Dans cet article, nous discutons de divers paramètres qui doivent être pris en compte lors de la conception d'un circuit amplificateur de puissance MOSFET. Nous analysons également la différence entre les transistors à jonction bipolaire (BJT) et les caractéristiques du MOSFET et comprenons pourquoi les MOSFETS sont plus adaptés et efficaces pour les applications d'amplification de puissance.

Contribution de Daniel Schultz

Aperçu

Lors de la conception d'un amplificateur de puissance, il est considéré dans la plage de 10 à 20 watts , les circuits intégrés ou les circuits intégrés sont généralement préférés en raison de leur taille élégante et de leur faible nombre de composants.

Cependant, pour des plages de puissance de sortie plus élevées, une configuration discrète est considérée comme un bien meilleur choix, car elle offre une efficacité et une flexibilité plus élevées pour le concepteur en ce qui concerne la sélection de la puissance de sortie.

Auparavant, les amplificateurs de puissance utilisant des pièces discrètes dépendaient des transistors bipolaires ou des BJT. Cependant, avec l'avènement de MOSFET sophistiqués , Les BJT ont été lentement remplacés par ces MOSFET avancés pour obtenir une puissance de sortie extrêmement élevée et un espace incroyablement limité et des PCB réduits.

Bien que les MOSFET puissent sembler exagérés pour la conception d'amplificateurs de puissance de taille moyenne, ils peuvent être appliqués efficacement pour toutes les spécifications d'amplificateurs de taille et de puissance.

Inconvénients de l'utilisation du BJT dans les amplificateurs de puissance

Bien que les dispositifs bipolaires fonctionnent extrêmement bien dans les amplificateurs de puissance audio haut de gamme, ils comportent quelques inconvénients qui ont en fait conduit à l'introduction de dispositifs avancés tels que les MOSFET.

Le plus gros inconvénient des transistors bipolaires dans les étages de sortie de classe B est peut-être le phénomène appelé situation d'emballement.

Les BJT incluent un coefficient de température positif et cela donne spécifiquement lieu à un phénomène appelé emballement thermique, provoquant un endommagement potentiel des BJT de puissance en raison d'une surchauffe.

La figure de gauche ci-dessus présente la configuration essentielle d'un pilote et d'un étage de sortie de classe B standard, utilisant TR1 comme un étage de pilote d'émetteur commun et Tr2 avec Tr3 comme étage de sortie émetteur-suiveur complémentaire.

Comparaison de la configuration d'étage de sortie d'amplificateur BJT et MOSFET

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Fonction de l'étage de sortie de l'amplificateur

Pour concevoir un amplificateur de puissance fonctionnel, il est important de configurer correctement son étage de sortie.

L'objectif de l'étage de sortie est principalement de fournir une ampli ﬁ cation de courant (le gain de tension ne restant pas supérieur à l'unité) afin que le circuit puisse fournir les courants de sortie élevés indispensables pour piloter un haut-parleur à un niveau de volume plus élevé.

En se référant au diagramme BJT du côté gauche ci-dessus, Tr2 fonctionne comme une source de courant de sortie pendant les cycles de sortie positifs tandis que Tr3 fournit le courant de sortie pendant les demi-cycles de sortie négatifs.
La charge de base du collecteur pour un étage de commande BJT est conçue avec une source de courant constant, qui offre une linéarité améliorée par opposition aux effets obtenus avec une simple résistance de charge.
Cela se produit en raison des différences de gain (et de la distorsion qui l'accompagne) qui se produisent chaque fois qu'un BJT fonctionne dans une large gamme de courants de collecteur.
L'application d'une résistance de charge à l'intérieur d'un étage émetteur commun avec de grandes variations de tension de sortie peut sans aucun doute déclencher une plage de courant de collecteur extrêmement vaste et de grandes distorsions.
L'application d'une charge de courant constant ne supprime pas entièrement la distorsion, car la tension du collecteur fluctue naturellement et le gain du transistor peut dans une certaine mesure dépendre de la tension du collecteur.
Néanmoins, comme les fluctuations de gain dues aux variations de tension du collecteur ont tendance à être assez mineures, une faible distorsion bien inférieure à 1% est tout à fait réalisable.
Le circuit de polarisation connecté entre les bases des transistors de sortie est nécessaire pour amener les transistors de sortie dans la position où ils sont juste au seuil de conduction.
Au cas où cela ne se produirait pas, de petites variations de la tension du collecteur de Tr1 pourraient être incapables de mettre les transistors de sortie en conduction et ne permettre aucune amélioration de la tension de sortie!
Des variations de tension plus élevées au collecteur de Tr1 pourraient générer des changements correspondants dans la tension de sortie, mais cela manquerait probablement les parties de début et de fin de chaque demi-cycle de la fréquence, ce qui entraînerait une grave «distorsion de croisement», comme on l'appelle normalement.

