MOSFET Güç Amplifikatörü Devreleri Nasıl Tasarlanır - Açıklanan Parametreler

Bu yazıda, bir MOSFET güç amplifikatörü devresi tasarlarken dikkate alınması gereken çeşitli parametreleri tartışıyoruz. Ayrıca iki kutuplu bağlantı transistörleri (BJT) ve MOSFET özellikleri arasındaki farkı analiz ediyor ve MOSFET'lerin güç amplifikatörü uygulamaları için neden daha uygun ve verimli olduğunu anlıyoruz.

Daniel Schultz'un katkılarıyla

Genel Bakış

Bir güç amplifikatörü tasarlarken şu aralıkta kabul edilir: 10 ila 20 watt Düzgün boyutları ve düşük bileşen sayısı nedeniyle normalde entegre devre veya IC tabanlı tasarımlar tercih edilir.

Bununla birlikte, daha yüksek güç çıkışı aralıkları için ayrı bir konfigürasyon çok daha iyi bir seçim olarak kabul edilir, çünkü tasarımcı için güç çıkışı seçimi açısından daha yüksek verimlilik ve esneklik sunarlar.

Daha önce, ayrı parçalar kullanan güç amplifikatörleri, bipolar transistörlere veya BJT'lere bağlıydı. Ancak, gelişiyle birlikte sofistike MOSFET'ler BJT'ler, son derece yüksek güç çıkışı ve şaşırtıcı derecede sınırlı alan ve küçültülmüş PCB'ler elde etmek için yavaş yavaş bu gelişmiş MOSFET'lerle değiştirildi.

MOSFET'ler orta büyüklükte güç amplifikatörleri tasarlamak için aşırı görünse de, bunlar herhangi bir boyut ve güç amplifikatörü spesifikasyonu için etkili bir şekilde uygulanabilir.

Güç Amplifikatörlerinde BJT kullanmanın dezavantajları

İki kutuplu cihazlar, son teknoloji ses güç amplifikatörlerinde son derece iyi çalışsalar da, aslında MOSFET'ler gibi gelişmiş cihazların kullanılmasına yol açan birkaç dezavantaj içerirler.

Bipolar transistörlerin B Sınıfı çıktı aşamalarındaki belki de en büyük dezavantajı, kontrolden çıkma durumu olarak adlandırılan fenomendir.

BJT'ler pozitif bir sıcaklık katsayısı içerir ve bu özellikle termal kaçak olarak adlandırılan bir fenomene yol açar ve aşırı ısınmadan dolayı güç BJT'lerinde potansiyel bir hasara neden olur.

Yukarıdaki sol taraftaki şekil, TR1'i ortak bir yayıcı sürücü aşaması gibi ve Tr2'yi tamamlayıcı verici takipçi çıkış aşaması olarak Tr3 ile kullanan standart bir B Sınıfı sürücü ve çıkış aşamasının temel kurulumunu göstermektedir.

BJT ile MOSFET Amplifikatör Çıkış Aşaması Yapılandırmasının Karşılaştırılması

Amplifikatör Çıkış Aşamasının İşlevi

Çalışan bir güç amplifikatörü tasarlamak için, çıkış aşamasını doğru şekilde yapılandırmak önemlidir.

Çıkış aşamasının amacı, devrenin bir hoparlörü daha yüksek ses seviyesinde çalıştırmak için gerekli olan yüksek çıkış akımlarını besleyebilmesi için öncelikle akım yükseltmesi (gerilim kazancı birlikten fazla olmayan) sağlamaktır.

1. Yukarıdaki sol taraftaki BJT diyagramına bakıldığında, Tr2, pozitif giden çıkış döngüleri sırasında bir çıkış akımı kaynağı gibi çalışırken, Tr3, negatif çıkış yarım döngüleri sırasında çıkış akımını sağlar.
2. Bir BJT sürücü kademesi için temel toplayıcı yükü, basit bir yük direnci ile elde edilen etkilerin aksine gelişmiş doğrusallık sağlayan sabit bir akım kaynağı ile tasarlanmıştır.
3. Bu, bir BJT'nin çok çeşitli toplayıcı akımları içinde çalıştığı zaman meydana gelen kazançtaki (ve beraberindeki bozulma) farklılıklar nedeniyle oluşur.
4. Büyük çıkış voltajı dalgalanmalarıyla ortak bir yayıcı kademe içine bir yük direnci uygulamak, şüphesiz son derece büyük bir kolektör akımı aralığını ve büyük bozulmaları tetikleyebilir.
5. Sabit bir akım yükünün uygulanması, distorsiyondan tamamen kurtulmaz, çünkü kolektör voltajı doğal olarak dalgalanır ve transistör kazancı bir dereceye kadar kolektör voltajına bağlı olabilir.
6. Bununla birlikte, kollektör voltaj değişimlerinden kaynaklanan kazanç dalgalanmaları oldukça küçük olma eğiliminde olduğundan, yüzde 1'den çok daha düşük düşük distorsiyon oldukça elde edilebilir.
7. Çıkış transistörlerinin tabanları arasına bağlanan öngerilim devresi, çıkış transistörlerini sadece iletken eşikte oldukları konuma getirmek için gereklidir.
8. Bunun olmaması durumunda, Tr1'in kollektör voltajındaki küçük değişiklikler çıkış transistörlerini iletime alamayabilir ve çıkış voltajında ​​herhangi bir iyileşmeye izin vermeyebilir!
9. Tr1’in toplayıcısındaki daha yüksek voltaj değişimleri, çıkış voltajında ​​karşılık gelen değişiklikleri oluşturabilir, ancak bu, muhtemelen frekansın her yarım döngüsünün başlangıç ​​ve bitiş kısımlarını gözden kaçırarak, normalde bahsedildiği gibi ciddi 'geçiş distorsiyonuna' yol açar.

