MOSFET УСИЛИТЕЛЬ
от admin
Мало кто знает, что такое Мосфет, но почти все слышали, что это есть очень хорошо. Давайте сначала разберёмся с этим словом. MOSFET — английское сокращение от metal-oxide-semiconductor field effect transistor. Структура его состоит из металла и полупроводника, разделённых слоем диоксида кремния (SiO2). В общем случае структуру называют МДП (металл — диэлектрик — полупроводник).
Транзисторы на основе таких структур, в отличие от биполярных, управляются напряжением, а не током и называются униполярными транзисторами, так как для их работы необходимо наличие носителей заряда только одного типа. Высокая температурная стабильность, малая мощность управления, слабая подверженность к пробою, самоограничение тока стока, высокое быстродействие в режиме коммутации, малый уровень шума — это основные преимущества полевых MOSFET транзисторов перед радиолампами и биполярными транзисторами.
Большинство любителей высококачественного звуковоспроизведения оценивают усилитель на полевых MOSFET транзисторах на очень высоком уровне, практически как и ламповых, ведь по сравнению с усилителями на обычных биполярных транзисторах они выдают более мягкое звучание, создают меньше искажений и устойчивы к перегрузке. MOSFET превосходят классические ламповые усилители, как по коэффициенту демпфирования, так и по передаче низких и высоких частот. Частота среза таких усилителей значительно выше, чем у усилителя на биполярных транзисторах, что благоприятно сказывается на звуке.
Мощные полевые MOSFET транзисторы имеют меньший разброс основных параметров, чем биполярные транзисторы, что как бы облегчает их параллельное включение и уменьшает общее выходное сопротивление усилителя мощности.
Схема простого MOSFET усилителя
Параметры усилителя
- Выходная мощность (RMS): 140 Вт при нагрузке 8 Ом, 200 Вт на 4 Ом.
- Частотный диапазон: 20 Гц — 80 кГц -1dB.
- Входная чувствительность: 800 mV при мощности 200 Вт на 4 Ом.
- Искажения: <0.1% (20 Гц — 20 кГц).
- Соотношение сигнал/шум: > 102dB невзвешенных, 105 дБ (A-взвешенное с учетом 200 Вт на 4 Ом).
На рисунке показана схема одного из самых простых УМЗЧ с применением полевых транзисторов этого типа в выходном каскаде. А мощность его составляет целых 200 ватт! Этот усилитель мощности MOSFET подходит для многих целей, таких как мощный концертный гитарник или домашний кинотеатр. Усилитель имеет хороший диапазон частот — от 1 дБ 20 Гц до 80 кГц. Коефициент искажений менее 0,1% при полной мощности, а соотношение сигнал/шум лучше, чем -100 dB. Дальнейшее упрощение возможно за счёт применения ОУ в предусилительном каскаде.
Вся конструкция УНЧ размещена в небольшом алюминиевом корпусе. Питается схема от простого двухполярного выпрямителя с тороидальным трансформаторомна 250 ватт. Обратите внимание, что на фото показан моноблок — то есть одноканальный усилитель, так как он собран для электрогитары.
Радиатор применён из черного анодированного алюминиевого профиля. Корпус имеет длинну 300 мм и снабжен сзади 80 мм вентилятором охлаждения. Вентилятор работает постоянно, поэтому радиатор всегда прохладный, даже при максимальной мощности (или, по крайней мере, несколько выше температуры окружающей среды).
Originally posted 2018-10-09 17:13:44. Republished by Blog Post Promoter
УНЧ на полевых транзисторах — схема шестиканального усилителя
Здесь представлен шестиканальный УНЧ на полевых транзисторах, идеально подходящий для использования в составе домашнего кинотеатра. Предлагаемый к повторению проект модульного усилителя мощности звука был создан довольно давно, но до сих пор не уступает по качеству звучания современным усилителям звука.
Содержание
- УНЧ на полевых транзисторах для домашнего кинотеатра
- Основной источник питания
- Микропроцессорный контроллер и цифровые потенциометры
- Пять усилителей переднего, заднего и центрального каналов
- УНЧ на полевых транзисторах для сабвуфера
- Установка модулей в корпус
- Впечатления от прослушивания и измерения параметров
В моей домашней аудио студии он после изготовления сразу был подключен к компьютеру, как источнику звука и с тех пор устройство работает без нареканий, управляя двумя двухполосными громкоговорителями.
Сама схема довольно проста в изготовлении, единственная сложность заключалась в количестве модулей усилителя, которые нужно было компактно разместить в корпусе.