Problème de distorsion de croisement

Même si les transistors de sortie sont amenés au seuil de conduction, cela ne supprime pas complètement la distorsion de croisement puisque les dispositifs de sortie présentent des quantités de gain relativement faibles tout en fonctionnant à des courants de collecteur réduits.

Cela fournit un type de distorsion croisée modérée mais indésirable. Une rétroaction négative pourrait être utilisée pour battre naturellement la distorsion de croisement, mais pour obtenir d'excellents résultats, il est en fait essentiel d'utiliser une polarisation de repos raisonnablement élevée sur les transistors de sortie.

C'est ce courant de polarisation important qui entraîne des complications d'emballement thermique.

Le courant de polarisation provoque un échauffement des transistors de sortie, et en raison de leur coefficient de température positif, cela provoque une augmentation du courant de polarisation, générant encore plus de chaleur et une élévation supplémentaire résultante du courant de polarisation.

Cette rétroaction positive fournit ainsi une montée progressive de la polarisation jusqu'à ce que les transistors de sortie deviennent trop chauds et finissent par brûler.

Dans un effort pour se protéger contre cela, le circuit de polarisation est facilité par un système de détection de température intégré, qui ralentit la polarisation au cas où une température plus élevée serait détectée.

Par conséquent, au fur et à mesure que le transistor de sortie chauffe, le circuit de polarisation est impacté par la chaleur générée, qui détecte cela et arrête toute augmentation consécutive du courant de polarisation. En pratique, la stabilisation de polarisation peut ne pas être idéale et vous pouvez trouver de petites variations, cependant, un circuit correctement configuré peut normalement présenter une stabilité de polarisation assez suffisante.

Pourquoi les MOSFET fonctionnent plus efficacement que les BJT dans les amplificateurs de puissance

Dans la discussion suivante, nous essaierons de comprendre pourquoi les MOSFET fonctionnent mieux dans les conceptions d'amplificateurs de puissance que les BJT.

Semblables aux BJT, s'ils sont utilisés dans un étage de sortie de classe B, les MOSFET exigent également un polarisation directe pour surmonter la distorsion croisée. Cela dit, parce que les MOSFET de puissance possèdent un coef ﬁ cient de température négatif à des courants de près de 100 milliampères ou plus (et un léger coefficient de température positif dans les courants inférieurs), ils permettent un circuit d'attaque et de sortie de classe B moins compliqué, comme le montre la figure suivante .

Le circuit de polarisation thermiquement stabilisé pourrait être remplacé par une résistance car les caractéristiques de température des MOSFET de puissance incorporent un contrôle thermique intégré du courant de polarisation à environ 100 milliampères (ce qui est approximativement le courant de polarisation le mieux adapté).

Un autre défi rencontré avec les BJT est le gain de courant plutôt faible de seulement 20 à 50. Cela peut être tout à fait insuffisant pour les amplificateurs de puissance moyenne et élevée. Pour cette raison, il nécessite un étage de pilotage extrêmement puissant. L'approche typique pour résoudre ce problème consiste à utiliser un Darlington Paires ou une conception équivalente pour fournir un gain de courant suffisamment élevé, de sorte qu'il permette l'emploi d'un étage de commande de faible puissance.

