MOSFET УСИЛИТЕЛЬ

   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

Простой усилитель на MOSFET | soundbass

Простой усилитель мощности, который использует комплементарную пару IRFP240 и IRFP9240 MOSFET транзисторов, можно собрать всего за один вечер, так как каждый канал содержит лишь два полевых транзистора и одну микросхему — ОУ. Цель данного проекта именно и было создание предельно простого, но высококачественного усилителя звука. Цель была достигнута за счет интеграции элементов предусилителя в одной небольшой микросхеме и добавление транзисторов высокой мощности в выходном каскаде. Как видно на схеме, усилитель имеет очень простую структуру. На входе есть качественная малошумящая микросхема серии OPA552. Далее сигнал идёт на комплементарную пару MOSFET транзисторов IRFP240 и IRFP9240. Усиление всей схемы примерно в 40 раз. А TL431 позволяет установить рабочую точку выходных транзисторов. Ток в режиме ожидания установлен на 0,1А.

Схема усилителя:

Про операционный усилитель нужно рассказать подробнее — это высоковольтный ОУ, который может питаться от двухполярного напряжения до 60 вольт.

Технические характеристики OPA552:

Корпус 8-SOIC
Тип монтажа Поверхностный

Выходной конденсатор на подключение динамика фактически ненужен. Он только ухудшит звук.

Микросхема OPA552 рассчитана на питание от отдельного стабилизатора с помощью LM317 и LM337, как показано на схеме ниже.

Схема блок питания усилителя:

Результаты измерений:

Фото собранного усилителя:

Конструкция MOSFET УНЧ несложная. Стандартный стальной корпус с алюминиевой передней панелью. Всё покрашено в традиционный чёрный цвет.

На передней панели УМЗЧ ничего лишнего — только кнопка включения питания, хотя можно было обойтись и без неё, подключив устройство к общему для всей мультимедийной аппаратуры фильтру. Колонки — в bi-amping конфигурации.

Усилитель на MOSFET транзисторах мощностью 60 Вт

в Звук 2,281 Просмотров

Давно хотел сделать усилитель на MOSFET транзисторах. Я наткнулся на очень подходящую для новичков схему Схема усилителя не сложная, все детали есть. Выходные MOSFET транзисторы — IRFP240 и IRFP9240. Судя по datasheet, они не предназначены для аудио, но при правильном подключении играют работают).

Паяльный фен YIHUA 8858

Обновленная версия, мощность: 600 Вт, расход воздуха: 240 л/час…

По словам автора схемы, технические данные усилителя следующие:

• Выходная мощность: 60 Вт RMS на 8 Ом (синусоида 1 кГц) — 90 Вт RMS на 4 Ом
• Чувствительность: Вход 1В RMS для выхода 58 Вт
• Частотный отклик: от 30 Гц до 20 кГц -1 дБ
• Общее гармоническое искажение при 1 кГц: 1 Вт 0,003%, 10 Вт 0,006%, 20 Вт 0,01%, 40 Вт 0,013%, 60 Вт 0,018%
• Общее гармоническое искажение при 10 кГц: 1 Вт 0,005%, 10 Вт 0,02%, 20 Вт 0,03%, 40 Вт 0,06%, 60 Вт 0,09%

Я увеличил входной конденсатор до 2,2 мкФ, и это было единственное изменение, которое я позволил себе. Я выполнил инструкцию автора и усилитель запустился без проблем.

Выходное смещение было немного большим — около 30-40 мВ, поэтому я заменил резистор R4 подстроечным резистором и установил смещение минимальным, затем я измерил все доступные резисторы 1 кОм, чтобы найти ближайшее значение. Было необходимо около 980 Ом на одном канале и 1020 Ом на другом.

Микросхема: YD138-E, питание: 9-14 В, мощнос….

Чип: TDA7379 + AD828, питание: 9…17,5В, мощность: 38 Вт + 38 Вт….

Я установил ток покоя примерно на уровне 100-110 мА, что, думаю, достаточно. Интересно, что я наткнулся на комментарии об этой конкретной схеме на одном из сайтов, согласно которым с этим типом полевых транзисторов при повышении температуры будет увеличиваться ток покоя в лавинообразном процессе и в конечном итоге они выйдут из строя.

Странно то, что происходит обратное — изначально ток покоя составляет около 150 мА, а когда транзисторы нагреваются, он падает до 110.

На слух усилитель работает очень хорошо — на мой взгляд. Вот несколько фотографий данного усилителя:

Источник

Тестер транзисторов / ESR-метр / генератор

Многофункциональный прибор для проверки транзисторов, диодов, тиристоров…

Усилитель мощности МОСФИТ 400 — высококачественный 400 Вт

Усилитель мощности МОСФИТ 400

Усилитель мощности МОСФИТ 400 — на первый взгляд данное устройство кажется очень простым и без каких либо особенностей. Данный аппарат во время тестирования показал отличные параметрические характеристики, чистый приятный звук, идеальная АЧХ и довольно высокий КПД. Имея такие параметры данный аппарат без сомнения можно поставить в один ряд с аппаратурой HI-FI класса.

На фото ниже показана схема усилителя с мощностью на выходе 400 Вт, значение напряжений на схеме обозначены относительно действующего питании ±50v. Линейка усилителей мощности выполненных на транзисторах mosfet состоит из четырех моделей с выходными мощностями 100, 200, 300 и 400 Вт. Все схемы особенного отличия между собой не имеют, разница у них только в выходной мощности. Технологически это представляется так — в оконечном каскаде УМ 100 установлена всего одна пара мощных полевых транзистора, а УМ 400 уже работает на четырех парах mosfet.

Во входной цепи аппарата установлен операционный усилитель, его предназначение — предварительное усиление входного сигнала по напряжению. Устройство реализовано по двух-полупериодной схеме, каждое плечо имеет свою собственную Обратную Отрицательную Связь и работает в режиме усиления. Такое схемное решение дало возможность получать солидную мощность при небольшом напряжении на операционном усилителе. В связи с этим существенно увеличился КПД усилителя. УМ МОСФИТ работает чисто и практически без искажений, благодаря незначительному току покоя, который находится в пределах 30-40 мА, а ООС подавляет возможность появления искажения так называемой «ступенька».

При сборке этих моделей стоит обратить внимание на предварительный каскад усиления, где значение тока составляет 18-22 мА, а это значит что задействованные там биполярные транзисторы в обеих плечах нужно установить на маленькие по площади радиаторы, так как они могут немного греться. Теплоотводы можно сделать из полоски дюралюминия толщиной в районе 1 мм и размером примерно 22х42 мм.

Принципиальная схема усилителя МОСФИТ 400

Собранная плата усилителя МОСФИТ 400

Параметры усилителя помещены в таблицу

Таблица

Мощные полевые транзисторы в оконечном каскаде следует устанавливать на радиатор охлаждения через изоляционные прокладки имеющие свойство проводить тепло. Не забыть при этом предварительно на подложку транзистора нанести теплопроводную пасту типа КПТ-8, а сам радиатор должен быть связан с общей точкой.

На снимке ниже показана компоновка деталей на печатной плате. Скачать печатку: mosfit.zip

Места установки элементов на печатной плате

Наиболее полное описание схемы усилителя, а также советы и рекомендации как эффективно и точно настроить МОСФИТ 400, можно ознакомиться на этой странице

Усилитель на MOSFET

Простой усилитель мощности, который использует комплементарную пару IRFP240 и IRFP9240 MOSFET транзисторов, можно собрать всего за один вечер, так как каждый канал содержит лишь два полевых транзистора и одну микросхему — ОУ. Цель данного проекта именно и было создание предельно простого, но высококачественного усилителя звука. Цель была достигнута за счет интеграции элементов предусилителя в одной небольшой микросхеме и добавление транзисторов высокой мощности в выходном каскаде. Как видно на схеме, усилитель имеет очень простую структуру. На входе есть качественная малошумящая микросхема серии OPA552. Далее сигнал идёт на комплементарную пару MOSFET транзисторов IRFP240 и IRFP9240. Усиление всей схемы примерно в 40 раз. А TL431 позволяет установить рабочую точку выходных транзисторов. Ток в режиме ожидания установлен на 0,1А.

