כיצד לעצב מעגלי מגבר כוח MOSFET - הסברים על פרמטרים

בפוסט זה אנו דנים בפרמטרים שונים שיש לקחת בחשבון בעת ​​תכנון מעגל מגבר הספק MOSFET. אנו מנתחים גם את ההבדל בין טרנזיסטורי צומת דו קוטביים (BJT) לבין מאפייני MOSFET ומבינים מדוע MOSFETS מתאימים ויעילים יותר ליישומי מגבר כוח.

תרם דניאל שולץ

סקירה כללית

בעת תכנון מגבר כוח נחשב בטווח של 10 עד 20 וואט , מעגלים משולבים או עיצובים מבוססי IC מועדפים בדרך כלל בשל גודלם החלקלק ומספר הרכיבים הנמוך.

עם זאת, עבור טווחי הספק גבוהים יותר תצורה דיסקרטית נחשבת לבחירה טובה בהרבה, מכיוון שהם מציעים יעילות וגמישות גבוהים יותר עבור המעצב בכל הנוגע לבחירת פלט הספק.

מוקדם יותר, מגברי כוח המשתמשים בחלקים נפרדים היו תלויים בטרנזיסטורים דו קוטביים או ב- BJT. עם זאת, עם כניסתו של MOSFET מתוחכמים , BJTs הוחלפו אט אט ב- MOSFET מתקדמים אלה להשגת תפוקת כוח גבוהה במיוחד ולמקום מוגבל להפליא והקטנת PCB.

אף על פי ש- MOSFET עשוי להיראות יתר על המידה לתכנון מגברי כוח בגודל בינוני, ניתן ליישם אותם ביעילות לכל מפרט גודל ומגבר הספק.

חסרונות השימוש ב- BJT במגברי כוח

למרות שמכשירים דו-קוטביים עובדים טוב מאוד במגברי עוצמה גבוהים של שמע, הם כוללים כמה חסרונות שהביאו למעשה להכנסת מכשירים מתקדמים כמו MOSFET.

אולי החיסרון הגדול ביותר של טרנזיסטורים דו-קוטביים בשלבי תפוקה מסוג B הוא התופעה המכונה המצב הבורח.

BJT כוללים מקדם טמפרטורה חיובי וזה מוליד במיוחד תופעה הנקראת בורח תרמי, מה שגורם נזק פוטנציאלי של BJTs הכוח עקב התחממות יתר.

האיור בצד שמאל שלמעלה מציג את ההקמה החיונית של מנהל התקן ופלט רגיל מסוג B, המעסיק את TR1 כמו שלב נהג פולט נפוץ ו- Tr2 יחד עם Tr3 כשלב תפוקת העוקבים המשלימים.

השוואה בין BJT לעומת תצורת שלב פלט מגבר MOSFET

פונקציה של שלב פלט המגבר

לתכנון מגבר כוח עבודה חשוב להגדיר את שלב הפלט שלו כהלכה.

מטרת שלב הפלט היא בעיקר לספק הגברה שוטפת (רווח המתח לא נשאר יותר מאחדות) על מנת שהמעגל יוכל לספק את זרמי הפלט הגבוהים החיוניים להנעת רמקול ברמת עוצמת קול גבוהה יותר.

1. בהתייחס לדיאגרמת BJT בצד שמאל לעיל, Tr2 עובד כמו מקור זרם פלט במהלך מחזורי הפלט החיוביים החיוביים, בעוד Tr3 מספקת את זרם הפלט במהלך מחזורי הפלט השליליים.
2. עומס הקולט הבסיסי לשלב הנהג של BJT מתוכנן עם מקור זרם קבוע, המספק ליניאריות משופרת לעומת ההשפעות המושגות עם נגד עומס פשוט.
3. זה קורה בגלל הבדלים ברווח (ובעיוות הנלווה) שקורים בכל פעם ש- BJT עובד במגוון רחב של זרמי אספנים.
4. יישום נגד עומס בתוך שלב פולט נפוץ עם תנודות מתח יציאה גדולות יכול ללא ספק לעורר טווח זרם אספן עצום במיוחד ועיוותים גדולים.
5. יישום עומס זרם קבוע לא לגמרי נפטר מעיוותים מכיוון שמתח הקולט משתנה באופן טבעי, ורווח הטרנזיסטור עשוי להיות תלוי במידה מסוימת במתח הקולט.
6. עם זאת, מכיוון שתנודות רווח עקב שינויים במתח אספנים נוטות להיות די קלות, עיוות נמוך בהרבה מ -1% הוא די בר השגה.
7. מעגל ההטיה המחובר בין בסיסי טרנזיסטורי המוצא נחוץ בכדי לקחת את טרנזיסטורי המוצא למצב בו הם נמצאים בדיוק בסף ההולכה.
8. אם זה לא קורה, וריאציות קטנות במתח הקולט של Tr1 עשויות שלא להביא את טרנזיסטורי המוצא להולכה וייתכן שלא יאפשרו שיפור כלשהו במתח המוצא!
9. וריאציות מתח גבוהות יותר בקולט Tr1 עשויות לייצר שינויים מקבילים במתח היציאה, אך סביר להניח שהדבר יחמיץ את החלקים ההתחלתיים והסיומיים של כל חצי מחזור של התדר, ויביא ל'עיוות מוצלב 'כרגיל.

