, output akan berjuang untuk menghasilkan pembiakan semula isyarat input yang baik, yang membawa kepada penyelewengan yang tidak dapat dielakkan.

Laju penurunan yang lebih rendah juga dapat memberi penguat lebar jalur kuasa yang tidak diingini, dengan output daya yang dapat dicapai paling tinggi turun dengan ketara pada frekuensi audio yang lebih tinggi.

Lag Fasa dan Ayunan

Masalah lain adalah fasa ketinggian yang berlaku melalui tahap output penguat dengan frekuensi tinggi, dan yang dapat menyebabkan maklum balas terhadap sistem maklum balas negatif berubah menjadi positif dan bukan negatif pada frekuensi yang sangat tinggi.

Sekiranya penguat memiliki keuntungan yang mencukupi pada frekuensi tersebut, penguat mungkin masuk ke mod berayun, dan kekurangan kestabilan akan terus terlihat walaupun keuntungan litar tidak cukup untuk memicu ayunan.

Masalah ini dapat diperbaiki dengan menambahkan elemen untuk melancarkan tindak balas frekuensi tinggi litar, dan dengan memasukkan elemen pampasan fasa. Walau bagaimanapun, pertimbangan ini mengurangkan kecekapan penguat pada frekuensi isyarat input tinggi.

MOSFET lebih pantas daripada BJT

Semasa merancang penguat kuasa, kita mesti ingat bahawa menukar kelajuan MOSFET kuasa secara amnya sekitar 50 hingga 100 kali lebih cepat daripada BJT. Oleh itu, komplikasi dengan fungsi frekuensi tinggi rendah dapat diatasi dengan menggunakan MOSFET dan bukannya BJT.

Sebenarnya mungkin untuk membuat konfigurasi tanpa apa-apa pampasan kekerapan atau fasa bahagian masih mengekalkan kestabilan yang sangat baik, dan merangkumi tahap prestasi yang dikekalkan untuk frekuensi yang melebihi had audio frekuensi tinggi.

Kesukaran lain yang dialami dengan transistor kuasa bipolar adalah kerosakan sekunder. Ini merujuk pada jenis pelarian termal tertentu yang membuat 'zon panas' di dalam peranti yang menghasilkan litar pintas melintasi pemungut / pin pemancarnya.

Untuk memastikan ini tidak berlaku, BJT perlu dikendalikan secara eksklusif di dalam julat arus dan voltan pemungut tertentu. Kepada mana-mana litar penguat audio keadaan ini biasanya menunjukkan bahawa transistor output terpaksa berfungsi dengan baik di dalam had terma mereka, dan kuasa output optimum yang dapat diperolehi dari daya BJT dikurangkan dengan ketara, jauh lebih rendah daripada nilai penyebaran tertinggi mereka sebenarnya.

Terima kasih kepada Pekali suhu negatif MOSFET pada arus longkang yang tinggi, peranti ini tidak menghadapi masalah dengan kerosakan sekunder. Untuk MOSFET, spesifikasi arus saliran maksimum dan voltan saliran yang dibenarkan boleh dibatasi oleh fungsi pelesapan haba mereka. Oleh itu, peranti ini sangat sesuai untuk aplikasi penguat audio berkuasa tinggi.

Kekurangan MOSFET

Walaupun terdapat fakta di atas, MOSFET juga mempunyai beberapa kekurangan, yang jumlahnya agak kurang dan tidak signifikan. Pada mulanya MOSFET sangat mahal berbanding transistor bipolar yang sepadan. Walau bagaimanapun, perbezaan kos menjadi jauh lebih kecil pada masa kini Apabila kita mempertimbangkan hakikat bahawa MOSFET memungkinkan untuk litar kompleks menjadi lebih mudah dan pengurangan kos yang tidak langsung, menjadikan rakan sejawat BJT agak remeh walaupun dengan kos rendah teg.