Схема усилителя на MOSFET транзисторах

Показана уменьшенная схема

Технические характеристики OPA552

   Выходной конденсатор на подключение динамика фактически ненужен. Он только ухудшит звук. 

Схема блока питания предусилителя

Результаты измерений сигнала

Корпус усилителя MOSFET

   Конструкция MOSFET УНЧ несложная. Стандартный стальной корпус с алюминиевой передней панелью. Всё покрашено в традиционный чёрный цвет.

   На передней панели УМЗЧ ничего лишнего — только кнопка включения питания, хотя можно было обойтись и без неё, подключив устройство к общему для всей мультимедийной аппаратуры фильтру. Колонки — в bi-amping конфигурации.

ПРИНЦИПИАЛЬНЫЕ СХЕМЫ УНЧ

Смотреть ещё схемы усилителей

       УСИЛИТЕЛИ НА ЛАМПАХ          УСИЛИТЕЛИ НА ТРАНЗИСТОРАХ  

УСИЛИТЕЛИ НА МИКРОСХЕМАХ          СТАТЬИ ОБ УСИЛИТЕЛЯХ   

Стерео усилитель звуковой частоты на MOSFET транзисторах (200Вт)

Схема электрическая принципиальная усилителя приведена на рис. 1 (в скобках приведены замененные элементы). Данная конструкция является модернизациейразработки [1].

Параметры

• Номинальная выходная мощность каждого канала, Вт — 200
• Гармонические искажения при номинальной мощности, не более, % — 0,05
• Напряжение питания выходного каскада УНЧ, В — +-50
• Ток покоя выходного каскада УНЧ, мА — 200
• Ток покоя одного выходного транзистора УНЧ, мА — 50
• Чувствительность УНЧ, В — 0,75.

Принципиальная схема

Рис. 1. Принципиальная схема УМЗЧ на MOSFET транзисторах (200Вт).

Детали и конструкция

Все основные части усилителя — трансформатор, радиаторы, платы смонтированы на шасси. Шасси изготовлено из листового дюралюминия толщиной 5 мм и анодировано.

Лицевая панель также изготовлена из листового дюралюминия толщиной 5 мм и анодирована. Ручки громкости и включения выточены из дюралюминия.

Табл. 1

Рис. 2. Схема блока питания для УМЗЧ.

В качестве трансформатора использован готовый импортный тороидальный трансформатор мощностью 300 Вт с двумя выходными обмотками по 35 В.

Радиатор отфрезерован из твердого дюралюминия и анодирован в черный цвет. Он использован как часть корпуса — радиатор и пластина сварены аргоновой сваркой и использованы как боковые части корпуса.

Схема блока питания приведена на рис. 2. При выборе сетевого трансформатора можно использовать табл. 1.

Литература: 1. sound.westhost.com

В. Горев. РМ-10-17.

Покупайте мощный и профессиональный mosfet усилитель мощности Hot Selections 10% Off

Широкий ассортимент. mosfet усилитель мощности на сайте оснащены всеми передовыми технологиями и отличаются высоким качеством, что делает их долговечными и экологически безопасными. Эти невероятные. mosfet усилитель мощности экологически чистые и ударопрочные, что делает их экономичными во всех сферах применения. Независимо от вашей цели эти. mosfet усилитель мощности идеально подходят для всех типов постоянного использования и также имеют возможность вертикальной установки.

Alibaba.com имеет несколько возможностей. mosfet усилитель мощности различных размеров, цветов, моделей, функций и емкости в зависимости от требований. Эти уникальные. mosfet усилитель мощности оснащены такими функциями, как защита от отключения, защита от отключения, защита от перегрузки, защита от перегрева и многие другие отличные функции. Многофункциональность. mosfet усилитель мощности поставляются с передовой технологией охлаждения и различной мощностью.

Alibaba.com предлагает комплексные решения. mosfet усилитель мощности диапазоны, чтобы вы могли выбрать лучшие продукты в соответствии с вашими требованиями и бюджетом. Эти продукты имеют сертификаты ISO, ROHS и доступны как OEM-заказы. Вы также можете выбрать индивидуальную упаковку при оптовом заказе.

— Electronics-Lab.com

Введение в MOSFET

Мы уже подробно видели, что усилитель сигнала может быть изготовлен с использованием биполярного переходного транзистора (BJT). Однако существуют другие типы транзисторов, которые можно использовать для построения архитектуры усилителя, и в этом руководстве мы сосредоточимся на одном из них: MOSFET (полевой транзистор с металлическим оксидом и полупроводником). В BJT база действует как командный сигнал для управления током между эмиттером и коллектором.В полевом МОП-транзисторе ветвь команды называется Gate , и она управляет потоком тока между Source и Drain .

На первом рисунке ниже представлена ​​структура полевого МОП-транзистора:

Прежде всего, давайте определим значение терминов «истощение» и терминов NMOS. Термин «истощение» здесь относится к тому факту, что физический канал связывает ветвь стока с ветвью истока. Это означает, что ток может проходить через полевой МОП-транзистор без напряжения на затворе.Ток можно заблокировать, приложив к затвору отрицательное напряжение, которое под действием поля будет выталкивать электроны и притягивать дырки. Термин «NMOS» относится к тому факту, что канал построен на основе области кремния, легированной азотом (избыток электронов), поверх подложки, легированной фтором (избыток дырок). Следовательно, ток в полевом МОП-транзисторе положительный. Канальные транзисторы, легированные P на поверхностях подложек, легированных азотом, называются PMOS, и ток через этот тип MOSFET отрицательный.

Одним из интересных аспектов полевого МОП-транзистора является слой оксида кремния, который обеспечивает полную изоляцию между затвором и каналом, поэтому ток в затворе считается нулевым.На самом деле существует небольшой ток утечки в несколько пА (10 ^-12 А) . На рис. 2 мы представляем структуру, которая будет рассматриваться в оставшейся части этого руководства:

На рис. 3 ниже представлена ​​простая электрическая схема полевого МОП-транзистора. На этой диаграмме мы определяем ток стока I _D , напряжение стока V _D , напряжение затвор-исток V _GS и расположение затвора, стока и истока, обозначенных буквами «G», «D». »И« S ».

Напряжения затвора и стока V _GS и V _DS указаны с индексом «S», поскольку исток заземлен.Обратите внимание, что обычно затвор является источником напряжения, а напряжение стока просто измеряется, а не накладывается.

Электрическое поведение

Характеристика I

В этом разделе мы опишем, как ток стока ведет себя, когда:

• Напряжение стока накладывается, а напряжение затвора изменяется: I _D = f (В _GS )
• Напряжение затвора накладывается, а напряжение стока изменяется: I _D = f (V _DS )

Давайте прежде всего сосредоточимся на характеристике I _D = f (V _GS ), представленной на рис. 4 :

Интересно отметить, что создание проводящего канала не запускается мгновенно положительным напряжением, поскольку ток стока не наблюдается, когда V _GS th , где V _th означает «пороговое напряжение».Эта первая область называется «отсечкой» или «подпороговой» областью. В этом режиме полевой МОП-транзистор действует как разомкнутый переключатель, не позволяя индуцировать выходной ток.