Данный УНЧ на полевых транзисторах имеет в своем составе мощный блок питания выполненный на тороидальном трансформаторе на 200ВА, 6 печатных плат усилителей, микропроцессорный контроллер с электронными потенциометрами PGA2310. Усилители мощности в оконечном своем каскаде имеют популярные и дешевые MOSFET-транзисторы. Кроме этого, есть еще хорошая конструкция вот здесь.
Основной источник питания
Это самая простая часть всего усилителя: классический трансформаторный блок питания, обеспечивающий симметричные напряжения — не стабилизированные для оконечных каскадов усилителя, и стабилизированные цепи вспомогательного питания. Трансформатор 200ВА был изготовлен на заказ, с выходными напряжениями вторичных обмоток: 2х22В 2×1.9А и 2х13В 2х5А. Выпрямительный мост, подключенный к обмоткам низкого напряжения, смонтирован на корпусе усилителя, то есть отдельно от печатной платы, что позволяет ему лучше рассеивать выделяемое им тепло.
Принципиальная схема блока питания выглядит следующим образом:
Симметричное напряжение +/-16В питает оконечные каскады 5-ти усилителей, +/-30В подается на усилитель сабвуфера, остальные напряжения, уже стабилизированные, питают цепи в 5-ти усилителях фронтального, тылового и центрального каналов.
Компоненты фильтра, в основном большие электролитические конденсаторы, были смонтированы на большом куске текстолита. Из-за большого значения силы тока, потребляемого УНЧ собранного на полевых транзисторах, силовые дорожки на печатной плате были выполнены предельно широкими:
Подробности реализации этого модуля можно увидеть на фотографиях далее в этом посте.
Микропроцессорный контроллер и цифровые потенциометры
В данном усилителе нет типичного предусилителя с регулировкой тембра или баланса, но отказываться от регулировки громкости я не хотел. Об использовании механических потенциометров на шесть каналов не могло быть и речи, поэтому я решил использовать электронное регулирование.
Пробовал разные схемы, пока не наткнулся на высокопроизводительную микросхему регулятора громкости PGA2310. К тому же, на форумах любителей аудио, есть много положительных отзывов об этом цифровом регуляторе. Микросхема управляются через последовательную шину SPI, что потребовало использования микроконтроллера.
В моем варианте я остановился на довольно дешевом на тот момент AT90S2310. В основном он выполняет две функции — преобразует движение ручки регулятора на данные, которые он отправляет на PGA2310 и включает/выключает основное питание через реле.
Принципиальная схема:
Использование двух отдельных блоков питания может показаться немного странным — поясняю. В первом варианте потенциометры питались от основного блока питания усилителей, к сожалению, при включении усилителя в динамиках появлялся громкий щелчок, похожий на выстрел. Также не удалось компенсировать это с помощью аппаратного выключения звука (специальный вывод отключения звука в микросхеме PGA2310).
Решение было такое, что сначала надо включать потенциометры, потом усилители мощности. На момент сборки УНЧ на полевых транзисторах, самым оптимальным вариантом для меня было быстро сделать дополнительный симметричный блок питания на небольшом трансформаторе 2ВА.
Из-за нехватки места в корпусе аппарата, микросхемы PGA2310 были собраны на отдельных платах, которые вставляются вертикально в разъемы J4-J6. Схема такого модуля показана ниже:
Контроллер был изготовлен всего на четырех односторонних печатных платах — одна плата идет как основная и три идентичные с PGA2310:
При проектировании печатной платы нельзя было обойтись без нескольких перемычек, отмеченных красным.
На плате контроллера установлен энкодер (импульсный), микропереключатель и два светодиода, подсвечивающих кнопку включения в зависимости от питания (работа/ожидание):
Микропереключатель и светодиоды смонтированы на небольшом кусочке стеклотекстолита, который прикручен к передней панели корпуса:
Что касается светодиодов, то я использовал приборы диаметром 3мм, белый цвет горит, когда усилитель находится в дежурном режиме, питая только драйвер и потенциометры, синяя подсветка выключателя сигнализирует о работе усилителя.
В связи с нехваткой времени управляющая программа была написана на Bascom Basic и скомпилирована с дизассемблированной версией Bascom-AVR. В коде всего десяток строчек — включение/выключение, поддержка микроконтроллеров, отправка данных на PGA2310 (одинаковые значения на 3 микросхем) и сохранение настроек в EEPROM при переходе в режим ожидания. Дальше, в этом посте, есть ссылка на архив с бинарным файлом.