Power MOSFET sering menunjukkan peningkatan herotan gelung terbuka daripada BJT. Namun, kerana keuntungan yang tinggi dan kelajuan beralih yang pantas, power MOSFET membenarkan penggunaan maklum balas negatif tahap tinggi di seluruh spektrum frekuensi audio, menawarkan yang tiada tandingannya herotan gelung tertutup kecekapan.

Kelemahan tambahan yang terlibat dengan kekuatan MOSFET adalah kecekapannya yang lebih rendah berbanding dengan BJT ketika digunakan pada tahap output penguat standard. Sebab di sebalik ini adalah tahap pengikut pemancar kuasa tinggi yang menghasilkan penurunan voltan setinggi sekitar 1 volt antara input dan output, walaupun ada kehilangan beberapa volt di seluruh input / output dari tahap pengikut sumber. Tidak ada pendekatan yang mudah untuk menyelesaikan masalah ini, namun ini tampaknya merupakan pengurangan efisiensi kecil, yang tidak boleh dipertimbangkan, dan dapat diabaikan.

Memahami Reka Bentuk Amplifier MOSFET Praktikal

Rajah di bawah menunjukkan gambarajah litar yang berfungsi Penguat MOSFET kuasa 35 watt litar. Kecuali aplikasi MOSFET pada tahap output penguat, semuanya pada dasarnya kelihatan seperti reka bentuk penguat MOSFET yang sangat biasa.

  • Tr1 dicabut sebagai tahap input pemancar biasa , bersambung terus ke tahap pemacu pemancar biasa Tr3. Kedua-dua tahap ini menawarkan kenaikan voltan total penguat, dan merangkumi jumlah keuntungan yang sangat besar.
  • Tr2 bersama dengan bahagiannya yang terpasang membuat penjana arus malar sederhana yang mempunyai arus keluaran marginal 10 miliamp. Ini berfungsi seperti beban pemungut utama untuk Tr3.
  • R10 digunakan untuk menentukan yang betul arus bias sepi melalui transistor output, dan seperti yang dibincangkan sebelumnya, penstabilan terma untuk arus bias tidak benar-benar dicapai dalam litar bias, melainkan dihantar oleh peranti output itu sendiri.
  • R8 memberikan hampir 100% maklumbalas negatif dari output penguat ke pemancar Tr1, membenarkan litar di sekitar kenaikan voltan kesatuan.
  • Perintang R1, R2 dan R4 berfungsi seperti rangkaian pembahagi yang berpotensi untuk memengaruhi tahap input penguat, dan akibatnya output juga, sekitar setengah voltan bekalan. Ini membolehkan tahap output tertinggi yang dapat dicapai sebelum pemotongan dan permulaan penyelewengan kritikal.
  • R1 dan C2 digunakan seperti litar penapis yang membatalkan frekuensi hum dan bentuk-bentuk bunyi berpotensi lain pada saluran bekalan daripada memasuki input penguat melalui litar bias.
  • R3 dan C5 bertindak seperti Penapis RF yang menghalang isyarat RF keluar dari input ke output, menyebabkan gangguan yang dapat didengar. C4 juga membantu menyelesaikan masalah yang sama dengan melancarkan tindak balas frekuensi tinggi penguat dengan berkesan melebihi had frekuensi audio atas.
  • Untuk memastikan bahawa penguat mendapat keuntungan voltan yang baik pada frekuensi yang dapat didengar, ia menjadi mustahak putuskan maklum balas negatif sehingga satu tahap.
  • C7 memenuhi peranan kapasitor decoupling , sementara perintang R6 menghadkan kuantiti maklum balas yang dibersihkan.
  • Litar itu kenaikan voltan lebih kurang ditentukan dengan membahagikan R8 dengan R6, atau sekitar 20 kali (26dB) dengan nilai bahagian yang ditentukan.
  • Voltan keluaran maksimum penguat ialah 16 volt RMS, yang membolehkan kepekaan input sekitar 777mV RMS untuk mencapai output penuh. Impedans input boleh melebihi 20k.
  • C3 dan C8 digunakan sebagai kapasitor gandingan input dan output masing-masing. C1 membolehkan pemutusan untuk DC bekalan.
  • R11 dan C9 secara eksklusif berfungsi untuk memudahkan dan mengawal kestabilan penguat, dengan bekerja seperti yang popular Rangkaian Zobel , yang sering dijumpai di sekitar tahap keluaran kebanyakan reka bentuk penguat kuasa semikonduktor.

