Класс А на мощном полевом транзисторе

   Я хотел построить усилитель, с нулевой отрицательной обратной связью, чистого А класса. Нельсон Пасс сделал много работы в этой области со своими сборками. Я же планировал значительно упрощенный вариант такого усилителя. Конечно, там должны быть несколько активных компонентов, чтобы творение имело право называться называться «Усилитель». Всегда восторгался простотой несимметричнх ламповых усилителей. Пара ламп с резисторами к конденсаторами, плюс выходной трансформатор — вот вам секрет качественных усилителей, ведь под понятиям «качественный усилитель» не обязательно, чтобы последний был сложным. Пойдя по стопам ламповых усилителей был собран такой экземпляр. Активный компонент всего один — MOSFET транзистор, дальше пара резисторов и конденсаторов. Схема усилителя проста до безобразия. 

   В схеме использован транзистор 2SK1058 от Hitachi. Это мощный N-канальный полевой транзистор, который отлично справляется со своей работой. На выходе использовал мощный электролитической конденсатор, параллельно которому подключен неполярный конденсатор с емкостью 10мкФ. 

   На входе питания стоят четыре мощных резистора на 10W каждый. Эти резисторы резисторы были подобраны с наименьшей индуктивностью. Их можно заменить проволочными резисторами или вообще — ниромовой проволокой с нужным сопротивлением. Но желательно применение резисторов с минимальной индуктивностью. Сопротивление каждого резистора составляет 15 Ом (при мощности в 10W каждый). Резисторы были подключены последовательно, чтобы увеличить сопротивление. Если есть, то советуется использовать один резистор с указанными параметрами. В итоге мною были использованы 4 резистора с сопротивлением 15 Ом. При параллельном соединении мы получаем один резистор на 7,5 Ом но уже 20W. Они становятся чрезвычайно горячими, на них рассеивается до 40 Ватт мощности, поэтому желательно отдувать с них тепло при помощи кулера Да, класс такого усиления очень неэффективный, но качество…. Схема пожирает более 20 ватт, чтобы отдавать только около 4,8 чистых ватт. Я использовал радиатор рассчитанный на 0,784 ° С / Вт

   Источник питания — 24 Вольт, мощность трансформатора 160 ватт. Диодный выпрямитель (мост) использован на 25 Ампер. Выходное напряжение фильтруется при помощи мощного электролитического конденсатора с полезной емкостью 10000μF. Для фильтрации ВЧ помех использованы дросселя на 5 Ампер, индуктивность порядка 10mH. Смещение осуществляется подстроечным резистором на 100к и подбором резистора на 1МОм. На стоке транзистора должно быть напряжение, которое ровно половине питания. Таким образом, усилитель полностью настроен. Мною были собраны два канала сразу, которые играют очень хорошо. 

   Монтаж был выполнен в самодельном корпусе. Все платы использовались макетные, поскольку не ожидал, что придется все собрать в корпусе. Сами транзисторы греются не очень сильно, поскольку вся основная мощность рассеивается на резисторах. Мощность такого усилителя не велика, но он может стать главным аудио-усилителем в вашей домашней музыкальной системе.

Понравилась схема — лайкни!

ПРИНЦИПИАЛЬНЫЕ СХЕМЫ УНЧ

Смотреть ещё схемы усилителей

       УСИЛИТЕЛИ НА ЛАМПАХ          УСИЛИТЕЛИ НА ТРАНЗИСТОРАХ  

   

УСИЛИТЕЛИ НА МИКРОСХЕМАХ          СТАТЬИ ОБ УСИЛИТЕЛЯХ   

    

Усилитель низкой частоты класс «А» на полевом транзисторе.Звук чистый,КПД небольшой | Электронные схемы

усилитель низкой частоты на полевом транзисторе

усилитель низкой частоты на полевом транзисторе

Простой усилитель низкой частоты работающий в классе «А».При напряжении питания 34 В и при входном напряжении звука 3.5 Вольт,развивает выходную мощность 10 Вт.Название усилителя-усилитель Зена.

Сам усилитель собран на одном полевом транзисторе IRFP044N и работает в однотактном режиме.Стабилитрон ограничивает уровень входного сигнала.На транзисторах VT1-VT2 собран источник тока,который ограничивает ток для VT3.При превышении тока через транзистор VT2, на резисторе R6 будет падение напряжения,которое окажется достаточным,чтобы открыть транзистор VT1 и ограничить тем самым напряжение между затвором и истоком VT2.Вместо источника тока на транзисторах,его можно собрать из резисторов подключенных в параллель.Мощность такого резистора должна быть не меньше 50- 60 Вт.

усилитель класса А на полевом транзисторе или усилитель Зена

усилитель класса А на полевом транзисторе или усилитель Зена

Для начала настройка источника тока.К истоку VT2 подключил галогенную лампу на 35 Вт*12В. При 12 Вольт,ток через лампу будет проходить на уровне 2.1 А вместо почти 3 А.

как настроить усилитель низкой частоты класса А

как настроить усилитель низкой частоты класса А

Далее,весь усилитель настраивают подстройкой сопротивления резистором R9,им надо выставить ток покоя.Если при касании входа УНЧ жалом отключенного от сети паяльника ток на блоке питания будет увеличиваться,значит надо подстройкой R9 выставить такой ток покоя,при котором ток увеличиваться не будет при касании паяльником.При питании 25 Вольт ток покоя будет 2.6 Ампер.При прослушивании музыки,ток на блоке питания будет уменьшаться а не увеличиваться.

Плюс усилителя класса А: простая схема и настройка,минимум нелинейных искажений сигнала,звук действительно «чистый».

Минус усилителя: это низкое КПД усилителя,которое составляет 20-25 %.Транзистор всегда открыт,даже если на входе нет звука.В звук пойдет 10 Вт,а на нагрев 40 Вт.Радиатор или теплоотвод для транзистора нужен довольно большого размера.Несмотря на это,такие усилители еще вроде производят,но на радиолампах.

у

УМЗЧ А КЛАССА НА ПОЛЕВЫХ ТРАНЗИСТОРАХ

Привет всем любителям хорошего аудио. Изучив несколько статей про разработку итальянского инженера-аудиотехника Андреа Чуффоли про усилитель Power Follower 99c, подумалось собрать тоже такую вещь. Были подобраны необходимые детали, прочитаны несколько статей и в путь… Первый канал оконечного усилителя на IRFP150N собран за пару часов неспешно, с перекурами и перерывами на общение с друзьями и парочку онлайн-игр. Тем более что схема совсем не сложная.

Схема принципиальная УМЗЧ Power Follower 99c

Сразу хочу предостеречь — включать это чудо без мало-мальских приличных радиаторов — это 100% убийство полевых транзисторов! Греется схема как небольшой масляный обогреватель. Всё-ттаки чистый А-класс.

Все три транзистора IRFP150N в каждом канале закрепил на один радиатор (один радиатор — один канал). Для этой цели использовал недавно удачно приобретенного донора «Кумир-001». Радиаторы меньших размеров, думается мне, не будут достаточно охлаждать схему.

   

Включил: вроде ничего не взорвалось, выставил половину напряжения на предохранителе. Подключил нагрузку (колонки S30), сигнал на вход подал со звуковой карты компьютера… И расстроился: звук хороший, активный, насыщенный, но максимум 4 Ватта на слух.

Как это часто бывает сыграла невнимательность. Огромное спасибо другу Сергею, который изучив оригинальную статью на английском языке подсказал, что схема этого оконечного усилителя не что иное, как, цитирую «усилитель тока, и коэффициент усиления по напряжению у него равен 1. Именно поэтому к нему делают специальные ламповые предусилители или на транзисторах с высоким питающим напряжением», конец цитаты.

Блок питания и преамп

Следовательно, нужен хороший предварительный усилитель — ламповый, транзисторный, любой. Выбрал вот такой вариант:

Ибо уж если полевики, то полевики до конца.

На входе диодного моста — 60 Вольт (трансформатор ТПП-235-220-50), на выходе БП — 58,8 Вольт, в обоих плечах. Резисторы R1 — 1К5; R2, R3 — 47 Ом. Все резисторы — 2 Ватта мощностью. Транзистор в БП — TIP29A. Стабилитроны Zener на 10 Вольт, 5 Ватт.

По поводу усилителя мощности, вот комментарии по результатам первых испытаний:

1. Каждый канал собирается согласно первой схемы, и каждый канал должен питаться от отдельной вторичной обмотки трансформатора со своим диодным мостом и конденсатором.
2. Радиатор и еще раз радиатор!
3. Подстроечник 500 Ом за неимением заменил на многооборотный 1 кОм, следовательно 1.8 кОм резистор поменял на 1.2 кОм.
4. Переключатель режимов (1.5А/3А) делать не стал, поскольку необходимость этого очень сомнительна, следовательно второй резистор 0,47 не нужен. Вместо трехватного 0,47 использовал три 2-омных двухватника параллельно (МЛТ-2, например).
5. Питается от трансформатора из фирменного сабвуфера с двумя вторичными обмотками по 24 Вольта и одной 14 Вольт (это будет питание схемы индикации).
6. Напряжение на истоке транзистора в блоке питания канала (правый верхний по схеме) — 22.5 Вольта.
7. Напряжение на предохранителе (относительно минуса питания) — 10.9 Вольт. Сколько не крутил подстроечные резистор, большего добиться не удалось.

Первый канал предварительного усилителя собран, протестирован, хотя и не без накладок. Вместо 22 Ом (R102) резистора сперва поставил на плюс питания 22 кОм и огорчился, когда конструкция начала издавать в колонке хрипы и стоны. Благо перепутал не наоборот, и вместо килоомов не впаял омы — могло бы кончиться плачевно и с дымком. Поменял резистор — выставил напряжения (по сути, достаточно выставить 20 Вольт на стоке полевика, остальные напряжения с небольшим допуском получились сами) подстроечным резистором. И вуаля — чистый, мягкий и в то же время насыщенный звук с виниловой пластинки играет в 8-омную колонку очень красиво!

В общем вот, стерео вариант фоловера + предусилитель + блок питания к преампу готовы, проверены, протестированы.

По результатам могу сказать:

• Для каждого канала УМЗЧ отдельная вторичка нужна и отдельный блок питания.
• Греется этот усилитель по взрослому, посему радиаторы и еще раз радиаторы.
• По звуку: чистый он, что-ли реальный какой-то, в общем приятный на слух.

На этом, пожалуй, все. Огромная благодарность моим друзьям Сергею и Игорю за идейное вдохновение, теоретическую и практическую помощь. Схему собрал и испытал —

neo_work_tyumen.

   Форум по УНЧ

   Форум по обсуждению материала УМЗЧ А КЛАССА НА ПОЛЕВЫХ ТРАНЗИСТОРАХ

Схема УНЧ на полевых транзисторах

Попробуем заставить транзисторы запеть тёплым ламповым хором.

Оппонент: Почему транзисторный и почему по ламповой схемотехнике? Не лучше ли озадачиться либо классическим ламповым усилителем, либо транзисторным по любой из существующих схем, которых в разных источниках, как грязи в болотах.

Автор: К ламповым усилителям — вообще никаких вопросов. Если не сильно пугает: гибка стальных шасси, приобретение качественных выходных трансформаторов, поиск высоковольтных кондёров и подобранных по параметрам ламп, а будучи звездонутым анодным напряжением в 400 вольт, вы найдёте не только минусы, но и плюсы, то вам дорога в спаянные ряды маньяков лампоманов.

А мы же — ребята ленивые, но умные! Поэтому озадачимся созданием УМЗЧ, полностью выполненного на мощных полевых транзисторах, являющихся, если и не полными твердотельными аналогами ламп, то имеющих близкие к ним квадратичные вольтамперные характеристики, что позволит получить нам на выходе спектр сигналов, аналогичный спектру ламповых усилителей — с преобладанием чётных гармоник и быстрым затуханием гармоник высших порядков.

Теперь по поводу расхожих транзисторных схем, которых «как грязи в болотах». Историю борьбы с феноменом транзисторного звучания, а также основные принципы построения «правильного» усилителя мощности мы подробно рассмотрели на странице ссылка на страницу. Так что для понимания схемотехнической целесообразности конструкции, описываемой в данной статье, рекомендую ознакомиться с приведённой по ссылке информацией.

Здесь же я приведу окоyчательные постулаты, следующие из обозначенного теоретического экскурса:

1. Усилитель должен быть выполнен целиком и полностью на полевых транзисторах, являющихся твердотельными аналогами ламп.
2. Никаких глубоких отрицательных обратных связей в нашем усилителе быть не должно, максимум — внутрикаскадные.
3. Усилитель должен работать в режиме А, что позволит нам достичь приемлемых величин нелинейных искажений при отсутствии обратных связей и напрочь избавит от тепловых искажений.
4. Однотактные транзисторные усилители, обеспечивающие экстремально устойчивую иллюзию звучания лампового усилителя, хороши только для выходных мощностей до 10Вт, поэтому наш выбор — классическая схема двухтактного лампового УМЗЧ, переработанная под комплементарные полевики и не содержащая выходного трансформатора. К тому же двухтактная схема позволяет в пару раз уменьшить ток покоя выходных транзисторов и тем самым во столько же раз увеличить КПД усилителя.

5. «Теория без практики мертва, а практика без теории слепа», — сказал то ли математик Пафнутий Чебышев, то ли полководец Александр Суворов, не суть.

Оппонент: Кстати, а я читал в умной книжке, что оставлять транзисторные усилители без глубоких отрицательных ОС нельзя, даже если они работают в режиме А. Причина — неидентичность и температурная нестабильность характеристик выходных комплементарных транзисторов.

Автор: Сие слова не мальчика, но мужа. Книга — это не только сундук для заначек от жены, но и источник познавательных ценностей. Каждая прочитанная страница повышает уровень интеллекта, но не избавляет от вредных привычек, таких как, например, поковыряться в носу и съесть козявку, или сделать на основании одной прочитанной книги решительные выводы.
Ведь наверняка найдётся и другая книжка, где написано, что две одинаковые лампы не обладают идентичными параметрами, их в идеале ещё надо постараться подобрать из десятка-другого, а выходной трансформатор — как не мотай, не получишь двух идеально одинаковых обмоток.

Оппонент: Я так понимаю, что транзисторы тоже придётся подбирать из десятка-другого.

Автор: Ан нет! Не угадал.
Современные полевые транзисторы, а именно такие мы будем использовать в усилителе, превосходят своих вакуумных собратьев по целому ряду параметров, в частности и по такому важному для работы в оконечных каскадах, как крутизна характеристики (10 А/В против 10-20 мА/В). Поэтому небольшие сопротивления в истоковых цепях транзисторов, не ухудшая усилительных свойств каскада, обеспечат не только температурную стабилизацию, но и подровняют характеристики комплементарной пары транзисторов, а дополнительная местная обратная связь поднимет наш оконечник на труднодостижимый для ламповых схем уровень нелинейных искажений.

Однако пора от слов переходить к делу. Для затравки приведу схему получившегося агрегата,

Рис.1

а морщить лоб, изучать характеристики и разбираться в назначении тех или иных элементов с энтузиазмом начнём уже на следующей странице.

 

cxema.org — Супер класс А или усилитель МАРКА ХЬЮСТОНА

Усилитель Марка Хьюстона имеет много названий — усилитель без деталей, супер класс А, усилитель на одном транзисторе, к сожалению, архивов очень мало, сам автор молчит о настройке схемы, не приводит детальное описание и не показывает  осциллограммы, какой на самом деле этот усилитель? 

Покопал очень много форумов (в том числе и иностранных) и нашел отзывы нескольких граждан, которые собрал и запустили усилитель, отзывов тех, у кого не заработал усилок — еще больше. В последнее время немало вопросов задают на счет этого усилителя, и чтобы ответить на все вопросы решил написать эту статью и лично собрать усилитель Хьюстона. 

Хочу сразу сказать, повторил усилитель года 2 назад, но в те времена был напряг с компонентами и усилитель делал на скорую руку, поэтому были отклонения номиналов в широких пределах. 

Сегодня, специально для подписчиков моего канала и специально для наших пользователей — взял в руки паяльник и за 3-4 часа собрал копию усилителя МАРКА ХЬЮСТОНА, чтобы понять — на сколько он хорош. 

