Kako oblikovati vezja ojačevalnika MOSFET - pojasnjeni parametri

Preizkusite Naš Instrument Za Odpravo Težav





V tem prispevku obravnavamo različne parametre, ki jih je treba upoštevati pri načrtovanju vezja ojačevalnika moči MOSFET. Analiziramo tudi razliko med bipolarnimi spojnimi tranzistorji (BJT) in značilnostmi MOSFET-a ter razumemo, zakaj so MOSFET-ji bolj primerni in učinkoviti za uporabo ojačevalnikov moči.

Prispeval Daniel Schultz



Pregled

Pri načrtovanju ojačevalnika se upošteva v območju 10 do 20 vatov , zasnova integriranega vezja ali IC je običajno prednost zaradi svoje gladke velikosti in nizkega števila komponent.



Za večje razpone izhodne moči pa je diskretna konfiguracija veliko boljša izbira, saj nudi večjo učinkovitost in prilagodljivost za oblikovalca glede izbire izhodne moči.

Prej so bili ojačevalniki moči z ločenimi deli odvisni od bipolarnih tranzistorjev ali BJT-jev. Vendar pa s prihodom dovršeni MOSFET-ji , BJT-je počasi nadomeščali s temi naprednimi MOSFET-ji, da so dosegli izjemno visoko izhodno moč in neverjetno omejen prostor ter pomanjšali PCB-je.

Čeprav so MOSFET-ji morda videti preveč za načrtovanje srednje velikih ojačevalnikov moči, jih je mogoče učinkovito uporabiti za vse specifikacije ojačevalnikov velikosti in moči.

Slabosti uporabe BJT v ojačevalnikih

Čeprav bipolarne naprave izjemno dobro delujejo v vrhunskih ojačevalcih zvoka, vključujejo nekaj pomanjkljivosti, ki so dejansko privedle do uvedbe naprednih naprav, kot so MOSFET-ji.

Morda je največja pomanjkljivost bipolarnih tranzistorjev v izhodnih stopnjah razreda B pojav, imenovan pobeg.

BJT vključujejo pozitiven temperaturni koeficient, kar posebej povzroča pojav, imenovan toplotni utek, ki lahko povzroči prekomerno škodo moči BJT zaradi pregrevanja.

Na zgornji levi sliki je prikazana bistvena postavitev standardnega gonilnika in izhodne stopnje razreda B, ki uporablja TR1 kot običajno stopnjo gonilnika oddajnika in Tr2 skupaj s Tr3 kot dopolnilno izhodno stopnjo sledilnika oddajnika.

Primerjava konfiguracije izhodne stopnje ojačevalnika BJT in MOSFET

Delovanje izhodne stopnje ojačevalnika

Za zasnovo delujočega ojačevalnika je pomembno pravilno nastaviti njegovo izhodno stopnjo.

Cilj izhodne stopnje je predvsem zagotoviti ojačanje toka (napetostni dobiček ne ostane več kot enota), da lahko vezje napaja visoke izhodne tokove, ki so bistveni za pogon zvočnika z večjo glasnostjo.

  1. Sklicujoč se na zgornji diagram BJT na levi strani, Tr2 deluje kot vir izhodnega toka med pozitivnimi izhodnimi cikli, medtem ko Tr3 dobavlja izhodni tok med negativnimi izhodnimi polovičnimi cikli.
  2. Osnovna obremenitev kolektorja za stopnjo gonilnika BJT je zasnovana s konstantnim tokom, ki zagotavlja večjo linearnost v nasprotju z učinki, doseženimi s preprostim obremenitvenim uporom.
  3. To se zgodi zaradi razlik v ojačitvi (in spremljajočem izkrivljanju), ki se zgodi, kadar BJT deluje v širokem razponu kolektorskih tokov.
  4. Uporaba obremenitvenega upora znotraj skupne stopnje oddajnika z velikimi nihanji izhodne napetosti lahko nedvomno povzroči izredno velik obseg toka kolektorja in velika popačenja.
  5. Uporaba konstantne tokovne obremenitve se popolnoma ne znebi izkrivljanja, ker napetost kolektorja naravno niha, ojačanje tranzistorja pa je lahko do neke mere odvisno od napetosti kolektorja.
  6. Kljub temu, da so nihanja ojačenja zaradi sprememb napetosti kolektorja dokaj majhna, je povsem mogoče doseči nizko popačenje, ki je veliko manjše od 1 odstotka.
  7. Vezni krog, povezan med bazami izhodnih tranzistorjev, je potreben, da izhodne tranzistorje postavi v položaj, kjer so tik pred prevodnim pragom.
  8. V primeru, da se to ne zgodi, majhne spremembe napetosti kolektorja Tr1 morda ne bodo mogle spraviti izhodnih tranzistorjev v prevodnost in morda ne bodo omogočile kakršnega koli izboljšanja izhodne napetosti!
  9. Višje variacije napetosti na kolektorju Tr1 bi lahko povzročile ustrezne spremembe izhodne napetosti, vendar bi to verjetno izpustilo začetni in zaključni del vsakega polovičnega cikla frekvence, kar bi povzročilo resno 'križno izkrivljanje', kot se običajno omenja.