MOSFET de puissance, comme n'importe quel Dispositif FET , ont tendance à être des appareils alimentés par tension plutôt que par courant.

L'impédance d'entrée d'un MOSFET de puissance est généralement très élevée, ce qui permet une consommation de courant d'entrée négligeable avec de basses fréquences de travail. Cependant, à des fréquences de travail élevées, l'impédance d'entrée est beaucoup plus faible en raison de la capacité d'entrée relativement élevée d'environ 500 pf.

Même avec cette capacité d'entrée élevée, un courant de travail d'à peine 10 milliampères devient juste suffisant à travers l'étage de commande, bien que le courant de sortie de crête puisse être d'environ mille fois cette quantité.

Un problème supplémentaire avec les dispositifs d'alimentation bipolaires (BJT) est leur temps de commutation quelque peu lent. Cela a tendance à créer une variété de problèmes, tels que la distorsion déclenchée par le balayage.

C'est à ce moment qu'un puissant signal haute fréquence pourrait exiger une tension de sortie de commutation de disons 2 volts par microseconde, tandis que l'étage de sortie BJT peut éventuellement permettre une vitesse de balayage de seulement un volt par microseconde. Naturellement, la sortie aura du mal à fournir une reproduction décente du signal d'entrée, conduisant à une distorsion inévitable.

Une vitesse de balayage inférieure peut également donner à un ampli ﬁ cateur une bande passante de puissance indésirable, la puissance de sortie la plus élevée pouvant être obtenue chutant de manière significative à des fréquences audio plus élevées.

Retard de phase et oscillations

Un autre problème est le décalage de phase qui se produit via l'étage de sortie de l'amplificateur avec des fréquences élevées, et qui pourrait faire en sorte que la rétroaction sur le système de rétroaction négative devienne positive au lieu de négative à des fréquences extrêmement élevées.

Si l'ampli ﬁ cateur possède un gain suf ﬁ sant à de telles fréquences, l'ampli ﬁ cateur peut passer dans un mode oscillant, et le manque de stabilité continuera à être perceptible même si le gain du circuit n'est pas suffisant pour déclencher une oscillation.

Ce problème pourrait être corrigé en ajoutant des éléments pour atténuer la réponse haute fréquence du circuit et en incorporant des éléments de compensation de phase. Cependant, ces considérations réduisent l'efficacité de l'ampli ﬁ cateur à des fréquences de signal d'entrée élevées.

Les MOSFET sont plus rapides que les BJT

Lors de la conception d'un amplificateur de puissance, nous devons nous rappeler que le vitesse de commutation des MOSFET de puissance est généralement environ 50 à 100 fois plus rapide qu'un BJT. Par conséquent, les complications avec une fonctionnalité haute fréquence inférieure sont facilement surmontées en utilisant des MOSFET au lieu des BJT.

Il est en fait possible de créer des configurations sans aucun compensation de fréquence ou de phase tout en conservant une excellente stabilité, et incluent un niveau de performance qui est conservé pour les fréquences bien au-delà de la limite audio haute fréquence.

Une autre difficulté rencontrée avec les transistors de puissance bipolaires est la panne secondaire. Cela fait référence à une sorte d'emballement thermique spécifique qui crée une «zone chaude» à l'intérieur de l'appareil, ce qui entraîne un court-circuit entre ses broches de collecteur / émetteur.

Pour éviter que cela ne se produise, le BJT doit être utilisé exclusivement dans des plages spécifiques de courant et de tension de collecteur. À tout circuit d'ampli ﬁ cateur audio cette situation implique généralement que les transistors de sortie sont obligés de bien fonctionner à l'intérieur de leurs restrictions thermiques, et la puissance de sortie optimale pouvant être obtenue à partir des BJT de puissance est ainsi considérablement réduite, bien inférieure à ce que leurs valeurs de dissipation les plus élevées le permettent réellement.