Супер класс А — подразумевается детальный и четкий звук, сравнимый с ламповыми усилителями, в отзывах говорилось, что усилитель звучит лучше, чем некоторые ламповые со стоимостью 5-10тысяч американских вечнозеленых долларов. Так ли это ? выясним вместе!
Усилитель, принцип работы будет описан в следующих статьях, поскольку этой статьей я не намерен ограничиваться, будем выбивать из этой схемы все, что она может дать. 

В прочем, из архивов автора стало ясно, что полевик в схеме и так работает на пике своих возможностей. Скажу сразу — усилитель собрал на макетной плате, а полевой транзистор заменил на более мощный IRF640, поскольку оригинальный транзистор в настоящее время является дефицитом. 

Чистый класс А, почти без деталей, содержит всего один активный компонент — полевой ключ, ясное дело, последний должен перегреваться, но честно говоря, никогда не думал, что получу довольно сильный ожог просто коснувшись теплоотвода. 

Дикий перегрев — 100 гр при этом теплоотвод громадный, размеры можете посмотреть на фото. Сам теплоотвод служил в качестве охлаждения силовых ключей в бесперебойнике на 350 ватт. 

Усилитель был собран на скорую руку, но делал максимально аккуратно, затем тщательно настроил. Должен сказать, что усилитель заработал, но как …
Заработал он довольно хорошо, но думаю автор преувеличивает на счет 5 ватт, тут от силы 1-1,5 ватт с питанием от 12 Вольт, взамен схема при питании тех же 12 Вольт пожирает 4.5А!!!

На счет резистора 40 Ватт — это очень много, он почти полностью холодный (в моем случае 2 резистора по 30 Ом параллельно). 

Должен заметить, что чувствительность по входу не на высоком уровне, нужен источник сигнала вольт на 3-5, по идее это не усилитель, поскольку эти 3-5 Вольт входного сигнала если подать напрямую к головке, то играть будет намного громче, чем сам усилитель Хьюстона. 

Все компоненты, старался использовать максимально качественные, которые имелись под рукой, танталовые резисторы, высококачественный конденсатор на входе УНЧ, тоже самое на входе питания. 

Усилитель звучит, я не против и звучит довольно неплохо, но как то не чувствуешь, что звук усиливается, такое ощущение, что звук проходит через дополнительное сопротивление, затем поступает на головку. Описание конструкции, компонентов, а также настройку усилителя — оставим на закуску, до встречи в следующей статье. 

Усилитель Хьюстона, ничто иное, как обогреватель.  

С уважением — АКА КАСЬЯН

Усилители низкой частоты на транзисторах. Простой транзисторный усилитель класса «А. Класс работы усилителя

Простейший усилитель на транзисторах может быть хорошим пособием для изучения свойств приборов. Схемы и конструкции достаточно простые, можно самостоятельно изготовить устройство и проверить его работу, произвести замеры всех параметров. Благодаря современным полевым транзисторам можно изготовить буквально из трех элементов миниатюрный микрофонный усилитель. И подключить его к персональному компьютеру для улучшения параметров звукозаписи. Да и собеседники при разговорах будут намного лучше и четче слышать вашу речь.

Частотные характеристики

Усилители низкой (звуковой) частоты имеются практически во всех бытовых приборах — музыкальных центрах, телевизорах, радиоприемниках, магнитолах и даже в персональных компьютерах. Но существуют еще усилители ВЧ на транзисторах, лампах и микросхемах. Отличие их в том, что УНЧ позволяет усилить сигнал только звуковой частоты, которая воспринимается человеческим ухом. Усилители звука на транзисторах позволяют воспроизводить сигналы с частотами в диапазоне от 20 Гц до 20000 Гц.

Следовательно, даже простейшее устройство способно усилить сигнал в этом диапазоне. Причем делает оно это максимально равномерно. Коэффициент усиления зависит прямо от частоты входного сигнала. График зависимости этих величин — практически прямая линия. Если же на вход усилителя подать сигнал с частотой вне диапазона, качество работы и эффективность устройства быстро уменьшатся. Каскады УНЧ собираются, как правило, на транзисторах, работающих в низко- и среднечастотном диапазонах.

Классы работы звуковых усилителей

Все усилительные устройства разделяются на несколько классов, в зависимости от того, какая степень протекания в течение периода работы тока через каскад:

1. Класс «А» — ток протекает безостановочно в течение всего периода работы усилительного каскада.
2. В классе работы «В» протекает ток в течение половины периода.
3. Класс «АВ» говорит о том, что ток протекает через усилительный каскад в течение времени, равного 50-100 % от периода.
4. В режиме «С» электрический ток протекает менее чем половину периода времени работы.
5. Режим «D» УНЧ применяется в радиолюбительской практике совсем недавно — чуть больше 50 лет. В большинстве случаев эти устройства реализуются на основе цифровых элементов и имеют очень высокий КПД — свыше 90 %.

Наличие искажений в различных классах НЧ-усилителей

Рабочая область транзисторного усилителя класса «А» характеризуется достаточно небольшими нелинейными искажениями. Если входящий сигнал выбрасывает импульсы с более высоким напряжением, это приводит к тому, что транзисторы насыщаются. В выходном сигнале возле каждой гармоники начинают появляться более высокие (до 10 или 11). Из-за этого появляется металлический звук, характерный только для транзисторных усилителей.

При нестабильном питании выходной сигнал будет по амплитуде моделироваться возле частоты сети. Звук станет в левой части частотной характеристики более жестким. Но чем лучше стабилизация питания усилителя, тем сложнее становится конструкция всего устройства. УНЧ, работающие в классе «А», имеют относительно небольшой КПД — менее 20 %. Причина заключается в том, что транзистор постоянно открыт и ток через него протекает постоянно.

Для повышения (правда, незначительного) КПД можно воспользоваться двухтактными схемами. Один недостаток — полуволны у выходного сигнала становятся несимметричными. Если же перевести из класса «А» в «АВ», увеличатся нелинейные искажения в 3-4 раза. Но коэффициент полезного действия всей схемы устройства все же увеличится. УНЧ классов «АВ» и «В» характеризует нарастание искажений при уменьшении уровня сигнала на входе. Но даже если прибавить громкость, это не поможет полностью избавиться от недостатков.

Работа в промежуточных классах

У каждого класса имеется несколько разновидностей. Например, существует класс работы усилителей «А+». В нем транзисторы на входе (низковольтные) работают в режиме «А». Но высоковольтные, устанавливаемые в выходных каскадах, работают либо в «В», либо в «АВ». Такие усилители намного экономичнее, нежели работающие в классе «А». Заметно меньшее число нелинейных искажений — не выше 0,003 %. Можно добиться и более высоких результатов, используя биполярные транзисторы. Принцип работы усилителей на этих элементах будет рассмотрен ниже.

Но все равно имеется большое количество высших гармоник в выходном сигнале, отчего звук становится характерным металлическим. Существуют еще схемы усилителей, работающие в классе «АА». В них нелинейные искажения еще меньше — до 0,0005 %. Но главный недостаток транзисторных усилителей все равно имеется — характерный металлический звук.

«Альтернативные» конструкции

Нельзя сказать, что они альтернативные, просто некоторые специалисты, занимающиеся проектировкой и сборкой усилителей для качественного воспроизведения звука, все чаще отдают предпочтение ламповым конструкциям. У ламповых усилителей такие преимущества:

1. Очень низкое значение уровня нелинейных искажений в выходном сигнале.
2. Высших гармоник меньше, чем в транзисторных конструкциях.

Но есть один огромный минус, который перевешивает все достоинства, — обязательно нужно ставить устройство для согласования. Дело в том, что у лампового каскада очень большое сопротивление — несколько тысяч Ом. Но сопротивление обмотки динамиков — 8 или 4 Ома. Чтобы их согласовать, нужно устанавливать трансформатор.

Конечно, это не очень большой недостаток — существуют и транзисторные устройства, в которых используются трансформаторы для согласования выходного каскада и акустической системы. Некоторые специалисты утверждают, что наиболее эффективной схемой оказывается гибридная — в которой применяются однотактные усилители, не охваченные отрицательной обратной связью. Причем все эти каскады функционируют в режиме УНЧ класса «А». Другими словами, применяется в качестве повторителя усилитель мощности на транзисторе.

Причем КПД у таких устройств достаточно высокий — порядка 50 %. Но не стоит ориентироваться только на показатели КПД и мощности — они не говорят о высоком качестве воспроизведения звука усилителем. Намного большее значение имеют линейность характеристик и их качество. Поэтому нужно обращать внимание в первую очередь на них, а не на мощность.

Схема однотактного УНЧ на транзисторе

Самый простой усилитель, построенный по схеме с общим эмиттером, работает в классе «А». В схеме используется полупроводниковый элемент со структурой n-p-n. В коллекторной цепи установлено сопротивление R3, ограничивающее протекающий ток. Коллекторная цепь соединяется с положительным проводом питания, а эмиттерная — с отрицательным. В случае использования полупроводниковых транзисторов со структурой p-n-p схема будет точно такой же, вот только потребуется поменять полярность.

С помощью разделительного конденсатора С1 удается отделить переменный входной сигнал от источника постоянного тока. При этом конденсатор не является преградой для протекания переменного тока по пути база-эмиттер. Внутреннее сопротивление перехода эмиттер-база вместе с резисторами R1 и R2 представляют собой простейший делитель напряжения питания. Обычно резистор R2 имеет сопротивление 1-1,5 кОм — наиболее типичные значения для таких схем. При этом напряжение питания делится ровно пополам. И если запитать схему напряжением 20 Вольт, то можно увидеть, что значение коэффициента усиления по току h31 составит 150. Нужно отметить, что усилители КВ на транзисторах выполняются по аналогичным схемам, только работают немного иначе.

При этом напряжение эмиттера равно 9 В и падение на участке цепи «Э-Б» 0,7 В (что характерно для транзисторов на кристаллах кремния). Если рассмотреть усилитель на германиевых транзисторах, то в этом случае падение напряжения на участке «Э-Б» будет равно 0,3 В. Ток в цепи коллектора будет равен тому, который протекает в эмиттере. Вычислить можно, разделив напряжение эмиттера на сопротивление R2 — 9В/1 кОм=9 мА. Для вычисления значения тока базы необходимо 9 мА разделить на коэффициент усиления h31 — 9мА/150=60 мкА. В конструкциях УНЧ обычно используются биполярные транзисторы. Принцип работы у него отличается от полевых.

На резисторе R1 теперь можно вычислить значение падения — это разница между напряжениями базы и питания. При этом напряжение базы можно узнать по формуле — сумма характеристик эмиттера и перехода «Э-Б». При питании от источника 20 Вольт: 20 — 9,7 = 10,3. Отсюда можно вычислить и значение сопротивления R1=10,3В/60 мкА=172 кОм. В схеме присутствует емкость С2, необходимая для реализации цепи, по которой сможет проходить переменная составляющая эмиттерного тока.

Если не устанавливать конденсатор С2, переменная составляющая будет очень сильно ограничиваться. Из-за этого такой усилитель звука на транзисторах будет обладать очень низким коэффициентом усиления по току h31. Нужно обратить внимание на то, что в вышеизложенных расчетах принимались равными токи базы и коллектора. Причем за ток базы брался тот, который втекает в цепь от эмиттера. Возникает он только при условии подачи на вывод базы транзистора напряжения смещения.

Но нужно учитывать, что по цепи базы абсолютно всегда, независимо от наличия смещения, обязательно протекает ток утечки коллектора. В схемах с общим эмиттером ток утечки усиливается не менее чем в 150 раз. Но обычно это значение учитывается только при расчете усилителей на германиевых транзисторах. В случае использования кремниевых, у которых ток цепи «К-Б» очень мал, этим значением просто пренебрегают.

Усилители на МДП-транзисторах

Усилитель на полевых транзисторах, представленный на схеме, имеет множество аналогов. В том числе и с использованием биполярных транзисторов. Поэтому можно рассмотреть в качестве аналогичного примера конструкцию усилителя звука, собранную по схеме с общим эмиттером. На фото представлена схема, выполненная по схеме с общим истоком. На входных и выходных цепях собраны R-C-связи, чтобы устройство работало в режиме усилителя класса «А».

Переменный ток от источника сигнала отделяется от постоянного напряжения питания конденсатором С1. Обязательно усилитель на полевых транзисторах должен обладать потенциалом затвора, который будет ниже аналогичной характеристики истока. На представленной схеме затвор соединен с общим проводом посредством резистора R1. Его сопротивление очень большое — обычно применяют в конструкциях резисторы 100-1000 кОм. Такое большое сопротивление выбирается для того, чтобы не шунтировался сигнал на входе.

Это сопротивление почти не пропускает электрический ток, вследствие чего у затвора потенциал (в случае отсутствия сигнала на входе) такой же, как у земли. На истоке же потенциал оказывается выше, чем у земли, только благодаря падению напряжения на сопротивлении R2. Отсюда ясно, что у затвора потенциал ниже, чем у истока. А именно это и требуется для нормального функционирования транзистора. Нужно обратить внимание на то, что С2 и R3 в этой схеме усилителя имеют такое же предназначение, как и в рассмотренной выше конструкции. А входной сигнал сдвинут относительно выходного на 180 градусов.

УНЧ с трансформатором на выходе

Можно изготовить такой усилитель своими руками для домашнего использования. Выполняется он по схеме, работающей в классе «А». Конструкция такая же, как и рассмотренные выше, — с общим эмиттером. Одна особенность — необходимо использовать трансформатор для согласования. Это является недостатком подобного усилителя звука на транзисторах.

Коллекторная цепь транзистора нагружается первичной обмоткой, которая развивает выходной сигнал, передаваемый через вторичную на динамики. На резисторах R1 и R3 собран делитель напряжения, который позволяет выбрать рабочую точку транзистора. С помощью этой цепочки обеспечивается подача напряжения смещения в базу. Все остальные компоненты имеют такое же назначение, как и у рассмотренных выше схем.

Двухтактный усилитель звука

Нельзя сказать, что это простой усилитель на транзисторах, так как его работа немного сложнее, чем у рассмотренных ранее. В двухтактных УНЧ входной сигнал расщепляется на две полуволны, различные по фазе. И каждая из этих полуволн усиливается своим каскадом, выполненном на транзисторе. После того, как произошло усиление каждой полуволны, оба сигнала соединяются и поступают на динамики. Такие сложные преобразования способны вызвать искажения сигнала, так как динамические и частотные свойства двух, даже одинаковых по типу, транзисторов будут отличны.

В результате на выходе усилителя существенно снижается качество звучания. При работе двухтактного усилителя в классе «А» не получается качественно воспроизвести сложный сигнал. Причина — повышенный ток протекает по плечам усилителя постоянно, полуволны несимметричные, возникают фазовые искажения. Звук становится менее разборчивым, а при нагреве искажения сигнала еще больше усиливаются, особенно на низких и сверхнизких частотах.

Бестрансформаторные УНЧ

Усилитель НЧ на транзисторе, выполненный с использованием трансформатора, невзирая на то, что конструкция может иметь малые габариты, все равно несовершенен. Трансформаторы все равно тяжелые и громоздкие, поэтому лучше от них избавиться. Намного эффективнее оказывается схема, выполненная на комплементарных полупроводниковых элементах с различными типами проводимости. Большая часть современных УНЧ выполняется именно по таким схемам и работают в классе «В».

Два мощных транзистора, используемых в конструкции, работают по схеме эмиттерного повторителя (общий коллектор). При этом напряжение входа передается на выход без потерь и усиления. Если на входе нет сигнала, то транзисторы на грани включения, но все равно еще отключены. При подаче гармонического сигнала на вход происходит открывание положительной полуволной первого транзистора, а второй в это время находится в режиме отсечки.

Следовательно, через нагрузку способны пройти только положительные полуволны. Но отрицательные открывают второй транзистор и полностью запирают первый. При этом в нагрузке оказываются только отрицательные полуволны. В результате усиленный по мощности сигнал оказывается на выходе устройства. Подобная схема усилителя на транзисторах достаточно эффективная и способна обеспечить стабильную работу, качественное воспроизведение звука.

Схема УНЧ на одном транзисторе

Изучив все вышеописанные особенности, можно собрать усилитель своими руками на простой элементной базе. Транзистор можно использовать отечественный КТ315 или любой его зарубежный аналог — например ВС107. В качестве нагрузки нужно использовать наушники, сопротивление которых 2000-3000 Ом. На базу транзистора необходимо подать напряжение смещения через резистор сопротивлением 1 Мом и конденсатор развязки 10 мкФ. Питание схемы можно осуществить от источника напряжением 4,5-9 Вольт, ток — 0,3-0,5 А.