Težava izkrivljanja križanj

Tudi če so izhodni tranzistorji dovedeni do prevodnega praga, ne odstranijo v celoti križnega popačenja, saj imajo izhodne naprave relativno majhno količino dobička, medtem ko delujejo pri zmanjšanih kolektorskih tokovih.

To zagotavlja zmerno, a nezaželeno izkrivljanje križanca. Negativne povratne informacije bi lahko uporabili za naravno premagovanje križnega izkrivljanja, vendar je za doseganje odličnih rezultatov dejansko nujno uporabiti razmeroma visoko mirovanje pred izhodnimi tranzistorji.

Prav ta velik pristranski tok povzroča zaplete pri toplotnem begu.

Preusmeritveni tok povzroči segrevanje izhodnih tranzistorjev in zaradi njihovega pozitivnega temperaturnega koeficienta se poveča prednapetostni tok, ki ustvarja še več toplote in posledično nadaljnjo povišanje prednapetostnega toka.

Te pozitivne povratne informacije tako zagotavljajo postopno naraščanje pristranskosti, dokler se izhodni tranzistorji ne segrejejo in sčasoma zgorejo.

Da bi se zaščitili pred tem, je pristransko vezje olajšano z vgrajenim sistemom za zaznavanje temperature, ki upočasni pristranskost, če zazna višjo temperaturo.

Torej, ko se izhodni tranzistor ogreje na pristransko vezje, vpliva ustvarjena toplota, ki to zazna in ustavi kakršen koli posledični dvig toka pristranskosti. Stabilizacija pristranskosti v praksi morda ni idealna in morda boste našli malo sprememb, vendar lahko pravilno konfigurirano vezje običajno kaže dovolj dovolj stabilnosti pristranskosti.

Zakaj MOSFET-ji delujejo učinkoviteje kot BJT-ji v ojačevalnikih

V naslednji razpravi bomo poskušali razumeti, zakaj MOSFET-ji bolje delujejo pri izvedbah ojačevalnikov moči v primerjavi z BJT-ji.

Podobno kot BJT-ji tudi MOSFET-ji, če so zaposleni v izhodni fazi razreda B, zahtevajo a pristranskost naprej za premagovanje križnega izkrivljanja. Glede na to, da imajo močnostni MOSFET-ji koeficient negativne temperature pri tokovih blizu 100 miliamperjev ali več (in rahli pozitivni temperaturni koeficient pri nižjih tokovih), omogoča manj zapleten voznik razreda B in izhodno stopnjo, kot je prikazano na naslednji sliki .

Termično stabilizirano pristransko vezje bi lahko nadomestili z uporom, ker temperaturne značilnosti močnostnih MOSFET-jev vsebujejo vgrajeno termično krmiljenje pristranskostnega toka pri približno 100 miliamperov (kar je približno najbolj primeren pristranski tok).

Dodaten izziv, s katerim se soočajo BJT-ji, je dokaj nizek tok, ki znaša le 20 do 50. To je lahko za ojačevalce srednje in visoke moči povsem nezadostno. Zaradi tega zahteva izjemno zmogljiv vozniški oder. Tipičen pristop k reševanju tega vprašanja je uporaba a Darlingtonski pari ali enakovredna zasnova, ki zagotavlja ustrezno visok tok, tako da omogoča uporabo stopnje gonilnika z majhno močjo.

Napajajte MOSFET-je, tako kot kateri koli drugi Naprava FET , so ponavadi naprave, ki delujejo z napetostjo in ne s trenutno napetostjo.

Vhodna impedanca močnostnega MOSFET-a je običajno zelo visoka, kar omogoča zanemarljivo črpanje vhodnega toka z nizkimi delovnimi frekvencami. Vendar je pri visokih delovnih frekvencah vhodna impedanca precej nižja zaradi razmeroma visoke vhodne kapacitivnosti približno 500 pf.

Tudi pri tej visoki vhodni kapacitivnosti delovni tok, ki znaša komaj 10 miliamperov, skozi pogonsko stopnjo postane ravno dovolj, čeprav bi lahko bil največji izhodni tok približno tisočkrat večji od te količine.