נושא עיוות מוצלב

גם אם טרנזיסטורי הפלט מועברים לסף ההולכה אינו מסיר לחלוטין עיוותים מוצלבים מכיוון שהתקני הפלט מציגים כמויות קטנות יחסית של רווח תוך שהם פועלים בזרמי אספנות מופחתים.

זה מספק סוג בינוני אך לא רצוי של עיוות מוצלב. ניתן להשתמש במשוב שלילי בכדי לנצח את עיוות ההצלבה באופן טבעי, אולם כדי להשיג תוצאות מצוינות, למעשה חיוני להשתמש בהטיית שקט גבוהה למדי על פני טרנזיסטורי הפלט.

זהו זרם הטיה גדול זה שגורם לסיבוכים עם בורח תרמי.

זרם ההטיה גורם לחימום טרנזיסטורי המוצא, ובגלל מקדם הטמפרטורה החיובי שלהם זה גורם לזרם ההטיה לעלות, ויוצר עוד יותר חום וכתוצאה מכך גובה נוסף בזרם ההטיה.

משוב חיובי זה מספק אפוא עלייה הדרגתית בהטיות עד שטרנזיסטורי הפלט מתחממים מדי ונשרפים בסופו של דבר.

במאמץ להגן מפני זה ניתן להקל על מעגל ההטיה באמצעות מערכת חישת טמפרטורה מובנית, המאטה את ההטיה במקרה שמתגלה טמפרטורה גבוהה יותר.

לכן, כאשר טרנזיסטור המוצא מתחמם, מעגל ההטיה מושפע מהחום הנוצר, שמזהה זאת ועוצר כל עלייה כתוצאה מכך בזרם ההטיה. למעשה, ייצוב ההטיה לא יכול להיות אידיאלי ותוכלו למצוא וריאציות קטנות, אולם, בדרך כלל מעגל מוגדר כראוי עשוי להפגין יציבות הטיה מספקת למדי.

מדוע MOSFET עובדים בצורה יעילה יותר מאשר BJT במגברי כוח

בדיון הבא ננסה להבין מדוע MOSFET עובדים טוב יותר בעיצוב מגברי כוח, בהשוואה ל- BJT.

בדומה ל- BJT, אם הם מועסקים בשלב פלט מסוג B, MOSFET גם דורשים הטיה קדימה כדי להתגבר על עיוות מוצלב. עם זאת, מכיוון ש- MOSFET הספק בעל מקדם טמפרטורה שלילי בזרמים של קרוב ל -100 מיליאמפר ומעלה (ומקדם טמפרטורה חיובי קל בזרמים נמוכים יותר) הוא מאפשר נהג ופלט תפוקה פחות מסובך מסוג B, כפי שהודגם באיור הבא. .

ניתן להחליף את מעגל ההטיה המתייצב תרמית עם נגד מכיוון שמאפייני הטמפרטורה של MOSFET הספק משלבים שליטה תרמית מובנית של זרם ההטיה בסביבות 100 מיליאמפר (שזה בערך זרם ההטיה המתאים ביותר).

אתגר נוסף שחווה עם BJTs הוא רווח הזרם הנמוך למדי של 20 עד 50 בלבד. זה יכול להיות די לא מספיק עבור מגברי הספק בינוני וגבוה. בשל כך זה דורש שלב נהג חזק במיוחד. הגישה האופיינית לפתרון בעיה זו היא שימוש ב- זוגות דרלינגטון או תכנון שווה ערך כדי לספק רווח זרם גבוה מספיק, כך שהוא מאפשר העסקת שלב נהג בעל הספק נמוך.

כוח MOSFETs, בדיוק כמו כל אחד אחר מכשיר FET , נוטים להיות מכשירים המופעלים על ידי מתח ולא על ידי זרם.

עכבת הקלט של MOSFET כוח היא בדרך כלל גבוהה מאוד המאפשרת הזרמת זרם קלט זניח בתדרי עבודה נמוכים. עם זאת, בתדרי עבודה גבוהים עכבת הקלט נמוכה בהרבה בגלל קיבולת הקלט הגבוהה יחסית של כ -500 pf.

גם עם קיבולת הקלט הגבוהה הזו זרם עבודה של כמעט 10 מיליאמפר הופך להיות מספיק מספיק בשלב הנהג, אם כי זרם התפוקה השיא יכול להיות בערך פי אלף מכמות זו.