Пять усилителей переднего, заднего и центрального каналов
Для питания левой и правой фронтальных и тыловых колонок, а также центрального канала я использовал слегка модифицированную схему усилителя, опубликованную в журнале «Электроника для всех». В оригинале все это питалось от трансформатора с одной обмоткой, обеспечивающего 12 В, а требуемое напряжение получалось, в частности, с помощью удвоителя напряжения. Для моей схемы у меня был подходящий трансформатор и мне не пришлось использовать эти решения. Принципиальная схема представлена на рисунке ниже:
В данном УНЧ собранного на полевых транзисторах, имеется много различных напряжений — это связано с использованием оконечного каскада, работающего по схеме с общим стоком.
Если на сток MOSFET подать 16В и такое же значение приложить на затвор, то на истоке будет около 11В, что существенно ограничит максимальную мощность усилителя.
По этой причине я использовал источники тока на T2 и T3, при этом предварительно поляризовал затворы MOSFET. Их выход по току определяется напряжением питания (24В), напряжением на базах (22,75В) и резисторами R9, R10, поэтому он равен 10мА. Ток покоя усилителя устанавливается потенциометром ПР1, у меня он равен 70мА.
Транзистор Т1 компенсирует изменения этого значения из-за изменения температуры оконечных транзисторов и должен быть установлен на радиаторе. Напряжение постоянного тока на выходе усилителя не превышает 10мВ ни в одном из 5-ти блоков, при замыкании входа на корпус. Коэффициент усиления системы определяется резисторами R3 и R4 — он равен 22х или 27дБ.
Все схемы были собраны на идентичных платах, расположение элементов следующее:
При использовании одностороннего стеклотекстолита пришлось задействовать несколько перемычек (отмечены красным цветом).
Транзистор Т1 был установлен на отрезке теплоотвода и запрессован в отверстие радиатора, что обеспечивает лучший тепловой контакт и позволяет стабилизировать ток покоя. Ниже приведены фотографии собранных модулей, а также фактические измеренные параметры готовых усилителей.
УНЧ на полевых транзисторах для сабвуфера
Низкочастотный динамик (известный как сабвуфер), называемый LFE (Low Frequency Effect) в системе Dolby Digital, должен управляться усилителем с достаточной мощностью, чтобы гарантировать точность воспроизведения баса, ударов, взрывов и других звуков с очень низкими частотами. Я как-то нашел в журнале «Практическая электроника» схему, которая показалась идеальной для такой роли — много мощности и MOSFET в выходном каскаде.
В этой схеме УНЧ выходные полевые транзисторы работают в конфигурации с общим истоком и управляются довольно интересным образом. Выход операционного усилителя нагружен резистором R14, который заставляет амплитуду входного звукового сигнала преобразовываться в ток, потребляемый операционным усилителем.
Этот ток, протекающий для положительных половин сигнала через R4 и для отрицательных половин через R5, вызывает пропорциональные падения напряжения, которые подаются на затворы MOSFET, управляя ими.
Такое решение делает питание операционного усилителя и оконечного каскада полностью независимым. Ток покоя выставляется потенциометром ПР2, в моем случае он составляет 50мА. Правда, термостабилизации здесь нет, но после достаточно сильного нагрева отклонение не превышает 7%, так что это не трагедия. Транзисторы Т3 и Т4 защищают усилитель от слишком большого выходного тока, при необходимости уменьшая амплитуду выходного сигнала.
Коэффициент усиления схемы был установлен на уровне 29 дБ (27x). Кроме того, я добавил на входе дополнительный потенциометр, позволяющий уменьшить амплитуду сигнала, если окажется, что низкие частоты слишком громкие.
Схема традиционно собиралась на одностороннем стеклотекстолите:
Дорожки были спроектированы относительно эффективно — нужна была только одна перемычка.
Установка модулей в корпус
Из-за большого количества печатных плат, мне пришлось купить большой металлический корпус. Несмотря на имеющееся большое внутреннее пространство, печатные платы усилителей пришлось монтировать «сэндвичем», один над другим.
Из-за держателя предохранителя в задней панели, мне пришлось установить трансформатор над ним, используя алюминиевую пластину в качестве основания. Все транзисторы оконечного каскада прикручены к радиатору через изолирующие прокладки. Заземляющие провода проложены из одной точки, то есть винта, расположенного между контроллером и усилителями.
Плата с микропереключателями и светодиодами была прикручена к пластиковым элементам, которые в свою очередь я приклеил с помощью особо прочного клея Poxipol к металлической передней панели. Цифровой регулятор громкости, также был впаян в плату и прикручен к корпусу.