Analisis Prestasi

Penguat prototaip nampaknya berkinerja sangat baik, terutama hanya setelah kita melihat reka bentuk unit yang cukup sederhana. Litar reka bentuk penguat MOSFET yang ditunjukkan dengan senang hati akan menghasilkan RMS 35 watt menjadi beban 8 ohm.

  • The herotan total tidak akan melebihi daripada 0.05%. Prototaip dianalisis hanya untuk frekuensi isyarat sekitar 1 kHz.
  • Bagaimanapun litar itu perolehan gelung terbuka didapati hampir praktikal dalam keseluruhan julat frekuensi audio.
  • The tindak balas frekuensi gelung tertutup diukur pada -2 dB dengan kira-kira 20 Hz dan 22 kHz isyarat.
  • Penguatnya nisbah isyarat ke bunyi (tanpa pembesar suara disambungkan) lebih tinggi daripada angka 80 dB, walaupun sebenarnya ada kemungkinan sejumlah kecil tangan hum dari bekalan kuasa yang dikesan pada pembesar suara, tetapi tahapnya mungkin terlalu kecil untuk didengar dalam keadaan normal.

Bekalan Kuasa

Gambar di atas menunjukkan bekalan kuasa yang dikonfigurasi dengan betul untuk reka bentuk penguat MOSFET 35 watt. Bekalan kuasa mungkin cukup kuat untuk mengendalikan model mono atau stereo unit.

Bekalan kuasa sebenarnya terdiri dari beberapa penyearah push-pull dan rangkaian pelicin yang cekap yang mempunyai outputnya terpasang secara bersiri untuk memberikan voltan output total yang sepadan dengan dua kali ganda potensi yang diterapkan oleh penerus individu dan rangkaian penapis kapasitif.

Diod D4, D6 dan C10 merupakan satu bahagian bekalan kuasa sementara bahagian kedua dihantar oleh D3, D5 dan C11. Masing-masing menawarkan sedikit di bawah 40 volt tanpa beban disambungkan, dan voltan total 80 V dibongkar.

Nilai ini boleh turun menjadi kira-kira 77 volt ketika penguat dimuat oleh isyarat input stereo dengan keadaan diam beroperasi, dan hanya sekitar 60 volt apabila dua saluran penguat dikendalikan pada kuasa penuh atau maksimum.

Petunjuk Pembinaan

Susun atur PCB yang ideal untuk penguat MOSFET 35 watt ditunjukkan dalam Gambar di bawah.

Ini dimaksudkan untuk satu saluran dari rangkaian penguat, jadi secara semula jadi dua papan semacam itu harus dipasang ketika penguat stereo diperlukan. Transistor keluaran pastinya tidak dipasang pada PCB, melainkan jenis bersirip yang besar.

Anda tidak perlu menggunakan kit penebat mika untuk transistor semasa membetulkannya pada pendingin. Ini kerana sumber MOSFET disambungkan secara langsung ke tab logam mereka, dan pin sumber ini tetap harus saling terhubung.

Namun, kerana mereka tidak terlindung dari heatsink, sangat mustahak untuk memastikan bahawa heatsink tidak bersentuhan elektrik dengan pelbagai bahagian lain dari penguat.

Juga, untuk pelaksanaan stereo, heatsink individu yang digunakan untuk sepasang penguat tidak boleh dibenarkan memasuki jarak elektrik antara satu sama lain. Sentiasa pastikan menggunakan petunjuk pendek yang lebih pendek sekitar 50 mm untuk menghubungkan transistor output dengan PCB.