בעיה נוספת במכשירי חשמל דו-קוטביים (BJT) היא זמן המעבר האיטי שלהם במקצת. זה נוטה ליצור מגוון נושאים, כגון עיוותים שהופעלו.

זה כאשר אות בתדירות גבוהה חזקה יכול לדרוש מתח יציאה מיתוג של נניח 2 וולט למיקרו-שנייה, בעוד שלב הפלט של BJT עשוי לאפשר קצב עצירה של וולט למיקרו-שניה בלבד. מטבע הדברים, הפלט יתקשה לספק רפרודוקציה הגונה של אות הקלט, מה שיוביל לעיוות בלתי נמנע.

קצב סיבוב נחות עשוי גם להעניק למגבר רוחב פס כוח לא רצוי, כאשר תפוקת הכוח הגבוהה ביותר הניתנת להשגה יורדת משמעותית בתדרי שמע גבוהים יותר.

פיגור שלב ותנודות

דאגה נוספת היא פיגור הפאזות שמתרחש דרך שלב הפלט של המגבר בתדרים גבוהים, ואשר יכול לגרום לכך שהמשוב על מערכת המשוב השלילי יהפוך לחיובי במקום לשלילי בתדרים גבוהים במיוחד.

אם למגבר יהיה רווח מספיק בתדרים כאלה, המגבר עשוי לעבור למצב תנודה, וחוסר יציבות ימשיך להיות מורגש גם אם רווח המעגל אינו מספיק כדי לגרום לתנודה.

ניתן לתקן בעיה זו על ידי הוספת אלמנטים להפעלת תגובת התדר הגבוה במעגל, ושילוב אלמנטים של פיצוי פאזה. עם זאת, שיקולים אלה מפחיתים את יעילות המגבר בתדרי אות קלט גבוהים.

MOSFETs מהירים יותר מ- BJT

בעת תכנון מגבר כוח עלינו לזכור כי ה- מהירות החלפת כוח MOSFET הוא בדרך כלל בסביבות 50 עד 100 פעמים מהיר יותר מ- BJT. לכן, בקלות ניתן להתגבר על סיבוכים עם פונקציונליות נחותה בתדירות גבוהה על ידי שימוש ב- MOSFET במקום ב- BJT.

למעשה ניתן ליצור תצורות ללא כאלה תדירות או פיצוי שלב חלקים עדיין שומרים על יציבות מעולה, וכוללים רמת ביצועים שנשמרת בתדרים הרבה מעבר למגבלת השמע בתדר הגבוה.

קושי נוסף שחווה בטרנזיסטורי כוח דו-קוטביים הוא התמוטטות משנית. הכוונה היא למעין בורח תרמי ספציפי שיוצר 'אזור חם' בתוך המכשיר, וכתוצאה מכך הוא מקצר על פינות האספן / פולט שלו.

כדי להבטיח שזה לא יקרה, יש להפעיל את ה- BJT אך ורק בטווחים ספציפיים של זרם אספן ומתח. לכל מעגל מגבר שמע מצב זה מרמז בדרך כלל כי טרנזיסטורי המוצא נאלצים לעבוד היטב במסגרת המגבלות התרמיות שלהם, וכוח היציאה האופטימלי שאפשר להשיג מ- BJT הכוח מצטמצם אפוא באופן משמעותי, נמוך בהרבה מערכי הפיזור הגבוהים ביותר שלהם.

הודות ל מקדם הטמפרטורה השלילי של MOSFET בזרמי ניקוז גבוהים למכשירים אלה אין בעיות בהתמוטטות משנית. עבור MOSFET, מפרט זרם הניקוז המרבי ומתח הניקוז המותרים מוגבל כמעט רק על ידי פונקציונליות פיזור החום שלהם. לפיכך, מכשירים אלה מתאימים במיוחד ליישומי מגבר שמע בעלי הספק גבוה.

חסרונות MOSFET

למרות העובדות הנ'ל, ל- MOSFET יש גם כמה חסרונות, שהם יחסית פחותים ומספר משמעותי. בתחילה MOSFET היו יקרים מאוד בהשוואה לטרנזיסטורים דו קוטביים תואמים. עם זאת, ההבדל בעלויות הצטמצם בימינו כאשר אנו רואים את העובדה ש- MOSFET מאפשר למעגלים מורכבים להיות הרבה יותר פשוטים ולהפחתה משמעותית עקיפה של העלות, הופך את המקביל ל- BJT לטריוויאלי למדי גם בעלותו הנמוכה. תָג.

MOSFET כוח לעיתים קרובות כולל הגדלה עיוות לולאה פתוחה מאשר BJTs. עם זאת, בשל הרווח הגבוה שלהם ומהירויות המעבר המהירות שלהם, MOSFET כוח מאפשר שימוש ברמה גבוהה של משוב שלילי על פני כל ספקטרום תדרי השמע, ומציעים ללא תחרות עיוות לולאה סגורה יְעִילוּת.