Crossover Distortion Sorunu

Çıkış transistörleri iletim eşiğine getirilse bile, çaprazlama bozulmasını tamamen ortadan kaldırmaz çünkü çıkış cihazları, düşük kolektör akımlarında çalışırken nispeten küçük miktarlarda kazanç sunar.

Bu, orta düzeyde ancak istenmeyen türden bir geçiş distorsiyonu sağlar. Negatif geri besleme, geçiş distorsiyonunu doğal olarak yenmek için kullanılabilir, ancak mükemmel sonuçlar elde etmek için, çıktı transistörleri üzerinde makul ölçüde yüksek bir sessiz önyargı kullanmak aslında çok önemlidir.

Termal kaçakta komplikasyonlara neden olan bu büyük önyargı akımıdır.

Önyargı akımı, çıkış transistörlerinin ısınmasına neden olur ve pozitif sıcaklık katsayıları nedeniyle, öngerilim akımının artmasına, daha da fazla ısı üretmesine ve bunun sonucunda ön gerilim akımında daha fazla yükselmeye neden olur.

Bu pozitif geri besleme, çıkış transistörleri çok ısınana ve sonunda yanana kadar kademeli bir önyargı artışı sağlar.

Buna karşı korunma çabası içinde, öngerilim devresi, daha yüksek sıcaklık algılandığında önyargıyı yavaşlatan yerleşik bir sıcaklık algılama sistemi ile kolaylaştırılır.

Bu nedenle, çıkış transistörü ısınırken, öngerilim devresi üretilen ısıdan etkilenir, bu da bunu tespit eder ve öngerilim akımında ortaya çıkan herhangi bir artışı durdurur. Pratik olarak, önyargı stabilizasyonu ideal olmayabilir ve küçük varyasyonlar bulabilirsiniz, ancak, uygun şekilde yapılandırılmış bir devre normalde yeterince yeterli bir önyargı kararlılığı sergileyebilir.

MOSFET'ler Neden Güç Amplifikatörlerinde BJT'lerden Daha Verimli Çalışır?

Aşağıdaki tartışmada, MOSFET'lerin BJT'lere kıyasla güç amplifikatörü tasarımlarında neden daha iyi çalıştığını anlamaya çalışacağız.

BJT'lere benzer şekilde, B Sınıfı çıktı aşamasında kullanılırsa, MOSFET'ler ayrıca bir ön yargı çapraz bozulmanın üstesinden gelmek için. Güç MOSFET'lerinin, 100 miliamper veya daha fazla akımlarda negatif bir sıcaklık katsayısına (ve daha düşük akımlarda hafif bir pozitif sıcaklık katsayısına) sahip olması nedeniyle, aşağıdaki şekilde gösterildiği gibi, daha az karmaşık bir B Sınıfı sürücüye ve çıkış aşamasına izin verdiğini söyledi. .

Termal olarak stabilize edilmiş öngerilim devresi, bir dirençle ikame edilebilir, çünkü güç MOSFET'lerinin sıcaklık özellikleri, yaklaşık 100 miliamperde (yaklaşık olarak en uygun öngerilim akımıdır) öngerilim akımının dahili bir termal kontrolünü içerir.

BJT'lerde yaşanan ek bir zorluk, yalnızca 20 ila 50'lik oldukça düşük akım kazancıdır. Bu, orta ve yüksek güçlü amplifikatörler için oldukça yetersiz olabilir. Bu nedenle son derece güçlü bir sürücü aşaması gerektirir. Bu sorunu çözmek için tipik yaklaşım, bir Darlington Çiftleri veya yeterince yüksek bir akım kazancı sağlamak için eşdeğer bir tasarım, böylece düşük güçlü bir sürücü kademesinin kullanılmasına izin verir.

Tıpkı diğerleri gibi güçlü MOSFET'ler FET cihazı akımla çalışan cihazlar yerine voltajla çalışan cihazlar olma eğilimindedir.

Bir güç MOSFET'in giriş empedansı tipik olarak çok yüksektir, bu da düşük çalışma frekanslarında ihmal edilebilir giriş akımı çekilmesine izin verir. Bununla birlikte, yüksek çalışma frekanslarında, yaklaşık 500 pf'lik nispeten yüksek giriş kapasitansı nedeniyle giriş empedansı çok daha düşüktür.