Если сопротивление R1 не подключить, то в базе и коллекторе не будет тока. Но при подключении напряжение достигает уровня в 0,7 В и позволяет протекать току около 4 мкА. При этом по току коэффициент усиления окажется около 250. Отсюда можно сделать простой расчет усилителя на транзисторах и узнать ток коллектора — он оказывается равен 1 мА. Собрав эту схему усилителя на транзисторе, можно провести ее проверку. К выходу подключите нагрузку — наушники.

Коснитесь входа усилителя пальцем — должен появиться характерный шум. Если его нет, то, скорее всего, конструкция собрана неправильно. Перепроверьте все соединения и номиналы элементов. Чтобы нагляднее была демонстрация, подключите к входу УНЧ источник звука — выход от плеера или телефона. Прослушайте музыку и оцените качество звучания.

Усилитель звуковой частоты является важнейшим узлом многих электронных устройств. Это может быть воспроизведение музыкальных файлов, системы оповещения пожарной и охранной сигнализации или звуковые датчики различных игрушек. Бытовая техника оснащена встроенными низкочастотными каналами, но при домашнем конструировании электронных самоделок может потребоваться необходимость сделать это устройство самостоятельно.

Схема усилителя звука на транзисторах своими руками

Диапазон звуковых частот, которые воспринимаются человеческим ухом, находится в пределах 20 Гц-20 кГц, но устройство, выполненное на одном полупроводниковом приборе, из-за простоты схемы и минимального количества деталей обеспечивает более узкую полосу частот. В простых устройствах, для прослушивания музыки достаточно частотного диапазона 100 Гц-6 000 Гц. Этого хватит для воспроизведения музыки на миниатюрный динамик или наушник. Качество будет средним, но для мобильного устройства вполне приемлемым.

Схема простого усилителя звука на транзисторах может быть собрана на кремниевых или германиевых изделиях прямой или обратной проводимости (p-n-p, n-p-n). Кремниевые полупроводники менее критичны к напряжению питания и имеют меньшую зависимость характеристик от температуры перехода.

Схема усилителя звука на 1 транзисторе

Простейшая схема усилителя звука на одном транзисторе включает в себя следующие элементы:

• Транзистор КТ 315 Б
• Резистор R1 – 16 ком
• Резистор R2 – 1,6 ком
• Резистор R3 – 150 ом
• Резистор R4 – 15 ом
• Конденсатор С1 – 10,0 мкф
• Конденсатор С2 – 500,0 мкф

Это устройство с фиксированным напряжением смещения базы, которое задаётся делителем R1-R2. В цепь коллектора включен резистор R3, который является нагрузкой каскада. Между контактом Х2 и плюсом источника питания можно подключить миниатюрный динамик или наушник, который должен иметь большое сопротивление. Низкоомную нагрузку на выход каскада подключать нельзя. Правильно собранная схема начинает работать сразу и не нуждается в настройке.

Более качественный УНЧ можно собрать на двух приборах.

Схема усилителя на двух транзисторах включает в себя больше комплектующих элементов, но может работать с низким уровнем входного сигнала, так как первый элемент выполняет функцию предварительного каскада.

Переменный сигнал звуковой частоты подаётся на потенциометр R1, который играет роль регулятора громкости. Далее через разделительный конденсатор сигнал подаётся на базу элемента первой ступени, где усиливается до величины, обеспечивающей нормальную работу второй ступени. В цепь коллектора второго полупроводника включен источник звука, которым может быть малогабаритный наушник. Смещение на базах задают резисторы R2 и R4. Кроме КТ 315 в схеме усилителя звука на двух транзисторах можно использовать любые маломощные кремниевые полупроводники, но в зависимости от типа применяемых изделий может потребоваться подбор резисторов смещения.

Если использовать двухтактный выход можно добиться хорошего уровня громкости и неплохой частотной характеристики. Данная схема выполнена на трёх распространённых кремниевых приборах КТ 315, но в устройстве можно использовать и другие полупроводники. Большим плюсом схемы является то, что она может работать на низкоомную нагрузку. В качестве источника звука можно использовать миниатюрные динамики с сопротивлением от 4 до 8 ом.

Устройство можно использовать совместно с плеером, тюнером или другим бытовым прибором. Напряжение питания 9 В можно получить от батарейки типа «Крона». Если в выходном каскаде использовать КТ 815, то на нагрузке 4 ома можно получить мощность до 1 ватта. При этом напряжение питания нужно будет увеличить до 12 вольт, а выходные элементы смонтировать на небольших алюминиевых теплоотводах.

Получить хорошие электрические характеристики в усилителе, собранном на одном полупроводнике практически невозможно, поэтому качественные устройства собираются на нескольких полупроводниковых приборах. Такие конструкции дают на низкоомной нагрузке десятки и сотни ватт и предназначены для работы в Hi-Fi комплексах. При выборе устройства может возникнуть вопрос, на каких транзисторах можно сделать усилитель звука. Это могут быть любые кремниевые или германиевые полупроводники. Широкое распространение получили УНЧ, собранные на полевых полупроводниках. Для устройств малой мощности с низковольтным питанием можно применить кремниевые изделия КТ 312, КТ 315, КТ 361, КТ 342 или германиевые старых серий МП 39-МП 42.

Усилитель мощности своими руками на транзисторах можно выполнить на комплементарной паре КТ 818Б-КТ 819Б. Для такой конструкции потребуется предварительный блок, входной каскад и предоконечный блок. Предварительный узел включает в себя регулировку уровня сигнала и регулировку тембра по высоким и низким частотам или многополосный эквалайзер. Напряжение на выходе предварительного блока должно быть не менее 0,5 вольта. Входной узел блока мощности можно собрать на быстродействующем операционном усилителе. Для того чтобы раскачать оконечную часть потребуется предоконечный каскад, который собирается на комплементарной паре приборов средней мощности КТ 816-КТ 817. Конструкции мощных усилителей низкой частоты отличаются сложной схемотехникой и большим количеством комплектующих элементов. Для правильной регулировки и настройки такого блока потребуется не только тестер, но осциллограф, и генератор звуковой частоты.

Современная элементная база включает в себя мощные MOSFET приборы, позволяющие конструировать УНЧ высокого класса. Они обеспечивают воспроизведение сигналов в полосе частот от 20 Гц до 40 кГц с высокой линейностью, коэффициент нелинейных искажений менее 0,1% и выходную мощность от 50 W и выше. Данная конструкция проста в повторении и регулировке, но требует использования высококачественного двухполярного источника питания.



Схема № 2

Схема второго нашего усилителя значительно сложнее, но зато позволяет получить и более качественной звучание. Достигнуто это за счет более совершенной схемотехники, большего коэффициента усиления усилителя (и, следовательно, более глубокой обратной связи), а также возможностью регулировать начальное смещение транзисторов выходного каскада.

Схема нового варианта усилителя приведена на рис. 11.20. Этот усилитель, в отличие от своего предшественника, питается от двухполярного источника напряжения.

Входной каскад усилителя на транзисторах VT1-VT3 образует т. н. дифференциальный усилитель. Транзистор VT2 в дифференциальном усилителе является источником тока (довольно часто в дифференциальных усилителях в качестве источника тока ставят обычный резистор достаточно большого номинала). А транзисторы VT1 и VT3 образуют два пути, по которым ток из источника уходит в нагрузку.

Если ток в цепи одного транзистора увеличится, то ток в цепи другого транзистора уменьшится на точно такую же величину — источник тока поддерживает сумму токов обоих транзисторов постоянной.

В итоге транзисторы дифференциального усилителя образуют почти «идеальное» устройство сравнения, что важно для качественной работы обратной связи. На базу одного транзистора подается усиливаемый сигнал, на базу другого — сигнал обратной связи через делитель напряжения на резисторах R6, R8.

Противофазный сигнал «расхождения» выделяется на резисторах R4 и R5, и поступает на две цепочки усиления:

• транзистор VT7;
• транзисторы VT4-VT6.

Когда сигнал рассогласования отсутствует, токи обоих цепочек, т. е. транзисторов VT7 и VT6, равны, и напряжение в точке соединения их коллекторов (в нашей схеме такой точкой можно считать транзистор VT8) в точности равно нулю.

При появлении сигнала рассогласования токи транзисторов становятся разными, и напряжение в точке соединения становится больше или меньше нуля. Это напряжение усиливается составным эмиттерным повторителем, собранным на комплементарных парах VT9, VT10 и VT11, VT12, и поступает на АС — это выходной сигнал усилителя.

Транзистор VT8 используется для регулировки т. н. тока «покоя» выходного каскада. Когда движок подстроечного резистора R14 находится в верхнем по схеме положении, транзистор VT8 полностью открыт. При этом падение напряжение на нем близко к нулю. Если же перемещать движок резистора в нижнее положение, падение напряжения на транзисторе VT8 будет увеличиваться. А это равносильно внесению сигнала смещения в базы транзисторов выходного эмиттерного повторителя. Происходит смещение режима их работы от класса С до класса В, а в принципе — и до класса А. Это, как мы уже знаем, один из способов улучшения качества звука — не следует полагаться в этом только на действие обратной связи.

Плата . Усилитель собран на плате из одностороннего стеклотекстолита толщиной 1.5 мм размерами 50×47.5 мм. Разводку печатной платы в зеркальном изображении и схему расположения деталей можно скачать . Работу усилителя смотрим на . Внешний вид усилителя приведен на рис. 11.21.

Аналоги и элементная база . При отсутствии необходимых деталей транзисторы VT1, VT3 можно заменить любыми малошумящими с допустимым током не менее 100 мА, допустимым напряжением не ниже напряжения питания усилителя и как можно большим коэффициентом усиления.

Специально для таких схем промышленностью выпускаются транзисторные сборки, представляющие собой пару транзисторов в одном корпусе с максимально подобными характеристиками — это был бы идеальный вариант.

Транзисторы VT9 и VT10 обязательно должны быть комплементарными, также как и VT11, и VT12. Они должны быть рассчитаны на напряжение не менее удвоенного напряжения питания усилителя. Не забыли, уважаемый радиолюбитель, что усилитель питается от двухполярного источника напряжения?

Для зарубежных аналогов комплементарые пары обычно указываются в документации на транзистор, для отечественных приборов — придется попотеть в Инете! Транзисторы выходного каскада VT11, VT12 дополнительно должны выдерживать ток, не меньший:

I в = U / R, А,

U — напряжение питания усилителя,
R — сопротивление АС.

Для транзисторов VT9, VT10 допустимый ток должен быть не менее:

I п = I в / B, А ,

I в — максимальный ток выходных транзисторов;
B — коэффициент усиления выходных транзисторов.

Обратите внимание, что в документации на мощные транзисторы иногда приводятся два коэффициента усиления — один для режима усиления «малого сигнала», другой — для схемы с ОЭ. Вам нужен для расчета не тот, который для «малого сигнала». Обратите внимание также на особенность транзисторов КТ972/КТ973 — их коэффициент усиления составляет более 750.

Найденный вами аналог должен обладать не меньшим коэффициентом усиления — это существенно для данной схемы. Остальные транзисторы должны иметь допустимое напряжение не менее удвоенного напряжения питания усилителя и допустимый ток не мене 100 мА. Резисторы — любые с допустимой рассеиваемой мощностью не менее 0.125 Вт. Конденсаторы — электролитические, с емкостью не менее указанной и рабочим напряжением не менее напряжения питания усилителя.

Продолжение читайте

Николай Трошин

В последнее время заметно вырос интерес к усилителям мощности на германиевых транзисторах. Есть мнение, что звучание таких усилителей более мягкое, напоминает «ламповый звук».
Предлагаю вашему вниманию две простые схемы усилителей мощности НЧ на германиевых транзисторах, опробованные мной некоторое время назад.

Здесь использованы более современные схемные решения, чем те, которые использовались в 70-е годы, когда «германий» был в ходу. Это позволило получить приличную мощность при хорошем качестве звучания.
Схема на рисунке ниже, является переработанным под «германий» вариантом усилителя НЧ из моей статьи в журнале Радио №8 за 1989г (стр. 51-55).

Выходная мощность этого усилителя 30 Вт при сопротивлении нагрузки акустических систем 4 Ома, и примерно 18 Вт при сопротивлении нагрузки 8 Ом.
Напряжение питания усилителя (U пит) двухполярное ±25 В;

Несколько слов о деталях:

При сборке усилителя, в качестве конденсаторов постоянной ёмкости (помимо электролитических), желательно применять слюдяные конденсаторы. Например типа КСО, такие, как ниже на рисунке.

Транзисторы МП40А можно заменить на транзисторы МП21, МП25, МП26. Транзисторы ГТ402Г — на ГТ402В; ГТ404Г — на ГТ404В;
Выходные транзисторы ГТ806 можно ставить любых буквенных индексов. Применять более низкочастотные транзисторы типа П210, П216, П217 в этой схеме не рекомендую, поскольку на частотах выше 10кГц они здесь работают плоховато (заметны искажения), видимо, из-за нехватки усиления тока на высокой частоте.

Площадь радиаторов на выходные транзисторы должна быть не менее 200 см2, на предоконечные транзисторы не менее 10 см2.
На транзисторы типа ГТ402 радиаторы удобно делать из медной (латунной) или алюминиевой пластины, толщиной 0,5 мм, размером 44х26.5 мм.

Пластина разрезается по линиям, потом этой заготовке придают форму трубки, используя для этой цели любую подходящую цилиндрическую оправку (например сверло).
После этого заготовку (1) плотно надевают на корпус транзистора (2) и прижимают пружинящим кольцом (3), предварительно отогнув боковые крепёжные ушки.

Кольцо изготовляется из стальной проволоки диаметром 0,5-1,0 мм. Вместо кольца можно использовать бандаж из медной проволоки.
Теперь осталось загнуть снизу боковые ушки для крепления радиатора за корпус транзистора и отогнуть на нужный угол надрезанные перья.

Подобный радиатор можно также изготовить и из медной трубки, диаметром 8мм. Отрезаем кусок 6…7см, разрезаем трубку вдоль по всей длине с одной стороны. Далее на половину длины разрезаем трубку на 4 части и отгибаем эти части в виде лепестков и плотно надеваем на транзистор.

Так как диаметр корпуса транзистора где-то 8,2 мм, то за счёт прорези по всей длине трубки, она плотно оденется на транзистор и будет удерживаться на его корпусе за счёт пружинящих свойств.
Резисторы в эмиттерах выходного каскада — либо проволочные мощностью 5 Вт, либо типа МЛТ-2 3 Ом по 3шт параллельно. Импортные пленочные использовать не советую — выгорают мгновенно и незаметно, что ведет к выходу из строя сразу нескольких транзисторов.

Настройка:

Настройка правильно собранного из исправных элементов усилителя сводится к установке подстроечным резистором тока покоя выходного каскада 100мА (удобно контролировать на эмиттерном резисторе 1 Ом — напряжение 100мВ).
Диод VD1 желательно приклеить или прижать к радиатору выходного транзистора, что способствует лучшей термостабилизации. Однако если этого не делать, ток покоя выходного каскада от холодного 100мА до горячего 300мА меняется, в общем-то, не катастрофично.

Важно: перед первым включением необходимо выставить подстроечный резистор в нулевое сопротивление.
После настройки желательно подстроечный резистор выпаять из схемы, измерить его реальное сопротивление и заменить на постоянный.

Самая дефицитная деталь для сборки усилителя по вышеприведённой схеме — это выходные германиевые транзисторы ГТ806. Их и в светлое советское время было не так легко приобрести, а сейчас наверно и того труднее. Гораздо проще найти германиевые транзисторы типов П213-П217, П210.
Если Вы не сможете по каким либо причинам приобрести транзисторы ГТ806, то Вашему вниманию предлагается ещё одна схема усилителя, где в качестве выходных транзисторов, можно использовать как раз вышеупомянутые П213-П217, П210.