חסרון נוסף הכרוך ב- MOSFET כוח הוא היעילות הנמוכה יותר בהשוואה ל- BJT כאשר הם מועסקים בשלבי הפלט של המגבר הסטנדרטי. הסיבה לכך היא שלב עוקב פולט הספק גבוה היוצר ירידת מתח בסביבות 1 וולט בין הקלט והפלט, אם כי קיים אובדן של וולט כלשהו על פני הקלט / הפלט של שלב עוקב המקור. אין גישה קלה לפתור בעיה זו, אולם נראה כי מדובר בהפחתה קטנה ביעילות, שאין לקחת בחשבון, וניתן להתעלם ממנה.

הבנת תכנון מגבר MOSFET מעשי

איור להלן מציג את תרשים המעגל של פונקציה מגבר MOSFET הספק של 35 וואט מעגל חשמלי. למעט היישום של MOSFET בשלב הפלט של המגבר, הכל בעצם נראה כמו עיצוב מגבר MOSFET נפוץ מאוד.

• Tr1 הוא מחובר כמו שלב קלט פולט נפוץ , מחובר ישירות לשלב נהג הפולט הנפוץ Tr3. שני השלבים הללו מציעים את רווח המתח הכולל של המגבר, וכוללים רווח כולל גדול במיוחד.
• Tr2 יחד עם החלקים המצורפים שלו יוצרים מחולל זרמים קבוע פשוט בעל זרם יציאה שוליים של 10 מיליאמפר. זה עובד כמו עומס האספנים הראשי עבור Tr3.
• R10 משמש לקביעת הנכון הטיה שקטה זרם באמצעות טרנזיסטורי המוצא, וכפי שנאמר קודם לכן, הייצוב התרמי של זרם ההטיה לא ממש מושג במעגל ההטיה, אלא הוא מועבר על ידי התקני הפלט עצמם.
• R8 מספק כמעט 100% משוב שלילי מפלט המגבר לפולט Tr1, מה שמאפשר למעגל רק סביב עליית מתח אחדות.
• הנגדים R1, R2 ו- R4 פועלים כמו רשת חלוקה פוטנציאלית להטיית שלב הקלט המגבר, וכתוצאה מכך גם הפלט, לכמחצית מתח האספקה. זה מאפשר רמת תפוקה גבוהה ביותר הניתנת להשגה לפני גזירה ותחילת עיוות קריטי.
• R1 ו- C2 משמשים כמו מעגל פילטר המבטל תדר זמזום וצורות אחרות של רעשים פוטנציאליים בקווי האספקה ​​מכניסה לכניסת המגבר דרך מעגל הטיה.
• R3 ו- C5 מתנהגים כמו מסנן RF מה שמונע אותות RF לנקוט ישירות מהכניסה לפלט, מה שגורם להפרעות קוליות. C4 גם מסייע בפתרון אותה בעיה על ידי גלגול תגובת התדרים הגבוהה של המגבר ביעילות מעל מגבלת תדרי השמע העליונה.
• כדי להבטיח שהמגבר יקבל עלייה טובה במתח בתדרים נשמעים הוא הופך להיות חיוני ל לפרק את המשוב השלילי במידה מסוימת.
• C7 ממלא את התפקיד של ה- קבל ניתוק ואילו הנגד R6 מגביל את כמות המשוב אשר מנוקה.
• המעגל רווח מתח נקבע בערך על ידי חלוקת R8 ב- R6, או בערך פי 20 (26dB) עם ערכי החלק שהוקצו.
• מתח המוצא המרבי של המגבר יהיה 16 וולט RMS, המאפשר רגישות כניסה של בערך 777mV RMS להשגת תפוקה מלאה. עכבת הקלט עשויה להיות יותר מ -20k.
• C3 ו- C8 משמשים כקבלים צימוד קלט ופלט בהתאמה. C1 מאפשר ניתוק לאספקת DC.
• R11 ו- C9 משמשים באופן בלעדי לשליטה ויציבות של המגבר, על ידי עבודה כמו הפופולרי רשת זובל , שנמצאים לעיתים קרובות סביב שלבי הפלט של רוב התוכניות של מגברי כוח מוליכים למחצה.

ניתוח ביצועים

נראה שמגבר האב-טיפוס מתפקד בצורה מדהימה במיוחד, רק ברגע שנבחין בעיצוב הפשוט למדי של היחידה. מעגל העיצוב של מגבר MOSFET המוצג יפיק בשמחה RMS של 35 וואט לעומס של 8 אוהם.