Dodatna težava bipolarnih napajalnikov (BJT) je njihov nekoliko počasen čas vklopa. To ponavadi ustvarja različne težave, na primer popačenje, ki ga sproži uničenje.

Takrat lahko močan visokofrekvenčni signal zahteva preklopno izhodno napetost, recimo 2 volta na mikrosekundo, medtem ko izhodna stopnja BJT morda omogoča hitrost porasta le volta na mikrosekundo. Seveda si bo izhod prizadeval za dostojno reprodukcijo vhodnega signala, kar bo povzročilo neizogibno popačenje.

Slabše število vrtljajev lahko ojačevalcu povzroči tudi neželeno pasovno širino moči, pri čemer najvišja dosegljiva izhodna moč znatno upade pri višjih zvočnih frekvencah.

Fazni zamik in nihanja

Druga skrb je fazni zamik, ki poteka preko izhodne stopnje ojačevalnika z visokimi frekvencami in bi lahko povzročil, da se povratne informacije o negativnem povratnem sistemu spremenijo v pozitivne namesto v negativne pri izredno visokih frekvencah.

Če ima ojačevalnik dovolj ojačanja na takih frekvencah, lahko ojačevalnik preide v nihajni način in pomanjkanje stabilnosti bo še naprej opazno, tudi če dobiček vezja ni dovolj, da bi sprožil nihanje.

To težavo bi lahko odpravili z dodajanjem elementov za visokofrekvenčni odziv vezja in z vključitvijo elementov fazne kompenzacije. Vendar ti premisleki zmanjšujejo učinkovitost ojačevalnika pri visokih frekvencah vhodnega signala.

MOSFET-ji so hitrejši od BJT-jev

Pri načrtovanju ojačevalnika moramo vedeti, da preklopna hitrost močnostnih MOSFET-jev je na splošno približno 50 do 100-krat hitrejši od BJT-jev. Zato zaplete s slabšo visokofrekvenčno funkcionalnostjo enostavno premagamo z uporabo MOSFET-jev namesto BJT-jev.

Dejansko je mogoče ustvariti konfiguracije brez kakršnih koli frekvenčno ali fazno kompenzacijo deli še vedno ohranjajo odlično stabilnost in vključujejo raven zmogljivosti, ki se ohrani pri frekvencah, ki presegajo visokofrekvenčno mejo zvoka.

Še ena težava pri bipolarnih močnostnih tranzistorjih je sekundarna okvara. To se nanaša na nekakšen poseben toplotni uhaj, ki znotraj naprave ustvari 'vročo cono', kar povzroči kratek stik na kolektorskih / emiterskih zatičih.

Da se to ne bi zgodilo, mora BJT delovati izključno znotraj določenih obsegov toka in napetosti kolektorja. Vsakemu avdio ojačevalnik ta situacija ponavadi pomeni, da so izhodni tranzistorji prisiljeni dobro delovati znotraj svojih toplotnih omejitev, zato je optimalna izhodna moč, ki jo lahko dobimo iz moči BJT, bistveno zmanjšana, kar je precej nižje, kot dejansko dopuščajo njihove najvišje vrednosti odvajanja.

Zahvale gredo Koeficient negativne temperature MOSFET-a pri visokih odtočnih tokovih te naprave nimajo težav s sekundarno okvaro. Pri MOSFET-ih je največja dovoljena specifikacija odtočnega toka in odtočne napetosti praktično omejena s svojo funkcionalnostjo odvajanja toplote. Zato te naprave postanejo posebej primerne za aplikacije močnejših ojačevalnikov zvoka.

Slabosti MOSFET-a

Kljub zgoraj navedenim dejstvom ima MOSFET tudi nekaj pomanjkljivosti, ki so razmeroma manjše in nepomembne. Sprva so bili MOSFET-ji v primerjavi z ustreznimi bipolarnimi tranzistorji zelo dragi. Vendar pa se je razlika v stroških danes precej zmanjšala. Če upoštevamo dejstvo, da MOSFET-ji omogočajo, da so zapletena vezja veliko enostavnejša in posredno znatno znižajo stroške, postane BJT-ov kolega precej trivialen tudi z nizkimi stroški. oznaka.

Močnostni MOSFET-ji so pogosto povišani popačenje odprte zanke kot BJT. Vendar pa zaradi visokih ojačitev in hitrih preklopnih hitrosti močni MOSFET-ji omogočajo uporabo visoke stopnje negativnih povratnih informacij v celotnem avdiofrekvenčnem spektru in ponujajo neprimerljivo popačenje v zaprti zanki učinkovitost.