Схема эта — модернизация первой схемы. Выходная мощность этого усилителя составляет 50Вт при сопротивлении нагрузки 4 Ом и 30Вт при 8-Омной нагрузке.
Напряжение питания этого усилителя (U пит) так же двухполярное и составляет ±27 В;
Диапазон рабочих частот 20Гц…20кГц:

Какие же изменения внесены в эту схему;
Добавлены два источника тока в «усилитель напряжения» и еще один каскад в «усилитель тока».
Применение еще одного каскада усиления на довольно высокочастотных транзисторах П605, позволило несколько разгрузить транзисторы ГТ402-ГТ404 и расшевелить совсем уж медленные П210.

Получилось довольно не плохо. При входном сигнале 20кГц, и при выходной мощности 50Вт — на нагрузке искажений практически не заметно (на экране осциллографа).
Минимальные, мало заметные искажения формы выходного сигнала с транзисторами типа П210, возникают только на частотах около 20 кгц при мощности 50 вт. На частотах ниже 20 кгц и мощностях менее 50 вт искажений не заметно.
В реальном музыкальном сигнале таких мощностей на столь высоких частотах обычно не бывает, по этому отличий в звучании (на слух) усилителя на транзисторах ГТ806 и на транзисторах П210 я не заметил.
Впрочем, на транзисторах типа ГТ806, если смотреть осциллографом, усилитель работает все-таки лучше.

При нагрузке 8 Ом в этом усилителе, также возможно применение выходных транзисторов П216…П217, и даже П213…П215. В последнем случае напряжение питания усилителя нужно будет снизить до ±23В. Выходная мощность при этом, разумеется, тоже упадет.
Повышение же питания — ведет к увеличению выходной мощности, и я думаю, что схема усилителя по второму варианту имеет такой потенциал (запас), однако, я не стал экспериментами искушать судьбу.

Радиаторы для этого усилителя обязательны следующие — на выходные транзисторы площадью рассеивания не менее 300см2, на предвыходные П605 — не менее 30см2 и даже на ГТ402, ГТ404 (при сопротивлении нагрузки 4 Ом) тоже нужны.
Для транзисторов ГТ402-404 можно поступить проще;
Взять медную проволоку (без изоляции) диаметром 0,5-0,8, намотать на круглую оправку (диаметром 4-6 мм) проволоку виток к витку, согнуть в кольцо полученную обмотку (с внутренним диаметром меньше диаметра корпуса транзистора), соединить концы пайкой и надеть полученный «бублик» на корпус транзистора.

Эффективней будет наматывать проволоку не на круглую, а на прямоугольную оправку, так как при этом увеличивается площадь соприкосновения проволоки с корпусом транзистора и соответственно повышается эффективность отвода тепла.
Также для повышения эффективности отвода тепла для всего усилителя, можно уменьшить площадь радиаторов и применить для охлаждения 12В куллер от компьютера, запитав его напряжением 7…8В.

Транзисторы П605 можно заменить на П601…П609.
Настройка второго усилителя аналогична описанной для первой схемы.
Несколько слов об акустических системах. Понятно, что для получения хорошего звучания они должны иметь соответствующую мощность. Желательно также, используя звуковой генератор — пройтись на разных мощностях по всему диапазону частот. Звучание должно быть чистым, без хрипов и дребезга. Особенно, как показал мой опыт, этим грешат высокочастотные динамики колонок типа S-90.

Если у кого возникнут какие либо вопросы по конструкции и сборке усилителей — задавайте, по возможности постараюсь ответить.

Удачи всем Вам в Вашем творчестве и всего наилучшего!

Недавно обратился некий человек с просьбой собрать ему усилитель достаточной мощности и раздельными каналами усиления по низким, средним и высоким частотам. до этого не раз уже собирал для себя в качестве эксперимента и, надо сказать, эксперименты были весьма удачными. Качество звучания даже недорогих колонок не очень высокого уровня заметно при этом улучшается по сравнению, например, с вариантом применения пассивных фильтров в самих колонках. К тому же появляется возможность довольно легко менять частоты раздела полос и коэффициент усиления каждой отдельно взятой полосы и, таким образом, проще добиться равномерной АЧХ всего звукоусилительного тракта. В усилителе были применены готовые схемы, которые до этого не раз были опробованы в более простых конструкциях.

Структурная схема

На рисунке ниже показана схема 1 канала:

Как видно из схемы, усилитель имеет три входа, один из которых предусматривает простую возможность добавления предусилителя-корректора для проигрывателя винила (при такой необходимости), переключатель входов, предварительный усилитель-тембролок (также трёхполосный, с регулировкой уровней ВЧ/СЧ/НЧ), регулятор громкости, блок фильтров на три полосы с регулировкой уровня усиления каждой полосы с возможностью отключения фильтрации и блок питания для оконечных усилителей большой мощности (нестабилизированный) и стабилизатор для «слаботочной» части (предварительные каскады усиления).

Предварительный усилитель-темброблок

В качестве него была применена схема, не раз проверенная до этого, которая при своей простоте и доступности деталей показывает довольно хорошие характеристики. Схема (как и все последующие) в своё время была опубликована в журнале «Радио» и затем не раз публиковалась на различных сайтах в интернете:

Входной каскад на DA1 содержит переключатель уровня усиления (-10; 0; +10 дБ), что упрощает согласование всего усилителя с различными по уровню источниками сигнала, а на DA2 собран непосредственно регулятор тембров. Схема не капризна к некоторому разбросу номиналов элементов и не требует никакого налаживания. В качестве ОУ можно применить любые микросхемы, применяемые в звуковых трактах усилителей, например здесь (и в последующих схемах) пробовал импортные ВА4558, TL072 и LM2904. Подойдёт любая, но лучше, конечно, выбирать варианты ОУ с возможно меньшим уровнем собственного шума и высоким быстродействием (коэффициентом нарастания входного напряжения). Эти параметры можно посмотреть в справочниках (даташитах). Конечно, здесь вовсе не обязательно применять именно эту схему, вполне можно, например, сделать не трёхполосный, а обычный (стандартный) двухполосный темброблок. Но не «пассивную» схему, а с каскадами усиления-согласования по входу и выходу на транзисторах или ОУ.

Блок фильтров

Схем фильтров, также, при желании можно найти множество, так как публикаций на тему многополосных усилителей сейчас достаточно. Для облегчения этой задачи и просто для примера, я приведу здесь несколько возможных схем, найденных в различных источниках:

— схема, которая была применена мной в этом усилителе, так как частоты раздела полос оказались как раз такие, которые и нужны были «заказчику» — 500 Гц и 5 кГц и ничего пересчитывать не пришлось.

— вторая схема, попроще на ОУ.

И ещё одна возможная схема, на транзисторах:

Как уже писал ваше, выбрал первую схему из-за довольно качественной фильтрации полос и соответствии частот разделения полос заданным. Только на выходах каждого канала (полосы) были добавлены простые регуляторы уровня усиления (как это сделано, например, в третьей схеме, на транзисторах). Регуляторы можно поставить от 30 до 100 кОм. Операционные усилители и транзисторы во всех схемах можно заменить на современные импортные (с учётом цоколёвки!) для получения лучших параметров схем. Никакой настройки все эти схемы не требуют, если не требуется изменить частоты раздела полос. К сожалению, дать информацию по пересчёту этих частот раздела я не имею возможности, так как схемы искались для примера «готовые» и подробных описаний к ним не прилагалось.

В схему блока фильтров (первая схема из трёх) была добавлена возможность отключения фильтрации по каналам СЧ и ВЧ. Для этого были установлены два кнопочных переключателя типа П2К, с помощью которых просто можно замкнуть точки соединения входов фильтров — R10C9 с их соответствующими выходами — «выход ВЧ» и «выход СЧ». В этом случае по этим каналам идёт полный звуковой сигнал.

Усилители мощности

С выхода каждого канала фильтра сигналы ВЧ-СЧ-НЧ подаются на входы усилителй мощности, которые, также, можно собрать по любой из известных схем в зависимости от необходимой мощности всего усилителя. Я делал УМЗЧ по известной давно схеме из журнала «Радио», №3, 1991 г., стр.51. Здесь даю ссылку на «первоисточник», так как по поводу этой схемы существует много мнений и споров по повод её «качественности». Дело в том, что на первый взгляд это схема усилителя класса «B» с неизбежным присутствием искажений типа «ступенька», но это не так. В схеме применено токовое управление транзисторами выходного каскада, что позволяет избавиться от этих недостатков при обычном, стандартном включении. При этом схема очень простая, не критична к применяемым деталям и даже транзисторы не требует особого предварительного подбора по параметрам К тому же схема удобна тем, что мощные выходные транзисторы можно ставить на один теплоотвод попарно без изолирующих прокладок, так как выводы коллекторов соединены в точке «выхода», что очень упрощает монтаж усилителя:

При настройке лишь ВАЖНО подобрать правильные режимы работы транзисторов предоконечного каскада (подбором резисторов R7R8) — на базах этих транзисторов в режиме «покоя» и без нагрузки на выходе (динамика) должно быть напряжение в пределах 0,4-0,6 вольт. Напряжение питания для таких усилителей (их, соответственно, должно быть 6 штук) поднял до 32 вольт с заменой выходных транзисторов на 2SA1943 и 2SC5200, сопротивление резисторов R10R12 при этом следует также увеличить до 1,5 кОм (для «облегчения жизни» стабилитронам в цепи питания входных ОУ). ОУ также были заменены на ВА4558, при этом становится не нужна цепь «установки нуля» (выходы 2 и 6 на схеме) и, соответственно меняется цоколёвка при пайке микросхемы. В результате при проверке каждый усилитель по этой схеме выдавал мощность до 150 ватт (кратковременно) при вполне адекватной степени нагрева радиатора.

Блок питания УНЧ

В качестве блока питания были использованы два трансформатора с блоками выпрямителей и фильтров по обычной, стандартной схеме. Для питания НЧ полосных каналов (левый и правый каналы) — трансформатор мощностью 250 ватт, выпрямитель на диодных сборках типа MBR2560 или аналогичных и конденсаторы 40000 мкф х 50 вольт в каждом плече питания. Для СЧ и ВЧ каналов — трансформатор мощностью 350 ватт (взят из сгоревшего ресивера «Ямаха»), выпрямитель — диодная сборка TS6P06G и фильтр — два конденсатора по 25000 мкф х 63 вольт на каждое плечо питания. Все электролитические конденсаторы фильтров зашунтированы плёночными конденсаторами ёмкостью 1 мкф х 63 вольта.

В общем, блок питания может быть и с одним трансформаторм, конечно, но при его соответствующей мощности. Мощность усилителя в целом в данном случае определяется исключительно возможностями источника питания. Все предварительные усилители (темброблок, фильтры) — запитаны также от одного из этих трансформаторов (можно от любого из них), но через дополнительный блок двуполярного стабилизатора, собранный на МС типа КРЕН (или импортных) или по любой из типовых схем на транзисторах.

Конструкция самодельного усилителя

Это, пожалуй, был самый сложный момент в изготовлении, так как подходящего готового корпуса не нашлось и пришлось выдумывать возможные варианты:-)) Чтобы не лепить кучу отдельных радиаторов, решил использовать корпус-радиатор от автомобильного 4-канального усилителя, довольно больших размеров, примерно такой:

Все «внутренности» были, естественно, извлечены и компоновка получилась примерно такой (к сожалению фотографию соответствующую не сделал):

— как видно, в эту крышку-радиатор установились шесть плат оконечных УМЗЧ и плата предварительного усилителя-темброблока. Плата блока фильтров уже не влезла, поэтому была закреплена на добавленной затем конструкции из алюминиевого уголка (её видно на рисунках). Также, в этом «каркасе» были установлены трансформаторы, выпрямители и фильтры блоков питания.

Вид (спереди) со всеми переключателями и регуляторами получился такой:

Вид сзади, с колодками выходов на динамики и блоком предохранителей (поскольку никакие схемы электронной защиты не делались из-за недостатка места в конструкции и чтобы не усложнять схему):

В последующем каркас из уголка предполагается, конечно, закрыть декоративными панелями для придания изделию более «товарного» вида, но делать это будет уже сам «заказчик», по своему личному вкусу. А в целом, по качеству и мощности звучания, конструкция получилась вполне себе приличная. Автор материала: Андрей Барышев (специально для сайта сайт ).

Мощный УМЗЧ на полевых транзисторах, класс А с питанием 12В (32Вт на 8Ом)

Мощный УМЗЧ с работой всех каскадов в режиме класса А, обеспечивающий на 8-омной нагрузке 32 Вт при потрясающе высоком реальном КПД 45%.

Особенность решения

Ричард Барфут обращает внимание, что в обычном резистивном усилительном каскаде с ОЭ и разделительным конденсатором (рисунок 1) теоретически максимальный КПД в режиме класса А составляет всего 8,33%, а коэффициент использования напряжения питания Ки (отношение размаха выходного напряжения к напряжению питания) едва дотягивает до 67%.

 

Рис. 1. Варианты включения транзистора.

Простейшая и давно применяемая в радиочастотных усилителях модификация — применение индуктивности вместо резистора сразу же повышает КПД до 50%, а Ки — до 200%.

Принципиальная схема

Ричард решил использовать это преимущество и разработал мощный УНЧ (рисунок 2), который при напряжении питания 12 В и работе всех каскадов в режиме класса А обеспечивает на 8-омной нагрузке 32 Вт при потрясающе высоком реальном КПД 45%!

Входной дифкаскад на Тг2, Тг6 имеет индуктивную нагрузку L1. Она здесь (кроме не имеющих решающей роли во входном каскаде КПД и Ки) хороша тем, что падение постоянного напряжения на ней близко к нулю и, следовательно, исчезают проблемы с балансировкой «нуля». Даже при резком разбалансе плеч Тг2/Тг6 постоянное напряжение между базами эмиттерных повторителей второго каскада Tr1, Тг7 равно нулю.

Кроме того, индуктивная нагрузка дает гораздо больше свободы в выборе и управлении выходным постоянным напряжением этого каскада (коллектор Тг5). Это дало возможность организовать на Тг8, Тг9 и Тг5 схему стабилизации тока покоя выходной ступени.

Рис. 2. Схема мощного УМЗЧ с работой всех каскадов в режиме класса А.

Примечание. Принцип ее работы основан на том, что на сопротивлении обмоток реальной индуктивности L2 падает напряжение, пропорциональное току покоя Tr10, Tr11. Это падение сравнивается дифкаскадом Тг8, Тг9 с опорным на делителе R13/R14 и через Тг5 возвращается на базы Tr1, Тг7, управляющих смещением Тг10,Тг11 и таким образом замыкающих петлю автостабилизации.

С эмиттеров Тг1 и Тг7 противофазные напряжения поступают на двухтактный выходной каскад на полевых Тг10 и Tr11, смещение на затворах обеспечивает постоянный ток стока каждого транзистора 3 А.

Индуктивность L2 на звуковых частотах представляет собой генератор тока (3 А), а на постоянном токе — короткое замыкание. Поэтому потенциал обеих клемм акустической системы LS и стоков Тг10, Tr11 в режиме покоя равен потенциалу «земли» — плюсовому зажиму аккумуляторной батареи В2.

При наличии сигнала такой же полярности, что на затвор Тг10 приходит, скажем, положительная полуволна. Ток его стока повышается (допустим, на 1 А), но L2, являясь генератором тока, не допускает изменения мгновенного тока через себя. Поэтому этот дополнительный 1 А начинает вытекать из LS.

Tr11 управляется противофазно с Тг10, поэтому ток его стока в этот момент уменьшается на 1 А, и правая половина L2, также поддерживающая через себя неизменный ток 3 А, согласно закону Кирхгофа заставляет избытку в 1 А втекать в LS. То есть мгновенные токи стока Іс Тг10 = 4 А, Іс Tr11 = 2 А, ток через акустическую систему ILS = 1 А, а ток через левую и правую половинки L2 неизменен и равен, как и в режиме молчания, 3 А.2 / 2 = 36 Вт при теоретических КПД = 50% и Ки = 400%. В реальной схеме из-за неидеальной индуктивности L2 достигнуты Рн = 32 Вт, КПД = 45% и Ки = 377%.

Примечание. Интересно отметить, что благодаря индуктивности L2 и двухтактной схеме размах мгновенного напряжения на нагрузке достигает 48 В при 12-вольтовом питании без применения повышающих преобразователей напряжения.