• ה עיוות הרמוני מוחלט לא יהיה יותר מסביבות 0.05%. אב הטיפוס נותח רק עבור תדרי אות סביב 1 קילוהרץ.
• עם זאת המעגל רווח לולאה פתוח נמצא כי הוא כמעט קבוע בכל טווח תדרי השמע.
• ה תגובת תדר במעגל סגור נמדד ב -2 dB עם כ -20 הרץ ו 22 קילו-הרץ אותות.
• המגבר יחס אות לרעש (ללא רמקול מחובר) היה גבוה מהנתון של 80 dB, אם כי למעשה ייתכן שיש אפשרות זעירה של ידיים מזמזמות מאספקת החשמל שמתגלה ברמקולים, אך הרמה עשויה להיות קטנה מכדי לשמוע בתנאים רגילים.

ספק כוח

התמונה לעיל מדגימה ספק כוח מוגדר כראוי לתכנון מגבר MOSFET של 35 וואט. אספקת החשמל עשויה להיות חזקה מספיק לטיפול במונו או במודל סטריאו של היחידה.

אספקת החשמל מורכבת למעשה ממעגלי מיישר והחלקה יעילים של כמה דחיפה-משיכה, אשר הפלטים שלהם מחוברים בסדרה, כדי לספק מתח יציאה כולל המתאים לפעמיים מהפוטנציאל המופעל על ידי מעגל מסנן מיישר וקיבולי בודד.

דיודות D4, D6 ו- C10 מהוות חלק אחד מספק הכוח ואילו החלק השני מועבר על ידי D3, D5 ו- C11. כל אחד מאלה מציע מעט מתחת ל -40 וולט ללא עומס מחובר, ומתח כולל של 80 וולט פרוק.

ערך זה עשוי לרדת לכ- 77 וולט כאשר המגבר נטען על ידי אות כניסה סטריאו עם מצב שקט, וכמעט 60 וולט כאשר שני ערוצי מגבר מופעלים בהספק מלא או מקסימלי.

רמזים לבנייה

מתווה PCB אידיאלי עבור מגבר ה- MOSFET של 35 וואט מוצג באיורים שלהלן.

זה מיועד לערוץ אחד של מעגל המגבר, ולכן באופן טבעי יש להרכיב שני לוחות כאלה כאשר מגבר סטריאו הופך להיות הכרחי. טרנזיסטורי הפלט בהחלט אינם מותאמים על גבי ה- PCB, אלא על סוג גדול יותר.

אין צורך להשתמש בערכת בידוד נציץ לטרנזיסטורים בזמן קביעתם על גוף הקירור. הסיבה לכך היא שמקורות ה- MOSFET מחוברים ישירות ללשוניות המתכת שלהם, וסיכות המקור הללו צריכות להיות בכל מקרה להישאר מחוברות זו לזו.

עם זאת, מכיוון שהם אינם מבודדים מגוף הקירור, זה עשוי להיות חיוני באמת להבטיח כי צלעות הקירור לא יבואו במגע חשמלי עם חלקים שונים אחרים של המגבר.

כמו כן, לצורך הפעלת סטריאו אין לאפשר לגופי הקירור הבודדים המועסקים עבור זוג המגברים להיכנס לקרבה חשמלית זה עם זה. הקפד תמיד להשתמש במובילים קצרים יותר של מקסימום כ- 50 מ'מ כדי לחבר את טרנזיסטורי הפלט באמצעות ה- PCB.

זה קריטי במיוחד עבור המוליכים שמתחברים למסופי השער של MOSFET הפלט. בשל העובדה של- MOSFET של Power יש רווח גבוה בתדרים גבוהים, לידים ארוכים יותר עשויים להשפיע קשות על תגובת היציבות של המגבר, או אפילו לעורר תנודה של RF אשר עלולה בתורם לגרום נזק קבוע ל- MOSFET הכוח.

אחרי שאמרנו את זה, כמעט ולא תוכלו למצוא קושי בהכנת העיצוב כדי להבטיח שהמובילים הללו יוחזקו בצורה קצרה יותר. חשוב לציין כי C9 ו- R11 מותקנים מחוץ ל- PCB, והם פשוט מחוברים בסדרה על גבי שקע הפלט.

טיפים לבניית ספקי כוח

מעגל אספקת החשמל בנוי על ידי הפעלת חיווט מסוג נקודה לנקודה, כמצוין באיור שלהלן.

זה נראה למעשה די מובן מאליו. עם זאת מוודא כי הקבלים C10 ו- C11 שני הסוגים מורכבים מתג דמה. אם הם לא, זה יכול להיות קריטי להשתמש ברצועת תג כדי לאפשר כמה יציאות חיבור. תג הלחמה מהודק לברגי הרכבה מסוימים של T1, המציעים נקודת חיבור שלדה עבור עופרת האדמה.