Bu yüksek giriş kapasitansıyla bile, sürücü aşamasında neredeyse 10 miliamperlik bir çalışma akımı yeterli olur, ancak tepe çıkış akımı bu miktarın yaklaşık bin katı olabilir.

Bipolar güç cihazlarıyla (BJT) ilgili ek bir sorun, biraz yavaş anahtarlama süreleridir. Bu, dönme tetiklemeli distorsiyon gibi çeşitli sorunlar yaratma eğilimindedir.

Bu, güçlü bir yüksek frekanslı sinyalin mikrosaniye başına 2 voltluk bir anahtarlama çıkış voltajı talep edebileceği zamandır, BJT çıkış aşaması ise muhtemelen mikrosaniye başına yalnızca bir voltluk bir dönüş hızına izin verebilir. Doğal olarak, çıktı, giriş sinyalinin düzgün bir şekilde yeniden üretimini sağlamak için mücadele edecek ve kaçınılmaz bir distorsiyona yol açacaktır.

Daha düşük bir dönüş hızı aynı zamanda bir ampli ere istenmeyen bir güç bant genişliği verebilir ve elde edilebilen en yüksek güç çıkışı daha yüksek ses frekanslarında önemli ölçüde düşer.

Faz Gecikmesi ve Salınımlar

Diğer bir endişe, amplifikatörün yüksek frekanslı çıkış aşaması aracılığıyla gerçekleşen ve aşırı yüksek frekanslarda negatif geri besleme sistemi üzerinden geri beslemenin negatif yerine pozitif hale gelmesine neden olabilecek faz gecikmesidir.

Amplifikatör, bu tür frekanslarda yeterli kazanıma sahipse, amplifikatör bir salınım moduna geçebilir ve devrenin kazancı bir salınımı tetiklemek için yeterli olmasa bile kararlılık eksikliği farkedilmeye devam edecektir.

Bu sorun, devrenin yüksek frekans tepkisini azaltmak için elemanlar eklenerek ve faz dengeleme elemanları eklenerek düzeltilebilir. Bununla birlikte, bu hususlar, yükselticinin yüksek giriş sinyali frekanslarında verimliliğini azaltır.

MOSFET'ler BJT'lerden Daha Hızlıdır

Bir güç amplifikatörü tasarlarken şunu unutmamalıyız: güç MOSFET'lerinin anahtarlama hızı genellikle bir BJT'den yaklaşık 50 ila 100 kat daha hızlıdır. Bu nedenle, düşük yüksek frekans işlevselliğine sahip komplikasyonlar, BJT'ler yerine MOSFET'ler kullanılarak kolayca aşılabilir.

Aslında herhangi bir yapılandırma olmadan konfigürasyonlar oluşturmak mümkündür. frekans veya faz telafisi parçalar yine de mükemmel kararlılığı sürdürür ve yüksek frekanslı ses sınırını çok aşan frekanslar için korunan bir performans seviyesi içerir.

Bipolar güç transistörlerinde yaşanan bir başka zorluk da ikincil arızadır. Bu, cihaz içinde toplayıcı / yayıcı pimlerinde kısa devre ile sonuçlanan bir 'sıcak bölge' oluşturan bir tür özel termal kaçak anlamına gelir.

Bunun olmamasını sağlamak için, BJT'nin yalnızca belirli kollektör akımı ve voltajı aralıkları içinde çalıştırılması gerekir. Herhangi birine ses yükseltici devresi bu durum genellikle çıkış transistörlerinin termal kısıtlamaları içinde iyi çalışmaya zorlandığını ve güç BJT'lerinden elde edilebilen optimum çıkış gücünün bu nedenle önemli ölçüde azaldığını, en yüksek dağılım değerlerinin gerçekte izin verdiğinden çok daha düşük olduğunu gösterir.

Sayesinde MOSFET'in negatif sıcaklık katsayısı yüksek drenaj akımlarında bu cihazların ikincil arıza ile ilgili sorunları yoktur. MOSFET'ler için, izin verilen maksimum boşaltma akımı ve boşaltma voltajı özellikleri, pratik olarak sadece ısı dağıtma işlevselliği ile sınırlıdır. Bu nedenle, bu cihazlar özellikle yüksek güçlü ses yükseltici uygulamaları için çok uygun hale gelir.

MOSFET Dezavantajları

Yukarıdaki gerçeklere rağmen, MOSFET'in sayıca görece daha az ve önemsiz birkaç dezavantajı da vardır. Başlangıçta MOSFET'ler, eşleşen iki kutuplu transistörlere kıyasla oldukça pahalıydı. Bununla birlikte, maliyet farkı günümüzde çok daha küçük hale geldi MOSFET'lerin karmaşık devrelerin çok daha basit hale gelmesini ve maliyette dolaylı olarak önemli bir düşüş sağladığını düşündüğümüzde, BJT muadilini düşük maliyetiyle bile oldukça önemsiz kılıyor etiket.