Детали

В качестве L2 необходимо использовать катушку, способную пропускать ток 3 А, индуктивностью не меньше L2 > Rн/(2пи*FH), где FH — нижняя граничная частота, Rн — сопротивление нагрузки. Типовым Fн = 40 Гц и Rн = 8 Ом соответствует L2 > 32 мГн.

Автор Ричард Барфут применил в качестве L2 вторичную обмотку (2×15 В) 50-ваттного сетевого трансформатора, первичную оставив «в воздухе». В качестве L1 применена первичная обмотка выходного трансформатора Farnell 189-840 от маломощного двухтактного транзисторного УНЧ.

Входное сопротивление усилителя — 15 кОм, чувствительность — 750 мВ, потребляемый ток — 6 А. Измерение коэффициента гармоник не проводилось, однако звучание усилителя соответствует лучшим ламповым. Это объясняется:

• наличием на его выходе индуктивности L2, эквивалентной по своей сути выходному трансформатору;
• близостью характеристик полевых транзисторов и ламп.

Во всяком случае, свойственное ему «мягкое» ограничение при перегрузке точь-в-точь такое же, как и у ламповых УНЧ.

Источник: Сухов Н. Е. — Лучшие конструкции УНЧ и сабвуферов своими руками.

Журнал Радиохобби — http://radiohobby.ldc.net

Полевой транзистор »Примечания по электронике

Полевой транзистор, полевой транзистор, представляет собой трехконтактное активное устройство, которое использует электрическое поле для управления током и имеет высокий входной импеданс, который используется во многих схемах.

---

FET, полевой транзистор, руководство включает:
FET основы Характеристики полевого транзистора JFET МОП-транзистор МОП-транзистор с двойным затвором Силовой МОП-транзистор MESFET / GaAs полевой транзистор HEMT & PHEMT Технология FinFET

---

Полевой транзистор FET — ключевой электронный компонент, используемый во многих областях электронной промышленности.

Полевой транзистор, используемый во многих схемах, состоящих из дискретных электронных компонентов, в областях от ВЧ-технологий до управления мощностью и электронного переключения до общего усиления.

Однако в основном полевые транзисторы используются в интегральных схемах. В этом приложении схемы на полевых транзисторах потребляют гораздо меньше энергии, чем микросхемы, использующие технологию биполярных транзисторов. Это позволяет работать очень крупным интегральным схемам. Если бы использовалась биполярная технология, потребляемая мощность была бы на несколько порядков больше, а генерируемая мощность была бы слишком большой, чтобы рассеиваться на интегральной схеме.

Помимо использования в интегральных схемах, дискретные версии полевых транзисторов доступны как в виде выводных электронных компонентов, так и в качестве устройств для поверхностного монтажа.

Типичные полевые транзисторы

Полевой транзистор, история полевых транзисторов

До того, как первые полевые транзисторы были представлены на рынке электронных компонентов, эта концепция была известна в течение ряда лет. Было много трудностей в реализации этого типа устройства и в том, чтобы заставить его работать.

Некоторые из первых концепций полевого транзистора были изложены в статье Лилиенфилда в 1926 году и в другой статье Хайля в 1935 году.

Следующие основы были заложены в 1940-х годах в Bell Laboratories, где была создана группа по исследованию полупроводников. Эта группа исследовала ряд областей, относящихся к полупроводникам и полупроводниковой технологии, одним из которых было устройство, которое могло бы модулировать ток, протекающий в полупроводниковом канале, путем размещения электрического поля рядом с ним.

Во время этих ранних экспериментов исследователи не смогли воплотить идею в жизнь, превратив свои идеи в другую идею и в конечном итоге изобрели другую форму компонента полупроводниковой электроники: биполярный транзистор.

После этого большая часть исследований в области полупроводников была сосредоточена на улучшении биполярного транзистора, и идея полевого транзистора некоторое время не была полностью исследована. Сейчас полевые транзисторы очень широко используются, являясь основным активным элементом во многих интегральных схемах.Без этих электронных компонентов технология электроники была бы совсем другой, чем сейчас.

Заметка об изобретении и истории полевого транзистора:

На разработку полевого транзистора ушло много лет. Первые идеи концепции появились в 1928 году, но только в 1960-х годах они стали широко доступны.

Подробнее об изобретении и истории полевого транзистора

Полевой транзистор — основы

Концепция полевого транзистора основана на концепции, согласно которой заряд на соседнем объекте может притягивать заряды в полупроводниковом канале.По сути, он работает с использованием эффекта электрического поля — отсюда и название.

Полевой транзистор состоит из полупроводникового канала с электродами на обоих концах, называемых стоком и истоком.

Управляющий электрод, называемый затвором, помещается в непосредственной близости от канала, так что его электрический заряд может влиять на канал.

Таким образом, затвор полевого транзистора контролирует поток носителей (электронов или дырок), текущий от истока к стоку. Он делает это, контролируя размер и форму проводящего канала.

Полупроводниковый канал, по которому протекает ток, может быть P-типа или N-типа. Это дает начало двум типам или категориям полевых транзисторов, известных как полевые транзисторы с P-каналом и N-каналом.

Кроме этого, есть еще две категории. Увеличение напряжения на затворе может либо истощить, либо увеличить количество носителей заряда, доступных в канале. В результате есть полевые транзисторы в режиме улучшения и полевые транзисторы в режиме истощения.

Обозначение цепи на переходном полевом транзисторе

Поскольку только электрическое поле управляет током, протекающим в канале, говорят, что устройство работает от напряжения и имеет высокое входное сопротивление, обычно много МОм.Это может быть явным преимуществом перед биполярным транзистором, работающим от тока и имеющим гораздо более низкий входной импеданс.

Переходный полевой транзистор, JFET работает ниже насыщения

Цепи на полевых транзисторах

Полевые транзисторы широко используются во всех схемах, от схем с дискретными электронными компонентами до интегральных схем.

Примечание по конструкции схемы полевого транзистора:

Полевые транзисторы могут использоваться во многих типах схем, хотя три основные конфигурации — это общий исток, общий сток (истоковый повторитель) и общий затвор.Сама схема довольно проста и может быть взята на вооружение довольно легко.

Подробнее о Схема полевого транзистора

Поскольку полевой транзистор представляет собой устройство, работающее от напряжения, а не токовое устройство, такое как биполярный транзистор, это означает, что некоторые аспекты схемы сильно отличаются: в частности, устройства смещения. Однако проектировать электронную схему с полевыми транзисторами относительно просто — она ​​немного отличается от схемы с биполярными транзисторами.

Используя полевые транзисторы, можно спроектировать такие схемы, как усилители напряжения, буферы или повторители тока, генераторы, фильтры и многое другое, а схемы очень похожи на схемы для биполярных транзисторов и даже термоэмиссионных клапанов / вакуумных ламп. Интересно, что клапаны / лампы также являются устройствами, работающими от напряжения, и поэтому их схемы очень похожи, даже с точки зрения устройства смещения.

Типы полевых транзисторов

Есть много способов определить различные типы доступных полевых транзисторов.Различные типы означают, что при проектировании электронной схемы необходимо выбрать правильный электронный компонент для схемы. Правильно подобрав устройство, можно получить наилучшие характеристики для данной схемы.

Полевые транзисторы

можно разделить на несколько категорий, но некоторые из основных типов полевых транзисторов можно рассмотреть на древовидной диаграмме ниже.

Типы полевых транзисторов

На рынке существует множество различных типов полевых транзисторов, которые имеют разные названия.Некоторые из основных категорий отложены ниже.

• Junction FET, JFET: Junction FET, или JFET, использует диодный переход с обратным смещением для обеспечения соединения затвора. Структура состоит из полупроводникового канала, который может быть N-типа или P-типа. Затем на канал устанавливается полупроводниковый диод таким образом, чтобы напряжение на диоде влияло на канал полевого транзистора.

  При работе он имеет обратное смещение, а это означает, что он эффективно изолирован от канала — только обратный ток диода может течь между ними.JFET — это самый базовый тип полевого транзистора, который был разработан впервые. Однако он по-прежнему обеспечивает отличный сервис во многих областях электроники.

  
  

• Полевой транзистор с изолированным затвором / полевой транзистор на основе оксида металла и кремния МОП-транзистор: В МОП-транзисторе используется изолированный слой между затвором и каналом. Обычно он формируется из слоя оксида полупроводника.

  Название IGFET относится к любому типу полевого транзистора с изолированным затвором.Наиболее распространенной формой IGFET является кремниевый MOSFET — Metal Oxide Silicon FET. Здесь затвор выполнен из слоя металла, нанесенного на оксид кремния, который, в свою очередь, находится на канале кремния. МОП-транзисторы широко используются во многих областях электроники, особенно в интегральных схемах.

  Ключевым фактором IGFET / MOSFET является чрезвычайно высокий импеданс затвора, который эти полевые транзисторы могут обеспечить. Тем не менее, будет соответствующая емкость, и это уменьшит входное сопротивление при повышении частоты.

  
  

• МОП-транзистор с двумя затворами: Это специализированная форма МОП-транзистора, у которого два затвора расположены последовательно вдоль канала. Это позволяет значительно улучшить производительность, особенно на ВЧ, по сравнению с устройствами с одним затвором.

  Второй затвор полевого МОП-транзистора обеспечивает дополнительную изоляцию между входом и выходом, и в дополнение к этому его можно использовать в таких приложениях, как смешивание / умножение.

  
  

• MESFET: Кремниевый полевой транзистор MEtal обычно изготавливается из арсенида галлия и часто называется полевым транзистором на основе GaAs. Часто GaAsFET используются в ВЧ-приложениях, где они могут обеспечить низкий уровень шума с высоким коэффициентом усиления. Одним из недостатков технологии GaAsFET является очень маленькая структура затвора, что делает ее очень чувствительной к повреждению статическим электричеством. При обращении с этими устройствами необходимо соблюдать особую осторожность.

  
  

• HEMT / PHEMT: Транзистор с высокой подвижностью электронов и псевдоморфный транзистор с высокой подвижностью электронов являются развитием базовой концепции полевого транзистора, но разработаны для обеспечения работы на очень высоких частотах. Несмотря на то, что они дороги, они позволяют достичь очень высоких частот и высокого уровня производительности.

  
  

• FinFET: Технология FinFET теперь используется в интегральных схемах, чтобы обеспечить более высокий уровень интеграции за счет меньших размеров элементов.Поскольку требуются более высокие уровни плотности и становится все труднее реализовать все более мелкие размеры элементов, технология FinFET используется все более широко.

  
  

• VMOS: Стандарт VMOS для вертикальной MOS. Это тип полевого транзистора, в котором используется вертикальный ток для улучшения коммутационных и токонесущих характеристик. Полевые транзисторы VMOS широко используются в энергетических приложениях.

Хотя в литературе можно встретить и другие типы полевых транзисторов, часто эти типы являются торговыми наименованиями для конкретной технологии и являются вариантами некоторых типов полевых транзисторов, перечисленных выше.

Характеристики полевого транзистора

Помимо выбора конкретного типа полевого транзистора для данной схемы, также необходимо понимать различные спецификации. Таким образом можно гарантировать, что полевой транзистор будет работать с требуемыми рабочими параметрами.

Спецификации полевого транзистора

включают все: от максимально допустимых напряжений и токов до уровней емкости и крутизны. Все они играют роль в определении того, подходит ли какой-либо конкретный полевой транзистор для данной схемы или приложения.

Технология полевых транзисторов может использоваться в ряде областей, где биполярные транзисторы не так подходят: каждое из этих полупроводниковых устройств имеет свои преимущества и недостатки и может использоваться с большим эффектом во многих схемах. Полевой транзистор имеет очень высокий входной импеданс и является устройством, управляемым напряжением, что позволяет использовать его во многих областях.

Другие электронные компоненты:
Резисторы Конденсаторы Индукторы Кристаллы кварца Диоды Транзистор Фототранзистор Полевой транзистор Типы памяти Тиристор Разъемы Разъемы RF Клапаны / трубки Аккумуляторы Переключатели Реле
Вернуться в меню «Компоненты».. .

Цепь усилителя с общим источником на полевом транзисторе

»Примечания по электронике

Схема усилителя на полевых транзисторах с общим истоком — одна из наиболее часто используемых, обеспечивающая усиление по току и напряжению наряду с удовлетворительным входным и выходным сопротивлением.

---

Конструкция схемы полевого транзистора, полевого транзистора Включает:
Основы проектирования схемы полевого транзистора Конфигурации схемы Общий источник Общий дренажный / истоковый повторитель Общие ворота

---

Конфигурация полевого транзистора с общим источником, вероятно, является наиболее широко используемой из всех конфигураций схемы полевого транзистора для многих приложений, обеспечивая высокий уровень универсальных характеристик.

Схема общего источника обеспечивает средние уровни входного и выходного сопротивления. Усиление по току и напряжению можно описать как среднее, но выход является обратным входному, то есть изменение фазы на 180 °. Это обеспечивает хорошую общую производительность и поэтому часто считается наиболее широко используемой конфигурацией.

Конфигурация схемы на полевом транзисторе с общим истоком

Сводка характеристик усилителя на полевом транзисторе с общим истоком

В таблице ниже приведены основные характеристики усилителя с общим источником.

Характеристики усилителя с общим источником
Параметр	Характеристики усилителя
Коэффициент усиления напряжения	Средний
Текущая прибыль	Средний
Прирост мощности	Высокая
Соотношение фаз вход / выход	180 °
Входное сопротивление	Средний **
Выходное сопротивление	Средний

** Примечание: входное сопротивление для самого полевого транзистора очень велико, поскольку он практически не потребляет ток.

Типовая схема усилителя с общим источником

На приведенной ниже схеме показан типичный усилитель с общим источником с включенными конденсаторами смещения, а также конденсаторами связи и байпаса.

Базовый усилитель с общим источником на полевых транзисторах

Входной сигнал поступает через C! — этот конденсатор гарантирует, что на затвор не будет воздействовать какое-либо постоянное напряжение, поступающее с предыдущих каскадов. Резистор R1 удерживает затвор под потенциалом земли. Значение T обычно может составлять около 1 МОм. Резистор R2 создает напряжение на нем, удерживая источник выше потенциала земли.C2 действует как байпасный конденсатор, обеспечивая дополнительное усиление при переменном токе.

Резистор R3 создает на нем выходное напряжение, а C3 передает переменный ток на следующий каскад, блокируя постоянный ток.

Другие схемы и схемотехника:
Основы операционных усилителей Схемы операционных усилителей Цепи питания Конструкция транзистора Транзистор Дарлингтона Транзисторные схемы Схемы на полевых транзисторах Условные обозначения схем
Возврат в меню проектирования схем.. .

Усилитель на полевом транзисторе — TINA и TINACloud

Усилитель на полевом транзисторе

В этой главе мы проводим аналогию с подходом, который мы использовали для транзисторов BJT, на этот раз сосредоточившись на полевом транзисторе. Изучив этот материал, вы

• поймете разницу между полевыми транзисторами и биполярными транзисторами.
• Узнайте о различиях между различными формами полевых транзисторов.
• Знайте, как смещать полевые транзисторы для линейной работы.
• Узнайте о моделях слабого сигнала и о том, как их использовать.
• Уметь анализировать схемы усилителя на полевых транзисторах.
• Уметь разрабатывать схемы усилителя на полевых транзисторах в соответствии со спецификациями.
• Узнайте, как программы компьютерного моделирования моделируют полевые транзисторы.
• Знайте, как изготавливаются полевые транзисторы как часть интегральных схем.

ВВЕДЕНИЕ

Современный полевой транзистор (FET) , предложенный W. Shockley в 1952 году, отличается от BJT.FET — это устройство с основной несущей . Его работа зависит от использования приложенного напряжения для управления основными носителями (электроны в материале типа n и дырки в материале типа p ) в канале. Это напряжение регулирует ток в устройстве с помощью электрического поля.

Полевые транзисторы — это устройства с тремя выводами, но в отличие от биполярных транзисторов, напряжение на двух выводах регулирует ток, протекающий на третьем выводе.Три вывода в полевом транзисторе — это сток , исток и затвор .

Сравнивая полевые транзисторы с биполярными транзисторами, мы увидим, что сток (D) аналогичен коллектору, а исток (S) аналогичен эмиттеру. Третий контакт, вентиль (G), аналогичен основанию. Исток и сток полевого транзистора обычно можно менять местами, не влияя на работу транзистора.