Ini sangat penting untuk petunjuk yang bersambung dengan terminal gerbang keluaran MOSFET. Kerana kenyataan bahawa Power MOSFET mempunyai keuntungan tinggi pada frekuensi tinggi, petunjuk yang lebih lama boleh mempengaruhi tindak balas kestabilan penguat, atau bahkan memicu ayunan RF yang seterusnya dapat menyebabkan kerosakan kekal pada MOSFET daya.

Walaupun begitu, secara praktikal anda mungkin tidak menghadapi kesukaran dalam menyiapkan reka bentuk untuk memastikan petunjuk ini berkesan lebih pendek. Mungkin perlu diketahui bahawa C9 dan R11 dipasang di luar PCB, dan hanya dihubungkan secara bersiri di soket output.

Petua Pembinaan Bekalan Tenaga

Litar bekalan kuasa dibina dengan menggunakan pendawaian jenis titik ke titik, seperti yang ditunjukkan dalam gambar di bawah.

Ini benar-benar kelihatan cukup jelas namun dipastikan bahawa kapasitor C10 dan C11 kedua-dua jenis terdiri daripada tag palsu. Sekiranya tidak, adalah mustahak untuk menggunakan jalur tag untuk mengaktifkan beberapa port sambungan. Tag pemateri terpotong pada satu baut pemasangan T1 tertentu, yang menawarkan titik sambungan casis untuk plumbum pembumian AC.

Pelarasan dan Pengaturan

  1. Pastikan untuk memeriksa sambungan pendawaian secara komprehensif sebelum MENGHIDUPKAN bekalan kuasa, kerana kesalahan pendawaian boleh menyebabkan kemusnahan yang mahal dan mungkin berbahaya.
  2. Sebelum anda menghidupkan litar, pastikan memotong R10 untuk mendapatkan rintangan minimum (putar ke arah berlawanan arah jam).
  3. Dengan FS1 dikeluarkan seketika dan multimeter dipasang untuk mengukur 500mA FSD yang terpasang di atas pemegang fius, bacaan sekitar 20mA mesti dilihat pada meter semasa penguat dihidupkan (ini mungkin 40mA ketika stereo dua saluran digunakan).
  4. Sekiranya anda mendapati bacaan meter tidak sama dengan pemadaman kuasa ini dengan segera dan periksa semula keseluruhan pendawaian. Sebaliknya, jika semuanya baik, gerakkan perlahan R10 untuk memaksimumkan bacaan meter hingga nilai 100mA.
  5. Sekiranya penguat stereo diinginkan, R10 di kedua saluran mesti diubah untuk mendapatkan arus semasa hingga 120mA, maka R10 di saluran ke-2 mesti diselaraskan untuk meningkatkan penggunaan semasa ke 200mA. Setelah ini selesai, penguat MOSFET anda siap digunakan.
  6. Berhati-hatilah untuk tidak menyentuh sebarang sambungan utama AC semasa melakukan prosedur pemasangan untuk penguat.
  7. Semua sambungan pendawaian atau kabel yang tidak terpasang yang berpotensi berada di arus utama AC harus dilindungi dengan betul sebelum menghubungkan peranti ke bekalan utama.
  8. Tidak perlu dikatakan, seperti pada setiap litar yang dikendalikan AC, ia harus dilampirkan di dalam kabinet yang kukuh yang hanya dapat dilepas dengan bantuan pemutar skru khusus dan set instrumen lain, untuk memastikan bahawa tidak ada cara cepat untuk mencapai bahaya pendawaian elektrik, dan kemalangan dapat dihapuskan dengan selamat.

Senarai Bahagian untuk Penguat Daya MOSFET 35 watt

Litar Aplikasi Amplifier 120W MOSFET

Bergantung pada spesifikasi bekalan kuasa, praktikal Penguat MOSFET 120 watt litar mampu menawarkan kuasa output dalam lingkungan sekitar 50 dan 120 watt RMS ke dalam pembesar suara 8 ohm.