Güç MOSFET'lerinde genellikle artırılmış açık döngü distorsiyonu BJT'lerden daha. Bununla birlikte, yüksek kazançları ve yüksek anahtarlama hızları nedeniyle, güç MOSFET'leri, tüm ses frekansı spektrumunda yüksek düzeyde negatif geri besleme kullanımına izin vererek benzersiz kapalı döngü distorsiyonu verimlilik.

Güç MOSFET'leri ile ilgili ek bir dezavantaj, standart amplifikatörün çıkış aşamalarında kullanıldığında BJT'lere kıyasla daha düşük verimlilikleridir. Bunun arkasındaki sebep, bir kaynak takipçisi aşamasının giriş / çıkışında bir miktar volt kaybı olmasına rağmen, giriş ve çıkış arasında yaklaşık 1 volt kadar yüksek bir voltaj düşüşü oluşturan yüksek güçlü bir yayıcı takipçi aşamasıdır. Bu sorunu çözmek için kolay bir yaklaşım yoktur, ancak bu, dikkate alınmaması gereken ve göz ardı edilebilecek olan verimlilikte küçük bir azalma gibi görünmektedir.

Pratik Bir MOSFET Amplifikatör Tasarımını Anlamak

Aşağıdaki şekil, bir işlevselliğin devre şemasını göstermektedir. 35 watt güç MOSFET amfisi devre. MOSFET'in amplifikatörün çıkış aşamasındaki uygulaması dışında, her şey temelde oldukça yaygın bir MOSFET amplifikatör tasarımına benziyor.

• Tr1, bir ortak yayıcı giriş aşaması , doğrudan Tr3 ortak yayıcı sürücü aşamasına bağlı. Bu aşamaların her ikisi de amplifikatörün toplam voltaj kazancını sunar ve son derece büyük bir toplam kazanç içerir.
• Tr2, ekli parçalarıyla birlikte, 10 miliamper marjinal çıkış akımına sahip basit bir sabit akım üreteci oluşturur. Bu, Tr3 için ana toplayıcı yükü gibi çalışır.
• R10, doğru sakin önyargı akımı çıkış transistörleri yoluyla ve daha önce tartışıldığı gibi, ön gerilim devresinde termal stabilizasyon gerçekten başarılmaz, bunun yerine çıkış cihazlarının kendileri tarafından sağlanır.
• R8 pratik olarak% 100 sağlar olumsuz geribildirim amplifikatör çıkışından Tr1 yayıcıya, devreye sadece bir birim voltaj kazancı etrafında izin verir.
• Dirençler R1, R2 ve R4, amplifikatör giriş aşamasını ve sonuç olarak çıkışı da besleme voltajının yaklaşık yarısına yönlendirmek için potansiyel bir bölücü ağ gibi çalışır. Bu, kırpmadan ve kritik distorsiyonun başlamasından önce elde edilebilecek en yüksek çıktı seviyesini sağlar.
• R1 ve C2, besleme hatlarındaki uğultu frekansını ve diğer potansiyel gürültü biçimlerini öngerilim devresi aracılığıyla amplifikatör girişine girmesini iptal eden bir filtre devresi gibi kullanılır.
• R3 ve C5 bir RF filtresi Bu, RF sinyallerinin girişten çıkışa doğru kırılmasını önleyerek işitilebilir rahatsızlıklara neden olur. C4 ayrıca amplifikatörün yüksek frekans yanıtını etkin bir şekilde üst ses frekansı sınırının üzerine yuvarlayarak aynı sorunun çözülmesine yardımcı olur.
• Amplifikatörün duyulabilir frekanslarda iyi bir voltaj kazancı elde etmesini sağlamak için, olumsuz geri bildirimi ayırmak bir dereceye kadar.
• C7, dekuplaj kondansatörü R6 direnci, temizlenen geri besleme miktarını sınırlarken.
• Devrenin voltaj kazancı yaklaşık olarak R8'i R6'ya bölerek veya atanan parça değerleriyle yaklaşık 20 kez (26dB) belirlenir.
• Amplifikatörün maksimum çıkış voltajı, tam bir çıkış elde etmek için yaklaşık 777mV RMS'lik bir giriş hassasiyetine izin veren 16 volt RMS olacaktır. Giriş empedansı 20k'dan fazla olabilir.
• C3 ve C8, sırasıyla giriş ve çıkış bağlantı kapasitörleri olarak kullanılır. C1, DC kaynağı için ayırmayı etkinleştirir.
• R11 ve C9, popüler gibi çalışarak, yalnızca amplifikatörün kararlılığını kolaylaştırmaya ve kontrol etmeye hizmet eder. Zobel ağı , çoğu yarı iletken güç amplifikatörü tasarımlarının çıkış aşamalarında sıklıkla bulunur.

Performans analizi

Prototip ampli katörü, özellikle ünitenin oldukça basit tasarımını fark ettiğimizde inanılmaz derecede iyi performans gösteriyor gibi görünüyor. Gösterilen MOSFET amplifikatör tasarım devresi mutlu bir şekilde 35 watt RMS'yi 8 ohm yüke çıkaracaktır.