Мы подробно обсуждаем два класса полевых транзисторов, это переходные полевые транзисторы (JFET) и металлооксидные полупроводниковые полевые транзисторы (MOSFET).

Глава начинается с обсуждения характеристик полевых МОП-транзисторов и полевых транзисторов JFET и сравнения этих характеристик. Затем мы исследуем способы использования этих устройств в схемах и методы смещения различных конфигураций усилителей.

По мере подробного изучения методов анализа мы представляем компьютерные имитационные модели. Далее следуют подробные разделы, посвященные методам анализа и методологии проектирования.

Глава завершается кратким описанием других специальных устройств.

Симуляторы схем TINA и TINACloud, поддерживающие этот ресурс, включают в себя множество сложных компьютерных имитационных моделей MOSFET и JFET, а также схем, которые будут использоваться для моделирования схем.

NEXT- 1. Преимущества и недостатки полевых транзисторов

ESP Amplifier Basics — Как работают аудиоусилители (Часть 3)

ESP Amplifier Basics — Как работают аудиоусилители (Часть 3)

Elliott Sound Products

Основы усилителя — Как работают усилители (Часть 3)

© 1999 — Род Эллиотт (ESP)
Страница Последнее обновление Янв 2017

---

Указатель статей
Основной указатель

---

Содержание

---

Часть 3 — Полевые транзисторы и МОП-транзисторы

Теперь о полевых транзисторах и полевых МОП-транзисторах.FET означает «полевой транзистор », а MOSFET означает «полевой транзистор на основе оксида металла и полупроводника ». Эта тема — своего рода баня червей, не из-за каких-то недостатков в устройствах, а из-за огромного количества различных типов. Основные типы полевых транзисторов …

• N-канальные полевые транзисторы
• П-канальные переходные полевые транзисторы
• МОП-транзисторы с N-канальным режимом расширения
• МОП-транзисторы с режимом расширения P-канала
• МОП-транзисторы с N-канальным режимом истощения
• МОП-транзисторы с режимом истощения P-канала

Существует несколько основных подклассов полевых МОП-транзисторов — боковые и вертикальные.Боковые полевые МОП-транзисторы особенно подходят для аудиоприложений, поскольку они гораздо более линейны, чем их вертикальные собратья, хотя их коэффициент усиления обычно ниже. Вертикальные полевые МОП-транзисторы идеально подходят для коммутации, включая усилители с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ).

Термины «боковой» и «вертикальный» относятся к внутренним методам изготовления, поэтому многие другие, которые вы можете встретить (например, полевые транзисторы HEXFET ^® ), по сути, являются вариациями вертикального процесса. Это еще не все возможности, потому что есть и дополнительные подклассы, особенно с переключаемыми полевыми МОП-транзисторами.Однако в целях общей статьи об их характеристиках и принципах работы я сосредоточусь на наиболее часто используемых версиях. Это сужает поле, и мы получаем обе полярности полевых транзисторов с переходом и обе полярности полевых МОП-транзисторов в режиме усиления. С их помощью мы покрываем основную часть текущих дизайнов, поэтому, хотя «я многое упущу, вещи, которые я опускаю, встречаются не так часто» (с надеждой говорит он).

Полевые транзисторы

являются «униполярными» устройствами, поскольку в них используется только одна полярность носителя, в отличие от биполярных транзисторов, в которых используются как основные, так и неосновные носители заряда (электроны или «дырки», в зависимости от полярности).Полевые транзисторы гораздо более устойчивы к воздействию температуры, рентгеновского излучения и космического излучения — любое из них может вызвать образование неосновных носителей в биполярных транзисторах).

Я сконцентрируюсь только на трех оконечных полевых транзисторах, а выводы …

• Источник — «Источник» электронов (для N-канальных устройств), эквивалент катода клапана или эмиттера транзистора.
• Gate — Управляющий вывод — (более или менее) эквивалент сетки клапана или базы транзистора
• Drain — Клемма, с которой «отводится» ток — эквивалент пластины клапана или коллектора транзистора

Нет простой эквивалентной схемы для полевых транзисторов (как для транзисторов), но это не имеет значения.Затвор является управляющим элементом и влияет на поток электронов не путем усиления тока (как в транзисторе), а путем приложения напряжения. Входное сопротивление переходных полевых транзисторов очень велико на всех используемых частотах, но полевые МОП-транзисторы отличаются. У них почти бесконечное входное сопротивление, но заметная емкость между затвором и остальной частью устройства. Это может затруднить управление полевыми МОП-транзисторами, поскольку емкостная нагрузка вызывает недовольство большинства усилителей.

Соединительный полевой транзистор является обычным для входов высокопроизводительных операционных усилителей и обеспечивает чрезвычайно высокое входное сопротивление.Действительно, это также относится к дискретным полевым транзисторам, и простой усилитель напряжения, использующий полевой транзистор с переходом и силовой полевой МОП-транзистор, показаны на рисунке 3.1. Оба устройства являются N-канальными, и обратите внимание, что стрелка для каждого из них указывает в разном направлении. Стрелки указывают в противоположном направлении для устройства с P-каналом, и все полярности поменяны местами. Vdd составляет +20 В.

Рисунок 3.1 — Усилители напряжения на соединительных полевых транзисторах и силовых полевых МОП-транзисторах

Полевые транзисторы

являются устройствами режима истощения и (как и все полевые транзисторы и полевые МОП-транзисторы в режиме истощения) могут иметь смещение точно так же, как вентиль.Режим обеднения означает, что без отрицательного сигнала смещения на управляющем элементе (затворе) будет протекать ток между стоком (эквивалентным пластине или коллектору) и истоком (эквивалентным катоду или эмиттеру).

Устройство расширенного режима остается выключенным до тех пор, пока не будет достигнуто пороговое напряжение, после чего устройство будет проводить, пропуская больше тока по мере увеличения напряжения. Хотя существуют полевые МОП-транзисторы, предназначенные для работы с низким энергопотреблением, большинство (во всяком случае, в аудио) являются устройствами питания.Это почти исключительно режим улучшения и может работать с очень сильным током.

На рисунке 3.1 силовой полевой МОП-транзистор — это устройство в улучшенном режиме, а переходной полевой транзистор — в режиме истощения. Это наиболее часто используемые в аудио. Мощные МОП-транзисторы в режиме расширения также используются в импульсных источниках питания и в этой роли намного лучше, чем биполярные транзисторы. Они быстрее, поэтому коммутационные потери не так велики (поэтому полевые МОП-транзисторы работают холоднее), они более прочные и способны противостоять злоупотреблениям, которые почти мгновенно уничтожили бы биполярный транзистор.

Эта надежность (в сочетании со свободой от вторичных эффектов пробоя) означает, что полевые МОП-транзисторы очень популярны в качестве выходных устройств для мощных профессиональных усилителей. В этой области MOSFET не имеет себе равных, и они прочно закрепились в качестве предпочтительного устройства для высокой мощности.

Нельзя сказать, что это единственное место, где используются полевые МОП-транзисторы. Есть много хороших аудиофильских усилителей мощности (и даже предусилителей), в которых используются силовые полевые МОП-транзисторы, и есть много заявлений о том, что они по звуку превосходят биполярные транзисторы (опять же, спор, который я не буду здесь обсуждать).

В некотором роде клапаны, полевые транзисторы и полевые МОП-транзисторы очень зависят от устройства, и обычно невозможно просто заменить одно устройство другим типом. Как и в случае с клапанами, усиление, которое можно ожидать от схемы усилителя напряжения, зависит от устройства, и данные производителя (или испытания) — единственный способ, которым можно быть уверенным в получении требуемого усиления в данной схеме.

---

3.1 Характеристики полевого транзистора

Характеристики полевых транзисторов следует рассматривать в двух частях, поскольку мы имеем дело с двумя совершенно разными устройствами.Первым будет соединительный полевой транзистор, и, как и в случае с транзисторами, я опишу только N-канал, но доступны практически идентичные устройства с P-каналом (хотя и не так часто).

Рисунок 3.2 — Передаточные кривые для полевого транзистора и полевого МОП-транзистора

Изначально, чтобы можно было увидеть передаточные характеристики двух устройств бок о бок для сравнения, на Рисунке 3.2 показано довольно типичное устройство из каждого «семейства». Данные переходного полевого транзистора — от 2N5457, а МОП-транзистор — это IRFP240 (вертикальный МОП-транзистор — больше подходит для коммутационных приложений).

Вместо того, чтобы показывать входные и выходные сигналы наложенными на график, на этот раз я показываю только сам график. Это выдержки из данных производителей, но с небольшой уловкой — на рис. 3.2b ток стока отображается в логарифмической шкале, поэтому линейность устройства нельзя увидеть должным образом. Если этот график был перерисован как линейный, он покажет, что линейность лучше всего при более высоких токах (на показанном графике это выглядит наоборот), и устройство становится почти идеально линейным при токах стока выше примерно 3А.

Обратите внимание, что, поскольку полевой транзистор находится в режиме истощения, ток стока максимален при напряжении затвор-исток 0 В. С другой стороны, (наиболее распространенный) полевой МОП-транзистор — это режим улучшения, поэтому при 0 В затвор-исток нет тока. Проводимость начинается с 4 В, а к 6 В ток стока составляет 10 А (например). Это зависит от типа полевого МОП-транзистора, и они доступны с низким порогом (подходит для управления логикой 5 В) или «нормальным» порогом, требующим до 10 В или около того для полной проводимости.

Термин Сименс (S) теперь заменяет Mhos как единицу крутизны в большинстве литературных источников: 1S = Mho (1 мкS = 1 мкMho).Для приведенных выше графиков можно понять, что переходной полевой транзистор имеет крутизну 1500 мкс, а для полевого МОП-транзистора она составляет прибл. 9000 мкСм (9000 мкMhos)

---

3.1.2 Соединительные полевые транзисторы

Как и клапаны, в технических паспортах полевых транзисторов информация об усилении указывается в gm (взаимная проводимость — в мкMhos). Показанный переходный полевой транзистор имеет грамм (обычно) 1500 мкМос (на приведенном графике это фактически ближе к 1425 мкММОС в линейном сечении), что соответствует примерно 1,5 мА / В.

Наиболее распространенный из указанных параметров для полевых транзисторов с переходом —

• Прямая пропускная способность (общий источник) — крутизна — по сути, коэффициент усиления устройства
• Input Capacitance — Эффективная емкость вывода затвора по отношению к остальной части полевого транзистора
• Напряжение отсечки затвор-исток — Напряжение затвора, при котором полевой транзистор выключается.

Процесс усиления почти такой же, как у клапана, за исключением того, что напряжение ниже.Устройство смещено таким же образом (хотя можно использовать и фиксированное смещение). Это означает, что затвор должен иметь обратное смещение относительно истока, при этом затвор должен иметь полярность, противоположную напряжению исток-сток.

Полевые транзисторы

предлагают низкий уровень шума, особенно с входами с высоким импедансом, и в этом отношении являются противоположностью биполярных транзисторов, которые обычно лучше всего работают с низким импедансом источника.

Полевые транзисторы с соединением

в основном имеют малую мощность, хотя есть и некоторые устройства с высокой мощностью.Это редкость в аудиоприложениях.

Примечательно (и прискорбно), что многие производители «рационализировали» свой ассортимент JFET. Многие из высокопроизводительных устройств, которые мы могли использовать (например) в схемах с очень низким уровнем шума, исчезли, и вы почти можете увидеть, как JFET исчезают из каталогов поставщиков, пока вы смотрите. Хотя я никогда не верил, что у JFET есть какое-то «волшебное» свойство, которое заставляет их звучать лучше, чем что-либо еще, было бы неплохо, если бы производители просто не решили, что нам больше не нужны эти специализированные устройства.У меня есть только пара конструкций, в которых используются полевые транзисторы, и сейчас трудно найти подходящие устройства.

---

3.1.3 МОП-транзисторы

Опять же, листы данных MOSFET также предоставляют информацию, аналогичную полевым транзисторам с переходом, но есть и другие важные для разработчика элементы. Наиболее полезными из них являются

• Прямая крутизна — характеристика усиления устройства
• Drain to Source On Resistance — Минимальное сопротивление, когда MOSFET полностью включен
• Пороговое напряжение затвора — Напряжение затвора, при котором полевой МОП-транзистор начинает проводить проводимость.
• Напряжение от затвора к источнику — максимальное напряжение (любой полярности), которое может быть приложено между источником и затвором.(Обычно это порядка +/- 20 В)
• Входная емкость — значение емкостной нагрузки, прикладываемой к цепи управления.

МОП-транзисторы в режиме расширения практически не пропускают ток при отсутствии напряжения затвора. Чтобы проводить, между истоком и затвором должно быть приложено напряжение (той же полярности, что и напряжение стока). Как только порог будет достигнут, устройство начнет движение между стоком и истоком.

При увеличении напряжения затвора ток стока увеличивается до тех пор, пока: а) не будет достигнут максимально допустимый ток стока или предел полного рассеяния, или б) напряжение стока не упадет до минимально возможного значения.В этом случае, поскольку канал исток-сток теперь полностью проводящий, значение R _{DS (on)} определяет напряжение.

Типичные силовые полевые МОП-транзисторы имеют чрезвычайно низкое сопротивление, при этом значения менее 0,2 Ом являются довольно типичными. Есть много устройств с гораздо более низкими значениями (<50 мОм), но это важно только в схемах переключения. В аудиоусилителе полевые МОП-транзисторы никогда не должны быть включены полностью, поскольку это означает, что усилитель работает с ограничениями.

Другая область, которую необходимо решить с помощью полевых МОП-транзисторов, — это напряжение между затвором и истоком.Поскольку затвор изолирован от канала (очень) тонким слоем оксида металла, он подвержен повреждению статическим разрядом или другим избыточным напряжением. Обычно между истоком и затвором устанавливается стабилитрон, чтобы гарантировать, что максимальное напряжение не может быть превышено. Скачки напряжения, превышающие напряжение пробоя изолирующего слоя, вызовут мгновенный выход устройства из строя.

---

3.2 Усилитель тока на полевых / полевых транзисторах

Я снова показал как полевой транзистор, так и полевой МОП-транзистор на рисунке 3.3, цепи как с общим стоком, так и с повторителем истока. Как видно, переходной полевой транзистор смещен почти так же, как и вентиль, но все напряжения намного ниже. Для полевого МОП-транзистора требуется положительное напряжение, которое должно быть больше, чем напряжение источника, на величину, которая учитывает характеристики полевого МОП-транзистора. Для характеристик устройства, показанных на рисунке 3.2, это означает, что при токе 100 мА затвор должен быть на 4 В выше источника.

Рисунок 3.3 — Усилители тока на полевых транзисторах

Для повторителя истока JFET байпасный конденсатор (Cb) не всегда используется, и в этом случае выходной сигнал обычно берется из источника.Когда включен Cb, выходной уровень одинаков на обоих концах Rs1, а входное сопротивление намного больше, потому что Rg загружается. Увеличение входного импеданса зависит от крутизны полевого транзистора. Для показанной схемы JFET (с Rg равным 1 МОм) входное сопротивление составляет около 5 МОм, если Rs1 не шунтируется, и возрастает примерно до 18 МОм с включенным Cb.

Cb должен быть достаточно большим, чтобы напряжение переменного тока на нем оставалось небольшим при самой низкой интересующей частоте. Например, если Rs1 равен 1 кОм, Cb должен быть не менее 10 мкФ (частота -3 дБ для 16 Гц).Рекомендуется более высокое значение, чтобы минимизировать низкочастотные искажения. Для нормальной работы со звуком я бы использовал не менее 33 мкФ (по-прежнему предполагая, что 1 кБ за 1 рупий).

В версию MOSFET входит стабилитрон для защиты изоляции затвора. Используется стабилитрон 10 В, так как он обеспечивает хорошую защиту и позволяет пропускать максимально возможный ток MOSFET. Можно было бы использовать стабилитрон на 6 В, и он все равно допускал бы ток до 10 А, что намного больше, чем можно получить с помощью этой простой схемы.