Reka bentuk ini juga menggabungkan MOSFET pada tahap output untuk memberikan tahap prestasi keseluruhan yang unggul walaupun dengan kesederhanaan litar

Keseluruhan distorsi harmonik penguat tidak lebih daripada 0,05%, tetapi hanya apabila litar tidak terlalu dimuat, dan nisbah isyarat ke bunyi lebih tinggi daripada 100dB.

Memahami Tahap Penguat MOSFET

Seperti yang ditunjukkan di atas litar ini dirancang dengan merujuk pada susun atur Hitachi. Berbeza dengan reka bentuk terakhir, litar ini menggunakan gandingan DC untuk pembesar suara dan mengandungi bekalan kuasa seimbang berkembar dengan 0V tengah dan rel bumi.

Peningkatan ini menghilangkan ketergantungan pada kapasitor gandingan keluaran besar, serta prestasi rendah dalam prestasi frekuensi rendah yang dihasilkan kapasitor ini. Selain itu, susun atur ini juga membolehkan litar keupayaan penolakan riak bekalan yang pantas.

Selain ciri kopling DC, reka bentuk litar tampak cukup berbeza dari yang digunakan pada rekaan sebelumnya. Di sini, kedua tahap input dan pemacu menggabungkan penguat pembezaan.

Tahap input dikonfigurasi menggunakan Tr1 dan Tr2 sementara tahap pemacu bergantung pada Tr3 dan Tr4.

Transistor Tr5 dikonfigurasi seperti beban pemungut arus tetap untuk Tr4. Jalur isyarat melalui penguat bermula menggunakan kapasitor gandingan input C1, bersama dengan filter RF R1 / C4. R2 digunakan untuk memengaruhi input penguat pada trek bekalan 0V tengah.

Tr1 dikabelkan sebagai kecekapan a penguat pemancar biasa yang mempunyai outputnya disambungkan terus ke Tr4 yang digunakan sebagai tahap pemacu pemancar biasa. Dari tahap ini dan seterusnya isyarat audio dihubungkan ke Tr6 dan Tr7 yang dicoret sebagai tahap output pengikut sumber pelengkap.

The maklumbalas negatif diekstrak dari output penguat dan dihubungkan dengan pangkalan Tr2, dan walaupun pada hakikatnya tidak ada penyongsangan isyarat melalui pangkalan Tr1 ke output penguat, terdapat penyongsangan di seberang pangkalan Tr2 dan output. Ini kerana Tr2 berfungsi seperti pengikut pemancar dengan sempurna mendorong pemancar Tr1.

Apabila isyarat input digunakan pada pemancar Tr1, transistor berjaya bertindak seperti a tahap asas sepunya . Oleh itu, walaupun penyongsangan tidak berlaku melalui Tr1 dan Tr2, penyongsangan berlaku melalui Tr4.

Juga, perubahan fasa tidak berlaku melalui tahap output, yang bermaksud bahawa penguat dan pangkalan Tr2 cenderung berada di luar fasa untuk melaksanakan maklum balas negatif yang diperlukan. Nilai R6 dan R7 seperti yang disarankan dalam rajah memberikan kenaikan voltan sekitar 28 kali.

Seperti yang kita pelajari dari perbincangan kita sebelumnya, kelemahan kecil dari MOSFET kuasa adalah mereka menjadi kurang efisien daripada BJT ketika mereka disambungkan melalui tahap output Kelas B tradisional. Juga, kecekapan relatif MOSFET daya menjadi agak buruk dengan litar daya tinggi yang menuntut voltan pintu / sumber menjadi beberapa voltan untuk arus sumber tinggi.

Ayunan voltan keluaran maksimum boleh dianggap sama dengan voltan bekalan tolak gerbang maksimum ke voltan sumber transistor individu, dan ini tentunya memungkinkan ayunan voltan output yang mungkin jauh lebih rendah daripada voltan bekalan yang digunakan.

Kaedah mudah untuk mendapatkan kecekapan yang lebih tinggi adalah pada dasarnya menggabungkan beberapa MOSFET serupa yang dilampirkan secara selari di setiap transistor output. Jumlah arus tertinggi yang ditangani oleh setiap output MOSFET kemudian akan dikurangkan kira-kira separuh, dan sumber maksimum ke voltan gerbang setiap MOSFET diturunkan dengan tepat (bersama dengan pertumbuhan yang proporsional dalam ayunan voltan output penguat).