• toplam harmonik bozulma yaklaşık% 0,05'ten fazla olmayacaktır. Prototip, yalnızca 1 kHz civarındaki sinyal frekansları için analiz edildi.
• Ancak devrenin açık döngü kazancı tüm ses frekansı aralığı içinde pratik olarak sabit olduğu bulunmuştur.
• kapalı döngü frekans yanıtı yaklaşık 20 Hz ve 22 kHz sinyallerle -2 dB'de ölçülmüştür.
• Amplifikatörün sinyal gürültü oranı (bir hoparlör bağlı olmadan) 80 dB rakamından daha yüksekti, ancak gerçekte küçük bir miktar olasılığı olabilir. eller uğultu hoparlörlerde algılanan güç kaynağından ancak ses seviyesi normal koşullarda duymak için çok küçük olabilir.

Güç kaynağı

Yukarıdaki görüntü, 35 watt MOSFET amplifikatör tasarımı için uygun şekilde yapılandırılmış bir güç kaynağını göstermektedir. Güç kaynağı, ünitenin bir mono veya stereo modelini işlemek için yeterince güçlü olabilir.

Güç kaynağı aslında, ayrı bir alıcı ve kapasitif filtre devresi tarafından uygulanan potansiyelin iki katına karşılık gelen bir toplam çıkış voltajı sağlamak için çıkışları seri olarak bağlanan verimli bir çift itme-çekme ileticisi ve yumuşatma devrelerinden oluşur.

Diyotlar D4, D6 ve C10, güç kaynağının belirli bir bölümünü oluştururken, ikinci bölüm D3, D5 ve C11 tarafından sağlanır. Bunların her biri, bir yük bağlanmadan 40 voltun biraz altında ve toplam 80 V yüksüz voltaj sunar.

Bu değer, amplifikatör hareketsiz durumda olan bir stereo giriş sinyali ile yüklendiğinde yaklaşık 77 volta ve iki amplifikatör kanalı tam veya maksimum güçte çalıştırıldığında yaklaşık 60 volta düşebilir.

İnşaat İpuçları

35 watt MOSFET ampli katörü için ideal bir PCB düzeni aşağıdaki Şekillerde gösterilmektedir.

Bu, amplifikatör devresinin bir kanalı içindir, bu nedenle doğal olarak, bir stereo amplifikatör gerekli olduğunda bu tür iki kartın birleştirilmesi gerekir. Çıkış transistörleri kesinlikle PCB üzerine değil, büyük kanatlı tipte takılı değildir.

Transistörler soğutucuya sabitlerken mika izolasyon kiti kullanılmasına gerek yoktur. Bunun nedeni, MOSFET kaynaklarının doğrudan metal tırnaklarına bağlı olması ve bu kaynak pimlerinin yine de birbirine bağlı kalması gerektiğidir.

Bununla birlikte, soğutuculardan yalıtılmadıklarından, soğutucuların amplifikatörün diğer çeşitli parçalarıyla elektriksel temasa girmemesini sağlamak gerçekten hayati önem taşıyabilir.

Ayrıca, bir stereo uygulaması için, bir çift amplifikatör için kullanılan ayrı ayrı soğutucuların, birbirleriyle bir elektriksel yakınlığa girmesine izin verilmemelidir. Çıkış transistörlerini PCB'ye bağlamak için her zaman maksimum 50 mm'lik daha kısa uçlar kullandığınızdan emin olun.

Bu, çıkış MOSFET'lerinin kapı terminallerine bağlanan uçlar için özellikle önemlidir. Power MOSFET'lerin yüksek frekanslarda yüksek kazanıma sahip olması nedeniyle, daha uzun uçlar amplifikatörün kararlılık tepkisini ciddi şekilde etkileyebilir veya hatta bir RF salınımını tetikleyebilir ve bu da güç MOSFET'lerinde kalıcı bir hasara neden olabilir.

Bunu söyledikten sonra, bu ipuçlarının etkili bir şekilde daha kısa tutulmasını sağlamak için tasarımı hazırlarken pratikte neredeyse hiç zorlanmayabilirsiniz. C9 ve R11'in PCB'nin dışına monte edildiğini ve çıkış soketine seri olarak basitçe bağlandığını not etmek önemli olabilir.

Güç Kaynağı Yapım İpuçları

Güç kaynağı devresi, aşağıdaki şekilde gösterildiği gibi noktadan noktaya tipte bir kablolama uygulanarak oluşturulur.

Bu aslında oldukça açıklayıcı görünüyor, ancak her iki tipte de C10 ve C11 kapasitörlerinin bir kukla etiketten oluşması sağlandı. Değilse, birkaç bağlantı portunu etkinleştirmek için bir etiket şeridi kullanmak çok önemli olabilir. Bir lehim etiketi, şebeke AC topraklama kablosu için bir şasi bağlantı noktası sunan belirli bir T1 montaj cıvatasına tutturulmuştur.

