Усилитель звука на полевом транзисторе: . FET, MOSFET. , . . . . . . .

⚡️Усилитель звука на одном транзисторе

Главная » Усилители на транзисторах

Усилители на транзисторах

На чтение 3 мин Опубликовано 06.08.2015 Обновлено 07.07.2019

Хотя полевые транзисторы с р-n переходом и являются отличными устройствами для недорогих усилителей с высокоимпедансными входами, использование их в подобных схемах затрудняется значительным температурным дрейфом крутизны (Рисунок 1). Проблему можно смягчить, установив ток стока в рабочую точку с нулевым дрейфом во всем диапазоне температур от-55 °С до 125 °С.

Для описываемой схемы (Рисунок 2) были испытаны различные полевые транзисторы с р-n переходом: Sony 2SK152-2, Interfet I FN 152 и Siliconix/Vishay/ON Semiconductor J309, любой из которых имеет большое усиление и малый ток утечки порядка 100 пА.

С этими полевыми транзисторами можно сделать усилитель, имеющий входное сопротивление от 1 МОм до 1 ГОм. Схема хорошо работает до частот, превышающих 100 МГц.

Усилитель звука на транзисторе 2SK152-2 и быстродействующей микросхеме. Одним из достоинств предлагаемой схемы является широкий диапазон рабочих температур (-55 °С … 125 °С) используемого полевого транзистора. Микросхема IC1 не нуждается в специальных условиях и может работать при комнатной температуре, подключенная к транзистору через несколько футов коаксиального кабеля с фторопластовой изоляцией.

Таким образом, полевой транзистор может быть смонтирован в охлаждаемом объеме и иметь минимальный уровень шумов, что и было главной целью разработки. Входной сигнал подается на затвор полевого транзистора Q1, соединенный с «землей» резистором R3, сопротивление которого можно уменьшить, если сигнал поступает от источника тока.

Потенциал истока транзистора смещается инвертирующим преобразователем ток- напряжение, основанным на микросхеме IC1. Опорное напряжение VREF, для большинства полевых транзисторов равное 0… 3 В. управляет напряжением затвор-исток (VGs) в режиме покоя, позволяя выставить ток стока в среднюю точку области нулевого дрейфа крутизны.

Одновременно этим обеспечивается большой динамический диапазон для входного сигнала. Регулируя VREF, мы можем установить ток рабочей точки Q1 равным 7… 10 мА, что будет близко к точке нулевого дрейфа. Рабочий ток необходимо тщательно изучать и индивидуально подбирать для каждого типа транзисторов. Например, для тысячи испытанных транзисторов 2SK152-2 этот ток составил 7.5 ±1 мА.

В качестве IC1 должен использоваться широкополосный усилитель с обратной связью по току. Хорошо показали себя выпускаемые Analog Devices усилители AD812 при напряжении питания от ±12 В до ±15 В и AD8009 при напряжении питания ±5 В. Сопротивление резистора обратной связи R2 можно выбирать из диапазона 500 Ом … 5 кОм. Включенный параллельно с ним конденсатор С1 емкостью 100 пФ подавляет генерацию и выбросы напряжения.

Не забывайте, что выходное напряжение усилителя смещено из-за смещения входного каскада, поэтому лучше всего использовать схему для усиления переменных или импульсных сигналов. При правильном сочетании R2 и С1 можно получить время нарастания от 10 не до 100 не. Усилители с обратной связью по току работают в интервале коэффициентов усиления от 2 до 10, которые задаются резистором R2. При более высоких коэффициентах усиления в схеме начинается генерация.

С помощью резистора R1 организована контрольная точка, предназначенная для измерения тока, протекающего через полевой транзистор. Кроме того, она является источником сигнала с выходным сопротивлением 50 Ом, который можно напрямую подключать к осциллографу. Оба выходных сигнала инвертированы относительно входного и имеют типичный размах ±100 мВ. Для работы с сигналами, имеющими постоянную составляющую, перед затвором следует включить конденсатор емкостью от 1 нФ до 10 нФ.

Автор

Усилители на полевых транзисторах – stoom

Содержание

• 1 Усилитель на полевом транзисторе
• 2 ООС в электронике
• 3 5. 5. Схема с коллекторной стабилизацией
• 4 Особый случай — высокое входное сопротивление
• 5 Схемы УНЧ для работы с низкоОмной нагрузкой
• 6 90 Вт (приведенное сопротивление первичной обмотки транформатора Ra-a = 80 Ом)
• 7 Усилители с общим истоком
• 8 Оконечный усилитель на полевых транзисторах с трансформаторным выходом
• 9 Особенности электровакуумных усилителей
• 10 Насыщение выхода инвертирующего усилителя
• 11 Схема УНЧ с очень малыми искажениями

Усилитель на полевом транзисторе

Усилители низких частот собирают и на полевых транзисторах (далее ПТ). Схемы таких устройств ненамного отличаются от тех, что собираются на биполярных транзисторах.

В качестве примера будет рассмотрен усилитель на полевом транзисторе с изолированным затвором с n-каналом (МДП типа).

К подложке данного транзистора последовательно подключается конденсатор, параллельно – делитель напряжения. К истоку ПТ подключается резистор (можно также использовать параллельное соединение конденсатора и резистора, как описано выше).

К стоку подключается ограничительный резистор и питание, а между резистором и стоком создается вывод на нагрузку.

Входной сигнал к усилителям низкой частоты на полевых транзисторах подается на затвор. Осуществляется это также через конденсатор.

Как видно из пояснения, схема простейшего усилителя на полевом транзисторе ничем не отличается от схемы усилителя низкой частоты на биполярном транзисторе.

Правда, при работе с ПТ стоит учитывать следующие особенности данных элементов:

1. У ПТ высокое R_{входное} = I / U_{затвор-исток}. Полевые транзисторы управляются электрическим полем, которое образуется за счет напряжения. Следовательно, ПТ управляются напряжением, а не током.
2. ПТ почти не потребляют ток, что влечет за собой слабое искажение исходного сигнала.
3. В полевых транзисторах нет инжекции зарядов, поэтому уровень шумов данных элементов очень низкий.
4. Они устойчивы к изменению температуры.

Главный недостаток полевых транзисторов – высокая чувствительность к статическому электричеству.

Многим знакома ситуация, когда, казалось бы, нетокопроводящие вещи бьют человека током. Это и есть проявление статического электричества. Если такой импульс подать на один из контактов полевого транзистора, можно вывести элемент из строя.

Таким образом, при работе с ПТ лучше не браться руками за контакты, чтобы случайно не повредить элемент.

ООС в электронике

Схема усилителя звука на микросхеме с печатной платой

Первым использовать идею отрицательной обратной связи в электронике предложил Гарольд Блэк (Harold Black) для улучшения линейности усиления для межконтинентальных телекоммуникаций. Суть идеи состоит в том, чтобы пожертвовать частью коэффициента усиления ради улучшения линейности выходного сигнала. Классический электронный усилитель сигнала (электронная лампа, полевой транзистор и др.) вносит нелинейные искажения в форму сигнала. Следовательно, вычитая из входного сигнала долю выходного сигнала, делённую на коэффициент усиления, можно получить форму самих нелинейных искажений.