Grâce à Coef ﬁ cient de température négatif du MOSFET à des courants de drain élevés, ces dispositifs n'ont pas de problèmes de claquage secondaire. Pour les MOSFET, les spécifications de courant de drain et de tension de drain maximum admissibles sont pratiquement limitées par leur fonctionnalité de dissipation thermique. Par conséquent, ces dispositifs deviennent particulièrement bien adaptés aux applications d'amplification audio haute puissance.

Inconvénients du MOSFET

Malgré les faits ci-dessus, le MOSFET présente également quelques inconvénients, qui sont relativement moins nombreux et insignifiants. Au départ, les MOSFET étaient très chers par rapport aux transistors bipolaires correspondants. Cependant, la différence de coût est devenue beaucoup plus petite de nos jours. étiqueter.

Les MOSFET de puissance présentent souvent une distorsion en boucle ouverte que les BJT. Cependant, en raison de leur gain élevé et de leurs vitesses de commutation rapides, les MOSFET de puissance permettent l'utilisation d'un niveau élevé de rétroaction négative sur tout le spectre de fréquences audio, offrant des distorsion en boucle fermée Efficacité.

Un inconvénient supplémentaire impliqué avec les MOSFET de puissance est leur efficacité inférieure par rapport aux BJT lorsqu'ils sont utilisés dans les étages de sortie d'un amplificateur standard. La raison en est un étage émetteur-suiveur de haute puissance qui génère une chute de tension d'environ 1 volt entre l'entrée et la sortie, bien qu'il existe une perte de quelques volts à l'entrée / sortie d'un étage suiveur de source. Il n'y a pas d'approche facile pour résoudre ce problème, mais cela semble être une petite réduction de l'efficacité, qui ne devrait pas être prise en compte et pourrait être ignorée.

Comprendre une conception d'amplificateur MOSFET pratique

La figure ci-dessous présente le schéma de circuit d'une fonction Ampli ﬁ cateur MOSFET de 35 watts circuit. À l'exception de l'application du MOSFET dans l'étage de sortie de l'amplificateur, tout ressemble essentiellement à une conception d'amplificateur MOSFET très courante.

Tr1 est truqué comme un étage d'entrée émetteur commun , directement connecté à l'étage pilote d'émetteur commun Tr3. Ces deux étages offrent le gain de tension total de l'ampli ﬁ cateur et comprennent un gain total extrêmement important.
Tr2 avec ses pièces jointes créent un simple générateur de courant constant qui a un courant de sortie marginal de 10 milliampères. Cela fonctionne comme la charge du collecteur principal pour Tr3.
R10 est utilisé pour établir le bon courant de polarisation de repos via les transistors de sortie, et comme évoqué précédemment, la stabilisation thermique du courant de polarisation n'est pas vraiment réalisée dans le circuit de polarisation, mais elle est plutôt fournie par les dispositifs de sortie eux-mêmes.
R8 fournit pratiquement 100% retours négatifs de la sortie de l'amplificateur à l'émetteur Tr1, permettant au circuit juste autour d'un gain de tension unitaire.
Les résistances R1, R2 et R4 fonctionnent comme un réseau diviseur de potentiel pour polariser l'étage d'entrée de l'amplificateur, et par conséquent la sortie également, à environ la moitié de la tension d'alimentation. Cela permet d'obtenir le niveau de sortie le plus élevé possible avant l'écrêtage et le début de la distorsion critique.
R1 et C2 sont utilisés comme un circuit de filtre qui annule la fréquence de bourdonnement et d'autres formes de bruits potentiels sur les lignes d'alimentation d'entrer dans l'entrée de l'amplificateur via le circuit de polarisation.
R3 et C5 agissent comme un Filtre RF ce qui empêche les signaux RF de passer directement de l'entrée à la sortie, provoquant des perturbations audibles. C4 aide également à résoudre le même problème en supprimant efficacement la réponse haute fréquence de l'amplificateur au-dessus de la limite de fréquence audio supérieure.
Pour s'assurer que l'amplificateur obtient un bon gain de tension à des fréquences audibles, il devient essentiel de découpler la rétroaction négative dans une certaine mesure.
C7 remplit le rôle de condensateur de découplage , tandis que la résistance R6 limite la quantité de rétroaction qui est nettoyée.
Le circuit gain de tension est approximativement déterminé en divisant R8 par R6, soit environ 20 fois (26 dB) avec les valeurs de pièce attribuées.
La tension de sortie maximale de l'amplificateur sera de 16 volts RMS, ce qui permet une sensibilité d'entrée d'environ 777 mV RMS pour obtenir une sortie complète. L'impédance d'entrée peut être supérieure à 20k.
C3 et C8 sont respectivement utilisés comme condensateurs de couplage d'entrée et de sortie. C1 active le découplage pour l'alimentation CC.
R11 et C9 servent exclusivement à faciliter et contrôler la stabilité de l'amplificateur, en fonctionnant comme le populaire Réseau Zobel , qui se trouvent souvent autour des étages de sortie de la plupart des conceptions d'ampli ﬁ cateurs de puissance à semi-conducteurs.