Ayarlama ve Ayarlar

1. Güç kaynağını AÇIK konuma getirmeden önce kablo bağlantılarını kapsamlı bir şekilde incelediğinizden emin olun, çünkü kablolama hataları maliyetli yıkıma neden olabilir ve kesinlikle tehlikeli olabilir.
2. Devreyi açmadan önce, minimum direnç elde etmek için R10'u kırptığınızdan emin olun (saat yönünün tersine tam olarak döndürün).
3. FS1 anlık olarak çıkarılmış ve sigorta tutucusunun üzerine takılı 500mA FSD'yi ölçmek için sabitlenmiş bir multimetre ile, amplifikatör açıkken sayaçta yaklaşık 20mA değerinde bir okuma görülmelidir (bu, iki kanallı stereo kullanıldığında 40mA olabilir).
4. Sayaç okumasını büyük ölçüde farklı bulursanız, gücü hemen kapatın ve tüm kabloları yeniden inceleyin. Aksine, her şey yolundaysa, sayaç okumasını 100mA değerine kadar maksimize etmek için R10'u yavaşça hareket ettirin.
5. Bir stereo amplifikatör istenirse, akım çekimini 120mA'ya çıkarmak için her iki kanaldaki R10'un ince ayarlanması gerekir, ardından 2. kanaldaki R10'un mevcut kullanımı 200mA'ya yükseltmek için ince ayar yapılması gerekir. Bunlar tamamlandıktan sonra, MOSFET amplifikatörünüz kullanıma hazırdır.
6. Amplifikatörün kurulum prosedürlerini yaparken AC şebeke bağlantılarına dokunmamaya son derece dikkat edin.
7. AC şebeke potansiyelinde olabilecek tüm örtülü olmayan kablo veya kablo bağlantıları, cihazı şebeke beslemesine bağlamadan önce uygun şekilde yalıtılmalıdır.
8. Söylemeye gerek yok, AC ile çalıştırılan her devrede olduğu gibi, tehlikeli bölgeye ulaşmak için herhangi bir hızlı yol olmadığından emin olmak için, yalnızca özel tornavida ve diğer aletlerin yardımıyla sökülebilen sağlam bir kabin içinde kapatılmalıdır. şebeke kabloları ve kazalar güvenli bir şekilde ortadan kaldırılır.

35 watt MOSFET Güç Amplifikatörü için Parça Listesi

120W MOSFET Ampli fi er Uygulama Devresi

Güç kaynağı özelliklerine bağlı olarak, pratik 120 watt MOSFET ampli fi er devre, 8 ohm'luk bir hoparlöre yaklaşık 50 ve 120 watt RMS aralığında bir çıkış gücü sunabilir.

Bu tasarım aynı zamanda devrenin büyük basitliğiyle bile üstün bir genel performans seviyesi sağlamak için çıkış aşamasında MOSFET'leri içerir.

Amplifikatörün toplam harmonik distorsiyonu% 0,05'ten fazla değildir, ancak yalnızca devre aşırı yüklenmediğinde ve sinyal / gürültü oranı 100dB'den üstün olduğunda.

MOSFET Amplifikatör Aşamalarını Anlamak

Yukarıda gösterildiği gibi, bu devre bir Hitachi düzenine göre tasarlanmıştır. Son tasarımın aksine, bu devre hoparlör için DC bağlantısından yararlanır ve orta 0V ve topraklama rayı ile çift dengeli güç kaynağı içerir.

Bu geliştirme, büyük çıkış kaplin kapasitörlerine olan bağımlılıktan ve bu kapasitörün oluşturduğu düşük frekans performansındaki düşük performanstan kurtulur. Dahası, bu düzen aynı zamanda devreye iyi bir besleme dalgalanması reddi özelliği sağlar.

DC bağlantı özelliğinin yanı sıra, devre tasarımı önceki tasarımda kullanılandan oldukça farklı görünüyor. Burada, hem giriş hem de sürücü aşamaları, diferansiyel amplifikatörleri içerir.

Giriş aşaması Tr1 ve Tr2 kullanılarak yapılandırılırken, sürücü aşaması Tr3 ve Tr4'e bağlıdır.

Transistör Tr5, bir sabit akım toplayıcı yükü Tr4 için. Amplifikatör aracılığıyla sinyal yolu, RF filtre R1 / C4 ile birlikte C1 giriş bağlantı kapasitörü kullanılarak başlar. R2, amplifikatörün merkezi 0V besleme yolundaki girişini yönlendirmek için kullanılır.

Tr1, verimli bir ortak yayıcı yükseltici Çıkışı doğrudan ortak bir yayıcı sürücü aşaması olarak uygulanan Tr4'e bağlanmıştır. Bu aşamadan itibaren, ses sinyali, tamamlayıcı kaynak takipçisi çıkış aşaması olarak donatılmış Tr6 ve Tr7'ye bağlanır.

olumsuz geribildirim amplifikatör çıkışından çıkarılır ve Tr2 tabanına bağlanır ve Tr1 tabanı üzerinden amplifikatörün çıkışına sinyal dönüşümü olmamasına rağmen, Tr2 tabanı ve çıkış arasında bir ters çevirme vardır. Bunun nedeni, Tr2'nin bir emitör takipçi gibi çalışması, Tr1'in vericisini mükemmel bir şekilde sürmesidir.