Затем, наложив обратные искажения на входной сигнал можно добиться скомпенсированного сигнала, который, пройдя через усилитель, будет иметь сниженную нелинейность.

Показательный пример использования отрицательной обратной связи — построение усилителя со стабильным коэффициентом усиления на основе операционного усилителя (ОУ).

Пусть дан некоторый ОУ с коэффициентом усиления порядка 106. На основе этого ОУ нужно построить усилитель со входным сопротивлением не менее 5 кОм и коэффициентом усиления 3 (для неинвертирующего усилителя K=1+R2/R1).
Для этого на инвертирующий вход ОУ ставится резистор с сопротивлением чуть больше требуемого входного (допустим, 7 кОм), а в цепь обратной связи — резистор с номиналом в 2 раза больше.

Аналитическая формула показывает, что такой способ построения усилителей является приближённым, однако, в силу большой величины коэффициента усиления, погрешность от применённых допущений оказывается меньше, чем от неточности изготовления элементов.

Обычно ООС позволяет добиться хороших параметров усилителя, однако это справедливо в общем случае только для усиления постоянного тока или низких частот. Поскольку с повышением частоты задержка, вносимая усилителем, начинает давать существенный фазовый сдвиг усиливаемого сигнала, то и ООС работает уже не в соответствии с расчётом. Если и далее повышать частоту, то, когда продолжительность задержки станет порядка полупериода сигнала (то есть порядка 180 градусов по фазе), то ООС превратится в ПОС, а усилитель — в генератор. Для предотвращения этого цепь

ООС должна делаться частотно-зависимой.

В СВЧ-усилителях обратная связь неприменима, поэтому стабилизировать усиление СВЧ-каскадов весьма непросто. Однако, если нужно стабилизировать не усиление, а амплитуду (мощность) выходного сигнала, это легко реализовать в виде АРУ.

ООС применяется в стабилизаторах напряжения (не во всех случаях).

5.5. Схема с коллекторной стабилизацией

В схеме с коллекторной стабилизацией в цепи эмиттера отсутствует сопротивление: R_Э = 0, рис. 5.6, а вход схемы и выход соединяются сопротивлением R_Б.

Рис. 5.6. Схема с коллекторной стабилизацией

Ток смещения в этой схеме равен:

;

и уменьшается при увеличении (изменение – в общем случае). В этом проявляется ООС; по способу снятия и введения это параллельная ООС. Глубина этой обратной связи равна:

; (5.4)

Данная схема отличается простотой, обеспечивает стабилизацию режима до 30°С, но имеет существенный недостаток – вследствие ООС по переменному току через сопротивление R_Б, малый коэффициент усиления. Для этого в цепи базы включают RC – фильтр, устраняющий ООС по переменному току.

Особый случай — высокое входное сопротивление

Усилитель звука 200 ватт

Теперь об особом случае. Если нам нужно высокое входное сопротивление, то полевой транзистор может оказаться лучшим решением.

Приведенная схема входного усилительного каскада обладает высоким входным сопротивлением и линейна. Эффект зависимости тока стока от напряжения исток — сток устранен за счет применения каскодной схемы включения. Биполярный транзистор стабилизирует напряжение на полевом. Источником опорного напряжения для стабилизатора напряжения на биполярном транзисторе является делитель напряжения на резисторах R2, R3. Выходной сигнал снимается с резистора R4.

Резистор R5 обеспечивает напряжение на затворе равным 0. Его нужно брать возможно большего сопротивления, так как именно сопротивление этого резистора определяет входное сопротивление каскада. Можно взять 10 МОм.

Определим рабочую точку (режим работы полевого транзистора). Выберем ее на линейном участке: напряжение затвор — исток возьмем таким, чтобы ток линейно зависел от этого напряжения. Так как затвор по постоянному току у нас заземлен, то это смещение будет формироваться за счет падения напряжения на резисторе в цепи истока. Рабочая точка выбирается таким образом, чтобы во всем диапазоне входных напряжений полевой транзистор оставался на линейном участке. Выбор рабочей точки осуществляется обычно с использованием графиков зависимости тока стока от напряжения затвор- исток и напряжения сток — исток, которые приводятся в справочнике.

В результате получаются [Сила тока стока в рабочей точке], [Напряжение затвор-исток в рабочей точке], [Напряжение сток-исток в рабочей точке] В любом случае потом параметры резисторов приходится немного подбирать.

[Сопротивление резистора R1, кОм] = — [Напряжение затвор-исток в рабочей точке, В] / [Сила тока стока в рабочей точке, мА]

Знак ‘минус’ нужен потому, что напряжение затвор — исток меньше нуля.

[Сопротивление резистора R3, кОм] = [Напряжение питания, В] / [Сила тока стока в рабочей точке, мА] * [Коэффициент передачи тока биполярного транзистора] / 20

[Сопротивление резистора R2, кОм] = [Сопротивление резистора R3, кОм] / ([Напряжение питания, В] / ([Напряжение сток-исток в рабочей точке, В] + [Напряжение насыщения база-эмиттер биполярного транзистора, кОм] — [Напряжение затвор-исток в рабочей точке, В]) — 1)

[Сопротивление резистора R4, кОм] = [Напряжение питания, В] / 2 / [Сила тока стока в рабочей точке, мА]

Приведенный усилитель работает с малыми сигналами. Он не может применяться для усиления больших сигналов, так как сила тока стока должна располагаться в районе 1 мА, чтобы избежать насыщения.

(читать дальше…) :: (в начало статьи)

:: ПоискТехника безопасности :: Помощь

К сожалению в статьях периодически встречаются ошибки, они исправляются, статьи дополняются, развиваются, готовятся новые. Подпишитесь, на новости, чтобы быть в курсе.

Если что-то непонятно, обязательно спросите!Задать вопрос. Обсуждение статьи.

Еще статьи

Транзисторный УМЗЧ высокого качества. Усилитель мощности низкой, звуко…
Высококачественный УМЗЧ на биполярных транзисторах. Схема для сборки своими рука…

Применение полевых транзисторов, МОП, FET, MOSFET. Использование. Схем…
Типичные схемы с полевыми транзисторами. Применение МОП….

Усилитель звука класса D (Д) большой мощности. Звуковой. УМЗЧ. УНЧ. Сх…
УМЗЧ большой мощности класса D. Ключевой режим….

Качественный усилитель мощности звуковой, низкой частоты, звука, нч. В…
Качество усилителей звуковой частоты. Обзор, схемы….

Акустическая система, акустика. Качество звукоусиливающей, звукоусилит…
Акустическая система и качество усилителей звука. Элементная база усилительной а…

Импульсный источник питания. Своими руками. Самодельный. Сделать. Лабо…
Схема импульсного блока питания. Расчет на разные напряжения и токи….

Транзисторный усилительный каскад. Расчет. Схема. Проектирование. Бипо…
Усилительный каскад на биполярном транзисторе. Схема. Расчет….

Расчет теплоотвода (радиатора охлаждения) силового элемента (транзисто…
Как рассчитать систему отвода тепла от силового элемента электронной схемы…

Схемы УНЧ для работы с низкоОмной нагрузкой

Основные параметры усилителя

Типовые УНЧ, предназначенные для работы на низкоомную нагрузку и имеющие выходную мощность десятки мВт и выше, изображены на рис. 16, 17.