Радиаторы и тороидальный трансформатор выбраны через чур с большим запасом, поэтому, нужно было сильно постараться, чтобы нагреть все это дело до 60°C со всеми 6 динамиками.
Для большей надежности все силовые кабели привязаны к днищу корпуса кабельными стяжками, а качестве сетевых проводов 220В были применены проводники с двойной изоляцией. Сделано это было в целях безопасности, так как корпус металлический и малейшая погрешность на участке сетевого напряжения может иметь трагические последствия.
Я попытался прикрутить радиаторы под и над вентиляционными отверстиями, чтобы имелся свободный выход нагретого воздуха из корпуса.
На задней панели расположены входные RCA-гнезда и выходные лабораторные клеммы, а также гнездо предохранителя:
Назначение коннекторов:
Во всей схеме я использовал винтовые соединения или коннекторы с позолоченными штырьками для розетки, чтобы можно было быстро снять модуль без необходимости использования паяльника. Во время сборки и тестирования это решение отлично сработало.
Впечатления от прослушивания и измерения параметров
Сразу оговорюсь, что я не аудиофил :), тем не менее, я не стал использовать детали, как говорят «что попало».
При сборке усилителя я знал, чего мне нужно и, что ожидать от пяти модулей на полевых транзисторах, так как ранее собирал схему из журнала «Электронику для всех».
Неизвестной была только деталь из «Практической Электроники», отвечающая за сабвуфер. Но в итоге оказалось, что все это звучит очень красиво, как на двух, так и на трехполосных динамиках. Более слабые усилители любят импеданс 4 Ом, что даже целесообразно из-за низкого напряжения питания оконечного каскада. Аналогично с сабвуфером LFE.
Первые серьезные тесты прослушивания были проведены до того, как были сделаны какие-либо измерения с помощью осциллографа. Благодаря моим друзьям я собрал шесть соответствующих комплектов колонок, спаял 3 комплекта кабелей с разъемом 3,5 мм на дорогих металлических штекерах.
Затем я сел за компьютер с установленным AC3Filter (кто его еще помнит и запустил фильм ‘Вертолет в огне’ с DVD. Несмотря на то, что я видел его раньше, звуковые эффекты окружившие меня создавали впечатление, что я смотрю этот фильм впервые.
Кроме того, сабвуфер отлично справился со своей работой.
Будучи студентом, я имел возможность пользоваться профессиональными осциллографами и генераторами сигналов, которыми оснащена лаборатория Технологического университета.
Подключив эквивалент нагрузки, генератор и осциллограф, я рассчитал эффективную мощность на основе измерений:
Усилители L, R, Ls, Rs, C — синусоидальный вход 240мВ RMS, f=1кГц, на нагрузку 4Ом у меня получилось 27,5Вт, на 8Ом 13,8Вт
Усилитель LFE — синусоидальный вход 320мВ RMS, f=1кГц, на нагрузку 4Ом у меня получилось 60Вт, на 8Ом было 47,5Вт, но при сигнале 355мВ RMS на входе.
При сегодняшних маркетинговых уловках и мощностях PMPO в 200 или 500 Вт на пластиковых колонках с подключаемым блоком питания, полученные значения могут показаться смешными. Однако при соответствующем качестве колонок, расположенных в жилом помещении площадью ~40м², мощности однозначно многовато, да и соседи по подъезду тоже могут осложнить жизнь.
Не менее важным параметром является частотная характеристика.
Снятые параметры для усилителей меньшей мощности выглядят следующим образом:
Условия измерения: среднеквадратичное синусоидальное напряжение 24 мВ на входе с нагрузкой 4 Ом на выходе. Падение -3дБ произошло в диапазоне 24Гц-66кГц, что весьма неплохо.
Для усилителя LFE, питающего сабвуфер:
Вход представляет собой синус 32 мВ RMS, нагрузка на выходе 4 Ом. Диапазон -3 дБ составляет 7,5 Гц-43 кГц. Я уже знал, откуда исходит сильный гул :). Несмотря на то, что это усилитель НЧ-канала, я не использовал более высокочастотный срез — как с компьютера, так и с DVD-плеера с правильно обрезанным выходным сигналом LFE.
Как это часто бывает, жизнь свелась к использованию усилителя на двух двухполосных громкоговорителях, стоящих на полу, слева и справа от стола с компьютером. Возможно, я вернусь к идее, возникшей несколько лет назад, соединить два одинаковых усилителя и добавить сабвуфер :).
Для тех, кто заинтересован в повторении этой схемы, предоставляю графические файлы позволяющие травить печатные платы для усилителей и плату для микроконтроллера: amplifier_mosfet_5_1
Схемы популярных аудиоусилителей на МОП-транзисторах.