Когда напряжение затвора выше порогового значения V _GS > V _th , ток стока резко возрастает. Эта вторая область называется «Область насыщенности», и мы объясним, почему, далее в руководстве. В насыщенной или «активной» области сток тока удовлетворяет соотношению параболы:

Коэффициент k, известный как коэффициент проводимости, зависит только от физических параметров полевого МОП-транзистора: отношения Ширина ( Вт ) / Длина ( L ) проводящего канала между стоком и истоком, от подвижности электронов μ и значения емкости, образованной структурой металл-оксид-полупроводник затвора C _ox :

Интересно быстро проанализировать эту формулу, чтобы понять физику, лежащую в основе MOSFET.Положение в числителе μ, C _ox и W указывает на то, что если их значение увеличивается, коэффициент проводимости и, следовательно, увеличивается ток. Действительно, когда W увеличивается, путь для электронов становится шире, и, следовательно, увеличивается ток. Если подвижность электронов увеличивается, электроны движутся быстрее, что, в свою очередь, увеличивает ток стока. Если емкость увеличивается, это увеличивает ток стока из-за более высокой концентрации электронов на границе раздела полупроводник / оксид.Наконец, если длина проводящего канала увеличивается, ток будет уменьшаться, поскольку он выходит на более длинный путь, следовательно, с более высоким сопротивлением.

Важный параметр может быть получен из уравнения 1 и уравнения 2 , который называется крутизной (g _м ) полевого МОП-транзистора и выражается в амперах / вольтах или сименсах (S). :

Уравнение 3 можно изменить, выразив разницу (V _GS -V _th ) как квадратный корень из Уравнение 1 , и после нескольких шагов мы получим:

Для данного МОП-транзистора, то есть фиксированного усиления проводимости, крутизна зависит только от управляющего напряжения V _GS и стока тока I _D , которые задаются характеристика I _D = f (V _GS ) в Рисунок 4 .Крутизна дает не только усиление конфигурации MOSFET, но и полосу пропускания, шумовые характеристики и ее линейность.

Характеристика I

Чтобы построить вторую характеристику, мы рассматриваем набор напряжений затвора, удовлетворяющих V _{GS , 1} GS _{, 2} GS _{, 3} GS _{, 4} . Характеристика I _D = f (V _DS ) частично построена на основе первой характеристики I _D = f (V _GS ).Действительно, красная пунктирная граница на Рис. 5 дана по форме кривой на Рис. 4 :

Мы можем понять из Рис. 5 , почему область насыщения, впервые упомянутая на Рис. 4 , называется такой как. Действительно, в этой области ток стока I _D остается постоянным для фиксированного напряжения смещения V _GS независимо от значения напряжения стока V _DS .Это утверждение можно проверить с помощью Уравнение 1 , где V _DS не фигурирует в формуле I _D . Следовательно, NMOS работает как замкнутый переключатель в области насыщения.

До появления эффекта насыщения полевой МОП-транзистор ведет себя по-другому в области, называемой «омической», «триодной» или «линейной». В этой области выражение I _D квазилинейно, на него влияет убывающая парабола, когда V _DS увеличивается:

Граница между линейной областью и областью насыщения задается напряжением отсечки В _P = V _GS -V _th .

A Усилитель MOSFET

Реальная архитектура усилителя на полевых МОП-транзисторах создается путем добавления к схеме , рис. 3, цепи смещения, стока, истока и нагрузочного резистора, а также соединительной способности:

Схема смещения состоит из сетевого делителя напряжения, его роль и функционирование уже неоднократно рассматривались в серии руководств по усилителям BJT, она реализована с помощью двух параллельных резисторов R ₁ и R ₂ .Конденсаторы связи C ₁ и C ₂ изолируют напряжение смещения постоянного тока от сигнала переменного тока, который необходимо усилить. Наконец, выходной сигнал поступает на нагрузку, моделируемую сопротивлением R _L . Напряжение затвора или смещения определяется по формуле:

Значения R ₁ и R ₂ обычно большие, чтобы увеличить входное сопротивление усилителя и уменьшить омические потери мощности.

Входные и выходные напряжения

Для упрощения будем считать, что никакая нагрузка не размещается параллельно сливному патрубку.Входное напряжение задается напряжением затвор-исток V _GS , а падение напряжения на сопротивлении R _S определяется как R _S × I _D . Поскольку по определению крутизны, I _D = g _m × V _GS , входное напряжение V _в может быть разложено на множители V _GS , например:

Выходное напряжение просто определяется падением напряжения на сопротивлении стока:

Коэффициент усиления по напряжению

Коэффициент усиления по напряжению A _В определяется соотношением по уравнению 7 и по уравнению 6 , после упрощения оно становится:

Знак «-» связан с тем, что по аналогии с усилителем с общим эмиттером BJT, усилитель MOSFET инвертирует выходной сигнал: фаза сдвинута на 180 ° или π rad .

Заключение

Этот учебник был посвящен усилителям с полевыми транзисторами на основе металлооксидных полупроводников (MOSFET). МОП-транзистор — это активный компонент, который состоит из проводящего канала, заключенного между полупроводниковой подложкой и структурой металл / оксид. Мы специально описали усовершенствованных структур NMOS , которые позволяют току проходить, когда напряжение команды или затвора является положительным и превышает определенное пороговое значение. Мы видели, что для понимания электрического поведения этого транзистора необходимо проанализировать две характеристики.Первый, I _D = f (V _GS ) , дает важный параметр, известный как крутизна g _м , который помогает определить усиление усилителя MOSFET, которое мы приводим в последнем разделе руководства. . Он также дает форму границы между линейной областью и областью насыщения транзистора, которая может быть представлена ​​во второй характеристике I _D = f (V _DS ) . На основе этого анализа были выделены три региона:

• Область отсечки или подпороговая область, где V _GS th и в канале не циркулирует ток стока.
• Омическая, линейная или триодная область, где В _GS > V _th и V _DS GS -V _th , а ток стока изменяется линейно с напряжением стока.
• Насыщение или активная область, где В _GS > V _th и V _DS > V _GS -V _th , а ток стока остается постоянным для фиксированного напряжения затвора, несмотря на напряжение стока вариации.

Наконец, мы увидели, как полная конфигурация MOSFET может быть достигнута с помощью схемы смещения, и описали входное и выходное напряжения схемы и ее коэффициент усиления по напряжению. Усилитель MOSFET инвертирует сигнал напряжения и обеспечивает максимальное абсолютное усиление, определяемое соотношением R _D / R _S .

— Транзисторы и транзисторные схемы Видеолекция

Продолжаем обсуждение полевых МОП-транзисторов в Разделе 10-3. Мы смотрим на усилители MOSFET.Три основные конфигурации усилителя, описанные для биполярных транзисторов и JFET, имеют эквиваленты MOSFET. Мы не будем вдаваться в подробности, просто скажем, что у них есть эквивалентные схемы. Смещение усилителя. Это относится к усилителям. Любой из полевых МОП-транзисторов можно использовать в качестве линейных усилителей. Они должны быть смещены, чтобы большинство носителей тока текло от истока к стоку. Емкость затвор-исток смещена так, что транзистор работает на полпути между отсечкой и насыщением, как и все транзисторные усилители.

Помните, у нас была отсечка, у нас было насыщение. Это в основном представляет собой положение включения и выключения полевого МОП-транзистора. Между ними мы могли бы иметь линейную работу. Помните, что когда у вас есть линейная операция, у вас есть вход, и выход будет иметь ту же форму, что и вход. Если вам разрешили перейти в насыщенность или обрезку, он больше не будет сохранять ту же форму, что и вход.

После правильного смещения сигнал переменного тока применяется между затвором и истоком, добавляя и вычитая из смещения постоянного тока.Усилители MOSFET имеют фазовый сдвиг на 180 градусов между входом и выходом. Это похоже на то, что мы сделали с биполярным расстройством. В частности, усилители MOSFET имеют чрезвычайно высокое входное сопротивление. Часто это доходит до мегомов импеданса. Это хорошо, потому что помните, когда мы говорили о входном сопротивлении, это позволяло усилителю захватывать большую часть входящего сигнала.