Рис. 16. Простой УНЧ для работы с включением нагрузки с низким сопротивлением.

Электродинамическая головка ВА1 может быть подключена к выходу усилителя, как показано на рис. 16, либо в диагональ моста (рис. 17). Если источник питания выполнен из двух последовательно соединенных батарей (аккумуляторов), правый по схеме вывод головки ВА1 может быть подключен к их средней точки напрямую, без конденсаторов C3, С4.

Рис. 17. Схема усилителя низкой частоты с включением низкоомной нагрузки в диагональ моста.

Если вам нужна схема простого лампового УНЧ то такой усилитель можно собрать даже на одной лампе, смотрите у нас на сайте по электронике в соответствующем разделе.

Литература: Шустов М.А. Практическая схемотехника (Книга 1), 2003 год.

Исправления в публикации: на рис. 16 и 17 вместо диода Д9 установлена цепочка из диодов.

90 Вт (приведенное сопротивление первичной обмотки транформатора Ra-a = 80 Ом)

Схема (pdf)

Лут печать (pdf)

Монтаж верхней стороны (pdf)

Монтаж нижней стороны (pdf)

Вид собранной платы

Параметры трансформатора на железе ТПК-190 (для варианта 90 Вт):

На каждой катушке 232 (0,7мм) — 217 (1,0мм) — 90 (0,9мм) — 127 (0,7мм) — 232 (0,7мм). 232 — первички, все последовательно. Вторички параллельно. 217 — 4 Ом, 217+90 — 8 Ом, 217+90+127 — 16 Ом

Вид в сборе (2U рэк)

Несколько комментариев к схеме:

Потенциометром «Symmetry» выставляется равенство амплитуд полуволн.

Резисторы R4, R7 (для 40 Вт) и R5,R8 (для 90 Вт) определяют чувствительность усилителя по входу. При их уменьшении чувствительность увеличивается и наоборот.

На резисторы R25 (для 40 Вт) и R1 (для 90 Вт) можно подключить ООС с выходной обмотки трансформатора с использованием регулировки Presence. Необходимо только учесть, что сопротивление этих резисторов 1,6 кОм то есть в 3 раза меньше чем обычно в ламповых схемах (4,7 кОм). Чтобы получить ту же ачх конденсатор, включенный последовательно с регулировкой, нужно увеличить в 3 раза.

Вот схема презенса, которую я использовал:

Усилители с общим истоком

  Усилители на полевых транзисторах (ПТ) обладают большим входным сопротивлением. Обычно такие усилители используются как первые каскады предварительных усилителей, усилителей постоянного тока измерительной и другой радиоэлектронной аппаратуры.
  Применение в первых каскадах усилителей с большим входным сопротивлением позволяет согласовывать источники сигнала с большим внутренним сопротивлением с последующими более мощными усилительными каскадами, имеющими небольшое входное сопротивление. Усилительные каскады на полевых транзисторах чаще всего выполняются по схеме с общим истоком.

  Так как напряжение смещения между затвором и истоком равно нулю, то режим покоя транзистора VT характеризуется положением точки А на сток-затворной характеристике при U_ЗИ=0 (рис. 15,б).
 В этом случае при поступлении на вход усилителя переменного гармонического (то есть синусоидального) напряжения U_ЗИ с амплитудой U_mЗИ положительный и отрицательный полупериоды этого напряжения будут усиливаться неодинаково: при отрицательном полупериоде входного напряжения U_ЗИ амплитуда переменной составляющей тока стока I’_mc будет больше, чем при положительном полупериоде (I»_mc), так как крутизна сток-затворной характеристики на участке АВ больше по сравнению с крутизной на участке АС: Вследствие этого форма переменной составляющей тока стока и создаваемого им переменного напряжения на нагрузке U_ВЫХ будет отличаться от формы входного напряжения, то есть возникнут искажения усиливаемого сигнала.
Для уменьшения искажений сигнала при его усилении необходимо обеспечить работу полевого транзистора при постоянной крутизне его сток-затворной характеристики, то есть на линейном участке этой характеристики.
 С этой целью в цепь истока включают резистор Rи (рис.16,а).

Протекающий через резистор ток стока I_С0 создает на нем напряжение
U_Rи=I_С0Rи, которое прикладывается между истоком и затвором, включая ЭДП, образованный между областями затвора и истока, в обратном направлении. Это приводит к уменьшению тока стока и режим работы будет характеризоваться в этом случае точкой А’ (рис.16,б).

Чтобы не происходило уменьшения коэффициента усиления, параллельно резистору Rи подключают конденсатор Си большой емкости, который устраняет отрицательную обратную связь по переменному току, образуемую переменным напряжением на резисторе Rи. В режиме, характеризуемом точкой А’, крутизна сток-затворной характеристики при усилении переменного напряжения остается примерно одинаковой при усилении положительных и отрицательных полупериодов входного напряжения, вследствие чего искажения усиливаемых сигналов будут незначительны
(участки A’В’ и А’С’ примерно равны).
  Если в режиме покоя напряжение между затвором и истоком обозначить U_ЗИО, а протекающий через ПТ ток стока I_С0, то сопротивление резистора Rи (в омах) можно рассчитать по формуле:
Rи =1000 U_ЗИО/I_С0,   
в которую ток стока I_С0 подставляется в миллиамперах.
  В схеме усилителя, приведенной на рис.15, используется ПТ с управляющим p-n-переходом и каналом р-типа. Если в качестве ПТ применяется аналогичный транзистор, но с каналом n-типа, схема остается прежней, а изменяется лишь полярность подключения источника питания.
    Еще большее входное сопротивление имеют усилители, выполненные на полевых МДП-транзисторах с индуцированным, или встроенным каналом. При постоянном токе входное сопротивление таких усилителей может превышать 100 МОм. Так как напряжения их затвора и стока имеют одинаковую полярность, для обеспечения необходимого напряжения смещения в цепи затвора можно использовать напряжение источника питания G_C подключив его к делителю напряжения, включенному на входе транзистора таким образом, как показано на рис. 17.

Оконечный усилитель на полевых транзисторах с трансформаторным выходом

В предлагаемых вариантах усилителей используются JFET-ы или латеральные мосфеты так как они имеют передаточные и выходные характеристики практически идентичные пентодным, что позволяет максимально приблизиться к ламповому звучанию. Также они имеют отрицательную зависимость тока стока от температуры, что исключает необходимость термостабилизации. Усилитель построен по классической «ламповой» схеме – фазоинвертор на дифференциальном каскаде и далее двухтактный выходной каскад, нагруженный на выходной трансформатор. Трансформатор позволяет решить две задачи – защита динамиков при выходе из строя выходных транзисторов и согласование с разным сопротивлением динамиков (используя отводы вторичной обмотки)

Также есть еще два немаловажных момента применительно именно к гитарному использованию оконечника.

Первый момент — достаточно высокое выходное сопротивление, соизмеримое с импедансом динамика, что дает возможность гитарному кабинету «дышать» на резонансах. На картинке приведены графики зависимости напряжения на выходе оконечника от частоты сигнала при нагрузке на балластное сопротивление и гитарный кабинет.