התאמה והגדרות

1. הקפד לבדוק היטב את חיבורי החיווט לפני הפעלת ספק הכוח, מכיוון שטעויות חיווט עלולות לגרום להרס יקר ובהחלט עלולות להיות מסוכנות.
2. לפני שתפעיל את המעגל הקפד לחתוך את R10 כדי לקבל התנגדות מינימלית (סובב בכיוון השעון השלם).
3. כאשר FS1 נשלף לרגע ומולטימטר קבוע למדידת 500mA FSD המחובר מעל בעל הנתיך, יש לראות קריאה של כ -20 mA על המונה בזמן שהמגבר מופעל (זה עשוי להיות 40mA כאשר משתמשים בסטריאו דו ערוצי).
4. במקרה שתמצא שקריאת המונה שונה באופן מהותי מכיבוי זה באופן מיידי ותבדוק מחדש את כל החיווט. נהפוך הוא, אם הכל בסדר, הזז באטיות את R10 כדי למקסם את קריאת המטר עד לערך של 100mA.
5. אם רוצים מגבר סטריאו, יש לכוונן את R10 בשני הערוצים כדי להשיג את זרם הזרם עד 120mA, ואז יש לכוונן את R10 בערוץ השני כדי להגדיל את השימוש הנוכחי ל 200mA. לאחר שהושגו אלה, מגבר ה- MOSFET שלך מוכן לשימוש.
6. היזהר ביותר שלא לגעת באחד מחיבורי הרשת החשמלית בעת ביצוע נהלי ההגדרה של המגבר.
7. יש לבודד כראוי את כל החיווט או חיבורי הכבלים שעשויים להיות בפוטנציאל החשמל לפני קישור ההתקן לחשמל.
8. למותר לציין שכמו בכל מעגל המופעל על ידי זרם חילופין, יש לסגור אותו בתוך ארון יציב שניתן לפתור אותו רק בעזרת מברג ייעודי ומערך מכשירים אחר, כדי להבטיח שאין אמצעים מהירים להגיע למפגע המסוכן. חיווט ברשת ותאונות מתבטלים בבטחה.

רשימת חלקים למגבר הספק MOSFET בעל 35 וואט

מעגל יישום מגבר 120W MOSFET

תלוי במפרט אספקת החשמל, המעשי מגבר MOSFET 120 וואט המעגל מסוגל להציע הספק יציאה בטווח של כ- 50 ו -120 וואט RMS לרמקול 8 אוהם.

תכנון זה משלב גם MOSFET בשלב הפלט כדי לספק רמה מעולה של ביצועים כלליים אפילו עם הפשטות הגדולה של המעגל.

העיוות ההרמוני הכולל של המגבר אינו עולה על 0.05%, אלא רק כאשר המעגל אינו טעון יתר על המידה, ויחס האות לרעש עדיף על 100dB.

הבנת שלבי מגבר MOSFET

כפי שמוצג לעיל מעגל זה מתוכנן בהתייחס לפריסת היטאצ'י. בניגוד לתכנון האחרון, מעגל זה עושה שימוש בצימוד DC לרמקול ומכיל ספק כוח מאוזן כפול עם 0 וולט אמצעיים ומסילת אדמה.

שיפור זה נפטר מהתלות בקבלים צימוד יציאה גדולים, כמו גם מהביצועים הנמוכים בביצועים בתדר נמוך שהקבל מייצר. יתר על כן, פריסה זו מאפשרת גם למעגל יכולת דחיית אדוות אספקה ​​ראויה.

מלבד תכונת צימוד DC, עיצוב המעגל נראה די שונה מזה ששימש בתכנון הקודם. כאן, גם שלבי הקלט וגם שלבי הנהג משלבים מגברים דיפרנציאליים.

שלב הקלט מוגדר באמצעות Tr1 ו- Tr2 בעוד שלב הנהג תלוי ב- Tr3 ו- Tr4.

טרנזיסטור Tr5 מוגדר כמו עומס אספן זרם קבוע עבור Tr4. נתיב האות באמצעות המגבר מתחיל באמצעות קבלים צימוד קלט C1 יחד עם פילטר RF R1 / C4. R2 משמש להטיית קלט המגבר במסלול האספקה ​​0V המרכזי.

Tr1 מחובר כ- a יעיל מגבר פולט נפוץ אשר הפלט שלו מחובר ישירות ל- Tr4 אשר מוחל כשלב נהג פולט נפוץ. משלב זה והלאה אות האודיו מקושר ל- Tr6 ו- Tr7 המתוקנים כשלב פלט עוקב מקור משלים.

ה משוב שלילי מופק מיציאת המגבר ומחובר לבסיס Tr2, ולמרות שאין היפוך אותות דרך בסיס Tr1 ליציאת המגבר, קיימת היפוך על בסיס Tr2 והפלט. זה בגלל ש Tr2 עובד כמו חסיד פולט מניע בצורה מושלמת את הפולט של Tr1.