Ответ на сигнал

Усилитель с общим источником, использующий полевой МОП-транзистор с n-канальным режимом обеднения.Здесь у нас есть n-канальный МОП-транзистор в режиме обеднения с входным сигналом, ток через МОП-транзистор будет изменяться, вызывая изменение напряжения на RD, тем самым усиливая вход. Фактически, все усилители работают так: у вас есть входной сигнал, который поступает. Входной сигнал в этом случае проходит через MOSFET в режиме истощения. Сигнал переменного тока вызывает изменение тока через транзистор. Этот ток будет пропущен через RD. Этот изменяющийся ток приведет к изменению этого напряжения.Это повлияет на результат. Таким образом у нас будет усиленный сигнал.

У нас есть конденсатор связи. Конденсатор связи здесь просто снимает уровень постоянного тока, так что когда он идет на выход, это просто чистый переменный ток. Это усилитель с общим источником. Здесь используется МОП-транзистор с р-канальным расширением. Вы заметите, что стрелка указывала в направлении, указывающем, что это p-канал. Обратите внимание, у нас есть отрицательное напряжение, которое характерно для устройств с р-каналом.Опять же, у нас такое же базовое поведение и применяется входной сигнал. Ток через полевой МОП-транзистор в расширенном режиме будет изменяться в зависимости от входного сигнала, вызывающего изменение этого выходного сигнала, и, таким образом, мы будем получать выходной сигнал через конденсатор связи.

Характеристики полевого МОП-транзистора

Поскольку существует меньше источников рекомбинации, чем в биполярных транзисторах, полевые МОП-транзисторы имеют все связанные с ними низкие уровни шума и идеально подходят для ранних каскадов усилителя.Что это значит? Поскольку существует меньше источников рекомбинации, с биполярным у нас был наш материал NPN, и у нас была рекомбинация, когда электроны проходили через p-материал, а затем через n-материал. Хотя это кажется довольно незначительным, это источник шума, когда электроны проходят сквозь него и проходят процесс рекомбинации.

Напомним, что в устройстве типа MOSFET или с FET мы переходим от истока к стоку. У нас нет рекомбинации. У нас просто есть ограничения, которые накладываются на этот материал, чтобы вызвать изменение тока.Электроны все время остаются в одном и том же материале. Нет рекомбинации. Это снижает шум. Это делает их идеальными для использования на ранней стадии усилителя. Одним из примеров является то, что, например, в телевизионном приемнике есть антенна, и когда он принимает сигнал от этой антенны, это очень, очень маленький сигнал. Очень часто полевые МОП-транзисторы используются на том уровне, когда сигнал очень мал, чтобы можно было усилить сигнал без добавления к нему шума.

Процедуры обращения с полевым МОП-транзистором

Это очень интересная тема.Из-за своей конструкции полевые МОП-транзисторы чрезвычайно чувствительны к разрядам статического напряжения, и с ними всегда нужно обращаться осторожно. В противном случае они будут уничтожены. Это подводит нас к теме ОУР. Полагаю, я могу провести целую главу по этому предмету, но сейчас я просто хочу упомянуть об этом. МОП-транзисторы — это то, что мы называем чувствительными к электростатическому разряду, что означает, что если они подвергаются электростатическому разряду, это может потенциально повредить устройство. С ними нужно обращаться очень осторожно, особенно когда вы ремонтируете устройство, в котором необходимо заменить MOSFET.

ESD означает электростатический разряд. Электростатический разряд возникает при трении двух изоляторов друг о друга. Некоторые примеры, которые вы можете распознать, — это, например, сушилка для белья, когда одежда сушится, а вы идете и вынимаете ее из сушилки, вы, возможно, испытали на себе хлопки и электростатическое напряжение, когда вы вытаскиваете одежду. сушилки. Это пример ОУР.

Обувь, если вы идете по ковру и трете ногой о ковер, а затем касаетесь дверной ручки.Вы можете столкнуться с небольшой разрядкой молнии, и это будет еще одним примером электростатического разряда. Трение шин об асфальт. Вы когда-нибудь водили машину, вы выходите из машины, стоите на земле, идете, чтобы закрыть дверь, и когда вы касаетесь двери, вы испытываете шок. Причина этого шока в том, что если вы едете по дороге и у вас есть резиновая шина, а резиновая шина трется о тротуар, то резиновая шина — изолятор, асфальт или цемент — изолятор.По сути, они трутся друг о друга, и на самом деле здесь тоже происходит разделение, которое вызывает статическое электричество. Это статическое электричество накапливается на корпусе автомобиля. Когда вы выходите из автомобиля и касаетесь, чтобы закрыть дверь, вы снимаете статическое электричество с корпуса автомобиля. Другой пример — винты вертолетов. Когда винты вертолетов вращаются, они могут вырабатывать огромное количество статического электричества.

Статическое напряжение может быть очень высоким и зависит от влажности.Это всего лишь приблизительные цифры. Я записываю их, потому что это обычно используемые значения. Как я уже сказал, эти значения будут типичными для областей с высокой влажностью. Если вы находитесь в очень засушливых районах, таких как Феникс, эти значения могут легко удвоиться. Практическое правило здесь — около 3000 вольт статического электричества, вы можете это почувствовать. Это слышно при напряжении около 4000 вольт. Вы слышите это как с сушилкой. Выше 5000 вольт это видно. Вы можете на самом деле маленькую молнию. В вашем тексте говорится о том, что это значение составляет от 10 до 11 кабелей, что очень вероятно, если бы это было в засушливой среде.

Дело в том, что именно здесь вы начинаете ощущать эти напряжения. МОП-транзисторы могут быть разрушены всего лишь при напряжении 10–100 вольт. Вы не сможете ощутить его, пока оно не превысит значение, на которое вы смотрите на потенциальное разрушение. В любом случае, обращаясь с полевыми МОП-транзисторами, очень важно осознавать тот факт, что эти устройства являются электростатическими. Обычно на упаковке есть символы, указывающие на то, что она чувствительна к электростатическому разряду.

Сводка характеристик полевого МОП-транзистора

Клеммы истока и стока подключены к противоположным концам материала канала.МОП-транзистор в режиме истощения — это транзистор без напряжения затвор-исток. Это режим истощения. Канальный ток в полевом МОП-транзисторе в режиме истощения может быть увеличен или уменьшен из состояния отсутствия смещения. МОП-транзистор в улучшенном режиме отсекается без напряжения затвор-исток. Это похоже на то, что у нас было с биполярным, без входа не было выхода. МОП-транзисторы имеют чрезвычайно высокое входное сопротивление или входное сопротивление. МОП-транзистор может использоваться в цифровых приложениях, ограничивая работу насыщением и отсечкой. Общий исток, сток и затвор представляют собой конфигурации усилителя MOSFET.Усилители с общим источником имеют сдвиг фазы на 180 градусов от входа к выходу. На этом завершается раздел 10-3.

Видеолекции, созданные Тимом Фигенбаумом в Общественном колледже Северного Сиэтла.

Схема

MOSFET — это в основном транзистор, использующий полевой эффект. MOSFET — это металлооксидный полевой транзистор , который имеет затвор. Напряжение затвора определяет проводимость устройства. В зависимости от этого напряжения затвора мы можем изменить проводимость и, таким образом, можем использовать его как переключатель или как усилитель, как мы используем транзистор как переключатель или как усилитель.

или BJT имеет базу, эмиттер и коллектор, тогда как MOSFET имеет затвор, сток и исток. Помимо конфигурации контактов, BJT нуждается в токе для работы, а MOSFET — в напряжении.

MOSFET обеспечивает очень высокое входное сопротивление и его очень легко смещать. Итак, для небольшого линейного усилителя MOSFET — отличный выбор. Линейное усиление происходит, когда мы смещаем полевой МОП-транзистор в области насыщения, которая является центрально фиксированной точкой Q.