Добиться аналогичного эффекта можно на «классическом каменном» оконечнике путем введения токовой ООС. При этом оконечник должен иметь запас по выходному напряжению (мощности), чтобы не влетать в ограничение на пиковых значениях выходного напряжения на резонансах динамика.

Второй момент — подгруз оконечника

Это не очень важно для современного хайгейнового «модернового» звука, так как в нем почти не используется подгруз оконечника. Для винтажных стилей подгруз оконечника составляет чуть ли не половину звука

Например звук маршалловского суперлида невозможно получить без подгруза оконечника.

Предлагаемые варианты полевых оконечников учитывают оба этих момента и высокое выходное сопротивление и «мягкий ламповый» подгруз.

Особенности электровакуумных усилителей

Если сравнить качество одного и того же сигнала, усиленного ламповым устройством и УНЧ на транзисторах, то разница будет видна невооруженным глазом не в пользу последнего.

Любой профессиональный музыкант скажет, что ламповые усилители куда лучше своих продвинутых аналогов.

Электровакуумные приборы давно вышли из массового потребления, им на смену пришли транзисторы и микросхемы, но это неактуально для области воспроизведения звука. За счет температурной стабильности и вакуума внутри ламповые приборы лучше усиливают сигнал.

Единственный недостаток лампового УНЧ – высокая цена, что логично: дорого выпускать элементы, которые не пользуются массовым спросом.

Насыщение выхода инвертирующего усилителя

Давайте представим себе такую ситуацию. У нас входное переменное напряжение амплитудой 1 В. Коэффициент усиления 50. По нашим расчетам на выходе мы должны получить сигнал амплитудой 50 В. Но как мы получим 50 В, если питание нашего усилителя, допустим, +-15 В? Усиленный сигнал, амплитудой больше чем 15 В, мы получить не сможем. Хотя типичное падение напряжения во внутренних цепях реальных ОУ составляет около 0,5-1,5 В. То есть максимальный размах сигнала, который мы можем получить в данном случае на выходе будет 27-29 Вольт.

Хотя в настоящее время есть ОУ, которые все-так позволяют получать на выходе +-Uпит. Такое свойство некоторых ОУ называется Rail-to-Rail. В дословном переводе “от рельса до рельса” или “от шины до шины”. Есть такие параметры, как Rail-to-Rail по входу (Rail-to-Rail input). Здесь на вход мы можем подавать сигналы вплоть до Uпит ОУ. Иногда в даташите оговаривается, с отрицательной или положительной шины питания можно подходить к этому параметру. Есть также есть Rail-to-Rail output. Здесь на выходе мы можем получить напряжение +-Uпит.  Если усиленный сигнал на выходе не вписывается в такой диапазон, то он будет срезаться. Такое свойство ОУ называется насыщением выхода. То есть надо всегда помнить, что  если амплитуда сигнала будет превышать +-Uпит усилителя, то такой сигнал на выходе будет срезан по этому уровню.

Продемонстрируем это в симуляторе Proteus. Итак, давайте на вход подадим синусоидальный сигнал амплитудой в 1 В, а коэффициент усиления сделаем 20, подобрав нужные резисторы. То есть по нашим расчетам мы должны получить синус с амплитудой в 20 Вольт. Смотрим осциллограмму

Подавали на вход синусоиду, а получили на выходе синусоиду с обрезанными верхушками и амплитудой в 14 В. Одна клеточка в данном случае – это 2 В. Как вы видите,сигнал, амплитудой более чем +-Uпит мы получить не сможем. Всегда помните об этом, особенно при конструировании радиоэлектронных устройств.

Схема УНЧ с очень малыми искажениями

Предлагаемый для самостоятельной сборки усилитель ЗЧ построен по классической схеме: входной дифференциальный каскад, питаемый источником тока и нагруженный токовым зеркалом, промежуточный усилитель напряжения и, наконец, выходной усилитель тока, состоящий из двух дополнительных транзисторных сборок. Каждый из каскадов имеет свои особенности для достижения высоких характеристик всего УМЗЧ. Подробнее о его работе читайте в PDF документе

Схема усилителя, смоделированная в Multisim, изображена на рисунке. Показания виртуальных приборов определяют основные параметры процесса моделирования: выходное среднеквадратичное напряжение 14,1 В, соответствующее мощности 50 Вт при нагрузке 4 Ом, частоте сигнала 20 кГц, постоянному току 1,57 А через выходные транзисторы и, наконец, менее 100 дБ полное гармоническое искажение выходного напряжения. Другие детали режимов работы усилителя предоставляются измерительными датчиками, размещенными в разных точках схемы.

Низкое искажение на самых высоких звуковых частотах является показателем превосходной переходной характеристики усилителя, и анализ переходных процессов на выходе усилителя подтверждает это.

Во время теста на вход усилителя подается прямоугольный сигнал 20 кГц с амплитудой 0,5 В и временем нарастания / спада 1 нс. Полученная переходная характеристика изображена на рисунке, где хорошо видно скорость нарастания выходного сигнала усилителя более 20 В / мкс.

Усилитель выдерживает не только перегрузку чрезмерно громкой музыкой, он также ведет себя адекватно даже если на его вход поступают внезапные скачки напряжения. Они могут быть вызваны неправильно выполненными коммутациями и соединениями в предыдущем аудиотракте, во время работы усилителя или, например, если земля входного сигнала будет случайно отключена. Что касается выходных транзисторов, то согласование их параметров вообще не требуется, они могут быть следующих типов: MJ15024-MJ15025, 2SC5200-2SA1943, KT818GM-KT819GM и другие подобные по параметрам.

Конструктивно усилитель собран на одной печатной плате размером 190 х 80 мм, которая также содержит индикацию срабатывания защиты и перегрузки.

На фото готовый двухканальный аудиоусилитель с отдельным источником питания для каждого канала. Так что у него два трансформатора и два блока питания. Трансформаторы по 200VA, 2x 25 В. Под нагрузкой после выпрямительного моста примерно 36 В.

Силовые транзисторы по четыре на канал MJ21194 и MJ21193. Все собрано вместе на большом радиаторе, который также выступает в качестве боковой стенки самого усилителя. Соединение силовых транзисторов с платой идёт жесткими кабелями.

Также оснащён усилитель системой плавного пуска и схемой защиты динамиков.

Усилитель даже без особых настроек показывает изумительное качество сигнала. Здесь нет рокота, шумов и гула. При полном отключении звука на потенциометре достигается идеальная тишина в АС. Просто настраивается — одним потенциометром. Подключаете измеритель к выходу усилителя, а входной сигнал на землю. И вращаете переменник так, чтобы значение на выходе было как можно ближе к нулю. Здесь получилось 0,1 В. Так что практически идеальная тишина.

Затем установил ток покоя примерно 150 мА. И всё что остаётся, это разместить платы в приличном корпусе, чтоб наслаждаться не только звуком, но и приятным видом.

Схемы усилителей

ГИБРИДНЫЙ УНЧ К НАУШНИКАМ

БЕСПРОВОДНОЙ ТЕРМОМЕТР С РАДИОКАНАЛОМ

УСИЛИТЕЛЬ 500 ВТ / 8 ОМ

Оцените статью:

Основы усилителя

ESP — как работают аудиоусилители (часть 3) Основы усилителя

ESP — как работают аудиоусилители (часть 3)

Эллиот Саунд Продактс

Основные сведения об усилителях. Как работают усилители (часть 3)

© 1999 – Род Эллиотт (ESP)
Последнее обновление страницы: январь 2017 г.

