Perché i BJT sono comuni negli stadi di uscita degli amplificatori di potenza?


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Da quanto ho capito, il ruolo dello stadio di uscita è di ridurre l'impedenza di uscita a quasi 0. Per questo, i MOSFET sembrano più adatti poiché hanno RdS molto più bassi .

Tuttavia, vedo abbastanza spesso i BJT come buffer nella progettazione discreta, spesso in una configurazione Darlington per aumentare l'impedenza di ingresso, mentre solo un MOSFET avrebbe un'impedenza di ingresso abbastanza elevata.

Pensavo che fosse più economico o più semplice. I Power BJT sono effettivamente un po 'più economici dei MOSFET di potenza, e mi sembra che sia più semplice creare un buffer relativamente lineare con un follower di emettitori BJT, mentre un follower di sorgenti MOSFET potrebbe richiedere un feedback.


Penso che la tensione del ginocchio sia più acuta e più bassa per BJT rispetto a mosfet, e questo è il motivo principale per cui.
Harry Svensson,

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Il problema sono i MOSFET complementari di polarizzazione DC lineare nella zona lineare con conduzione incrociata e effetti R * Ciss. I BJT sono molto più prevedibili per Vbe rispetto ai MOSFET per Vgs (1A)
Tony Stewart Sunnyskyguy EE75

Tuttavia non ti stiamo impedendo di provare a renderlo lineare con doppi loop di feedback negativi per ridurre le perdite di shoothru ed eliminare gli effetti VI quadratici
Tony Stewart Sunnyskyguy EE75

I progetti BJT sono decisamente più economici nel complesso. Non direi che sono così comuni perché sembrano superiori ad altri design.
Todd Wilcox,

Risposte:


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Per creare una sorgente di tensione audio, si desidera che la distorsione della tensione di crossover sia nulla, il che richiede una corrente CC di riposo> 1% della corrente massima. Questa modesta distorsione e impedenza di uscita è ulteriormente ridotta dal feedback negativo o dall'eccesso di guadagno ad anello aperto. La tensione DC di polarizzazione del diodo attivo può essere prevista in mV per lo stadio di uscita differenziale di Darlington.

Tuttavia, per i MOSFET la soglia di conduzione può variare del 50%, ad es. Da 1 a 2 V o da 2 a 4 V, quindi la distorsione per conduzione incrociata per eliminare la distorsione crossover non viene eseguita facilmente con amplificatori di potenza lineari con guadagno di bassa tensione.

Modifica 22 maggio:
Inoltre, Thermal Runway esiste come affermato da @Thor dalle strutture FET micro-array che condividono la corrente con gli effetti Vgs NTC in modalità lineare ma effetti PTC per RdsOn in modalità di conduzione completa. Senza un'adeguata selezione dei componenti del transistor, ciò può causare guasti catastrofici.


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I MOSFET erano più comuni negli amplificatori di potenza, ma spesso erano MOSFET di potenza di tipo laterale.

La maggior parte dei MOSFET moderni (MOSFET verticali / HEXFET) sono altamente ottimizzati per la commutazione e richiedono una progettazione molto attenta in un design di amplificatore lineare. Ad esempio, questi moderni tipi di commutazione hanno una grande capacità di gate non lineare che è difficile da guidare.

Inoltre artisti del calibro di HEXFET possono soffrire di effetti di riscaldamento localizzati che possono provocare una fuga termica in un'applicazione lineare.

Una buona descrizione di questi problemi può essere trovata qui

I MOSFET laterali sono ancora disponibili ma sono più costosi. Vedi qui

Quindi in realtà non è un caso che i MOSFET non possano essere utilizzati, ma spesso è più difficile e meno economico ottenere le stesse prestazioni e affidabilità per un determinato prezzo.


I design MOSFET della vecchia scuola sembrano decisamente diversi dai design BJT. Alcuni dicono che suonano meglio, e io non discuterei con loro, ma è tutta una questione di gusti.
Todd Wilcox,

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Seconda ripartizione

(Molti) Gli amplificatori audio gestiscono lo stadio di uscita nella loro regione lineare.

I MOSFET di potenza moderni non sono progettati per funzionare nella regione lineare. Molti di questi (HEXFETS) sono composti da una griglia di centinaia di migliaia di elementi FET più piccoli per aumentare la densità di potenza e la velocità di commutazione. Altre famiglie MOSFET ottimizzate per la commutazione hanno costruzioni simili, con grandi aree della matrice e / o matrici di elementi più piccoli.

Per i MOSFET, la tensione di soglia ha un coefficiente di temperatura negativo. Quando una particolare area dell'elemento die / FET diventa più calda, la sua tensione di soglia diminuisce e poiché il MOSFET sta funzionando nella sua regione lineare, quell'area conduce una porzione maggiore della corrente, quindi diventa ancora più calda. In breve tempo, il riscaldamento localizzato su una piccola frazione dello stampo ha provocato un corto circuito, spesso chiamato "Second Breakdown".

Ma...

Un tipo relativamente nuovo di amplificatore, l'amplificatore "Classe D", funziona accendendo e spegnendo rapidamente i transistor dello stadio di uscita, ad una frequenza molto più alta di quella che si prevede che l'altoparlante si riproduca. Un filtro passa-basso filtra il rumore ad alta frequenza e l'amplificazione si ottiene variando il ciclo di lavoro.

I MOSFET sono estremamente comuni in tali progetti, poiché gli amplificatori di classe D hanno gli elementi dello stadio di uscita completamente accesi o completamente spenti. Dato che i MOSFET di potenza sono ottimizzati per questo, ecco a cosa servono.


-1 perché sembra che tu stia parlando di fuga termica dei MOSFET (quando non è un vero problema con i MOSFET, ma è un problema con i BJT). Lo pronunci in un modo strano sebbene ciò sembri parlare di qualcos'altro, quindi sarebbe necessario un chiarimento per delineare tra questi due effetti.
DKNguyen,

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@toor il tempco della tensione di soglia FET è negativo proprio come un BJT. La fuga termica è ancora una preoccupazione per i FET in modalità lineare.
sstobbe,

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@Toor Non lo so, la sua storia sembra il check out ...
marcelm

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@Toor Thermal Runway esiste come affermato dalle strutture FET micro-array che condividono la corrente con gli effetti Vgs NTC in modalità lineare ma gli effetti PTC per RdsOn in modalità di conduzione completa.
Tony Stewart Sunnyskyguy EE75,
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