Tr1 vericisine bir giriş sinyali uygulandığında, transistörler başarıyla bir ortak temel aşama . Bu nedenle, tersine çevirme Tr1 ve Tr2 aracılığıyla gerçekleşmese de, tersine çevirme Tr4 aracılığıyla gerçekleşir.

Ayrıca, çıkış aşaması yoluyla faz değişikliği meydana gelmez, bu, amplifikatörün ve Tr2 tabanının, gerekli gerekli negatif geri beslemeyi yürütmek için faz dışı olma eğiliminde olduğu anlamına gelir. Şemada önerildiği gibi R6 ve R7 değerleri yaklaşık 28 kat voltaj kazancı sağlar.

Önceki tartışmalarımızdan öğrendiğimiz gibi, güç MOSFET'lerinin küçük bir dezavantajı, geleneksel B Sınıfı çıkış aşamasıyla kablolandıklarında BJT'lerden daha az verimli hale gelmeleridir. Ayrıca, güç MOSFET'lerinin göreceli verimliliği, yüksek kaynak akımları için kapı / kaynak voltajının birkaç voltajda olmasını talep eden yüksek güç devrelerinde oldukça kötüleşir.

Maksimum çıkış voltajı dalgalanmasının, besleme voltajı eksi ayrı transistörün kaynak voltajına maksimum geçişine eşit olduğu varsayılabilir ve bu kesinlikle uygulanan besleme voltajından önemli ölçüde daha düşük olabilen bir çıkış voltajı dalgalanmasına izin verir.

Daha yüksek verimlilik elde etmenin basit bir yolu, temelde çıkış transistörlerinin her birine paralel olarak bağlanmış birkaç benzer MOSFET'i dahil etmek olacaktır. Her çıkışlı MOSFET tarafından işlenen en yüksek akım miktarı daha sonra kabaca yarıya indirilecek ve her MOSFET'in maksimum kaynak-kapı voltajı uygun şekilde düşürülür (amplifikatörün çıkış voltajı dalgalanmasındaki orantılı bir büyüme ile birlikte).

Bununla birlikte, benzer bir yaklaşım bipolar cihazlara uygulandığında işe yaramaz ve bu esasen onların pozitif sıcaklık katsayısı özellikleri. Belirli bir BJT çıkışı diğerinden aşırı akım çekmeye başlarsa (çünkü iki transistörün tam olarak aynı karakteristiği olmayacaktır), bir cihaz diğerinden daha fazla ısınmaya başlar.

Bu artan sıcaklık, BJT'nin verici / temel eşik voltajının düşmesine neden olur ve sonuç olarak, çıkış akımının çok daha büyük bir bölümünü tüketmeye başlar. Durum daha sonra transistörün ısınmasına neden olur ve bu işlem, çıkış transistörlerinden biri tüm yükü işlemeye başlarken diğeri inaktif kalana kadar sonsuza kadar devam eder.

Negatif sıcaklık katsayısı nedeniyle bu tür bir sorun güç MOSFET'lerinde görülemez. Bir MOSFET, negatif sıcaklık katsayısı nedeniyle ısınmaya başladığında, artan ısı, drenajı / kaynağı boyunca akım akışını kısıtlamaya başlar.

Bu, aşırı akımı şimdi daha da ısınmaya başlayan diğer MOSFET'e doğru kaydırır ve oldukça benzer şekilde ısı, içinden geçen akımın orantılı olarak azalmasına neden olur.

Durum, amplifikatörün daha verimli ve güvenilir çalışmasını sağlayan cihazlar arasında dengeli bir akım paylaşımı ve dağılımı yaratır. Bu fenomen aynı zamanda Paralel bağlanacak MOSFET'ler çok fazla hesaplama veya endişeye gerek kalmadan sadece kapı, kaynak ve drenaj uçlarını bir araya getirerek.

120 watt MOSFET Amplifikatör için Güç Kaynağı

120 watt MOSFET amplifikatörü için uygun şekilde tasarlanmış bir güç kaynağı devresi yukarıda belirtilmiştir. Bu, önceki tasarımımızın güç kaynağı devresine çok benziyor.

Tek fark, iki yumuşatma kapasitörünün birleşim yerindeki trafo merkezi musluk beslemesidir, başlangıçta göz ardı edilmişti. Mevcut örnek için bu, orta 0V toprak beslemesi sağlamaya alışkındır, ancak ana topraklama da negatif besleme rayı yerine bu bağlantı noktasına bağlanır.

Hem pozitif hem de negatif raylara takılan sigortaları bulabilirsiniz. Amplifikatör tarafından sağlanan güç çıkışı, büyük ölçüde ana trafo özelliklerine bağlıdır. Gereksinimlerin çoğu için 35 - 0 - 35 volt 160VA toroidal şebeke trafosu aslında oldukça yeterli olmalıdır.

Eğer stereo işlem tercih edilirse, transformatörün daha ağır bir 300 VA transformatörle değiştirilmesi gerekecektir. Alternatif olarak, izole edilmiş güç kaynağı birimleri, her bir kanal için 160VA trafo kullanılarak inşa edilebilir.