Analyse de performance

L'amplificateur prototype semble fonctionner incroyablement bien, en particulier seulement une fois que nous remarquons la conception assez simple de l'unité. Le circuit de conception d'amplificateur MOSFET illustré produira avec plaisir un 35 watts RMS dans une charge de 8 ohms.

Le distorsion harmonique totale ne dépassera pas environ 0,05%. Le prototype a été analysé uniquement pour les fréquences de signal autour de 1 kHz.
Cependant le circuit est gain en boucle ouverte s'est avérée pratiquement constante sur toute la gamme de fréquences audio.
Le réponse en fréquence en boucle fermée a été mesuré à -2 dB avec des signaux d'environ 20 Hz et 22 kHz.
L'amplificateur rapport signal sur bruit (sans haut-parleur connecté) était plus élevé que le chiffre de 80 dB, bien qu'en réalité il puisse y avoir une petite quantité de mains hum de l'alimentation électrique détectée sur les enceintes, mais le niveau peut être trop faible pour être entendu dans des conditions normales.

Source de courant

L'image ci-dessus montre une alimentation configurée de manière appropriée pour la conception d'amplificateur MOSFET de 35 watts. L'alimentation peut être suffisamment puissante pour gérer un modèle mono ou stéréo de l'unité.

L'alimentation est en fait constituée d'un couple efficace de redresseurs push-pull et de circuits de lissage dont les sorties sont reliées en série pour fournir une tension de sortie totale correspondant à deux fois le potentiel appliqué par un redresseur individuel et un circuit de filtre capacitif.

Les diodes D4, D6 et C10 constituent une partie particulière de l'alimentation tandis que la deuxième partie est délivrée par D3, D5 et C11. Chacun d'eux offre un peu moins de 40 volts sans charge connectée, et une tension totale de 80 V déchargée.

Cette valeur peut chuter à environ 77 volts lorsque l'amplificateur est chargé par un signal d'entrée stéréo avec un état de repos opérationnel, et à seulement environ 60 volts lorsque deux canaux d'amplificateur fonctionnent à pleine puissance ou à puissance maximale.

Conseils de construction

Une disposition de circuit imprimé idéale pour l'ampli ﬁ cateur MOSFET de 35 watts est illustrée dans les figures ci-dessous.

Ceci est destiné à un canal du circuit d'ampli ﬁ cateur, donc naturellement deux de ces cartes doivent être assemblées lorsqu'un ampli ﬁ cateur stéréo devient nécessaire. Les transistors de sortie ne sont certainement pas montés sur le PCB, plutôt sur un gros type à ailettes.

Il n'est pas nécessaire d'utiliser un kit d'isolation en mica pour les transistors lors de leur fixation sur le radiateur. En effet, les sources MOSFET sont directement connectées à leurs pattes métalliques, et ces broches de source doivent de toute façon rester connectées les unes aux autres.

Cependant, comme ils ne sont pas isolés du dissipateur thermique, il peut être vraiment vital de s'assurer que les dissipateurs thermiques n'entrent pas en contact électrique avec diverses autres parties de l'amplificateur.