---

3.3 Усилители мощности на полевых / полевых транзисторах

Точно так же, как силовой клапан может использоваться в несимметричном исполнении класса A, то же самое можно сделать и с полевым МОП-транзистором. На рисунке 3.4 показана простая схема, обеспечивающая около 10 Вт звука. Использование источника постоянного тока в качестве нагрузки (как показано на рисунке) дает лучший КПД, чем резистор, и улучшает линейность. Искажение от схемы, подобной показанной, будет примерно такой же, как от несимметричной схемы триодного клапана. Общий КПД будет выше, поскольку не требуется катодного резистора смещения и нагревателей, как в случае с клапаном.Производительность , а не на уровне Hi-Fi!

Рисунок 3.4 — Усилитель класса A с несимметричным МОП-транзистором

Несмотря на то, что их немного, все усилители мощности на МОП-транзисторах необычны. Большинство из них используют комбинацию биполярных транзисторов (для входного каскада и каскада усиления) и полевых МОП-транзисторов для выходных устройств. Это кажется наиболее популярным схемным решением, поэтому я сконцентрируюсь на нем. На рис. 3.5 показана довольно типичная схема (в упрощенном виде), работа которой практически идентична работе усилителя с биполярными транзисторами на выходе.Обратите внимание, что эмиттерные повторители необходимы для обеспечения низкоомного привода, необходимого для полевых МОП-транзисторов, хотя в некоторых схемах они не используются. Вместо этого каскад драйвера класса A (Q3) работает при более высоком, чем обычно, токе, что позволяет ему правильно управлять полевыми МОП-транзисторами.

Рисунок 3.5 — Усилитель выходной мощности MOSFET

Одна проблема с этой компоновкой заключается в том, что напряжение затвор-исток представляет собой потерю в цепи, поэтому напряжение источника питания обычно должно быть на ± 6 В выше, чем необходимое пиковое выходное напряжение для нагрузки, чтобы полностью включить полевые МОП-транзисторы.Хотя это не является серьезной проблемой, это увеличивает рассеяние в выходном каскаде, и потери возрастают с уменьшением импедансных нагрузок.

В некоторых усилителях (особенно очень высокой мощности) это можно обойти за счет использования вторичного источника питания с низким током (но с более высоким напряжением) для схемы возбуждения и основного источника высокого тока для полевых МОП-транзисторов. В усилителе, использующем основные источники питания +/- 50 В при 20 А, вторичный источник питания может быть ± 60 В, но, возможно, рассчитан на максимум 1 А.

Как и в случае с биполярным усилителем (вы заметили, насколько они похожи?), Я не включил компоненты для стабильности.Обычно они такие же, как для стандартного биполярного транзисторного усилителя, но обычно включают в себя «стопорные» резисторы, включенные последовательно с затворами полевых МОП-транзисторов, а иногда и дополнительную емкость для предотвращения паразитных колебаний — потребность в них варьируется от одного типа устройства к другому. следующий.

---

полевые транзисторы — краткое описание

Соединительные полевые транзисторы
Поверхность снова почти не поцарапана. Переходный полевой транзистор (он же JFET) идеально подходит для схем, в которых ожидается высокое сопротивление, и будет давать самый низкий уровень шума.Они являются бесценным электронным строительным блоком, когда используются там, где они превосходны — обеспечивая чрезвычайно высокий входной импеданс.

Как и все устройства, JFET-транзисторы имеют свои ограничения …

• Gain — JFET не имеют высокого усиления биполярных транзисторов
• Высокочастотная характеристика — Как правило, полевые транзисторы JFET обладают характеристиками на высоких частотах, которые уступают биполярным транзисторам
• Линейность — Линейность JFET не так хороша, как у биполярных транзисторов (поэтому искажения больше), но ее можно улучшить, используя источник тока. загрузка или обратная связь.

Обычно существует идеальное (или близкое к идеальному) усилительное устройство для каждого приложения, и при правильном использовании JFET чрезвычайно универсален и лучше всего подходит для случаев, когда требуются высокие импедансы. Если вам необходимо отправить усилитель в космос, предпочтительнее использовать полевые транзисторы JFET из-за их большей «радиационной стойкости». Однако разброс параметров велик, поэтому нельзя считать, что два JFET одинаковые, даже из одной партии. Если работа критична, полевые транзисторы JFET должны быть согласованы или снабжены регулируемым сопротивлением источника, чтобы можно было установить рабочую точку.

Полевые транзисторы

(фактически все полевые транзисторы) более чувствительны, чем биполярные транзисторы при нагревании, и проблемы теплового разгона с этими устройствами обычно не возникают.

Большинство «лучших» полевых транзисторов JFET для аудио сейчас исчезли с рынка. 2SK170 пользовался уважением в некоторых кругах и был идеальным устройством для обеспечения очень низкого уровня шума во многих различных приложениях. Оригинал и любые замены, которые предлагались впоследствии, устарели. Возможно, вы сможете купить JFET с напечатанным на них «2SK170», но о том, что внутри, остается только гадать.В одном вы можете быть уверены — это почти наверняка , а не подлинный 2SK170.

Даже многие «пешеходные» JFET практически исчезли из инвентаря поставщика, оставив вам ограниченный выбор. Некоторые из них доступны, если вы можете работать с SOT (транзистор с малым контуром, SMD), но даже там диапазон не такой, как раньше.

---

МОП-транзисторы
МОП-транзистор — один из самых мощных усилительных устройств всей линейки токов, обладающий исключительной способностью выдерживать ток.MOSFET идеально подходит для усилителей очень большой мощности, импульсных источников питания и усилителей класса D, где регулярно встречаются экстремальные условия эксплуатации. Возможным исключением является биполярный транзистор с изолированным затвором (IGBT), который, как следует из названия, является гибридным устройством. В этих статьях IGBT не рассматриваются.

… И, как всегда, есть ограничения …

• Усиление — Как и полевые транзисторы, полевые МОП-транзисторы имеют меньшее усиление, чем биполярные транзисторы, что обычно означает, что к схеме управления необходимо применять дополнительное усиление. чтобы обеспечить достаточную глобальную обратную связь для поддержания низкого уровня искажений на низких уровнях.
• Емкость затвора — Емкость затвор-исток может достигать 2 нФ (хотя чаще около 1,2 нФ). На низких частотах это не много, но заставляет схему привода очень сильно работать на высоких частотах.
• Статическое повреждение — До установки в цепи с полной защитой полевой МОП-транзистор чувствителен к повреждению статическим разрядом. Необходимое напряжение и ток уничтожить устройство обычно ниже порога чувствительности для человека.Некоторые устройства имеют встроенную (ограниченную) защиту.
• Линейность — Большинство полевых МОП-транзисторов не очень линейны при малых токах, поэтому для низких искажений требуется более высокое значение покоя, чтобы гарантировать, что перекрестные искажения сведены к минимуму.

В некоторой степени все вышеперечисленное можно простить, когда вам действительно нужны возможности полевого МОП-транзистора. Свобода от второго выхода из строя и огромные текущие возможности полевых МОП-транзисторов не имеют себе равных ни в одном другом активном устройстве. С правильно спроектированной схемой возбуждения полевые МОП-транзисторы также очень быстрые, их характеристики обычно выше, чем у биполярных транзисторов.Это не очень полезно для аудио, но важно для переключения схем.

В сочетании с положительным температурным коэффициентом, который может остановить тепловой пробой в линейной цепи (при соблюдении надлежащих мер предосторожности), полевой МОП-транзистор практически не поддается разрушению при условии, что вы убедитесь, что напряжение затвора поддерживается ниже напряжения пробоя. Также важно поддерживать напряжение стока ниже указанного максимального значения.

Положительный температурный коэффициент может быть большим подспорьем в аудиосхемах, хотя он может быть проблемой при переключении источников питания, поскольку сопротивление при включении также увеличивается с температурой, а в импульсном источнике питания это может вызвать тепловой пробой ( в точности обратное биполярным транзисторам в этом приложении).

---

Предыдущая (Часть 2 — Биполярные транзисторы) Следующая (Часть 4 — Операционные усилители)

---

---

Указатель статей
Основной индекс

Уведомление об авторских правах. Эта статья, включая, помимо прочего, весь текст и диаграммы, является интеллектуальной собственностью Рода Эллиотта и защищена авторским правом © 1999. Воспроизведение или переиздание любыми способами, электронными, механическими или электромеханическими, строго запрещены. в соответствии с международными законами об авторском праве.Автор (Род Эллиотт) предоставляет читателю право использовать эту информацию только в личных целях, а также разрешает сделать одну (1) копию для справки. Коммерческое использование запрещено без письменного разрешения Рода Эллиотта.

Страница опубликована и © 1999./ Обновлено в январе 2017 г. — добавлена ​​дополнительная информация о последователе JFET.

Проектирование и изготовление усилителя на полевых транзисторах — для проектов бакалавриата, HND и OND темы и материалы

ПРОЕКТИРОВАНИЕ И КОНСТРУКЦИЯ УСИЛИТЕЛЯ НА ТРАНЗИСТОРЕ ПОЛЕВОГО ЭФФЕКТА

РЕФЕРАТ

Усилитель

FET — это усилитель, в котором используется один или несколько полевых транзисторов (FET).Основное преимущество полевого транзистора, используемого для усиления, заключается в том, что он имеет очень высокий входной импеданс и низкий выходной импеданс. Усилитель на полевых транзисторах обеспечивает значительную мощность нагрузки. Усилители мощности звука могут потребоваться для подачи мощности в диапазоне от нескольких ватт в усилителе звука до многих сотен или тысяч ватт на нагрузку (динамик). В аудиоусилителях нагрузка обычно представляет собой динамический импеданс, передаваемый усилителю через громкоговоритель, и его функция заключается в максимальном увеличении мощности, подаваемой на нагрузку в широком диапазоне частот.Усилитель мощности в радиопередатчике работает в относительно узком диапазоне частот с практически постоянным сопротивлением нагрузки.

ГЛАВА ПЕРВАЯ
1.0 ВВЕДЕНИЕ
Полевой транзистор (FET) — это транзистор, который использует электрическое поле для управления формой и, следовательно, электропроводностью канала одного типа носителя заряда в полупроводниковом материале.Полевые транзисторы также известны как униполярные транзисторы, поскольку они работают с одной несущей. Полевой транзистор имеет несколько форм, но все они имеют высокое входное сопротивление. В то время как проводимость транзистора без полевого транзистора регулируется входным током (ток между эмиттером и базой) и поэтому имеет низкий входной импеданс, проводимость полевого транзистора регулируется напряжением, подаваемым на клемму (затвор), которая изолирована от Устройство. Приложенное напряжение затвора создает электрическое поле в устройстве, которое, в свою очередь, притягивает или отталкивает носители заряда в или из области между выводом истока и выводом стока.Плотность носителей заряда, в свою очередь, влияет на проводимость между истоком и стоком. В усилителе
FET используется один или несколько полевых транзисторов (FET). Основное преимущество полевого транзистора, используемого для усиления, заключается в том, что он имеет очень высокий входной импеданс и низкий выходной импеданс. Это две желательные особенности усилителя.

1.2 ЦЕЛЬ ПРОЕКТА
Основная цель данной работы — разработать и сконструировать усилитель мощности звука, использующий полевой транзистор в качестве силового транзистора.

1.3 ПРИМЕНЕНИЕ ПРОЕКТА
Важные области применения включают системы громкой связи, театральные и концертные системы звукоусиления, а также домашние системы, такие как стереосистема или домашний кинотеатр. В инструментальных усилителях, включая гитарные усилители и усилители электрических клавишных, также используются усилители мощности звука. В некоторых случаях усилитель мощности для инструмента интегрируется в единую «головку» усилителя, которая содержит предусилитель, регуляторы тембра и электронные эффекты.В других случаях музыканты могут создать установку с отдельными предусилителями для монтажа в стойку, эквалайзерами и усилителем мощности в отдельном шасси.

1.4 ЗНАЧЕНИЕ ПРОЕКТА
Усилители на полевых транзисторах менее шумны по сравнению с усилителями BJT, так как работа устройства зависит от основных несущих и для его работы не требуются рекомбинационные токи.
Усилитель имеет высокое входное сопротивление, обычно порядка мегом.В JFET это происходит из-за обратного смещения обоих переходов JFET, что резко снижает проводимость канала. В MOSFET это усугубляется наличием слоя диоксида кремния на выводе затвора, что является наиболее важным преимуществом полевого транзистора перед BJT.

1.4 ОГРАНИЧЕНИЯ ПРОЕКТА

1. Усилители на полевых транзисторах теоретически являются идеальными усилителями напряжения с высоким входным сопротивлением и низким выходным сопротивлением.Но он редко используется в схемах усилителя из-за его низкого коэффициента усиления по сравнению с биполярными переходными транзисторами.
2. Более быстрое время переключения может быть достигнуто в усилителе BJT по сравнению с усилителем на полевых транзисторах за счет предотвращения перехода устройств в режим жесткого насыщения. Емкость внутреннего перехода полевого транзистора приводит к увеличению времени задержки.
3. Характеристики полевого транзистора ухудшаются с увеличением частоты из-за обратной связи по внутренней емкости.

1.5 ОРГАНИЗАЦИЯ РАБОТЫ ПРОЕКТА
Различные этапы разработки этого проекта были должным образом разделены на пять глав, чтобы облегчить всестороннее и краткое чтение.В этом тезисе проекта проект организован последовательно следующим образом:
Первая глава данной работы посвящена введению в исследование. В этой главе обсуждались предыстория, значение, цель, ограничения и проблема исследования.
Глава вторая посвящена обзору литературы по этому исследованию. В этой главе была рассмотрена вся литература, относящаяся к этой работе.
Глава третья посвящена методологии проектирования. В этой главе обсуждались все методы, задействованные во время проектирования и строительства.
Глава четвертая посвящена анализу тестирования. Были проанализированы все тесты, которые привели к точной функциональности.
Глава пятая — заключение, рекомендации и ссылки.

---

Этот материал представляет собой полный и хорошо проработанный проектный материал строго для академических целей, который был одобрен разными преподавателями из разных высших учебных заведений. Мы делаем аннотацию и первую главу видимыми для всех.

Все темы проекта на этом сайте состоят из 5 (пяти) глав.Каждый Материал проекта включает: Аннотация + Введение + и т. Д. + Обзор литературы + методология + и т. Д. + Заключение + Рекомендация + Ссылки / Библиография.

Кому « СКАЧАТЬ » полный материал по данной теме выше нажмите «ЗДЕСЬ»

Вам нужны наши Банковские счета ? пожалуйста, нажмите ЗДЕСЬ

Для просмотра других связанных тем нажмите ЗДЕСЬ

Кому « САММИТ » новых тем, разработайте новую тему ИЛИ вы не видели свою тему на нашем сайте, но хотите подтвердить ее доступность нажмите ЗДЕСЬ

Хотите, чтобы мы провели исследования по вашей новой теме? если да, нажмите « ЗДЕСЬ »

У вас есть вопросы по поводу нашей почты / услуг? Нажмите ЗДЕСЬ , чтобы получить ответы на свои вопросы

Вы также можете посетить нашу страницу в Facebook по адресу fb.me / hyclas просмотреть еще наши родственные конструкции (или дизайн) фото

---

Для получения дополнительной информации свяжитесь с нами любым из следующих способов:

Мобильный номер: +2348146561114 или +23470153

[Mr. Невинный]

Адрес электронной почты : [email protected]

Watsapp № : +2348146561114

Чтобы увидеть наш дизайн Pix: Вы ​​также можете посетить нашу страницу в facebook по адресу fb.me / hyclas за наши дизайнерские фотографии / фото.

---

ЕСЛИ ВЫ УДОВЛЕТВОРЕНЫ НАШИМИ УСЛУГАМИ, ПОЖАЛУЙСТА, НЕ ЗАБЫВАЙТЕ ПРИГЛАШАТЬ ДРУЗЕЙ И КУРСОВ НА НАШУ СТРАНИЦУ.

Что такое полевые транзисторы и какова их роль в конструкции микрофона? — Мой новый микрофон

При просмотре каталогов конденсаторных микрофонов довольно часто можно встретить термины FET или твердотельный, используемые для описания микрофона. Многие конденсаторы, представленные сегодня на рынке, имеют в своей конструкции полевые или полевые транзисторы.

Что такое полевые транзисторы и какова их роль в конструкции микрофона? полевые транзисторы (полевые транзисторы) — это активные электрические устройства, которые используют электрическое поле от микрофонного капсюля для управления потоком тока, который в конечном итоге является микрофонным сигналом. Полевые транзисторы принимают сигнал с высоким импедансом от микрофонных капсюлей и выдают полезный и пропорциональный сигнал с низким импедансом.