Dodatna pomanjkljivost močnostnih MOSFET-jev je njihova manjša učinkovitost v primerjavi z BJT-ji, kadar se uporabljajo v izhodnih stopnjah standardnega ojačevalnika. Razlog za to je stopnja sledilnika visoke moči, ki med vhodom in izhodom ustvari padec napetosti približno 1 volt, čeprav obstaja izguba nekaj voltov na vhodu / izhodu stopnje sledilca vira. Težave ni enostavno rešiti, vendar se zdi, da gre za majhno zmanjšanje učinkovitosti, ki je ne bi smeli upoštevati in bi jo lahko prezrli.

Razumevanje praktične zasnove ojačevalnika MOSFET

Spodnja slika prikazuje shemo vezja funkcionalne enote MOSFET ojačevalnik z močjo 35 vatov vezje. Razen uporabe MOSFET-a v izhodni fazi ojačevalnika je vse v bistvu videti kot zelo pogosta zasnova ojačevalnika MOSFET.

  • Tr1 je nameščen kot a vhodna stopnja skupnega oddajnika , ki je neposredno povezan s pogonsko stopnjo pogonskega oddajnika Tr3. Obe stopnji ponujata skupno napetostno ojačanje ojačevalnika in vključujeta izjemno veliko skupno ojačanje.
  • Tr2 skupaj s pritrjenimi deli tvori preprost generator konstantnega toka, ki ima mejni izhodni tok 10 miliamperov. To deluje kot glavna obremenitev kolektorja za Tr3.
  • Za določitev pravilnosti je uporabljen R10 tok mirujočega pristranskosti prek izhodnih tranzistorjev in, kot smo že omenili, toplotna stabilizacija za pristranski tok v resnici ni dosežena v pristranskem vezju, temveč jo oddajajo same izhodne naprave.
  • R8 zagotavlja praktično 100% negativne povratne informacije od izhoda ojačevalnika do oddajnika Tr1, kar omogoča vezju tik okoli enosmerne napetosti.
  • Upori R1, R2 in R4 delujejo kot potencialno delilno omrežje za odklon ojačevalne vhodne stopnje in s tem tudi izhodne napetosti na približno približno polovico napajalne napetosti. To omogoča najvišjo dosegljivo izhodno raven pred odrezovanjem in začetkom kritičnega popačenja.
  • R1 in C2 se uporabljata kot filtrirno vezje, ki prekine frekvenco zvoka in druge oblike potencialnih šumov na napajalnih vodih, da ne bi vstopili v vhod ojačevalnika prek vezalnega vezja.
  • R3 in C5 delujeta kot RF filter kar preprečuje, da bi se radiofrekvenčni signali prebili naravnost od vhoda do izhoda in povzročili zvočne motnje C4 pomaga tudi pri reševanju iste težave z učinkovitim odvijanjem visokofrekvenčnega odziva ojačevalnika preko zgornje meje zvočne frekvence.
  • Da bi zagotovili, da ojačevalnik dobi dobre napetostne napetosti na zvočnih frekvencah, je to nujno potrebno ločite negativne povratne informacije do določene mere.
  • C7 izpolnjuje vlogo ločevalni kondenzator , medtem ko upor R6 omejuje količino povratnih informacij, ki se očistijo.
  • Vezja povečanje napetosti je približno določeno z delitvijo R8 z R6 ali približno 20-krat (26 dB) z dodeljenimi vrednostmi delov.
  • Največja izhodna napetost ojačevalnika bo 16 V RMS, kar omogoča vhodno občutljivost približno 777 mV RMS za doseganje celotne izhodne moči. Vhodna impedanca je lahko večja od 20 k.
  • C3 in C8 sta uporabljena kot vhodni in izhodni sklopni kondenzator. C1 omogoča ločitev za napajalni enosmerni tok.
  • R11 in C9 služita izključno za olajšanje in nadzor stabilnosti ojačevalnika, tako da delujeta kot priljubljena Zobel mreža , ki jih pogosto najdemo okoli izhodnih stopenj večine zasnov polprevodniških ojačevalnikov moči.

Analiza uspešnosti

Zdi se, da ima prototipni ojačevalnik neverjetno dobro, šele ko opazimo dokaj preprosto zasnovo enote. Prikazano vezje zasnove ojačevalnika MOSFET bo z veseljem oddalo 35 vatov RMS v 8 ohmsko obremenitev.