De même, pour une mise en œuvre stéréo, les dissipateurs thermiques individuels utilisés pour une paire d'amplificateurs ne doivent pas être autorisés à se trouver à proximité électrique l'un de l'autre. Veillez toujours à utiliser des conducteurs plus courts d'environ 50 mm maximum pour connecter les transistors de sortie au PCB.

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Ceci est particulièrement crucial pour les conducteurs qui se connectent aux bornes de porte des MOSFET de sortie. En raison du fait que les MOSFET de puissance ont un gain élevé à hautes fréquences, des conducteurs plus longs peuvent gravement affecter la réponse de stabilité de l'amplificateur, ou même déclencher une oscillation RF qui peut à son tour endommager de manière permanente les MOSFET de puissance.

Cela dit, vous ne trouverez pratiquement aucune difficulté à préparer la conception pour vous assurer que ces fils sont effectivement tenus plus courts. Il peut être important de noter que C9 et R11 sont montés à l'extérieur du PCB et sont simplement connectés en série sur la prise de sortie.

Conseils de construction d'alimentation

Le circuit d'alimentation est construit en appliquant un câblage de type point à point, comme indiqué dans la figure ci-dessous.

Cela semble en fait assez explicite, mais il est garanti que les condensateurs C10 et C11 sont tous deux constitués d'une étiquette factice. Au cas où ils ne le seraient pas, il peut être crucial d'utiliser une bande d'étiquettes pour activer quelques ports de connexion. Une étiquette à souder est attachée à un boulon de montage particulier de T1, qui offre un point de connexion au châssis pour le câble de terre secteur CA.

Ajustement et paramètres

Assurez-vous d'examiner de manière approfondie les connexions de câblage avant de mettre sous tension l'alimentation, car des erreurs de câblage peuvent entraîner une destruction coûteuse et peuvent certainement être dangereuses.
Avant de mettre le circuit sous tension, assurez-vous de couper R10 pour obtenir une résistance minimale (tourner dans le sens inverse des aiguilles d'une montre).
Avec FS1 momentanément retiré et un multimètre fixé pour mesurer 500mA FSD attaché au-dessus du porte-fusible, une lecture d'environ 20mA doit être affichée sur le compteur lorsque l'amplificateur est sous tension (cela peut être 40mA lorsque la stéréo à deux canaux est utilisée).
Dans le cas où vous trouvez que la lecture du compteur est sensiblement différente de celle-ci, coupez immédiatement l'alimentation et réexaminez tout le câblage. Au contraire, si tout va bien, déplacez lentement R10 pour maximiser la lecture du compteur jusqu'à une valeur de 100 mA.
Si un amplificateur stéréo est souhaité, R10 sur les deux canaux doit être ajusté pour obtenir la consommation de courant jusqu'à 120 mA, puis R10 dans le 2ème canal doit être ajusté pour augmenter l'utilisation du courant à 200 mA. Une fois ceux-ci accomplis, votre ampli ﬁ cateur MOSFET est prêt à être utilisé.
Faites très attention à ne toucher aucune des connexions secteur pendant les procédures de configuration de l'amplificateur.
Tous les câbles non couverts ou les connexions de câbles qui peuvent être au potentiel du secteur doivent être correctement isolés avant de connecter l'appareil au secteur.
Inutile de dire que, comme pour tout circuit alimenté en courant alternatif, il doit être enfermé dans une armoire robuste qui ne peut être dévissée qu'à l'aide d'un tournevis dédié et d'un autre ensemble d'instruments, pour s'assurer qu'il n'y a pas de moyen rapide d'atteindre le dangereux. le câblage secteur et les accidents sont éliminés en toute sécurité.

Liste des pièces de l'amplificateur de puissance MOSFET 35 watts

Circuit d'application d'ampli ﬁ cateur MOSFET 120 W

Selon les spécifications de l'alimentation, le Ampli ﬁ cateur MOSFET 120 watts Le circuit est capable d'offrir une puissance de sortie comprise entre environ 50 et 120 watts RMS dans un haut-parleur de 8 ohms.