כאשר מוחל אות קלט על פולט ה- Tr1, הטרנזיסטורים מתנהגים בהצלחה כמו a שלב בסיס משותף . לכן, למרות שההיפוך אינו מתרחש באמצעות Tr1 ו- Tr2, ההיפוך אכן קורה דרך Tr4.

כמו כן, שינוי פאזה אינו מתרחש דרך שלב הפלט, מה שאומר שהמגבר ובסיס ה- Tr2 נוטים להיות מחוץ לשלב כדי לבצע את המשוב השלילי הנדרש. ערכי R6 ו- R7 כפי שהוצע בתרשים מספקים עלייה במתח של פי 28 בערך.

כפי שלמדנו מהדיונים הקודמים שלנו, חסרון קטן של MOSFET כוח הוא שהם הופכים פחות יעילים מאשר BJT כאשר הם מחוברים דרך שלב הפלט המסורתי מסוג B. כמו כן, היעילות היחסית של MOSFET הספק נעשית גרועה למדי במעגלי הספק גבוהים שדורשים מתח שער / מקור להיות של מספר מתח עבור זרמי מקור גבוהים.

ניתן להניח שנדנדת מתח המוצא המרבית שווה למתח האספקה ​​פחות המתח המרבי למקור של הטרנזיסטור הבודד, וזה בהחלט מאפשר תנודת מתח יציאה שעשויה להיות נמוכה משמעותית ממתח האספקה ​​שהופעל.

אמצעי פשוט להשגת יעילות גבוהה יותר יהיה בעצם לשלב כמה MOSFET דומים המחוברים במקביל לכל אחד מטרנזיסטורי הפלט. הכמות הגבוהה ביותר של הזרם המטופלת על ידי כל MOSFET פלט יופחתה בערך בחצי, והמקור המרבי למתח השער של כל MOSFET יונמך כראוי (יחד עם צמיחה פרופורציונאלית בתנופת מתח המוצא של המגבר).

עם זאת, גישה דומה אינה פועלת כאשר היא מוחלת על מכשירים דו-קוטביים, וזאת בעיקר בזכותם מקדם טמפרטורה חיובי מאפיינים. אם BJT פלט מסוים אחד מתחיל למשוך זרם יתר מהשני (מכיוון שלאף שני טרנזיסטורים יהיה מאפיין זהה לחלוטין), מכשיר אחד מתחיל להתחמם יותר מהשני.

טמפרטורה מוגברת זו גורמת להפחתת מתח הסף / בסיס הבסיס של BJT, וכתוצאה מכך הוא מתחיל לצרוך חלק גדול בהרבה מזרם המוצא. לאחר מכן, המצב גורם לטרנזיסטור להתחמם, ותהליך זה נמשך לאין ערוך עד שאחד מטרנזיסטור המוצא מתחיל לטפל בכל העומס, ואילו השני נשאר לא פעיל.

סוג זה של בעיה לא ניתן לראות עם MOSFET כוח בגלל קדם הטמפרטורה השלילי שלהם. כאשר MOSFET אחד מתחיל להתחמם, בגלל מקדם הטמפרטורה השלילי שלו החום המתגבר מתחיל להגביל את זרימת הזרם דרך הניקוז / מקור שלו.

זה מעביר את הזרם העודף לעבר ה- MOSFET האחר שמתחיל להתחמם כעת, ובאופן די דומה החום גורם לזרם דרכו להפחתה פרופורציונאלית.

המצב יוצר נתח זרם מאוזן ופיזור על פני המכשירים מה שהופך את המגבר לעבודה ליעיל ואמין בהרבה. תופעה זו מאפשרת גם MOSFET לחיבור במקביל פשוט על ידי הצטרפות מובילים של שער, מקור וניקוז ללא הרבה חישובים או חששות.

ספק כוח למגבר MOSFET 120 וואט

מעגל אספקת חשמל שתוכנן כראוי עבור מגבר MOSFET 120 וואט מצוין לעיל. זה נראה כמו מעגל אספקת החשמל עבור העיצוב הקודם שלנו.

ההתחלה היחידה היא אספקת ברז מרכז השנאי בצומת שני קבלים ההחלקה לא נלקחה מההתחלה. לדוגמא הנוכחית זה רגיל לספק את אספקת האדמה 0V באמצע, בעוד שכדור הארץ מתחבר גם בצומת זה במקום למסילת האספקה ​​השלילית.

אתה יכול למצוא נתיכים המותקנים על פני המסילה החיובית ושלילית. תפוקת הכוח שמופקת על ידי המגבר תלויה במידה רבה במפרט שנאי החשמל. עבור רוב הדרישות, שנאי חשמל טורואידי של 35 - 0 - 35 וולט אמור להיות די מספיק.

אם פעולת סטריאו עדיף, צריך להחליף את השנאי בשנאי כבד יותר של 300 VA. לחלופין, ניתן היה לבנות יחידות אספקת חשמל מבודדות באמצעות שנאי 160VA לכל ערוץ.