---

Основной индекс Указатель статей

---

Содержание

• Введение
• Часть 1 – Клапаны (вакуумные трубки)
• Часть 2 — биполярные транзисторы
• Часть 3. Полевые транзисторы и МОП-транзисторы
  • 3.1.1 Характеристики полевого транзистора
  • 3.1.2 Соединительные полевые транзисторы
  • 3.1.3 МОП-транзисторы
• 3.2 Усилитель тока на полевых транзисторах
• 3.3 Усилители мощности на полевых транзисторах
• Резюме
  • Соединительные полевые транзисторы
  • МОП-транзисторы
• Часть 4. Операционные усилители (ОУ)
• Часть 5. Некоторые основные строительные блоки линейной схемы
• Часть 6 – Выводы

---

Часть 3. Полевые транзисторы и МОП-транзисторы

Теперь о FET и MOSFET. FET означает « Field Effect Transistor », а MOSFET означает « Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor ». Эта тема что-то вроде банки червей, не из-за какого-то недостатка в устройствах, а из-за огромного массива разных типов. Основные типы полевых транзисторов: …

• N-канальные переходные полевые транзисторы
• Полевые транзисторы P-Channel Junction
• МОП-транзисторы с N-канальным режимом расширения
• P-Channel Enhancement Mode MOSFET
• МОП-транзисторы с N-канальным режимом истощения
• МОП-транзисторы с режимом обеднения канала P

Существует несколько основных подклассов МОП-транзисторов — боковые и вертикальные. Боковые МОП-транзисторы особенно подходят для аудиоприложений, поскольку они гораздо более линейны, чем их вертикальные собратья, хотя их коэффициент усиления ниже. Вертикальные МОП-транзисторы (например, МОП-транзисторы и им подобные) идеально подходят для коммутационных приложений, включая усилители с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ).

Примечание: В дополнение к материалам здесь я предлагаю вам также прочитать статью «Проектирование с помощью JFET». Она намного новее, чем эта статья, и в ней более подробно описывается использование JFET. Он также предоставляет некоторую информацию, которая пригодится, когда вы обнаружите, что ваш любимый JFET больше не производится, что является удручающе распространенным явлением и становится все хуже.

Термины «поперечный» и «вертикальный» относятся к внутренним методам изготовления, поэтому вы можете встретить и многие другие (например, МОП-транзисторные полевые транзисторы 9).0115 ® ) по существу являются вариантами вертикального процесса. Это еще не все возможности, потому что есть и дополнительные подклассы, особенно с переключающими МОП-транзисторами. Однако для общей статьи об их характеристиках и принципах работы я сосредоточусь на наиболее часто используемых версиях. Это сужает поле, и у нас остаются обе полярности переходных полевых транзисторов и обе полярности полевых МОП-транзисторов в режиме улучшения. С их помощью мы покрываем большую часть текущих дизайнов, поэтому, хотя «я буду опускать многое, то, что я упускаю, не так уж распространено» (с надеждой говорит он).

Полевые транзисторы

являются «униполярными» устройствами, поскольку они используют только одну полярность носителя, в отличие от биполярных транзисторов, которые используют как основные, так и неосновные носители заряда (электроны или «дырки», в зависимости от полярности). Полевые транзисторы гораздо более устойчивы к воздействию температуры, рентгеновских лучей и космического излучения – любое из них может вызвать образование неосновных носителей в биполярных транзисторах).

Я сосредоточусь только на трех клеммных полевых транзисторах, а клеммы …

• Источник — «источник» электронов (для N-канальных устройств), эквивалент катода лампы или эмиттера транзистора
• Затвор – Клемма управления – (более или менее) эквивалентна сетке клапана или базе транзистора
• Слив — клемма, с которой «сливается» ток — эквивалент пластины клапана или коллектора транзистора

Для полевых транзисторов не существует простой эквивалентной схемы (как для транзисторов), но это не имеет значения. Затвор является управляющим элементом и влияет на поток электронов не за счет усиления тока (как в транзисторе), а за счет приложения напряжения. Входное сопротивление переходных полевых транзисторов очень велико на всех используемых частотах, но полевые МОП-транзисторы отличаются. Они имеют почти бесконечное входное сопротивление, но заметную емкость между затвором и остальной частью устройства. Это может затруднить управление полевыми МОП-транзисторами, поскольку емкостная нагрузка делает большинство усилителей неудовлетворительными.

Соединение FET обычно используется на входах высокопроизводительных операционных усилителей и обеспечивает чрезвычайно высокое входное сопротивление. На самом деле это относится и к дискретным полевым транзисторам, и простой усилитель напряжения, использующий переходной полевой транзистор и мощный полевой МОП-транзистор, показан на рис. 3.1. Оба устройства являются N-канальными, и обратите внимание, что стрелка указывает в разных направлениях для каждого из них. Стрелки указывают в противоположном направлении для устройства P-Channel, и все полярности меняются местами. Vdd равно +20В.

Рисунок 3.1. Соединение усилителей напряжения на полевых и мощных полевых МОП-транзисторах

Полевые транзисторы

Junction FET представляют собой устройства с режимом истощения и (как и все полевые и полевые МОП-транзисторы с режимом обеднения) могут быть смещены точно так же, как клапан. Режим истощения означает, что без отрицательного сигнала смещения на управляющем элементе (затворе) будет протекать ток между стоком (эквивалентным пластине или коллектору) и истоком (эквивалентным катоду или эмиттеру).

Устройство в расширенном режиме остается выключенным до тех пор, пока не будет достигнуто пороговое напряжение, после чего устройство проводит, пропуская больший ток по мере увеличения напряжения. Хотя есть полевые МОП-транзисторы, предназначенные для работы с низким энергопотреблением, большинство (во всяком случае, в аудио) являются силовыми устройствами. Это почти исключительно режим улучшения, и они могут работать с очень высоким током.

На рис. 3.1 силовой полевой МОП-транзистор представляет собой устройство с режимом улучшения, а полевой транзистор с переходом — с режимом истощения. Они наиболее часто используются в аудио. Мощные полевые МОП-транзисторы с улучшенным режимом также используются в импульсных источниках питания и намного лучше, чем биполярные транзисторы, в этой роли. Они быстрее, поэтому потери при переключении не так велики (поэтому полевые МОП-транзисторы работают холоднее), они более надежны и способны противостоять злоупотреблениям, которые почти мгновенно выведут из строя биполярный транзистор.

Эта надежность (в сочетании с отсутствием эффектов вторичного пробоя) означает, что полевые МОП-транзисторы очень популярны в качестве выходных устройств для мощных профессиональных усилителей. В этой области полевые МОП-транзисторы не имеют себе равных, и они прочно закрепились в качестве предпочтительных устройств для высокой мощности.

Это не означает, что МОП-транзисторы используются только здесь. Существует множество прекрасных аудиофильских усилителей мощности (и даже предусилителей), в которых используются мощные полевые МОП-транзисторы, и есть много утверждений о том, что они по звуку превосходят биполярные транзисторы (опять же, спор, который я здесь обсуждать не буду).