Cette conception intègre également des MOSFET dans l'étage de sortie pour fournir un niveau supérieur de performances globales même avec la grande simplicité du circuit.

La distorsion harmonique totale de l'amplificateur n'est pas supérieure à 0,05%, mais uniquement lorsque le circuit n'est pas surchargé et que le rapport signal sur bruit est supérieur à 100 dB.

Comprendre les étapes de l'amplificateur MOSFET

Comme indiqué ci-dessus, ce circuit est conçu en référence à une configuration Hitachi. Contrairement à la dernière conception, ce circuit utilise un couplage CC pour le haut-parleur et contient une alimentation équilibrée double avec un 0V central et un rail de terre.

Cette amélioration élimine la dépendance vis-à-vis des gros condensateurs de couplage de sortie, ainsi que la sous-performance des performances basse fréquence générées par ce condensateur. En outre, cette disposition permet également au circuit une capacité de rejet d'ondulation d'alimentation décente.

Outre la fonction de couplage CC, la conception du circuit semble assez distincte de celle utilisée dans la conception précédente. Ici, les étages d'entrée et de pilotage intègrent des amplificateurs différentiels.

L'étage d'entrée est configuré à l'aide de Tr1 et Tr2 tandis que l'étage de commande dépend de Tr3 et Tr4.

Le transistor Tr5 est configuré comme un charge de collecteur de courant constant pour Tr4. Le trajet du signal au moyen de l'ampli ﬁ cateur commence en utilisant le condensateur de couplage d'entrée C1, avec le ﬁ ltre RF R1 / C4. R2 est utilisé pour polariser l'entrée de l'amplificateur sur la piste d'alimentation 0V centrale.

Tr1 est câblé comme un efficace ampli ﬁ cateur émetteur commun qui a sa sortie directement connectée à Tr4 qui est appliquée comme un étage pilote d'émetteur commun. A partir de ce stade, le signal audio est lié à Tr6 et Tr7 qui sont truqués en tant qu'étage de sortie de source suiveuse complémentaire.

Le retours négatifs est extrait de la sortie de l'amplificateur et connecté à la base Tr2, et malgré le fait qu'il n'y a pas d'inversion de signal via la base Tr1 vers la sortie de l'amplificateur, il existe une inversion entre la base Tr2 et la sortie. C'est parce que Tr2 fonctionnant comme un émetteur suiveur entraîne parfaitement l'émetteur de Tr1.

Lorsqu'un signal d'entrée est appliqué à l'émetteur Tr1, les transistors agissent avec succès comme un stade de base commun . Par conséquent, bien que l'inversion n'ait pas lieu au moyen de Tr1 et Tr2, l'inversion se produit via Tr4.

De plus, le changement de phase ne se produit pas via l'étage de sortie, ce qui signifie que l'amplificateur et la base Tr2 ont tendance à être déphasés pour exécuter la rétroaction négative requise. Les valeurs R6 et R7 suggérées dans le diagramme fournissent un gain de tension d'environ 28 fois.

Comme nous l'avons appris de nos discussions précédentes, un petit inconvénient des MOSFET de puissance est qu'ils deviennent moins ef ﬁ caces que les BJT lorsqu'ils sont câblés via un étage de sortie de classe B traditionnel. De plus, l'ef ﬁ cacité relative des MOSFET de puissance devient plutôt mauvaise avec des circuits de forte puissance qui exigent une tension grille / source de plusieurs tensions pour des courants de source élevés.

L'oscillation de tension de sortie maximale peut être supposée égale à la tension d'alimentation moins la tension grille-source maximale du transistor individuel, ce qui permet certainement une oscillation de tension de sortie qui peut être considérablement inférieure à la tension d'alimentation appliquée.