Walau bagaimanapun, pendekatan yang serupa tidak berfungsi apabila digunakan pada peranti bipolar, dan ini pada dasarnya disebabkan oleh kaedah tersebut pekali suhu positif ciri. Sekiranya satu output BJT mula menarik arus yang berlebihan daripada yang lain (kerana tidak ada dua transistor yang mempunyai ciri yang sama persis), satu peranti mula menjadi lebih panas daripada yang lain.

Peningkatan suhu ini menyebabkan voltan ambang pemancar / dasar BJT semakin berkurang, dan akibatnya ia mula memakan sebahagian arus keluaran yang jauh lebih besar. Keadaan kemudian menyebabkan transistor menjadi lebih panas, dan proses ini berterusan tanpa henti sehingga salah satu transistor output mula menangani semua beban, sementara yang lain tetap tidak aktif.

Masalah seperti ini tidak dapat dilihat dengan kekuatan MOSFET kerana koefisien suhu negatifnya. Apabila satu MOSFET mula menjadi lebih panas, kerana pekali suhu negatifnya, haba yang timbul mulai menyekat aliran arus melalui saluran / sumbernya.

Ini mengalihkan lebihan arus ke MOSFET lain yang kini mulai semakin panas, dan hampir sama panas menyebabkan arus melaluinya berkurang secara berkadar.

Situasi ini menghasilkan bahagian dan penyebaran arus yang seimbang di semua peranti menjadikan penguat berfungsi dengan lebih cekap dan boleh dipercayai. Fenomena ini juga memungkinkan MOSFET disambungkan secara selari hanya dengan menggabungkan petunjuk pintu, sumber dan saluran bersama tanpa banyak perhitungan atau masalah.

Bekalan Kuasa untuk Penguat MOSFET 120 watt

Litar bekalan kuasa yang dirancang dengan betul untuk penguat MOSFET 120 watt ditunjukkan di atas. Ini sama seperti litar bekalan kuasa untuk reka bentuk terdahulu kami.

Satu-satunya perbezaan ialah bekalan paip pusat transformer di persimpangan dua kapasitor pelicin pada mulanya tidak diendahkan. Untuk contoh sekarang, ini terbiasa menyediakan bekalan bumi 0V tengah, sementara bumi utama juga menghubungkan di persimpangan ini dan bukannya ke rel bekalan negatif.

Anda boleh menemui fius dipasang di landasan rel positif dan negatif. Output daya yang dihantar oleh penguat sebahagian besarnya bergantung pada spesifikasi pengubah utama. Untuk sebilangan besar keperluan, pengubah arus elektrik toroidal 35 - 0 - 35 volt 160VA semestinya cukup mencukupi.

Sekiranya operasi stereo lebih disukai, pengubah perlu diganti dengan pengubah 300 VA yang lebih berat. Sebagai alternatif, unit bekalan kuasa terpencil dapat dibina menggunakan transformer 160VA masing-masing untuk setiap saluran.

Ini membolehkan voltan bekalan sekitar 50 V pada keadaan tenang, walaupun pada beban penuh tahap ini boleh turun ke tahap yang jauh lebih rendah. Ini membolehkan output sehingga sekitar 70 watt RMS diperoleh melalui pembesar suara berkadar 8 ohm.

Perkara penting yang perlu diberi perhatian ialah dioda 1N5402 yang digunakan dalam penyearah jambatan mempunyai nilai arus maksimum yang boleh ditoleransi sebanyak 3 amp. Ini mungkin cukup untuk penguat saluran tunggal, tetapi ini mungkin tidak mencukupi untuk versi stereo. Untuk versi stereo diod mesti diganti dengan diod 6 amp atau dioda 6A4.