  • The popolno harmonično popačenje ne bo večja od približno 0,05%. Prototip je bil analiziran samo za frekvence signala okoli 1 kHz.
  • Vendar vezje dobiček odprte zanke je bilo ugotovljeno, da je v celotnem območju zvočnih frekvenc praktično konstantna.
  • The frekvenčni odziv zaprte zanke je bil izmerjen pri -2 dB s približno 20 Hz in 22 kHz signali.
  • Ojačevalniki razmerje signal / šum (brez priključenega zvočnika) je bila višja od vrednosti 80 dB, čeprav dejansko obstaja verjetnost, da bo roke brnijo napajanja, ki ga zaznajo zvočniki, vendar je raven v običajnih pogojih morda premajhna.

Napajanje

Na zgornji sliki je prikazano ustrezno konfigurirano napajanje za 35-vatno ojačevalno enoto MOSFET. Napajalnik je lahko dovolj močan za uporabo mono ali stereo modela enote.

Napajalnik je dejansko sestavljen iz učinkovitega nekaj potisno usmerjevalnega in izravnalnega vezja, ki imata izhode zaporedno pritrjene, da zagotavljata skupno izhodno napetost, ki ustreza dvakratnemu potencialu, ki ga uporabi posamezen usmernik in kapacitivni filtrirni krog.

Diode D4, D6 in C10 predstavljajo en poseben del napajanja, drugi del pa oddajajo D3, D5 in C11. Vsak od njih ponuja nekaj manj kot 40 voltov brez priključene obremenitve in skupne napetosti 80 V brez obremenitve.

Ta vrednost lahko pade na približno 77 voltov, ko je ojačevalnik obremenjen s stereo vhodnim signalom v stanju mirovanja, in na približno približno 60 voltov, če dva ojačevalna kanala delujeta s polno ali največjo močjo.

Namigi za gradnjo

Na spodnjih slikah je prikazana idealna postavitev PCB-ja za 35-vatni MOSFET-ojačevalnik.

To je namenjeno enemu kanalu ojačevalnega vezja, zato je treba po potrebi sestaviti dve taki plošči, kadar je potreben stereo ojačevalnik. Izhodni tranzistorji zagotovo niso nameščeni na tiskani plošči, temveč v večjih rebrastih vrstah.

Za pritrditev na hladilnik za tranzistorje ni potrebno uporabljati kompleta za izolacijo sljude. To je zato, ker so viri MOSFET neposredno povezani s svojimi kovinskimi jezički, ti izvorni zatiči pa morajo itak ostati povezani med seboj.

Ker niso izolirani od hladilnika, je resnično nujno zagotoviti, da hladilniki ne pridejo v električni stik z različnimi drugimi deli ojačevalnika.

Prav tako za stereo izvedbo posamezni hladilniki, uporabljeni za par ojačevalnikov, ne bi smeli biti med seboj v električni bližini. Za priključitev izhodnih tranzistorjev na tiskano vezje vedno uporabite krajše vodnike največ 50 mm.

To je še posebej pomembno za vodnike, ki se povezujejo s terminali vrat izhodnih MOSFET-jev. Zaradi dejstva, da imajo močni MOSFET-ji visoko ojačanje pri visokih frekvencah, lahko daljši vodniki močno vplivajo na odziv stabilnosti ojačevalnika ali celo sprožijo RF nihanje, kar lahko posledično povzroči trajne poškodbe močnostnih MOSFET-jev.

Ob omenjenem praktično skorajda ne boste imeli težav pri pripravi zasnove, da bi zagotovili, da so ti vodi dejansko krajši. Morda je pomembno opozoriti, da sta C9 in R11 nameščena zunaj PCB-ja in sta preprosto zaporedno priključena preko izhodne vtičnice.

Nasveti za gradnjo napajalnikov

Napajalno vezje je zgrajeno z uporabo ožičenja tipa točka-točka, kot je prikazano na spodnji sliki.

To dejansko izgleda precej samoumevno, kljub temu pa je zagotovljeno, da sta kondenzatorja C10 in C11 obe vrsti sestavljena iz preskusne nalepke. V nasprotnem primeru je lahko ključnega pomena, da uporabite trak za oznake, da omogočite nekaj priključnih vrat. Spajka je pritrjena na določene pritrdilne vijake T1, ki nudi priključno točko ohišja za omrežni kabel AC.