На изображении ниже показана внутренняя конструкция базового N-канального полевого МОП-транзистора .МОП-транзистор имеет три подключения: сток, затвор и источник. Между воротами и каналом нет прямой связи. Электрод затвора электрически изолирован, и по этой причине его иногда называют IGFET или полевым транзистором с изолированным затвором .

Вот изображение широко популярного полевого МОП-транзистора IRF530N .

  ߡ Id = gm x ߡ Vgs  

  Vds = Vdd - I  d  x Rd (как V = I x R)  

  Коэффициент усиления усиленного напряжения = -g  м  x Rd  

  VDD = I  D  x Rd + V  DS  + I  D  x Rs 
  VDD = I  D  (Rd + Rs) + V  DS  
  (Rd + Rs) = V  DD  - V  DS  / I  D   

  Rd = (V  DD  - V  DS  / I  D ) - R  S  
  Rs can   рассчитано   как Rs = V  S  / I  D   

  C = 1 / 2πf Требование  

• Общее гармоническое искажение не будет больше примерно 0,05%. Опытный образец был проанализирован только для частот сигнала около 1 кГц.
• Однако коэффициент усиления разомкнутого контура схемы оказался практически постоянным во всем диапазоне звуковых частот.
• Частотная характеристика замкнутого контура была измерена на уровне -2 дБ с сигналами приблизительно 20 Гц и 22 кГц.
• Отношение сигнал / шум усилителя (без подключенного динамика) было выше, чем показатель в 80 дБ, хотя на самом деле может существовать вероятность обнаружения небольшого количества гула сети от источника питания на источнике питания. громкоговорители, но их уровень может быть слишком низким, чтобы его можно было слышать в нормальных условиях.

Источник питания

На изображении выше показан правильно сконфигурированный источник питания для 35-ваттного усилителя MOSFET.Источник питания может быть достаточно мощным для работы с моно или стерео моделью устройства.

Источник питания фактически состоит из пары эффективных двухтактных выпрямителей и схем сглаживания, выходы которых подключены последовательно, чтобы обеспечить общее выходное напряжение, соответствующее удвоенному потенциалу, приложенному отдельным выпрямителем и схемой емкостного фильтра.

Диоды D4, D6 и C10 составляют одну конкретную часть источника питания, в то время как вторую часть поставляют D3, D5 и C11.Каждый из них обеспечивает напряжение чуть ниже 40 В без подключенной нагрузки и полное напряжение без нагрузки 80 В.

Это значение может упасть примерно до 77 вольт, когда усилитель нагружен входным стереосигналом в рабочем состоянии покоя, и примерно до 60 вольт, когда два канала усилителя работают на полной или максимальной мощности.

Рекомендации по конструкции

Идеальная компоновка печатной платы для 35-ваттного усилителя MOSFET показана на рисунках ниже.

Это предназначено для одного канала схемы усилителя, поэтому, естественно, две такие платы должны быть собраны, когда возникает необходимость в стереоусилителе.Выходные транзисторы, конечно же, не устанавливаются на печатной плате, а скорее расположены на больших оребрениях.

Нет необходимости использовать слюдяную изоляцию для транзисторов при их установке на радиаторе. Это связано с тем, что источники MOSFET напрямую подключены к их металлическим выводам, и эти выводы источника в любом случае должны быть подключены друг к другу.

Однако, поскольку они не изолированы от радиатора, может быть действительно жизненно важно обеспечить, чтобы радиаторы не входили в электрический контакт с различными другими частями усилителя.

Кроме того, для реализации стереозвука отдельные радиаторы, используемые для пары усилителей, не должны находиться в электрической близости друг от друга. Всегда используйте более короткие выводы (максимум около 50 мм) для соединения выходных транзисторов с печатной платой.

Это особенно важно для выводов, которые подключаются к клеммам затвора выходных полевых МОП-транзисторов. В связи с тем, что силовые полевые МОП-транзисторы имеют высокое усиление на высоких частотах, более длинные выводы могут серьезно повлиять на стабильность характеристики усилителя или даже вызвать ВЧ-колебания, которые, в свою очередь, могут вызвать необратимое повреждение силовых полевых МОП-транзисторов.

Сказав это, на практике вы вряд ли столкнетесь с какими-либо трудностями в подготовке проекта, чтобы гарантировать, что эти выводы фактически будут короче. Важно отметить, что C9 и R11 устанавливаются вне печатной платы и просто подключаются последовательно через выходной разъем.

Советы по конструкции источника питания

Цепь источника питания построена с использованием проводки типа «точка-точка», как показано на рисунке ниже.

Это на самом деле выглядит довольно очевидным, тем не менее, гарантируется, что конденсаторы C10 и C11 обоих типов состоят из фиктивной метки.В случае, если это не так, может быть крайне важно использовать полосу с тегами для включения нескольких портов подключения. Бирка для припоя прикрепляется к одному конкретному монтажному болту T1, который обеспечивает точку подключения корпуса для заземляющего провода сети переменного тока.

Регулировка и настройки

1. Обязательно тщательно проверьте соединения проводки перед включением источника питания, поскольку ошибки в проводке могут вызвать дорогостоящие разрушения и, безусловно, могут быть опасными.
2. Перед тем, как включить цепь, обязательно отрегулируйте R10, чтобы получить минимальное сопротивление (поверните полностью против часовой стрелки).
3. Если на мгновение вынуть FS1 и закрепить мультиметр для измерения FSD 500 мА, прикрепленный к держателю предохранителя, при включенном усилителе на измерителе должно быть видно значение около 20 мА (это может быть 40 мА при использовании двухканального стерео) .
4. Если вы обнаружите, что показания счетчика существенно отличаются от этого, немедленно отключите питание и повторно проверьте всю проводку. Напротив, если все в порядке, медленно перемещайте R10, чтобы максимизировать показания счетчика до значения 100 мА.
5. Если требуется стереоусилитель, необходимо настроить R10 на обоих каналах, чтобы получить ток потребления до 120 мА, затем необходимо настроить R10 во 2-м канале, чтобы увеличить потребление тока до 200 мА. Как только они будут выполнены, усилитель на МОП-транзисторе будет готов к использованию.
6. Будьте предельно осторожны и не прикасайтесь ни к каким соединениям сети переменного тока при выполнении процедур настройки усилителя.
7. Вся открытая проводка или кабельные соединения, которые могут находиться под напряжением сети переменного тока, должны быть должным образом изолированы перед подключением устройства к электросети.
8. Излишне говорить, что, как и любая цепь, работающая от переменного тока, она должна быть заключена в прочный шкаф, который можно было открутить только с помощью специальной отвертки и другого набора инструментов, чтобы не было никаких быстрых средств доступа опасная проводка сети, и несчастные случаи надежно устранены.

Перечень деталей для усилителя мощности на 35-ваттном МОП-транзисторе

Схема приложения усилителя на МОП-транзисторе мощностью 120 Вт

В зависимости от характеристик источника питания практическая схема 120-ваттного усилителя на МОП-транзисторе может обеспечивать выходную мощность в диапазоне около 50 и более 120 Вт RMS на громкоговоритель 8 Ом.

Эта конструкция также включает полевые МОП-транзисторы в выходном каскаде, чтобы обеспечить превосходный уровень общих характеристик даже при большой простоте схемы.

Суммарные гармонические искажения усилителя не превышают 0,05%, но только тогда, когда схема не перегружена. , а отношение сигнал / шум превышает 100 дБ.

Описание каскадов усилителя MOSFET

Как показано выше, эта схема разработана со ссылкой на схему Hitachi. В отличие от предыдущей конструкции, эта схема использует связь по постоянному току для громкоговорителя и содержит двойной симметричный источник питания со средней 0 В и заземляющей шиной.