СхемыВ этой статье перечислены различные типы схем аудиоусилителей с использованием МОП-транзисторов. Мы протестировали все эти схемы в нашей лаборатории и обнаружили, что все они работают удовлетворительно.
Что такое усилитель на МОП-транзисторах?
Mosfet представляет собой полупроводниковый прибор с 3 выводами, используемый в широком спектре электронных схем. Он работает как JFET, но имеет меньшую утечку тока из-за оксидной изоляции между проводниками. МОП-транзистор является хорошим выбором для создания линейных усилителей из-за его меньшей нагрузки, и любой усилитель, сделанный с его использованием, называется усилителем на МОП-транзисторах. Эти усилители имеют широкий спектр применения, их можно использовать во многих схемах.
Примечание: Эта статья будет дополнена новыми версиями схем усилителя Mosfet в будущем; мы будем уведомлять о новых дополнениях на нашей домашней странице.
Эта статья содержит следующий список схем усилителя с использованием Mosfet.
Список цепей
1. Усилитель на МОП-транзисторах мощностью 18 Вт
2. Аудиоусилитель на МОП-транзисторах 10 Вт
3. 50 Вт Схема усилителя на МОП-транзисторах
1. Аудиоусилитель на МОП-транзисторах мощностью 18 Вт
Описание
Эта схема представляет собой аудиоусилитель, способный обеспечить приличную выходную мощность с минимальным количеством деталей и значительным качеством звука.
В усилителе используется только один транзистор и два МОП-транзистора, а также несколько резисторов и конденсаторов в схеме с параллельной обратной связью. Эта крошечная схема может выдавать колоссальные 18 Вт на динамик 8 Ом или 30 Вт на динамик 4 Ом.
Чтобы получить такую хорошую производительность и стабильность из нескольких компонентов, необходим высококачественный хорошо отрегулированный источник питания постоянного тока. Это очень важно для снижения шума и получения постоянной выходной мощности при переменных нагрузках.
Можно использовать хороший стабилизатор постоянного напряжения, способный обеспечить более 2 ампер при 40 В. Вы можете ожидать такой дизайн блока питания очень скоро здесь, в разделе блоков питания.
Советы.
Соберите плату на печатной плате хорошего качества. Используйте плату предусилителя с регулятором тембра до этого усилителя, чтобы получить лучшую производительность. Если вы не хотите, то нет проблем, потому что в этой схеме усилителя достаточно мощности.
Компоненты.
R1………………2K2 1/4 Вт Сопротивление
R2………………27K 1/4 Вт Сопротивление
R3,R4………….2K2 1/2 Вт Триммеры
R5……………… 100R Сопротивление 1/4 Вт
R6………………1K Сопротивление 1/4 Вт
R7,R8……….. .330R Сопротивление 1/4 Вт
C1 ………………22 мкФ 25 В, электролитическая емкость
C2 ………………47 пФ 63 В, полиэстер или керамика, емкость
C3,C4 …………100 мкФ, 50 В, электролитическая емкость
C5 …………………2200 мкФ, 50 В, электролит Емкость
Q1 ………………BC550C
Q2 ………………IRF530 или MTP12N10
Q3……………… IRF9530 или MTP12P10
Перейти к началу списка
2. Аудиоусилитель Mosfet мощностью 10 Вт
Описание. На приведенной здесь схеме показана схема аудиоусилителя мощностью 10 Вт на полевых МОП-транзисторах, для которой требуется только один источник питания. Одноканальное питание редко используется в усилителях мощности класса B. Во всяком случае, для приложений с низким энергопотреблением, подобных этому, это вполне нормально. На самом деле я получил эту схему от старого кассетного плеера, который до сих пор работает, и я публикую ее как есть. Мощные полевые МОП-транзисторы BD512 и BD522 сейчас устарели, поэтому вы можете использовать вместо них любые другие МОП-транзисторы с соответствующей мощностью.
Транзисторы Q1 и Q2 подключены, так как пара Дарлингтона работает как предусилитель. Предустановка R3 управляет током покоя, а R2 обеспечивает обратную связь. Выход соединен с динамиком через конденсатор С4.
Конденсатор C5 является фильтром источника питания, а C2 — входным развязывающим конденсатором по постоянному току.
- Схема может быть собрана на плате Vero.
- Используйте 30 В постоянного тока для питания схемы.
- Не ждите от этого усилителя высоких характеристик.
- Конденсаторы C3, C4, C5 должны быть рассчитаны на 50 В, а C2 может быть на 10 В.