Prilagoditev in nastavitve

  1. Pred vklopom napajalnika temeljito preglejte ožičenje, saj lahko napake pri ožičenju drago uničijo in so zagotovo nevarne.
  2. Preden vklopite vezje, poskrbite, da boste obrezali R10, da boste dosegli minimalen upor (zasukajte v smeri nasprotni smeri urnega kazalca).
  3. Če je FS1 za trenutek izvlečen in je na držalo varovalke pritrjen multimeter za merjenje 500mA FSD, mora biti na merilniku med vklopljenim ojačevalnikom vidna vrednost približno 20 mA (to je lahko 40 mA, če je uporabljen dvokanalni stereo).
  4. Če ugotovite, da se odčitki števca bistveno razlikujejo od tega, takoj izklopite napajanje in ponovno preglejte celotno ožičenje. Nasprotno, če je vse v redu, počasi premaknite R10, da povečate odčitek števca do vrednosti 100 mA.
  5. Če želite stereo ojačevalnik, je treba prilagoditi R10 na obeh kanalih, da dosežete trenutno moč do 120 mA, nato pa je treba R10 v drugem kanalu natančno nastaviti, da povečate trenutno uporabo na 200 mA. Ko so ti zaključeni, je vaš MOSFET ojačevalnik pripravljen za uporabo.
  6. Bodite zelo previdni, da se med postopkom nastavitve ojačevalnika ne dotaknete nobenega omrežnega priključka.
  7. Vsa nepokrita ožičenja ali kabelske povezave, ki so lahko v izmeničnem omrežju, morajo biti pravilno izolirane, preden napravo priključite na električno omrežje.
  8. Ni treba posebej poudarjati, da mora biti kot pri vsakem vezju, ki deluje na izmenični tok, zaprt v trdno omarico, ki jo je mogoče odviti le s pomočjo izvijača in drugih sklopov instrumentov, da se zagotovi, da ni hitrih načinov za dosego nevarnih omrežne napeljave in nesreče varno odpravite.

Seznam delov za 35-vatni ojačevalnik MOSFET

120 W MOSFET ojačevalno vezje

Glede na specifikacije napajalnika je praktično 120-vatni MOSFET ojačevalnik vezje je sposobno ponuditi izhodno moč približno 50 in 120 vatov RMS v 8 ohmski zvočnik.

Ta zasnova vključuje tudi MOSFET-je v izhodni fazi, da zagotovi vrhunsko raven celotne zmogljivosti, tudi z veliko preprostostjo vezja

Skupno harmonično popačenje ojačevalnika ni večje od 0,05%, vendar le, če vezje ni preobremenjeno in je razmerje signal / šum nad 100 dB.

Razumevanje stopenj ojačevalnika MOSFET

Kot je prikazano zgoraj, je to vezje zasnovano glede na postavitev Hitachi. V nasprotju z zadnjo zasnovo to vezje uporablja enosmerno sklopko za zvočnik in vsebuje dvojno uravnoteženo napajanje s srednjo 0V in zemeljsko tirnico.

Ta izboljšava se znebi odvisnosti od velikih izhodnih sklopitvenih kondenzatorjev, pa tudi premajhne zmogljivosti pri nizkofrekvenčnih zmogljivostih, ki jih ta kondenzator ustvari. Poleg tega ta postavitev vezju omogoča tudi dostojno zavrnitev valovanja napajanja.

Poleg funkcije spenjanja enosmernega toka se zdi, da se zasnova vezja precej razlikuje od tiste, uporabljene v prejšnji zasnovi. Tu sta vhodna in gonilna stopnja vključena diferencialna ojačevalnika.

Vhodna stopnja je konfigurirana s pomočjo Tr1 in Tr2, medtem ko je stopnja gonilnika odvisna od Tr3 in Tr4.

Tranzistor Tr5 je konfiguriran kot konstantna obremenitev kolektorja toka za Tr4. Pot signala z ojačevalnikom se začne z uporabo vhodnega sklopnega kondenzatorja C1, skupaj z RF filtrom R1 / C4. R2 se uporablja za nastavitev vhoda ojačevalnika na osrednji napajalni tir 0V.

Tr1 je ožičen kot učinkovit a skupni oddajniški ojačevalnik ki ima izhod neposredno povezan s Tr4, ki se uporablja kot skupna stopnja gonilnika oddajnika. Od te stopnje dalje je avdio signal povezan na Tr6 in Tr7, ki sta opremljena kot dopolnilna izhodna stopnja sledilca vira.

The negativne povratne informacije je izvlečen iz izhoda ojačevalnika in povezan z osnovo Tr2, in kljub dejstvu, da skozi osnovo Tr1 na izhod ojačevalnika ni pretvorbe signala, obstaja pretvorba skozi osnovo Tr2 in izhod. To je zato, ker Tr2, ki deluje kot sledilnik oddajnika, popolnoma poganja oddajnik Tr1.