Это усовершенствование избавляет от зависимости от больших выходных разделительных конденсаторов, а также от низкой производительности, которую создает этот конденсатор. Кроме того, такая компоновка также позволяет схеме прилично подавлять пульсации питания.

Помимо функции связи по постоянному току, конструкция схемы выглядит довольно отличной от той, что использовалась в более ранней конструкции. Здесь как входной, так и задающий каскад содержат дифференциальные усилители.

Входной каскад конфигурируется с использованием Tr1 и Tr2, в то время как каскад драйвера зависит от Tr3 и Tr4.

Транзистор Tr5 сконфигурирован как нагрузка коллектора постоянного тока для Tr4. Путь прохождения сигнала через усилитель начинается с использования входного разделительного конденсатора C1 вместе с ВЧ-фильтром R1 / C4. R2 используется для смещения входа усилителя на центральной дорожке питания 0 В.

Tr1 подключен как эффективный усилитель с общим эмиттером , выход которого напрямую подключен к Tr4, который применяется в качестве каскада драйвера с общим эмиттером. Начиная с этого этапа, аудиосигнал связывается с Tr6 и Tr7, которые настроены как дополнительный выходной каскад ведомого источника.

Отрицательная обратная связь извлекается из выхода усилителя и подключается к базе Tr2, и, несмотря на то, что нет инверсии сигнала через базу Tr1 на выходе усилителя, существует инверсия на базе Tr2. и выход. Это потому, что Tr2, работающий как эмиттерный повторитель, отлично управляет эмиттером Tr1.

Когда входной сигнал подается на эмиттер Tr1, транзисторы успешно действуют как каскад с общей базой .Следовательно, хотя инверсия не происходит посредством Tr1 и Tr2, инверсия действительно происходит через Tr4.

Кроме того, изменение фазы не происходит через выходной каскад, что означает, что усилитель и база Tr2 имеют тенденцию не совпадать по фазе для выполнения требуемой требуемой отрицательной обратной связи. Значения R6 и R7, как показано на диаграмме, обеспечивают увеличение напряжения примерно в 28 раз.

Как мы узнали из наших предыдущих обсуждений, небольшой недостаток силовых MOSFET заключается в том, что они становятся менее эффективными, чем BJT, когда они подключены через традиционный выходной каскад класса B.Кроме того, относительная эффективность силовых полевых МОП-транзисторов становится довольно низкой с мощными цепями, которые требуют, чтобы напряжение затвор / исток было несколько напряжений для больших токов источника.

Максимальный размах выходного напряжения можно принять равным напряжению питания за вычетом максимального напряжения затвор-исток отдельного транзистора, и это, безусловно, допускает размах выходного напряжения, который может быть значительно ниже, чем подаваемое напряжение питания.

Простым средством повышения эффективности было бы включение пары аналогичных полевых МОП-транзисторов, подключенных параллельно к каждому из выходных транзисторов.Максимальный ток, обрабатываемый каждым выходным полевым МОП-транзистором, будет примерно уменьшен наполовину, а максимальное напряжение между источником и затвором каждого полевого МОП-транзистора будет уменьшено соответствующим образом (вместе с пропорциональным увеличением размаха выходного напряжения усилителя).

Однако аналогичный подход не работает применительно к биполярным устройствам, и это в основном связано с их характеристиками с положительным температурным коэффициентом . Если один конкретный выходной BJT начинает потреблять чрезмерный ток, чем другой (потому что никакие два транзистора не будут иметь точно идентичные характеристики), одно устройство начинает нагреваться больше, чем другое.

Эта повышенная температура вызывает снижение порогового напряжения эмиттера / базы BJT, и в результате он начинает потреблять гораздо большую часть выходного тока. Ситуация затем вызывает нагревание транзистора, и этот процесс продолжается бесконечно, пока один из выходных транзисторов не начнет обрабатывать всю нагрузку, а другой останется неактивным.

Проблемы такого рода нельзя увидеть с силовыми полевыми МОП-транзисторами из-за их отрицательного температурного коэффициента. Когда один полевой МОП-транзистор начинает нагреваться, из-за его отрицательного температурного коэффициента возрастающее тепло начинает ограничивать ток, протекающий через его сток / исток.

Это смещает избыточный ток в сторону другого полевого МОП-транзистора, который теперь начинает нагреваться, и точно так же тепло вызывает пропорциональное уменьшение проходящего через него тока.

Эта ситуация создает сбалансированное распределение тока и рассеивание между устройствами, что делает работу усилителя более эффективной и надежной. Это явление также позволяет подключать полевые МОП-транзисторы параллельно, просто соединив вместе выводы затвора, истока и стока без особых вычислений и проблем.

Источник питания для 120-ваттного усилителя MOSFET

Надлежащим образом спроектированная схема источника питания для 120-ваттного усилителя MOSFET указана выше.Это очень похоже на схему источника питания в нашей предыдущей конструкции.

Единственное отличие состоит в том, что питание центрального отвода трансформатора на стыке двух сглаживающих конденсаторов изначально не учитывалось. В данном примере это используется для обеспечения заземления среднего напряжения 0 В, в то время как заземление сети также подключается к этому соединению, а не к отрицательной шине питания.

Вы можете найти предохранители, установленные как на положительной, так и на отрицательной шинах. Выходная мощность усилителя в значительной степени зависит от технических характеристик сетевого трансформатора.Для большинства требований тороидального сетевого трансформатора на 35 — 0 — 35 вольт 160 ВА должно быть вполне достаточно.

Если предпочтение отдается стереофоническому режиму, трансформатор необходимо заменить на более тяжелый трансформатор на 300 ВА. В качестве альтернативы, изолированные блоки питания могут быть построены с использованием трансформатора 160 ВА каждый для каждого канала.

Это позволяет использовать напряжение питания приблизительно 50 В в состоянии покоя, хотя при полной нагрузке этот уровень может упасть до гораздо более низкого уровня. Это позволяет получить выходную мощность до 70 Вт RMS через громкоговорители с номинальным сопротивлением 8 Ом.

Важно отметить, что диоды 1N5402, используемые в мостовом выпрямителе, имеют максимально допустимый ток 3 ампера. Этого может быть достаточно для одноканального усилителя, но этого может быть недостаточно для стереоверсии. Для стерео версии диоды необходимо заменить на диоды на 6 ампер или диоды на 6A4.

Макеты печатных плат

Вы можете найти полноценную печатную плату для создания собственной схемы усилителя на полевом МОП-транзисторе мощностью 120 Вт. Указанные 4 полевых МОП-транзистора должны быть подключены с большими оребренными радиаторами, которые должны быть рассчитаны как минимум на 4.5 градусов Цельсия на ватт.

Меры предосторожности при подключении

• Следите за тем, чтобы выводы выводов MOSFET были как можно короче, длина которых не должна превышать 50 мм.
• Если вы хотите сохранить их немного дольше, не забудьте добавить резистор низкого номинала (может быть 50 Ом 1/4 Вт) с затвором каждого из полевых МОП-транзисторов.
• Этот резистор отвечает входной емкостью полевого МОП-транзистора и действует как фильтр нижних частот, обеспечивая лучшую стабильность частоты для входного высокочастотного сигнала.
• Однако при высокочастотных входных сигналах эти резисторы могут оказывать некоторое влияние на выходные характеристики, но на самом деле оно может быть слишком маленьким и едва заметным.
• Транзистор Tr6 фактически состоит из двух n-канальных MOSFET, соединенных параллельно, то же самое для Tr7, который также имеет пару p-канальных MOSFET, подключенных параллельно.
• Для реализации этого параллельного соединения затвор, сток и исток соответствующих пар полевых МОП-транзисторов просто соединяются друг с другом, вот и все, что очень просто.
• Также обратите внимание, что конденсатор C8 и резистор R13 установлены непосредственно на выходном гнезде, а не на печатной плате.
• Возможно, самый эффективный метод построения источника питания — это проводное подключение, как и для источника питания, как это было сделано для предыдущего усилителя. Схема во многом такая же, как и в предыдущей схеме.