В этой статье мы более подробно опишем микрофонные полевые транзисторы и обсудим микрофоны, для которых они необходимы, а также микрофоны, для которых они не нужны.

---

Что такое полевой транзистор?

Полевой транзистор (FET) — это тип транзистора, который использует электрическое поле для управления протеканием тока. Проще говоря, полевой транзистор использует входной сигнал для модуляции выходного сигнала.

Давайте вернемся немного назад и опишем, что такое транзистор, прежде чем углубляться в полевые транзисторы.

Транзистор — это активное полупроводниковое устройство, которое используется для усиления (псевдоусиления) или переключения электрических сигналов и электроэнергии.

Во многих случаях транзисторы используются для включения / выключения и необходимы для двоичной цифровой обработки (единицы и нули). Так обстоит дело со многими цифровыми аудиоустройствами. В случае аналоговых микрофонов на полевых транзисторах транзистор преобразует импеданс сигнала и усиливает сигнал (хотя это не настоящее усиление).

Чтобы узнать больше о микрофонах и их роли в аналоговом и цифровом аудио, прочтите мою статью «Микрофоны аналоговые или цифровые устройства?» (Конструкция микрофонного выхода).

Транзисторы состоят из полупроводникового материала (обычно кремния) с как минимум тремя выводами, которые подключаются к внешней цепи.

Подача напряжения или тока на одну пару выводов транзистора будет управлять током через другую пару выводов. Таким образом, мы можем взять «входной» сигнал на одной паре клемм и использовать его для модуляции «выходного» сигнала с большим напряжением и / или меньшим импедансом (псевдоусиление).

Микрофоны, в которых используются полевые транзисторы, обычно используют полевые транзисторы JFET или полевые транзисторы с переходным затвором.

JFET, возможно, является самой простой конструкцией полевого транзистора и выполняет описанную выше задачу. Его «входной» сигнал (напряжение между затвором и истоком) модулирует пропорциональный «выходной» сигнал (напряжение между стоком и истоком). Таким образом, с помощью полевого транзистора мы можем взять сигнал низкого уровня на входе и превратить его в сигнал высокого уровня на выходе.

Вход и выход полевого транзистора называются клеммами. Каждый JFET имеет 3 терминала, которые называются:

Вот простая схема полевого транзистора с соединением-затвором микрофона:

Когда мы прикладываем напряжение между затвором и истоком (некоторые называют это входом) полевого транзистора, транзистор изменяет проводимость между стоком и истоком.При правильном напряжении смещения постоянного тока мы получаем выходное напряжение между стоком и истоком, которое пропорционально входному сигналу на затворе / истоке.

Таким образом, в основном выходной сигнал капсулы с высоким импедансом поступает на выводы затвора и истока и эффективно модулирует сигнал с более низким импедансом (а часто и более высоким напряжением) между выводами стока и истока.

---

Для чего используются полевые транзисторы в микрофонах?

Полевые транзисторы

используются в основном как преобразователи импеданса в конденсаторных микрофонах.

Капсюль конденсаторного микрофона работает как преобразователь, преобразуя звуковые волны (энергию механических волн) в звуковые сигналы (электрическую энергию). Электрические аудиосигналы (напряжение переменного тока) на выходах конденсаторного капсюля имеют невероятно высокие импедансы и практически не пропускают ток.

Для получения дополнительной информации о микрофонных капсюлях ознакомьтесь с моей статьей Что такое микрофонный капсюль? (Плюс топ-3 самых популярных капсул).

Здесь вступает в игру полевой транзистор, преобразующий импеданс.

Полевые транзисторы

по своей конструкции имеют чрезвычайно высокий входной импеданс на затворе. Однако сопротивление на стоке намного ниже и фактически позволяет току течь.

Таким образом, выходной сигнал капсулы отправляется непосредственно на затвор полевого транзистора. Этот сигнал переменного тока изменяет проводимость между выводами стока и истока и, следовательно, изменяет ток на стоке и, в конечном итоге, «выходное» напряжение полевого транзистора.

Другими словами, полевой транзистор принимает на вход сигнал с высоким импедансом и использует его для модуляции сигнала с низким импедансом на выходе.Этот выходной сигнал затем может проходить через остальную схему микрофона; микрофонный выход и через микрофонный кабель к микрофонному предусилителю.

Вот простая схема конденсаторного микрофона на полевых транзисторах:

Как видно из этой простой схемы, для работы полевого транзистора требуется некоторое напряжение смещения постоянного тока от источника питания.

Обратите внимание, что капсулы «настоящих» конденсаторов также требуют внешнего питания для поляризации.

Полевой транзистор принимает сигнал с высоким импедансом от капсюля и понижает импеданс до приемлемого уровня, прежде чем сигнал будет отправлен на выход микрофона.

В большинстве случаев, включая микрофоны, роль полевого транзистора раньше выполняли электронные лампы. Транзисторы обычно намного меньше; требуют меньшего количества энергии для работы (фантомное питание или смещение постоянного тока, а не выделенные источники питания), и их изготовление и внедрение обходятся дешевле.

Чтобы узнать больше о правильном питании микрофонов, ознакомьтесь со следующими статьями «Мой новый микрофон»:
• Требуется ли питание для микрофонов для правильной работы?
• Требуется ли фантомное питание для правильной работы микрофонов?
• Может ли фантомное питание повредить мой ленточный микрофон?

Хотя есть различия в звучании полевых транзисторов и электронных ламп (аудиофилы определенно возразят), в настоящее время микрофоны на полевых транзисторах и ламповые микрофоны могут производиться с одинаковыми стандартами качества.

Также важно отметить, что полевые транзисторы стали стандартом для конденсаторных микрофонов. Я имею в виду, что если у конденсаторного микрофона есть трубка, он будет называться «ламповый конденсатор», тогда как конденсатор на полевых транзисторах обычно будет называться просто «конденсаторным микрофоном». То есть, если только префикс «FET» не отличает микрофон от ламповой версии того же микрофона.

Подробнее о различиях между ламповыми и ламповыми микрофонами читайте в моей статье В чем разница между ламповыми и полевыми микрофонами?

---

Какие микрофоны не требуют полевых транзисторов?

Не для всех микрофонов требуются полевые транзисторы.Фактически, полевые транзисторы действительно используются только в определенных конструкциях конденсаторных микрофонов, а иногда и в активных ленточных микрофонах.

Давайте посмотрим на типы микрофонов, для которых не требуются полевые транзисторы.

Пассивные микрофоны

полевых транзисторов — активные устройства. Для правильной работы им требуется смещение постоянного тока. Поэтому пассивные микрофоны, по простому определению пассивности, не имеют полевых транзисторов в своей конструкции. Давайте посмотрим на типы динамических и ленточных микрофонов, оба из которых работают на принципах пассивной электрической энергии.

Динамические микрофоны

Динамические микрофоны с подвижной катушкой работают на электромагнитной индукции и не требуют каких-либо активных компонентов.

Их выходные сигналы капсулы (картриджа) имеют низкий импеданс и могут быть отправлены непосредственно на выходное соединение микрофона (хотя они часто сначала отправляются через выходной трансформатор).

Чтобы узнать больше о динамических микрофонах с подвижной катушкой, прочитайте мою статью Динамические микрофоны с подвижной катушкой: подробное руководство.

Ленточные микрофоны

Ленточные микрофоны

также преобразуют звук в звук с помощью электромагнитной индукции.

Их «капсулы» (известные как ленточные элементы или перегородки) выводят сигналы с низким импедансом, которые не требуют полевого транзистора с преобразованием импеданса. Ленточные микрофоны разработаны с трансформаторами, чтобы защитить их хрупкие ленточные диафрагмы от короткого замыкания постоянного напряжения.

Для получения дополнительной информации о преобразователях микрофона ознакомьтесь со следующими статьями «Мой новый микрофон»:
• Что такое преобразователи микрофонов и какова их роль?
• Все ли микрофоны имеют трансформаторы и транзисторы? (+ Примеры микрофонов)

Активные ленточные микрофоны потенциально могут иметь в своей конструкции полевые транзисторы.Эти конструкции будут иметь повышающие трансформаторы с высоким коэффициентом передачи между ленточной перегородкой и полевым транзистором для повышения относительно низкого напряжения на выходе ленты.

Эти повышающие трансформаторы также увеличивают импеданс сигналов, поэтому полевые транзисторы иногда полезны для понижения импеданса до пригодных для использования уровней, не снижая при этом и силу сигнала.

Чтобы узнать больше о ленточных микрофонах, прочитайте мою статью «Динамические ленточные микрофоны: подробное руководство».

Ламповые микрофоны

Вакуумные лампы по существу выполняют ту же роль, что и полевые транзисторы в микрофонах. То есть они преобразуют импеданс сигналов капсулы с высоким импедансом и действуют как псевдоусилители.

Давайте быстро взглянем на схему триодной вакуумной лампы (простейшей лампы для микрофона) и перечислим ее компоненты:

• H — нагреватель
• K — катод
• A — анод
• G — сетка

Источник питания нагревает нагреватель, который затем вызывает постоянный поток электронов (электрический ток) от отрицательно заряженный катод к положительно заряженному аноду.Это похоже на ток, протекающий между выводами истока и стока полевого транзистора.

Выход высокоомного капсюля подключен к высокоомной сетке (входу) триодной вакуумной лампы. Напряжение переменного тока на сетке трубки модулирует поток электронов между катодом и анодом. Другими словами, входной сигнал с высоким импедансом в сети управляет сигналом с низким импедансом (и часто более высоким напряжением) на выходе лампы. Это несколько аналогично клемме затвора полевого транзистора.

Таким образом, хотя лампы сильно отличаются от транзисторов, их можно рассматривать как аналог полевых транзисторов следующим образом:

• Нагреватель = цепь смещения постоянного тока
• Катод = клемма истока
• Анод = клемма стока
• Сеть = клемма затвора

Фактически, ранние конденсаторные микрофоны требовали вакуумных ламп для преобразования сигналов с высоким сопротивлением от их капсул. Транзистор был изобретен только в 1947 году, а FET / JFET дебютировал в коммерческой микрофонной технологии только в 1964 году.

Чтобы узнать больше об истории микрофонов и технологических достижениях, сделавших возможными современные микрофоны, ознакомьтесь с моей статьей История микрофонов: кто и когда изобрел каждый тип микрофона?

---

Что такое микрофонный капсюль? Капсюль микрофона отвечает за преобразование звуковых волн в сигналы микрофона. Капсулы всегда имеют диафрагму (и) и корпус для этих диафрагм. Капсула в целом действует как преобразователь микрофона, превращая звук в звук.

Что измеряет микрофон? Микрофон по существу измеряет колебания звукового давления на своей диафрагме в диапазоне слышимых частот. Поскольку звуковые волны вызывают переменное давление вокруг диафрагмы микрофона, микрофон производит совпадающий электрический звуковой сигнал.

Для получения дополнительной информации о микрофонах, звуке и звуке ознакомьтесь с моей статьей «Что и как измеряют микрофоны?»

Saturation Region — обзор

4.4.2 Области работы полевого МОП-транзистора

Большинство устройств полевого МОП-транзистора, используемых в приложениях силовой электроники, относятся к n-канальному типу расширения, как показано на рис. 4.6a. Чтобы полевой МОП-транзистор пропускал ток стока, необходимо создать канал между стоком и истоком. Это происходит, когда напряжение затвор-исток превышает пороговое напряжение устройства, В _Th . Для v _GS > V _Th устройство может находиться либо в области триода, которая также называется областью «постоянного сопротивления», либо в области насыщения, в зависимости от значения v _DS .Для данного v _GS , с малым v _DS ( v _DS < v _GS — V _Th триод), устройство работает в триоде область (область насыщения в BJT), а для больших v _DS ( v _DS > v _GS — V _Th ) устройство переходит в область насыщения ( активная область в БЮТ).Для v _GS < V _Th устройство отключается, ток стока почти равен нулю. В обоих режимах работы ток затвора практически равен нулю. Вот почему полевой МОП-транзистор известен как устройство, управляемое напряжением, и, следовательно, требует простой схемы управления затвором.

Характеристические кривые на рис. 4.6b показывают, что есть три различных рабочих области, обозначенных как область триода, область насыщения и область отсечки.При использовании в качестве переключающего устройства используются только триод и области отсечки, тогда как, когда он используется в качестве усилителя, полевой МОП-транзистор должен работать в области насыщения, которая соответствует активной области в BJT.

Устройство работает в области отсечки (выключенное состояние), когда v _GS < V _Th , что приводит к отсутствию индуцированного канала. Чтобы использовать полевой МОП-транзистор в области триода или насыщения, сначала необходимо индуцировать канал.Это может быть достигнуто путем приложения напряжения затвор-исток, которое превышает В _Th , то есть

vGS> VTh

После того, как канал индуцируется, полевой МОП-транзистор может работать либо в области триода (когда канал является непрерывным без отсечки, в результате чего ток стока пропорционален сопротивлению канала) или в области насыщения (канал отсекается, что приводит к постоянному I _D ). Напряжение смещения затвор-сток ( v _GD ) определяет, входит ли индуцированный канал в отсечку или нет.На это распространяется следующее ограничение.

Для триодного режима работы имеем

vGD> VThvGD

А для рабочей области насыщения

Pinch-off происходит, когда vGD = VTh.

В терминах v _DS указанные выше неравенства могут быть выражены следующим образом:

1.

Для области работы триода

(4.3) vDS VTh

2.

Для рабочей области насыщения

(4.4) vDS> vGS − VTh и vGS> VTh

3.

Для рабочей области отсечки

(4.5) vGS

It Можно показать, что ток стока, i _D , можно математически аппроксимировать следующим образом:

(4.6) iD = K [2 (vGS − VTh) vDS − vDS2] Triode Region

(4.7) iD = K (vGS − VTh) 2Saturation Region

где,

K = 12μnCOX (WL)

µ _n = подвижность электронов

C оксид емкость на единицу площади

L = длина канала

W = ширина канала.

Типичные значения вышеперечисленных параметров приведены в модели PSPICE, обсуждаемой ниже. На границе между областями насыщения (активной) и триода имеем,

(4.8) vDS = vGS − VTh

В результате получаем следующее уравнение для i _D ,

(4.9) iD = kvDS2

Кривая входных передаточных характеристик для i _D и v _S . v _GS — это когда устройство работает в области насыщения, показанной на рис.4.10.

РИСУНОК 4.10. Входные передаточные характеристики для полевого МОП-транзистора при работе в области насыщения.

Модель эквивалентной схемы большого сигнала для n-канального полевого МОП-транзистора улучшенного типа, работающего в режиме насыщения, показана на рис. 4.11. Ток стока представлен источником тока как функция V _Th и v _GS .

РИСУНОК 4.11. Модель эквивалентной схемы большого сигнала.

Если мы предположим, что после отсечения канала ток сток – исток больше не будет постоянным, а будет зависеть от значения v _DS , как показано на рис. 4.12. Повышенное значение v _DS приводит к уменьшению длины канала, что приводит к явлению, известному как модуляция длины канала [3, 4]. Если линии v _DS –i _D удлинить, как показано на рис. 4.12, все они пересекают ось v _DS в единственной точке, помеченной −1 / λ, где λ — положительный постоянный параметр MOSFET.Член (1 + λ v _DS ) добавляется к уравнению i _D , чтобы учесть увеличение i _D из-за модуляции длины канала, т. Е. i _D определяется по,

РИСУНОК 4.12. Кривая характеристик полевого МОП-транзистора, включая выходное сопротивление.

(4.10) iD = k (vGS-VTh) 2 (1 + λvDS) Область насыщения

Из определения r _o , данного в уравнении.(4.1) легко показать выходное сопротивление полевого МОП-транзистора, которое можно выразить следующим образом:

(4.11) ro = 1λk (vGS-VTh)

Если предположить, что полевой МОП-транзистор работает в условиях слабого сигнала, т.е. в v _GS на i _D vs v _GS находится по соседству с рабочей точкой постоянного тока Q на i _D и _GS , как показано на рис.4.13. В результате источник тока i _D может быть представлен как произведение наклона g _м и v _GS , как показано на рис. 4.14.

РИСУНОК 4.13. Линеаризованная кривая i _D и v _GS с рабочей точкой постоянного тока (Q).