- В качестве нагрузки используйте 8-омный динамик мощностью 15 Вт.
В начало списка
3. Усилитель на МОП-транзисторах мощностью 50 Вт
Описание: Первый каскад усилителя представляет собой дифференциальный усилитель на транзисторах Q1 и Q2. Конденсатор C8 является входным развязывателем постоянного тока, R1 ограничивает входной ток, а конденсатор C1 обходит нежелательные высокие частоты.
Второй каскад — это каскад драйвера, состоящий из транзисторов Q3 и Q4. Выходной каскад представляет собой дополнительный двухтактный каскад на базе МОП-транзисторы IRF530 и IRF9530. Выход соединен с динамиком дросселем L1. Сеть, состоящая из R15 и C5, предназначена для шумоподавления. Конденсаторы С6 и С7 являются фильтрами питания. Предустановка R6 предназначена для регулировки тока покоя.
Знакомство с усилителем на МОП-транзисторах — HardwareBee
Когда дело доходит до выбора усилителя, существует множество различных типов усилителей. Хотя все они обладают уникальными преимуществами и качествами, одним из самых популярных усилительных компонентов является 9-канальный усилитель.0009 Усилитель МОП-транзистора
. Усилители MOSFET невероятно универсальны и предлагают производителям широкий спектр опций с точки зрения качества звука и выходной мощности. В этом сообщении блога мы рассмотрим, что такое усилители MOSFET и как они работают для создания высококачественного звука для потребителей. Мы также обсудим несколько советов по выбору усилителя на полевых МОП-транзисторах, который соответствует вашим потребностям.
Рис. 1. Усилитель на МОП-транзисторах
Усилители MOSFET (усилители на полевых транзисторах на основе оксидов металлов и полупроводников) представляют собой тип электронных усилителей, в которых в качестве активных элементов используются MOSFET-транзисторы.
Усилители на полевых МОП-транзисторах используются в самых разных приложениях, включая усиление звука, усиление ВЧ и усиление мощности. МОП-транзисторы также используются в импульсных источниках питания и преобразователях постоянного тока.
Рис. 2. Внутренняя структура усилителя на МОП-транзисторах 3: Усилитель на полевых МОП-транзисторах Обозначение
Усилители на МОП-транзисторах используются в различных приложениях из-за их многочисленных преимущества. Некоторые из преимуществ использования МОП-транзисторов по сравнению с другими типами усилителей включают:
- МОП-транзисторы могут работать с гораздо более высокими напряжениями, чем другие типы усилителей, что делает их идеальными для использования в высоковольтных приложениях
- У них очень низкая входная емкость, поэтому для работы требуется меньше энергии
- У них очень высокий коэффициент усиления, что означает, что они могут усиливать сигналы более эффективно, чем другие типы усилителей
- Они очень эффективны, то есть выделяют меньше тепла и потребляют меньше энергии, чем другие типы усилителей
Металлооксид-полупроводниковый полевой транзистор (МОП-транзистор) является ключевым активным компонентом усилителя на МОП-транзисторах.
МОП-транзистор — это управляемый напряжением транзистор, который может усиливать как сигналы переменного, так и постоянного тока. МОП-транзистор имеет три вывода: исток, сток и затвор. Клеммы истока и стока — это места, где ток протекает через транзистор, а клемма затвора управляет потоком тока между истоком и стоком, изменяя напряжение на затворе.
Усилители MOSFET классифицируются как несимметричные или двухтактные. Однотактные усилители используют однотактный входной сигнал и генерируют выходной сигнал, который на 180 градусов не совпадает по фазе с входным сигналом. Двухтактные усилители используют два дополнительных входных сигнала, которые сдвинуты по фазе на 90 градусов друг к другу. Выходной сигнал двухтактного усилителя находится в фазе с одним из входных сигналов.
Существует два различных типа полевых МОП-транзисторов, различающихся режимами работы. Более того, эти два вида имеют две подкатегории.
- MOSFET типа истощения или MOSFET с режимом истощения
N-канальный MOSFET или NMOS
P-канальный MOSFET или PMOS
Тип истощения MOSFET
МОП-транзистор с истощением обычно включается при нулевом напряжении затвора и истока.
Для выключения полевого МОП-транзистора потребуется пороговое напряжение, если это МОП-транзистор с N-канальным истощением. Например, чтобы выключить полевой МОП-транзистор с истощением N-каналов с пороговым напряжением -3 В или -5 В, затвор полевого МОП-транзистора должен быть понижен до отрицательного потенциала -3 В или -5 В. Для канала N это пороговое напряжение будет отрицательным, а для канала P — положительным. В логических схемах этот тип MOSFET часто используется.