זה מאפשר מתח אספקה ​​של כ- 50 וולט בתנאים שקטים, אם כי בעומס מלא רמה זו עשויה לרדת לרמה נמוכה בהרבה. זה מאפשר לרכוש תפוקה של עד 70 וואט RMS באמצעות 8 רמקולים מדורגים.

נקודה מכריעה שיש לציין היא כי דיודות 1N5402 המשמשות במיישר הגשר הן בעלות דירוג זרם מקסימלי של 3 אמפר. זה יכול להיות מספיק עבור מגבר ערוצים בודדים, אבל זה לא יכול להספיק עבור גרסת סטריאו. לגרסת סטריאו יש להחליף את הדיודות ב 6 דיודות אמפר או דיודות 6A4.

פריסות PCB

אתה יכול למצוא PCB מן המניין לבניית מעגל מגבר MOSFET משלך 120 וואט. יש לחבר את 4 מכשירי ה- MOSFET המצוידים עם צלעות קירור גדולות עם סנפיר, אותם יש לדורג במינימום 4.5 מעלות צלזיוס לוואט.

אמצעי זהירות לחיווט

• הקפד לשמור על מסופי ה- pinout של MOSFET קצרים ככל האפשר, שאורכם אינו יכול להיות בסביבות 50 מ'מ.
• אם אתה רוצה לשמור עליהם קצת יותר זמן מזה, הקפד להוסיף נגד בעל ערך נמוך (עשוי להיות 50 אוהם 1/4 וואט) עם השער של כל אחד מה- MOSFETs.
• נגד זה יגיב בקיבולת הקלט של ה- MOSFET ויפעל כמו פילטר מעבר נמוך, מה שמבטיח יציבות תדרים טובה יותר עבור קלט האות בתדר גבוה.
• עם זאת, באותות קלט בתדר גבוה, נגדים אלה עשויים ליצור השפעה מסוימת על ביצועי היציאה, אך הדבר עשוי להיות קטן מדי וכמעט לא מורגש.
• הטרנזיסטור Tr6 מורכב למעשה משני MOSFET של ערוץ n המחוברים במקביל, זה גם עבור Tr7, שיש לו גם כמה MOSFET של ערוץ p במקביל.
• כדי ליישם את החיבור המקבילי הזה, השער, הניקוז, המקור של זוגות ה- MOSFET בהתאמה פשוט מחוברים זה לזה, זה כל מה שזה פשוט כמו זה.
• כמו כן, שים לב כי הקבל C8 והנגד R13 מותקנים ישירות על שקע הפלט, ואינם מורכבים על גבי PCB.
• אולי השיטה היעילה ביותר לבניית ספק הכוח היא באמצעות חיווט קשיח, כמו למשל אספקת החשמל כפי שנעשתה עבור המגבר הקודם. החיווט זהה לחלוטין למעגל הקודם הזה.

התאמות והגדרות

1. לפני הפעלת מעגל המגבר שהושלם, הקפד לבדוק היטב את כל החיווט מספר פעמים.
2. בדוק באופן ספציפי את חיווט אספקת החשמל ואת החיבורים הרלוונטיים על פני MOSFET הספק.
3. תקלות סביב חיבורים אלה עלולות להוביל במהירות לפגיעה קבועה ביחידת המגבר.
4. כמו כן, תצטרך לבצע כמה התאמות קודמות לפני שתפעיל את הלוח שהושלם.
5. התחל בסיבוב קבוע מראש של R11 נגד כיוון השעון, ואל תחבר תחילה רמקול ליציאת היחידה.
6. לאחר מכן, במקום רמקול, חבר את המולטימטר שלך (מוגדר בטווח מתח DC נמוך) על פני נקודות הפלט של המגבר וודא שהוא מראה שמתח היציאה השקט הנמוך זמין.
7. יתכן שתגלה שהמטר מראה מתח חלקי או שהוא בכלל אינו מתח, וזה גם בסדר.
8. במקרה שמד המתח מצביע על מתח DC גדול, עליך לכבות את המגבר באופן מיידי ולבדוק מחדש את כל הטעויות האפשריות בחיווט.

סיכום

במאמר לעיל דנו באופן מקיף בפרמטרים הרבים אשר ממלאים תפקיד מכריע בהבטחת עבודה נכונה ומיטבית של מגבר הספק.

כל הפרמטרים הללו הם סטנדרטיים ולכן ניתן להשתמש בהם ולהשתמש בהם ביעילות תוך תכנון כל מעגל מגבר כוח MOSFET, ללא קשר למפרט הספק והמתח.

המאפיינים השונים המפורטים ביחס למכשירי BJT ו- MOSFET יכולים לשמש את המעצב לצורך יישום או התאמה אישית של מעגל מגבר כוח רצוי.