Регулировки и настройки

1. Перед включением завершенной цепи усилителя обязательно несколько раз внимательно проверьте каждую проводку.
2. В частности, проверьте проводку источника питания и соответствующие соединения на выходных полевых МОП-транзисторах.
3. Неисправности в этих соединениях могут быстро привести к необратимому повреждению усилителя.
4. Кроме того, вам нужно будет выполнить несколько предварительных настроек перед включением готовой платы.
5. Начните с вращения предустановки R11 до упора против часовой стрелки и не подключайте сначала громкоговоритель к выходу устройства.
6. Затем, вместо громкоговорителя, подключите щупы мультиметра (настроенного на диапазон низкого напряжения постоянного тока) к выходным точкам усилителя и убедитесь, что он показывает наличие низкого выходного напряжения покоя.
7. Вы можете обнаружить, что измеритель показывает частичное напряжение или может не показывать напряжение вообще, что тоже нормально.
8. В случае, если измеритель показывает высокое напряжение постоянного тока, необходимо немедленно выключить усилитель и повторно проверить возможные ошибки в проводке.

Заключение

В приведенной выше статье мы всесторонне обсудили многие параметры, которые играют решающую роль в обеспечении правильной и оптимальной работы усилителя мощности.

Все эти параметры являются стандартными, поэтому их можно эффективно использовать при проектировании любой схемы усилителя мощности на полевых МОП-транзисторах, независимо от характеристик мощности и напряжения.

Различные характеристики, подробно описанные в отношении устройств BJT и MOSFET, могут быть использованы разработчиком для реализации или настройки желаемой схемы усилителя мощности.

13.2: Усилители с общим источником на полевых МОП-транзисторах

Прежде чем мы сможем исследовать усилитель с общим источником, необходима модель переменного тока как для DE-, так и для E-MOSFET. Упрощенная модель состоит из источника тока, управляемого напряжением, и входного сопротивления \ (r_ {GS} \). Эта модель показана на рисунке \ (\ PageIndex {1} \). Модель по существу такая же, как и для JFET.Технически сопротивление затвор-исток у полевого МОП-транзистора выше из-за изолированного затвора, и это полезно в конкретных приложениях, таких как конструкция электрометров, но для работы общего назначения это незначительное различие. Сопротивление, связанное с источником тока, не отображается, поскольку оно обычно достаточно велико, чтобы его можно было игнорировать. Аналогично не показаны емкости устройства. Стоит отметить, что емкости, связанные с небольшими сигнальными устройствами, могут составлять всего несколько пикофарад, однако силовое устройство может показывать значения в несколько нанофарад.

Рисунок \ (\ PageIndex {1} \): Модель устройства переменного тока для полевых МОП-транзисторов.

Поскольку модель устройства одинакова для DE- и E-MOSFET, анализ усиления по напряжению, входного и выходного сопротивления будет применяться к обоим устройствам. Единственными практическими различиями будут способ определения крутизны и вариации схемы из-за различных требований смещения, которые будут влиять на входной импеданс. Фактически, будет большое единообразие между схемами на основе JFET и схемами DE-MOSFET, работающими в режиме истощения.

Эквивалент переменного тока затопленного усилителя с общим источником показан на рисунке \ (\ PageIndex {2} \). Это общий прототип, который подходит для любых вариантов устройства и типа смещения. В конечном итоге все усилители могут быть уменьшены до этого эквивалента, иногда с опущением некоторых значений сопротивления (разомкнутых или закороченных). Например, если усилитель не заболочен, то \ (r_S = 0 \). Точно так же \ (r_G \) может соответствовать одному резистору смещения затвора или может представлять собой эквивалент пары резисторов, которые устанавливают делитель напряжения затвора.

Рисунок \ (\ PageIndex {2} \): Эквивалент общего усилителя с общим источником.

13.2.1: усиление напряжения

Чтобы вывести уравнение для усиления по напряжению, мы начнем с его определения, а именно с того, что усиление по напряжению — это отношение \ (v_ {out} \) к \ (v_ {in} \). Затем мы перейдем к выражению этих напряжений через их эквиваленты по закону Ома. Обратите внимание, что \ (r_L \) также может называться \ (r_D \).

\ [A_v = \ frac {v_ {out}} {v_ {in}} = \ frac {v_L} {v_G} = \ frac {v_D} {v_G} \\ A_v = \ frac {−i_D r_L} {i_D r_S + v_ {GS}} \\ A_v = \ frac {−g_m v_ {GS} r_L} {g_m v_ {GS} r_S + v_ {GS}} \\ A_v = — \ frac {g_m r_L} {g_m r_S + 1} \ label {13.1} \]

или, если желательно,

\ [A_v = — \ frac {g_m r_D} {g_m r_S + 1} \ label {13.1b} \]

Это общее уравнение для усиления напряжения. Если усилитель не забит, первая часть знаменателя выпадает, и коэффициент усиления упрощается до

\ [A_v = −g_m r_L \ label {13.2} \]

или поочередно

\ [A_v = −g_m r_D \ label {13.2b} \]

Затягивающий резистор, \ (r_S \), играет здесь ту же роль, что и для BJT и JFET.Swamping помогает стабилизировать усиление и уменьшить искажения, но за счет увеличения напряжения.

13.2.2: Входное сопротивление

Возвращаясь к рисунку \ (\ PageIndex {2} \), входное сопротивление усилителя будет \ (r_G \) параллельно импедансу на выводе затвора, \ (Z_ {in (gate)} \) . {12} \) Ом.В большинстве практических схем \ (r_G \) будет намного меньше, поэтому

\ [Z_ {in} = r_G || r_ {GS} \ приблизительно r_G \ label {13.3} \]

Важно повторить, что \ (r_G \) — это эквивалентное сопротивление, видимое перед выводом затвора, которое видно с точки наблюдения \ (V_ {in} \). В случае самосмещения, комбинированного смещения, нулевого смещения и смещения постоянного тока это будет единственный резистор смещения \ (R_G \). Для простого смещения делителя напряжения \ (r_G \) будет параллельной комбинацией двух резисторов делителя (т.е.е., \ (R_1 || R_2 \)). Для развязанного смещения делителя напряжения, как показано на рисунке \ (\ PageIndex {3} \), \ (r_G \) будет резистором развязки (то есть \ (R_3 \)), который подключен между делителем и затвором. Это связано с тем, что узел делителя соединен с землей через конденсатор. Наконец, для смещения обратной связи стока \ (r_G \) — это Millerized \ (R_G \), который соединяет сток и затвор.

Рисунок \ (\ PageIndex {3} \): разделенный делитель напряжения.

13.2.3: Выходное сопротивление

Вывод выходного импеданса не отличается от случая JFET.С точки зрения нагрузки, выходным сопротивлением будет резистор смещения стока \ (R_D \), параллельный внутреннему сопротивлению источника тока в модели устройства. \ (R_D \) имеет тенденцию быть намного ниже этого значения, и, таким образом, выходной импеданс может быть аппроксимирован как \ (R_D \).

Следовательно, мы можем заявить

\ [Z_ {out} = r_ {model} || R_D \ приблизительно R_D \ label {13.4} \]

Здесь приведено множество примеров, чтобы проиллюстрировать некоторые из бесчисленных комбинаций.

Пример \ (\ PageIndex {1} \)

Для усилителя, показанного на рисунке \ (\ PageIndex {4} \), определите входное сопротивление и напряжение нагрузки. \ (V_ {in} \) = 20 мВ, \ (V_ {DD} \) = 20 В, \ (R_G \) = 1 M \ (\ Omega \), \ (R_D \) = 1,8 k \ (\ Омега \), \ (R_ {SW} \) = 20 \ (\ Omega \), \ (R_S \) = 400 \ (\ Omega \), \ (R_L \) = 12 к \ (\ Омега \), \ (I_ {DSS} \) = 40 мА, \ (V_ {GS (off)} \) = −1 В.