- Тип расширения MOSFET или MOSFET с режимом расширения
N-канальный MOSFET или NMOS
P-канальный MOSFET или PMOS
Когда напряжение затвора равно нулю, устройство по-прежнему выключено в расширенном типе. Нам необходимо подать минимальное напряжение от затвора к истоку, чтобы включить полевой МОП-транзистор (пороговое напряжение Vgs). Однако ток стока очень зависит от напряжения затвор-исток; когда Vgs возрастает, ток стока также увеличивается.
Лучшие полевые МОП-транзисторы для использования при построении схемы усилителя относятся к типу расширения. Он также имеет подтипы NMOS и PMOS, как и полевой МОП-транзистор с истощением.
Усилители на МОП-транзисторах имеют ряд преимуществ по сравнению с другими типами усилителей, что делает их подходящими для различных приложений. МОП-транзисторы могут работать с большой мощностью, что делает их идеальными для использования в приложениях с высокой мощностью. Они также очень эффективны, то есть выделяют очень мало тепла и могут использоваться в компактных конструкциях. Кроме того, полевые МОП-транзисторы имеют очень низкий уровень искажений, что делает их идеальными для аудиоприложений.
Усилители на полевых МОП-транзисторах используются во многих приложениях, таких как:
- Усиление звука: МОП-транзисторы используются в высококачественных аудиосистемах из-за их низкого уровня шума и высокого коэффициента усиления по напряжению. Они также используются в гитарных усилителях из-за их чистого звука с высоким коэффициентом усиления.
- Усиление мощности: полевые МОП-транзисторы используются в усилителях мощности для управления динамиками из-за их высокой пропускной способности по току и высокой скорости переключения. Они также используются в импульсных источниках питания для управления подачей тока на нагрузку.
- Коммутационные приложения: МОП-транзисторы используются в качестве переключателей в силовой электронике и цифровых схемах для управления подачей тока на нагрузку.
- ВЧ-усиление: МОП-транзисторы используются в ВЧ-усилителях из-за их высокого входного сопротивления и высокой скорости переключения.
- Автомобильная электроника: МОП-транзисторы используются в автомобильной электронике для усиления мощности и коммутации.
- Промышленное управление: МОП-транзисторы используются в промышленных системах управления для усиления мощности и коммутации.
- Управление питанием: полевые МОП-транзисторы используются в схемах управления питанием для управления подачей тока на нагрузку.
- Компьютерная и бытовая электроника: МОП-транзисторы используются в компьютерной и бытовой электронике для усиления мощности и коммутации.
Они также используются в гитарных усилителях из-за их чистого звука с высоким коэффициентом усиления.
МОП-транзистор работает как устройство, управляемое напряжением, где напряжение затвор-исток управляет потоком тока от истока к стоку. МОП-транзистор работает в одном из трех режимов: режим улучшения, режим истощения и линейный режим. В расширенном режиме положительное напряжение на затворе по отношению к истоку создает канал между истоком и стоком, позволяющий течь току. В режиме истощения канал между истоком и стоком существует даже без напряжения на затворе. Шириной канала можно управлять с помощью напряжения затвор-исток. В линейном режиме полевой МОП-транзистор действует как резистор, при этом ток стока пропорционален напряжению затвор-исток.
Существуют две основные конфигурации усилителей на МОП-транзисторах: конфигурация с общим истоком и конфигурация с общим стоком.
Конфигурация с общим истоком является наиболее часто используемой конфигурацией для усилителей на МОП-транзисторах. В этой конфигурации входной сигнал подается на затвор, а усиленный выходной сигнал снимается со стока. Напряжение затвор-исток определяет ширину канала, которая определяет ток стока и выходной сигнал. Конфигурация с общим истоком обеспечивает высокий входной импеданс, низкий выходной импеданс и высокий коэффициент усиления по напряжению.
Конфигурация с общим стоком, также известная как конфигурация истокового повторителя, обеспечивает низкий входной импеданс и высокий выходной импеданс. В этой конфигурации входной сигнал подается на затвор, а выходной сигнал берется из источника. Конфигурация с общим стоком обеспечивает низкое усиление по напряжению, но обычно используется из-за способности управлять большими нагрузками и из-за способности обеспечивать высокий выходной импеданс, что полезно для согласования импеданса нагрузки с усилителем.
Отклик усилителя на МОП-транзисторах зависит от нескольких факторов, таких как конфигурация усилителя, тип используемого МОП-транзистора, импеданс нагрузки и частота входного сигнала.