Ko se na oddajnik Tr1 uporabi vhodni signal, tranzistorji uspešno delujejo kot a skupna osnovna stopnja . Torej, čeprav se inverzija ne izvede s pomočjo Tr1 in Tr2, se inverzija zgodi skozi Tr4.

Prav tako do spremembe faze ne pride prek izhodne stopnje, kar pomeni, da ojačevalnik in osnova Tr2 ponavadi nista v fazi, da bi izvedli zahtevane zahtevane negativne povratne informacije. Vrednosti R6 in R7, kot je predlagano na diagramu, zagotavljajo približno 28-kratno povečanje napetosti.

Kot smo izvedeli iz prejšnjih razprav, je majhna pomanjkljivost močnostnih MOSFET-jev, da postanejo manj učinkoviti kot BJT-ji, ko so povezani prek tradicionalne izhodne stopnje razreda B. Tudi relativna učinkovitost močnostnih MOSFET-ov postane precej slaba pri vezjih z visoko močjo, ki zahtevajo, da je napetost vrat / vira več napetosti za tokove z visokim virom.

Za največji nihaj izhodne napetosti lahko domnevamo, da je enak napajalni napetosti minus minus največja napetost vrat do vira posameznega tranzistorja, kar zagotovo omogoča nihanje izhodne napetosti, ki je lahko znatno nižja od uporabljene napajalne napetosti.

Enostaven način za večjo učinkovitost bi bil v bistvu vključiti nekaj podobnih MOSFET-jev, ki so vzporedno pritrjeni na vsakem od izhodnih tranzistorjev. Najvišja količina toka, ki jo obravnavajo posamezni izhodni MOSFET-ji, se bo nato približno zmanjšala za polovico in največja napetost vira do vrat vsakega MOSFET-a se ustrezno zniža (skupaj s sorazmerno rastjo nihanja izhodne napetosti ojačevalnika).

Vendar podoben pristop ne deluje, če se uporablja za bipolarne naprave, kar je predvsem posledica njihovih pozitivni temperaturni koeficient značilnosti. Če en izhodni BJT začne vleči čezmerni tok kot drugi (ker noben tranzistor ne bo imel popolnoma enakih lastnosti), se ena naprava začne bolj segrevati kot druga.

Ta povečana temperatura povzroči zmanjšanje praga napetosti oddajnika / baze BJT in posledično začne porabljati veliko večji del izhodnega toka. Situacija nato povzroči, da se tranzistor segreje, in ta postopek se nadaljuje neskončno, dokler en izhodni tranzistor ne začne obvladovati vse obremenitve, drugi pa ostane neaktiven.

Tovrstnih težav ni mogoče opaziti pri močnostnih MOSFET-jih zaradi njihovega koeficienta negativne temperature. Ko se en MOSFET začne segrevati, zaradi negativnega temperaturnega koeficienta prihajajoča toplota začne omejevati tok toka skozi odtok / vir.

To premakne odvečni tok proti drugemu MOSFET-u, ki se zdaj začne segrevati, in podobno toplota povzroči, da se tok skozi njega sorazmerno zmanjša.

Situacija ustvarja uravnotežen trenutni delež in razpršitev med napravami, zaradi česar je ojačevalnik učinkovit in zanesljiv. Ta pojav tudi dopušča MOSFET-je, ki se vzporedno priključijo preprosto s povezovanjem odprtin, virov in odtokov brez večjih izračunov ali pomislekov.

Napajanje za 120 W ojačevalnik MOSFET

Zgoraj je prikazano ustrezno zasnovano napajalno vezje za 120-vatni MOSFET ojačevalnik. To je podobno kot napajalno vezje za naš prejšnji dizajn.

Edina razlika je bila v osrednjem napajanju osrednje pipe transformatorja na stičišču obeh gladilnih kondenzatorjev. V pričujočem primeru je ta navajen zagotavljati osrednjo napajalno napetost 0V, medtem ko se tudi omrežna mreža pritrdi na tem križišču namesto na negativno napajalno tirnico.

Varovalke so nameščene tako na pozitivni kot na negativni tirnici. Izhodna moč ojačevalnika je v veliki meri odvisna od specifikacij glavnega transformatorja. Za večino zahtev bi moral biti toroidni omrežni transformator s napetostjo 35 - 0 - 35 voltov 160VA dejansko povsem dovolj.

Če stereo delovanje je prednostno, bo treba transformator zamenjati s težjim transformatorjem 300 VA. Namesto tega bi lahko izolirane napajalne enote izdelali z uporabo transformatorja 160VA za vsak kanal.