Bu, durgun koşullarda yaklaşık 50 V'luk bir besleme voltajına izin verir, ancak tam yükte bu seviye çok daha düşük bir seviyeye düşebilir. Bu, 8 ohm dereceli hoparlörler aracılığıyla yaklaşık 70 watt'a kadar RMS çıktısının alınmasını sağlar.

Dikkat edilmesi gereken önemli bir nokta, köprü doğrultucuda kullanılan 1N5402 diyotların maksimum tolere edilebilir 3 amperlik bir akım oranına sahip olmasıdır. Bu, tek kanallı bir amplifikatör için yeterli olabilir, ancak bu, stereo versiyon için yeterli olmayabilir. Stereo versiyonu için diyotlar 6 amperlik diyotlar veya 6A4 diyotlarla değiştirilmelidir.

PCB Düzenleri

Kendi 120 watt MOSFET amplifikatör devrenizi oluşturmak için tam teşekküllü bir PCB bulabilirsiniz. Belirtilen 4 MOSFET cihazı, watt başına en az 4,5 derece Santigrat olarak derecelendirilmesi gereken büyük kanatlı soğutucularla bağlanmalıdır.

Kablolama Önlemleri

• MOSFET pin çıkışı terminallerini olabildiğince kısa tuttuğunuzdan emin olun, uzunlukları yaklaşık 50 mm'den fazla olmamalıdır.
• Onları bundan biraz daha uzun tutmak istiyorsanız, MOSFET'lerin her birinin kapısına düşük değerli bir direnç (50 ohm 1/4 watt olabilir) eklediğinizden emin olun.
• Bu direnç, MOSFET'in giriş kapasitansı ile yanıt verir ve düşük geçişli bir filtre gibi davranarak yüksek frekanslı sinyal girişi için daha iyi bir frekans kararlılığı sağlar.
• Bununla birlikte, yüksek frekanslı giriş sinyallerinde, bu dirençler çıkış performansı üzerinde bazı etkiler yaratabilir, ancak bu aslında çok küçük olabilir ve neredeyse hiç fark edilmeyebilir.
• Transistör Tr6 aslında paralel olarak bağlanmış iki n kanallı MOSFET'ten oluşur, aynısı paralel olarak birkaç p kanallı MOSFET'e sahip olan Tr7 için de geçerlidir.
• Bu paralel bağlantıyı gerçekleştirmek için ilgili MOSFET çiftlerinin kapısı, tahliyesi, kaynağı basitçe birbiriyle birleştirilir, hepsi bu kadar basittir.
• Ayrıca, C8 kapasitörünün ve R13 direncinin doğrudan çıkış soketine takıldığını ve PCB'ye monte edilmediğini lütfen unutmayın.
• Güç kaynağını oluşturmanın belki de en etkili yöntemi, önceki amplifikatör için yapıldığı gibi güç kaynağında olduğu gibi, sert kablolamadır. Kablolama, bu önceki devre ile hemen hemen aynıdır.

Ayarlamalar ve Ayarlar

1. Tamamlanan amplifikatör devresini AÇIK konuma getirmeden önce, her bir kabloyu birkaç kez dikkatlice incelediğinizden emin olun.
2. Özellikle güç kaynağı kablolarını ve çıkış gücü MOSFET'lerindeki ilgili ara bağlantıları kontrol edin.
3. Bu bağlantıların etrafındaki arızalar, amplifikatör ünitesinde hızlı bir şekilde kalıcı hasara yol açabilir.
4. Ayrıca, tamamlanmış panoyu açmadan önce birkaç ön ayar yapmanız gerekecektir.
5. R11 ön ayarını tamamen saat yönünün tersine döndürerek başlayın ve başlangıçta ünitenin çıkışına bir hoparlör bağlamayın.
6. Ardından, bir hoparlör yerine multimetre (düşük voltajlı DC aralığına ayarlanmış) problarınızı amplifikatör çıkış noktalarına bağlayın ve düşük hareketsiz çıkış voltajının mevcut olduğundan emin olun.
7. Ölçüm cihazının kesirli voltajı gösterdiğini veya hiç voltaj olmadığını görebilirsiniz, bu da iyidir.
8. Ölçüm aletinin büyük bir DC voltajı göstermesi durumunda, derhal amplifikatörü kapatmalı ve kablolamadaki olası hataları yeniden kontrol etmelisiniz.

Sonuç

Yukarıdaki makalede, bir güç amplifikatörünün doğru ve optimum çalışmasını sağlamada çok önemli bir rol oynayan birçok parametreyi kapsamlı bir şekilde tartıştık.

Tüm bu parametreler standarttır ve bu nedenle, watt ve voltaj özelliklerinden bağımsız olarak herhangi bir MOSFET güç amplifikatörü devresini tasarlarken etkili bir şekilde kullanılabilir ve uygulanabilir.

BJT ve MOSFET cihazlarıyla ilgili ayrıntılı olarak verilen farklı özellikler, tasarımcı tarafından istenen bir güç amplifikatörü devresini uygulamak veya özelleştirmek için kullanılabilir.