Как правило, усилители на полевых МОП-транзисторах имеют малое время отклика и хорошо справляются с высокочастотными сигналами. Однако их высокочастотная характеристика ограничена паразитными емкостями полевого МОП-транзистора и сопротивлением нагрузки. Конфигурация с общим истоком имеет более высокий коэффициент усиления по напряжению, чем конфигурация с общим стоком, но она также имеет более низкий входной импеданс и более высокий выходной импеданс. Конфигурация с общим стоком, с другой стороны, имеет более низкий коэффициент усиления по напряжению, но более высокий входной импеданс и более низкий выходной импеданс.
Тип используемого МОП-транзистора также влияет на отклик усилителя. Например, полевые МОП-транзисторы в режиме улучшения имеют более быстрое время отклика, чем полевые МОП-транзисторы в режиме истощения.
Частотная характеристика усилителя на полевых МОП-транзисторах определяется частотой среза, то есть частотой, при которой коэффициент усиления усилителя начинает спадать. Частота среза зависит от емкости затвор-исток и импеданса нагрузки.
Таким образом, сигнальная характеристика усилителя MOSFET определяется несколькими факторами, включая конфигурацию усилителя, тип используемого MOSFET, импеданс нагрузки и частоту входного сигнала. Понимание этих факторов имеет решающее значение при разработке усилителей на полевых МОП-транзисторах, отвечающих конкретным требованиям различных приложений.
Усилители на МОП-транзисторах имеют ряд преимуществ по сравнению с традиционными технологиями усилителей. Они очень эффективны, а это означает, что они могут преобразовывать большой процент входной мощности в выходную мощность. Они также имеют очень низкий уровень искажений, что делает их хорошо подходящими для использования в высококачественных аудиоприложениях.
Кроме того, МОП-транзисторы относительно невосприимчивы к тепловому разгону, что делает их более стабильными, чем усилители других типов.
Использование усилителей на полевых МОП-транзисторах также имеет некоторые недостатки. Они, как правило, дороже, чем другие типы усилителей, и требуют тщательного проектирования и компоновки, чтобы избежать потенциальных проблем с надежностью. Кроме того, полевые МОП-транзисторы могут быть повреждены электростатическим разрядом, поэтому необходимо соблюдать осторожность, чтобы защитить их от статического электричества.
Схема усилителя на полевых МОП-транзисторах является одним из самых популярных типов схем усилителей, используемых сегодня. Существует множество различных способов настройки схемы усилителя на полевых МОП-транзисторах, но основная идея всегда одна и та же: использовать транзистор в качестве линейного усилителя. Для этого необходимо тщательно контролировать напряжение затвора транзистора.
Рис.
4. Электрическая схема МОП-транзистора
Одним из распространенных способов управления напряжением затвора является использование схемы резисторного делителя. Эта схема состоит из двух резисторов, соединенных последовательно между затвором и землей. Значение резисторов выбрано таким образом, чтобы при отсутствии входного сигнала напряжение на затворе находилось посередине между землей и напряжением источника питания. Это гарантирует отсутствие искажений при отсутствии входного сигнала.
Когда подается входной сигнал, это вызывает изменение напряжения на затворе относительно земли. Это изменение напряжения будет усиливаться транзистором и передаваться на выход. Тщательно контролируя номиналы резисторов в цепи резисторного делителя, можно добиться очень высокого уровня усиления с минимальными искажениями.
Существует много различий между усилителями BJT и MOSFET. Наиболее существенная разница заключается в том, что в усилителях MOSFET используются транзисторы с электродами затвора, а в усилителях BJT используются транзисторы с биполярным переходом.
Это означает, что усилители MOSFET могут работать с очень высокими уровнями напряжения и тока, что делает их идеальными для усиления мощности звука. Другие ключевые отличия включают в себя:
- МОП-транзисторы могут работать на гораздо более высоких частотах, чем биполярные транзисторы, что делает их идеальными для использования в аудиоприложениях, где требуется высокая частотная характеристика.
МОП-транзисторы - имеют гораздо более низкий входной импеданс, чем биполярные транзисторы, а это означает, что им требуется меньший ток для обеспечения того же уровня выходного сигнала.
- MOSFET обычно имеют лучшую линейность, чем BJT, что означает, что они могут более точно воспроизводить форму аудиосигнала.
В целом усилители на полевых МОП-транзисторах обладают многими преимуществами по сравнению с аналогами на биполярных транзисторах. Однако они также более дороги и сложны в разработке, поэтому важно тщательно продумать, какой тип усилителя лучше всего подходит для вашего конкретного приложения.