To omogoča napajalno napetost približno 50 V v mirujočih pogojih, čeprav se pri polni obremenitvi ta raven lahko spusti na precej nižjo raven. To omogoča pridobitev do približno 70 vatov efektivne efektivne vrednosti prek 8 ohmskih zvočnikov.

Ključnega pomena je, da imajo diode 1N5402, ki se uporabljajo v mostičnem usmerniku, največji dopustni tok 3 amperov. To je lahko dovolj za enokanalni ojačevalnik, vendar to morda ne bo dovolj za stereo različico. Za stereo različico je treba diode zamenjati s 6 amp diodami ali 6A4 diodami.

Postavitve PCB

Tu lahko najdete polnopravni PCB za izdelavo lastnega 120-vatnega ojačevalnega vezja MOSFET. Navedene 4 naprave MOSFET morajo biti pritrjene z velikimi hladilniki, ki morajo biti ocenjeni na najmanj 4,5 stopinje Celzija na vat.

Previdnostni ukrepi glede ožičenja

  • Poskrbite, da bodo sponke MOSFET za izvleke čim krajše, saj ne smejo biti daljše od približno 50 mm.
  • Če jih želite obdržati malo dlje od tega, obvezno dodajte upor majhne vrednosti (lahko je 50 ohmov 1/4 vata) z vrati vsakega MOSFET-a.
  • Ta upor se bo odzval z vhodno kapacitivnostjo MOSFET-a in deloval kot nizkoprepustni filter, kar zagotavlja boljšo frekvenčno stabilnost za visokofrekvenčni vhodni signal.
  • Vendar pa lahko pri visokofrekvenčnih vhodnih signalih ti upori nekoliko vplivajo na izhodno zmogljivost, vendar je ta dejansko premajhen in komaj opazen.
  • Tranzistor Tr6 je dejansko sestavljen iz dveh vzporedno povezanih n-kanalnih MOSFET-ov, enako velja za Tr7, ki ima vzporedno tudi nekaj p-kanalnih MOSFET-jev.
  • Za izvedbo te vzporedne povezave se vrata, odtok in vir ustreznih parov MOSFET preprosto povežejo med seboj, to je vse, kar je tako preprosto.
  • Upoštevajte tudi, da sta kondenzator C8 in upor R13 nameščena neposredno na izhodno vtičnico in nista sestavljena na PCB.
  • Morda je najučinkovitejša metoda za izgradnjo napajanja trda napeljava, kot pri napajanju, kot pri prejšnjem ojačevalniku. Ožičenje je približno enako kot pri prejšnjem vezju.

Prilagoditve in nastavitve

  1. Preden vklopite zaključeno vezje ojačevalnika, nekajkrat natančno preglejte vsako ožičenje.
  2. Natančneje preverite ožičenje napajalnika in ustrezne medsebojne povezave na MOSFET-ih izhodne moči.
  3. Napake okoli teh povezav lahko hitro privedejo do trajnih poškodb ojačevalne enote.
  4. Prav tako boste morali pred vklopom dokončane plošče izvesti nekaj predhodnih prilagoditev.
  5. Začnite tako, da prednastavljeno R11 zasukate v celoti v nasprotni smeri urnega kazalca in zvočnika najprej ne priključite na izhod enote.
  6. Nato namesto zvočnika priključite sonde za multimeter (nastavljene na nizkonapetostni enosmerni tok) na izhodne točke ojačevalnika in se prepričajte, da je na voljo nizka mirovalna izhodna napetost.
  7. Morda boste ugotovili, da merilnik prikazuje delno napetost ali pa sploh ni napetosti, kar je prav tako v redu.
  8. Če merilnik kaže na veliko enosmerno napetost, morate nemudoma izklopiti ojačevalnik in ponovno preveriti morebitne napake v ožičenju.

Zaključek

V zgornjem članku smo izčrpno obravnavali številne parametre, ki igrajo ključno vlogo pri zagotavljanju pravilnega in optimalnega delovanja ojačevalnika.

Vsi ti parametri so standardni in jih je zato mogoče učinkovito uporabiti in uporabiti pri načrtovanju katerega koli vezja ojačevalnika moči MOSFET, ne glede na specifikacije moči in napetosti.

Različne značilnosti, podrobno opisane v zvezi z napravami BJT in MOSFET, bi lahko oblikovalec uporabil za izvedbo ali prilagoditev želenega vezja ojačevalnika moči.




Prejšnja: Ojačevalna vezja ojačevalnika - za mikrofone, kitare, prevzemnike, odbojnike Naprej: Preprosto vezje digitalnega časovnika z dvoštevilčnim zaslonom