Подобно клапанам, полевые и полевые МОП-транзисторы очень зависят от устройства, и обычно невозможно просто заменить одно устройство другим типом. Также, как и в лампах, усиление, которое можно ожидать от схемы усилителя напряжения, зависит от устройства, и паспорт производителя (или тестирование) – единственный способ, которым можно быть уверенным в получении усиления, необходимого для данной схемы.

---

3.1 Характеристики полевого транзистора

Характеристики полевых транзисторов должны быть рассмотрены в двух частях, поскольку мы имеем дело с двумя совершенно разными устройствами. Первым будет переходной полевой транзистор, и, как и в случае с транзисторами, я буду описывать только N-канальные, но доступны практически идентичные устройства с P-канальными (хотя и не так часто используемые).

Рисунок 3.2 – Передаточные кривые для полевого и полевого МОП-транзисторов со стыком

Сначала, чтобы передаточные характеристики двух устройств можно было увидеть рядом для сравнения, на рис. 3.2 показано довольно типичное устройство из каждого «семейства». Данные переходного полевого транзистора получены от 2N5457, а полевой МОП-транзистор — от IRFP240 (вертикальный полевой МОП-транзистор — больше подходит для коммутационных приложений).

Вместо того, чтобы показывать входные и выходные сигналы, наложенные на график, на этот раз я показываю только сам график. Это выдержки из данных производителей, но с небольшой загвоздкой — на рис. 3.2b ток стока отображается в логарифмическом масштабе, поэтому линейность устройства не может быть правильно видна. Если бы этот график был перерисован как линейный, он показал бы, что линейность лучше всего проявляется при более высоких токах (на показанном графике все выглядит наоборот), и устройство становится почти идеально линейным при токах стока выше примерно 3А.

Обратите внимание, что поскольку полевой транзистор перехода находится в режиме истощения, ток стока максимален при напряжении затвор-исток 0 В. С другой стороны (наиболее распространенный) MOSFET – это режим улучшения, поэтому при затворе-истоке 0 В ток отсутствует. Проводимость начинается при 4В, а при 6В ток стока 10А (например). Это зависит от типа полевого МОП-транзистора, и они доступны с низким порогом (подходит для управления от логики 5 В) или «нормальным» порогом, требующим до 10 В или около того для полной проводимости.

Термин Сименс (S) теперь заменяет Mhos как единицу крутизны в большей части литературы: 1S = Mho (1 µS = 1 µMho). Для приведенных выше графиков можно сделать вывод, что переходный полевой транзистор имеет крутизну 1500 мкСм, а для полевого МОП-транзистора она составляет ок. 9000 мкСм (9000 мкМос)

---

3.1.2 Полевые транзисторы с переходом

Подобно клапанам, в спецификациях полевых транзисторов информация об усилении представлена ​​в гм (взаимная проводимость — в мкМ). Показанный переходной полевой транзистор имеет gm (обычно) 1500 мкМ (на показанном графике фактически ближе к 1425 мкМ в линейной части), что соответствует примерно 1,5 мА/В.

Наиболее распространенные из указанных параметров для переходных полевых транзисторов:

• Допуск прямого переноса (общий источник) — крутизна — усиление устройства
• Входная емкость — эффективная емкость клеммы затвора по отношению к остальной части полевого транзистора
• Напряжение отсечки затвор-исток — напряжение затвора, при котором полевой транзистор отключается

Процесс усиления почти идентичен ламповому, за исключением того, что напряжения ниже. Устройство смещено таким же образом (хотя также можно использовать фиксированное смещение). Это означает, что затвор должен быть смещен в обратном направлении по отношению к истоку, при этом затвор должен иметь противоположную полярность напряжению исток-сток.

Полевые транзисторы

обеспечивают низкий уровень шума, особенно при входе с высоким импедансом, и в этом отношении они противоположны биполярным транзисторам, которые, как правило, лучше всего работают с низким импедансом истока.

Полевые транзисторы

Junction в основном маломощные, хотя есть и устройства большой мощности. Это редкость в аудио приложениях.

Примечательно (и прискорбно), что многие производители «рационализировали» свой ассортимент JFET. Многие из высокопроизводительных устройств, которые мы раньше могли использовать (например) в схемах с очень низким уровнем шума, исчезли, и вы можете увидеть, как JFET почти исчезают из каталогов поставщиков, пока вы смотрите. Хотя я никогда не верил, что у JFET есть какое-то «волшебное» свойство, благодаря которому они звучат лучше, чем что-либо еще, было бы неплохо, если бы производители просто не решили, что нам больше не нужны эти специализированные устройства. У меня есть только пара проектов, в которых используются полевые транзисторы, и сейчас трудно найти подходящие устройства.

---

3.1.3 МОП-транзисторы

Опять же, спецификации полевых МОП-транзисторов также содержат информацию, аналогичную полевым транзисторам с переходом, но есть и другие элементы, важные для разработчика. Самые полезные из них

• Прямая крутизна — характеристика усиления устройства
• Drain to Source On Resistance — минимальное сопротивление, когда полевой МОП-транзистор полностью открыт.
• Пороговое напряжение затвора — напряжение затвора, при котором полевой МОП-транзистор начинает проводить ток.
• Напряжение от затвора к истоку — максимальное напряжение (любой полярности), которое может быть приложено между истоком и затвором. (Обычно это порядка +/-20 В)
• Входная емкость — значение емкостной нагрузки, прикладываемой к цепи возбуждения.

Режим расширения МОП-транзисторы практически не пропускают ток при отсутствии напряжения на затворе. Для проведения между истоком и затвором должно быть приложено напряжение (той же полярности, что и напряжение на стоке). Как только порог будет достигнут, устройство начнет проводить между стоком и истоком.

При увеличении напряжения затвора ток стока увеличивается до тех пор, пока либо а) не будет достигнут максимально допустимый ток стока или общий предел рассеяния, либо б) напряжение стока не упадет до минимально возможного значения. В этом случае, поскольку канал исток-сток теперь является полностью проводящим, значение R _DS(on) определяет напряжение.

Типичные силовые полевые МОП-транзисторы имеют чрезвычайно низкое сопротивление, при этом довольно типичными являются значения менее 0,2 Ом. Есть много устройств с гораздо более низкими значениями (<50 мОм), но это важно только в коммутационных цепях. В аудио усилителе полевые МОП-транзисторы никогда не должны быть полностью открыты, так как это означает, что усилитель ограничивает сигнал.

Еще одна область, которую необходимо учитывать при использовании полевых МОП-транзисторов, — это напряжение между затвором и истоком. Поскольку затвор изолирован от канала (очень) тонким слоем оксида металла, он подвержен повреждению статическим разрядом или другим чрезмерным напряжением. Обычно между истоком и затвором включают стабилитрон, чтобы гарантировать, что максимальное напряжение не может быть превышено. Всплески напряжения, превышающие напряжение пробоя изолирующего слоя, вызовут мгновенный выход устройства из строя.