Рисунок \ (\ PageIndex {4} \): Схема для примера \ (\ PageIndex {1} \).

Это усилитель с заболоченным общим стоком, использующий самосмещение.\ (Z_ {in} \) можно определить с помощью осмотра.

\ [Z_ {i n} = Z_ {i n (ворота)} || R_G \ nonumber \]

\ [Z_ {i n} \ приблизительно 1 M \ Omega \ nonumber \]

Чтобы найти напряжение нагрузки, нам понадобится коэффициент усиления по напряжению, а чтобы найти коэффициент усиления, нам сначала нужно найти \ (g_ {m0} \).

\ [g_ {m0} = — \ frac {2 I_ {DSS}} {V_ {GS (off)}} \ nonumber \]

\ [g_ {m0} = — \ frac {80 мА} {- 1 В} \ nonumber \]

\ [g_ {m0} = 80 мс \ nonumber \]

Объединенное значение постоянного тока \ (R_S \) равно 420 \ (\ Omega \), поэтому \ (g_ {m0} R_S \) = 33.6. Из уравнения или графика самосмещения получается ток стока 1,867 мА.

\ [g_m = g_ {m0} \ sqrt {\ frac {I_D} {I_ {DSS}}} \ nonumber \]

\ [g_m = 80 мСм \ sqrt {\ frac {1,867 мА} {40 мА}} \ nonumber \]

\ [g_m = 17,3 мс \ nonumber \]

Затухающий резистор, \ (r_S \), равен 20 \ (\ Omega \). Коэффициент усиления по напряжению

\ [A_v = — \ frac {g_m r_L} {g_m r_S + 1} \ nonumber \]

\ [A_v = — \ frac {17,3 мСм (1,8к \ Омега || 12 к \ Омега)} {17,3 мс \ раз 20 \ Омега +1} \ nonumber \]

\ [A_v = -20.1 \ nonumber \]

И наконец

\ [V_ {load} = A_v V_ {i n} \ nonumber \]

\ [V_ {нагрузка} = -20,1 \ умножить на 20 мВ \ nonumber \]

\ [V_ {нагрузка} = 402 мВ \ nonumber \]

Компьютерное моделирование

Усилитель примера \ (\ PageIndex {1} \) моделируется для проверки результатов. Схема вводится в симулятор, как показано на рисунке \ (\ PageIndex {5} \). Одна из проблем — найти подходящее устройство DE-MOS, соответствующее параметрам, используемым в примере. BSS229 оказался достаточно близким.Эта модель устройства была протестирована на \ (I_ {DSS} \) путем подачи источника 20 В на сток и замыкания выводов истока и затвора на землю в имитаторе. Сила тока была чуть ниже целевого значения 40 мА. Точно так же отрицательное напряжение было приложено к затвору и настроено до тех пор, пока ток стока не упадет почти до нуля, чтобы определить \ (V_ {GS (off)} \). Значение модели было чуть ниже желаемого -1 вольт. Следовательно, можно ожидать, что результаты моделирования будут близки к прогнозируемым, хотя и не идентичны.

Рисунок \ (\ PageIndex {5} \): Схема примера \ (\ PageIndex {1} \) в симуляторе.

Затем выполняется переходный анализ, показанный на рисунке \ (\ PageIndex {6} \). Ожидаемая инверсия сигнала очевидна. Пиковая амплитуда составляет 417 мВ, что всего на несколько процентов выше расчетного значения. По крайней мере, часть этого отклонения связана с отклонением модели от предполагаемых значений параметров устройства.

Рисунок \ (\ PageIndex {6} \): Моделирование анализа переходных процессов для схемы из примера \ (\ PageIndex {1} \).

Также выполняется проверка смещения постоянного тока. Расчетный ток стока составил 1,867 мА. Это дает напряжение \ (R_D \) чуть более 3 вольт, поэтому мы ожидаем увидеть напряжение стока около 17 вольт. Точно так же мы ожидаем, что клемма источника будет находиться на уровне от 700 до 800 мВ, а затвор — около 0 В.

Результаты моделирования рабочей точки постоянного тока показаны на рисунке \ (\ PageIndex {7} \). Согласие с предсказанными значениями неплохое, особенно если учесть, что модель устройства не совсем подходит.

Рисунок \ (\ PageIndex {7} \): Моделирование смещения постоянного тока для схемы из примера \ (\ PageIndex {1} \).

Пример \ (\ PageIndex {2} \)

Для схемы на рисунке \ (\ PageIndex {8} \) определите коэффициент усиления по напряжению и входное сопротивление. Предположим, \ (V_ {GS (th)} \) = 2 В, \ (I_ {D (on)} \) = 50 мА при \ (V_ {GS (on)} \) = 5 В.

Рисунок \ (\ PageIndex {8} \): Схема для примера \ (\ PageIndex {2} \).

Сначала найдите значение \ (k \):

\ [k = \ frac {I_ {D (on)}} {(V_ {GS (on)} — V_ {GS (th)}) ^ 2} \ nonumber \]

\ [k = \ frac {50 мА} {(5 В –2 В) ^ 2} \ nonumber \]

\ [k = 5.2 \ nonumber \]

В этой схеме используется развязка источника питания. Падение напряжения на резисторе 2 M \ (\ Omega \) достаточно мало, чтобы его можно было игнорировать, поскольку ток, проходящий через него, является током затвора. Следовательно, напряжение затвора определяется делителем. Кроме того, поскольку левый конец резистора 2 M \ (\ Omega \) связан с заземлением переменного тока из-за байпасного конденсатора, он представляет входной импеданс.

\ [Z_ {in} = 2 M \ Omega || Z_ {in (ворота)} \ около 2 M \ Omega \ nonumber \]

\ [V_G = V_ {DD} \ frac {R_2} {R_1 + R_2} \ nonumber \]

\ [V_G = 24 В \ frac {5.2 (2,56 В −2 В) \ nonumber \]

\ [g_m = 6,23 мСм \ nonumber \]

Этот усилитель не перегружен, поэтому можно использовать упрощенное уравнение усиления.

\ [A_v = −g_m r_D \ nonumber \]

\ [A_v = −6,23 мСм (3,3 к \ Омега || 10 к \ Омега) \ nonumber \]

\ [A_v = −15,5 \ nonumber \]

Пример \ (\ PageIndex {3} \)

Для схемы на рисунке \ (\ PageIndex {9} \) определите коэффициент усиления по напряжению и входное сопротивление. Предположим, что \ (V_ {GS (off)} \) = -0,75 В и \ (I_ {DSS} \) = 6 мА.

Рисунок \ (\ PageIndex {9} \): Схема для примера \ (\ PageIndex {3} \).

В этом усилителе используется нулевое смещение, поэтому \ (I_D = I_ {DSS} \) и \ (g_m = g_ {m0} \).

\ [g_ {m0} = — \ frac {2 I_ {DSS}} {V_ {GS (off)}} \ nonumber \]

\ [g_ {m0} = — \ frac {2 \ times 6 мА} {- 0,75 В} \ nonumber \]

\ [g_ {m0} = 16 мс \ nonumber \]

Этот усилитель не перегружен, поэтому мы можем использовать упрощенное уравнение для усиления напряжения.

\ [A_v = −g_m r_D \ nonumber \]

\ [A_v = −16 мс (2.7к \ Омега || 15к \ Омега) \ nonumber \]

\ [A_v = −36,6 \ nonumber \]

Наконец, для входного сопротивления имеем

\ [Z_ {in} = 5 M \ Omega || Z_ {in (ворота)} \ около 5 M \ Omega \ nonumber \]