Susun atur PCB

Anda boleh mendapatkan PCB lengkap, untuk membina litar penguat MOSFET 120 watt anda sendiri. 4 peranti MOSFET yang ditunjukkan harus dilampirkan dengan heatsink besar bersirip, yang mesti dinilai minimum 4,5 darjah Celsius per watt.

Langkah berjaga-jaga pendawaian

  • Pastikan terminal terminal pin MOSFET sesingkat mungkin, yang panjangnya tidak lebih dari 50 mm.
  • Sekiranya anda ingin menjaganya sedikit lebih lama daripada ini, pastikan untuk menambahkan perintang nilai rendah (mungkin 50 ohm 1/4 watt) dengan pintu masing-masing MOSFET.
  • Perintang ini akan bertindak balas dengan kapasitansi input MOSFET dan bertindak seperti penapis lulus rendah, memastikan kestabilan frekuensi yang lebih baik untuk input isyarat frekuensi tinggi.
  • Walau bagaimanapun, pada isyarat input frekuensi tinggi, perintang ini mungkin memberi kesan pada prestasi output, tetapi ini sebenarnya terlalu kecil dan hampir tidak dapat dilihat.
  • Transistor Tr6 sebenarnya terdiri daripada dua MOSFET saluran n yang disambungkan secara selari, sama untuk Tr7, yang juga mempunyai beberapa MOSFET saluran-p selari.
  • Untuk melaksanakan sambungan selari ini, pintu gerbang, longkang, sumber pasangan MOSFET masing-masing hanya bergabung antara satu sama lain, itu semudah itu.
  • Juga, perhatikan bahawa kapasitor C8 dan perintang R13 dipasang terus pada soket output, dan tidak dipasang pada PCB.
  • Mungkin kaedah yang paling berkesan untuk membina bekalan kuasa adalah dengan pendawaian keras, seperti untuk bekalan kuasa seperti yang dilakukan untuk penguat sebelumnya. Pendawaian hampir sama dengan litar sebelumnya.

Pelarasan dan Tetapan

  1. Sebelum menghidupkan litar penguat yang lengkap, pastikan untuk memeriksa setiap pendawaian dengan teliti beberapa kali.
  2. Periksa secara khusus pendawaian bekalan kuasa dan hubungan yang berkaitan dengan MOSFET kuasa output.
  3. Kesalahan di sekitar sambungan ini dengan cepat boleh menyebabkan kerosakan kekal pada unit penguat.
  4. Anda juga perlu melakukan beberapa penyesuaian sebelumnya sebelum menghidupkan papan yang telah siap.
  5. Mulakan dengan memutar pratetap R11 sepenuhnya berlawanan arah jam, dan jangan sambungkan pembesar suara pada output unit pada mulanya.
  6. Seterusnya, bukannya pembesar suara, sambungkan prob multimeter anda (tetapkan pada julat DC voltan rendah) merentasi titik keluaran penguat, dan pastikan ia menunjukkan voltan output sepi rendah tersedia.
  7. Anda mungkin mendapati meter menunjukkan voltan pecahan atau voltan sama sekali, yang juga baik.
  8. Sekiranya voltan DC yang besar ditunjukkan oleh meter, anda mesti segera mematikan penguat dan memeriksa semula sebarang kemungkinan kesalahan dalam pendawaian.

Kesimpulannya

Dalam artikel di atas kami telah membincangkan secara komprehensif banyak parameter yang memainkan peranan penting dalam memastikan kerja penguat daya yang betul dan optimum.

Semua parameter ini adalah standard dan oleh itu dapat digunakan dan digunakan secara berkesan semasa merancang litar penguat kuasa MOSFET, tanpa mengira watt dan spesifikasi voltan.

Perbezaan ciri yang terperinci mengenai peranti BJT dan MOSFET dapat digunakan oleh pereka untuk melaksanakan atau menyesuaikan rangkaian penguat daya yang diinginkan.




Sebelumnya: Litar Op Amp Preamplifier - Untuk MIC, Gitar, Pengambilan, Penyangga Seterusnya: Litar Pemasa Digital Sederhana dengan Paparan 2 Digit