---

3.2 Усилитель тока на полевых/полевых транзисторах

Опять же, на рис. 3.3 я показал как полевой транзистор, так и полевой МОП-транзистор, как схемы с общим стоком, так и истоковые повторители. Как видно, переход FET смещен почти так же, как и вентиль, но все напряжения намного ниже. МОП-транзистор требует положительного напряжения, и оно должно быть больше, чем напряжение источника, на величину, учитывающую характеристики МОП-транзистора. Для характеристик устройства, показанных на рис. 3.2, это означает, что при токе 100 мА затвор должен быть на 4 В выше, чем исток.

Рисунок 3.3 – Усилители тока на полевых транзисторах

Для истокового повторителя JFET обходной конденсатор (Cb) не всегда используется, и в этом случае выходной сигнал обычно берется из истока. Когда включен Cb, выходной уровень одинаков на обоих концах Rs1, а входной импеданс намного больше, потому что Rg бутстрапирован. Увеличение входного импеданса зависит от крутизны полевого транзистора. Для показанной схемы JFET (где Rg равно 1 МОм), входное сопротивление составляет около 5 МОм, если Rs1 не зашунтирован, и увеличивается примерно до 18 МОм с включенным Cb.

Cb должен быть достаточно большим, чтобы гарантировать, что переменное напряжение на нем останется небольшим на самой низкой интересующей частоте. Например, если Rs1 равен 1 кОм, Cb должен быть не менее 10 мкФ (частота -3 дБ при 16 Гц). Рекомендуется более высокое значение, чтобы свести к минимуму низкочастотные искажения. Для нормальной работы со звуком я бы использовал не менее 33 мкФ (все еще предполагая, что 1k за 1 рупию).

В состав версии MOSFET входит стабилитрон для защиты изоляции затвора. Используется 10-вольтовый стабилитрон, так как он обеспечивает хорошую защиту и по-прежнему способен пропускать максимально возможный ток MOSFET. Можно было бы использовать 6-вольтовый стабилитрон, и он по-прежнему допускал бы ток до 10 А, что намного больше, чем может быть достигнуто с помощью этой простой схемы.

---

3.3 Усилители мощности на полевых/полевых МОП-транзисторах

Точно так же, как силовой вентиль можно использовать в несимметричном усилителе класса A, можно использовать и полевой МОП-транзистор. На рис. 3.4 показана простая схема, обеспечивающая мощность звука около 10 Вт. Использование источника постоянного тока в качестве нагрузки (как показано) дает лучший КПД, чем резистор, и улучшает линейность. Искажения от схемы, подобной показанной, будут примерно такими же, как от схемы с однотактным триодным ламповым усилителем. Общий КПД будет выше, так как не нужен катодный резистор смещения и нет нагревателей, как в лампе. Производительность , а не соответствует ожиданиям Hi-Fi!

Рисунок 3.4 – Однотактный усилитель класса A на полевых МОП-транзисторах

Хотя их и несколько, все усилители мощности на полевых МОП-транзисторах встречаются редко. В большинстве используется комбинация биполярных транзисторов (для входного каскада и каскада усиления) и полевых МОП-транзисторов для выходных устройств. Кажется, это самая популярная схема, поэтому я сосредоточусь на ней. На рис. 3.5 показана довольно типичная схема (в упрощенном виде), и ее работа почти идентична работе усилителя, использующего на выходе биполярные транзисторы. Обратите внимание, что эмиттерные повторители необходимы для обеспечения низкоомного возбуждения, необходимого для полевых МОП-транзисторов, хотя в некоторых схемах они не используются. Вместо этого каскад драйвера класса A (Q3) работает с более высоким, чем обычно, током, что позволяет ему правильно управлять полевыми МОП-транзисторами.

Рисунок 3.5 — Усилитель выходной мощности на МОП-транзисторах

Одной из проблем такого расположения является то, что напряжение затвор-исток представляет потери в цепи, поэтому напряжение источника питания обычно должно быть на ±6 В выше, чем требуемое пиковое выходное напряжение на нагрузке, чтобы полностью открыть МОП-транзисторы. Хотя это не является серьезной проблемой, она увеличивает рассеивание в выходном каскаде, а потери увеличиваются при более низком импедансе нагрузки.

Некоторые (особенно очень мощные) усилители решают эту проблему за счет использования слаботочного (но более высокого напряжения) вторичного источника питания для схемы возбуждения и основного сильноточного источника питания для полевых МОП-транзисторов. В усилителе, использующем основное питание +/-50 В при 20 А, вторичное питание может быть ± 60 В, но рассчитано максимум на 1 А.

Как и в случае с биполярным усилителем (вы заметили, насколько они похожи?), я не включил компоненты для стабильности. Обычно они такие же, как и для стандартного усилителя на биполярных транзисторах, но обычно включают «стопорные» резисторы последовательно с затворами МОП-транзисторов, а иногда и дополнительную емкость для предотвращения паразитных колебаний — потребность в них варьируется от одного типа устройства к другому. следующий.

---

Полевые транзисторы — сводка

Соединительные полевые транзисторы

Поверхность снова слегка поцарапана. Полевой транзистор с переходом (также известный как JFET) идеально подходит для цепей, где ожидается высокий импеданс, и дает самый низкий уровень шума. Они являются бесценным электронным строительным блоком, когда используются там, где они преуспевают, обеспечивая чрезвычайно высокий входной импеданс.

Как и все устройства, полевые транзисторы JFET имеют свои ограничения…

• Коэффициент усиления – JFET не имеют высокого коэффициента усиления биполярных транзисторов
• Высокочастотная характеристика – Как правило, JFET имеют высокочастотные характеристики, которые не так хороши, как у биполярных транзисторов
• Линейность — Линейность JFET не так хороша, как у биполярных транзисторов (поэтому искажения больше), но ее можно улучшить с помощью источника тока. Загрузка или обратная связь.

Как правило, существует идеальное (или близкое к идеальному) усилительное устройство для каждого приложения, и при правильном использовании полевой транзистор JFET чрезвычайно универсален и лучше всего работает, когда требуются высокие импедансы. Если вам нужно отправить усилитель в космос, то JFET предпочтительнее из-за их большей «радиационной стойкости». Однако разброс параметров велик, поэтому невозможно предположить, что два JFET одинаковы, даже из одной партии. Там, где работа критична, полевые транзисторы JFET должны быть согласованы или снабжены регулируемым сопротивлением источника, чтобы можно было установить рабочую точку.

Полевые транзисторы

(фактически все полевые транзисторы) более чувствительны к нагреву, чем биполярные транзисторы, и проблемы теплового разгона в этих устройствах обычно не возникают.

Большинство «лучших» полевых транзисторов JFET для аудио уже исчезли с рынка. 2SK170 пользовался уважением в некоторых кругах и был популярным устройством за очень низкий уровень шума во многих различных приложениях. Оригинал и любые замены, которые предлагались впоследствии, теперь устарели. Возможно, вы сможете купить JFET с надписью «2SK170», но что внутри, остается только гадать. В одном вы можете быть абсолютно уверены: почти наверняка , а не — настоящий 2SK170. Доступен LSK170 производства Linear Systems, который не уступает оригиналу.

Даже многие «пешеходные» JFET практически исчезли из запасов поставщиков, оставив вам ограниченный выбор. Некоторые из них доступны, если вы можете обращаться с SOT (транзистор с малым контуром, SMD), но даже там диапазон совсем не такой, как раньше. Эта ситуация продолжает ухудшаться с каждым годом.

---

МОП-транзисторы

МОП-транзистор — один из самых мощных из всего ассортимента современных усилительных устройств с исключительными возможностями обработки тока. Идеально подходящие для усилителей очень высокой мощности, импульсных источников питания и усилителей класса D, где регулярно встречаются экстремальные условия эксплуатации, полевые МОП-транзисторы не имеют себе равных. Возможным исключением является биполярный транзистор с изолированным затвором (IGBT), который, как следует из названия, является гибридным устройством. IGBT не рассматриваются в этих статьях.

… И как всегда есть ограничения…

• Коэффициент усиления — Как и JFET, МОП-транзисторы имеют меньший коэффициент усиления, чем биполярные транзисторы, что обычно означает необходимость применения дополнительного коэффициента усиления к цепи управления. чтобы гарантировать, что общая обратная связь достаточна для поддержания низкого уровня искажений на низких уровнях.
• Емкость затвора — Емкость между затвором и истоком может достигать 2 нФ (хотя чаще около 1,2 нФ). Это не много на низких частотах, но заставляет схему возбуждения очень тяжело работать на высоких частотах.
• Статическое повреждение — Пока полевой МОП-транзистор не будет установлен в цепь с полной защитой, он может быть поврежден статическим разрядом. Необходимое напряжение и ток чтобы уничтожить устройство, как правило, ниже порога чувства для человека. Некоторые устройства имеют (ограниченную) встроенную защиту.
• Линейность – Большинство полевых МОП-транзисторов не очень линейны при малых токах, поэтому для низких искажений требуется более высокое значение покоя, чтобы гарантировать минимизацию перекрестных искажений.

В какой-то степени все вышеперечисленное можно простить, когда действительно нужны возможности MOSFET. Свобода от повторного пробоя и огромные токовые возможности полевых МОП-транзисторов не имеют себе равных ни в одном другом активном устройстве. При правильно спроектированной схеме возбуждения полевые МОП-транзисторы также очень быстры и способны работать, как правило, лучше, чем у биполярных транзисторов. Это не очень полезно для аудио, но необходимо для коммутации цепей. Обратите внимание, что «свобода от повторной поломки» часто упоминается (или упоминалась) производителями, но — это — механизм отказа, который почти идентичен и вызывается, когда переключающий полевой МОП-транзистор используется в линейном режиме. Большинство производителей заявляют, что их МОП-транзисторы не предназначены для линейной работы. Если вы решитесь на это, то будьте готовы к необъяснимым сбоям.

В сочетании с положительным температурным коэффициентом, который может остановить тепловой разгон в линейной цепи (при соблюдении надлежащих мер предосторожности), (боковой) МОП-транзистор практически не поддается разрушению при условии, что напряжение затвора поддерживается ниже напряжения пробоя. Также важно поддерживать напряжение стока ниже указанного максимального значения.

Положительный температурный коэффициент может помочь в аудиосхемах, хотя может быть проблемой в импульсных блоках питания, так как сопротивление во включенном состоянии также увеличивается с температурой, а в импульсном блоке питания это может вызвать тепловой разгон (именно так реверс биполярных транзисторов в этом приложении).

Переключающие МОП-транзисторы в настоящее время являются наиболее распространенными, и многие из более ранних «боковых» МОП-транзисторов теперь недоступны. Проект 101 был разработан для использования боковых МОП-транзисторов, и он просто не будет работать с переключающими МОП-транзисторами (не только потому, что контакты затвора и истока для двух типов перепутаны местами). Переключающие МОП-транзисторы не предназначены для линейной работы, и их номинальные характеристики должны быть значительно снижены чтобы предотвратить неудачу

---

Предыдущая (Часть 2. Биполярные транзисторы) Следующая (Часть 4. Операционные усилители)

---

---

Основной индекс Указатель статей

Уведомление об авторских правах. Эта статья, включая, помимо прочего, весь текст и диаграммы, является интеллектуальной собственностью Рода Эллиотта и защищена авторским правом © 1999. Воспроизведение или повторная публикация любыми средствами, будь то электронными, механическими или электромеханическими, строго запрещены в соответствии с Международные законы об авторском праве. Автор (Род Эллиотт) предоставляет читателю право использовать эту информацию только в личных целях, а также разрешает сделать одну (1) копию для справки. Коммерческое использование запрещено без письменного разрешения Рода Эллиотта.

Страница опубликована и © 1999./ Обновлено в январе 2017 г. – добавлена ​​дополнительная информация о последователе JFET.

404: Страница не найдена

Страница, которую вы пытались открыть по этому адресу, похоже, не существует. Обычно это результат плохой или устаревшей ссылки. Мы извиняемся за любые неудобства.

Что я могу сделать сейчас?

Если вы впервые посещаете TechTarget, добро пожаловать! Извините за обстоятельства, при которых мы встречаемся. Вот куда вы можете пойти отсюда:

Поиск

• Свяжитесь с нами, чтобы сообщить об отсутствующей странице, или используйте поле выше, чтобы продолжить поиск
• Наша страница «О нас» содержит дополнительную информацию о сайте, на котором вы находитесь, WhatIs.com.
• Посетите нашу домашнюю страницу и просмотрите наши технические темы

Просмотр по категории

Сеть

• коллизия в сети

  В полудуплексной сети Ethernet коллизия возникает в результате попытки двух устройств в одной сети Ethernet передать…

• краеугольный камень домкрат

  Гнездо трапецеидального искажения — это гнездовой разъем, используемый для передачи аудио, видео и данных. Он служит гнездом для подходящей вилки…

• инкапсуляция (объектно-ориентированное программирование)

  В объектно-ориентированном программировании (ООП) инкапсуляция — это практика объединения связанных данных в структурированную единицу вместе с …

Безопасность

• Вредоносное ПО TrickBot

  TrickBot — это сложное модульное вредоносное ПО, которое начиналось как банковский троян, а затем эволюционировало, чтобы поддерживать множество различных типов …

• Общая система оценки уязвимостей (CVSS)

  Общая система оценки уязвимостей (CVSS) — это общедоступная система оценки серьезности уязвимостей безопасности в …

• WPA3

  WPA3, также известный как Wi-Fi Protected Access 3, является третьей итерацией стандарта сертификации безопасности, разработанного Wi-Fi …

ИТ-директор

• качественные данные

  Качественные данные — это информация, которую невозможно подсчитать, измерить или выразить с помощью чисел.

• зеленые ИТ (зеленые информационные технологии)

  Green IT (зеленые информационные технологии) — это практика создания и использования экологически устойчивых вычислительных ресурсов.

• Agile-манифест

  The Agile Manifesto — это документ, определяющий четыре ключевые ценности и 12 принципов, в которые его авторы верят разработчикам программного обеспечения…

HRSoftware

• опыт кандидата

  Опыт кандидата отражает отношение человека к прохождению процесса подачи заявления о приеме на работу в компанию.

• непрерывное управление производительностью

  Непрерывное управление эффективностью в контексте управления человеческими ресурсами (HR) представляет собой надзор за работой сотрудника …

• вовлечения сотрудников

  Вовлеченность сотрудников — это эмоциональная и профессиональная связь, которую сотрудник испытывает к своей организации, коллегам и работе.