Un moyen simple d'obtenir une plus grande ef ﬁ cacité serait d'incorporer fondamentalement un couple de MOSFET similaires attachés en parallèle à travers chacun des transistors de sortie. La plus grande quantité de courant gérée par chaque MOSFET de sortie sera alors environ réduite de moitié, et la tension maximale de la source à la grille de chaque MOSFET est abaissée de manière appropriée (avec une croissance proportionnelle de l'oscillation de tension de sortie de l'amplificateur).

Cependant, une approche similaire ne fonctionne pas lorsqu'elle est appliquée à des dispositifs bipolaires, et cela est essentiellement dû à leur coefficient de température positif caractéristiques. Si une sortie BJT particulière commence à tirer un courant excessif que l'autre (car deux transistors n'auront pas exactement la même caractéristique), un appareil commence à devenir plus chaud que l'autre.

Cette température accrue entraîne une réduction de la tension de seuil de l'émetteur / de la base du BJT et, par conséquent, commence à consommer une partie beaucoup plus grande du courant de sortie. La situation fait alors chauffer le transistor, et ce processus se poursuit indéfiniment jusqu'à ce que l'un des transistors de sortie commence à gérer toute la charge, tandis que l'autre reste inactif.

Ce type de problème ne peut pas être vu avec les MOSFET de puissance en raison de leur coefficient de température négatif. Lorsqu'un MOSFET commence à chauffer, en raison de son coefficient de température négatif, la chaleur croissante commence à restreindre le flux de courant à travers son drain / source.

Cela déplace le courant excédentaire vers l'autre MOSFET qui commence maintenant à devenir plus chaud, et de la même manière, la chaleur provoque une réduction proportionnelle du courant qui le traverse.

La situation crée une répartition et une dissipation de courant équilibrées entre les appareils, ce qui rend l'amplificateur de travail beaucoup plus efficace et fiable. Ce phénomène permet également MOSFET à connecter en parallèle simplement en joignant les fils de grille, de source et de drain ensemble sans trop de calculs ou de préoccupations.

Alimentation pour amplificateur MOSFET 120 watts

Un circuit d'alimentation conçu de manière appropriée pour l'ampli ﬁ cateur MOSFET de 120 watts est indiqué ci-dessus. Cela ressemble beaucoup au circuit d'alimentation de notre conception précédente.

La seule différence étant que l'alimentation de la prise centrale du transformateur à la jonction des deux condensateurs de lissage avait été initialement ignorée. Dans le présent exemple, cela est habituel à fournir l'alimentation à la terre du milieu 0V, tandis que la terre du secteur se connecte également à cette jonction au lieu du rail d'alimentation négatif.

Vous pouvez trouver des fusibles installés sur les rails positifs et négatifs. La puissance de sortie fournie par l'ampli ﬁ cateur dépend en grande partie des spécifications du transformateur secteur. Pour la majorité des besoins, un transformateur secteur toroïdal de 35 - 0 - 35 volts 160VA devrait suffire en fait.

Si fonctionnement stéréo est préférable, le transformateur devra être remplacé par un transformateur plus lourd de 300 VA. Alternativement, des blocs d'alimentation isolés pourraient être construits en utilisant un transformateur de 160 VA chacun pour chaque canal.

Cela permet une tension d'alimentation d'environ 50 V dans des conditions de repos, bien qu'à pleine charge ce niveau puisse chuter à un niveau beaucoup plus bas. Cela permet d'acquérir une puissance allant jusqu'à environ 70 watts RMS via des haut-parleurs de 8 ohms.

Un point crucial à noter est que les diodes 1N5402 utilisées dans le redresseur en pont ont un courant nominal maximal tolérable de 3 ampères. Cela peut être suffisant pour un ampli ﬁ cateur monocanal, mais cela peut ne pas être suffisant pour une version stéréo. Pour une version stéréo, les diodes doivent être remplacées par des diodes 6 ampères ou des diodes 6A4.

Disposition PCB

Vous pouvez trouver un circuit imprimé à part entière, pour construire votre propre circuit amplificateur MOSFET de 120 watts. Les 4 dispositifs MOSFET indiqués doivent être attachés à de grands dissipateurs thermiques à ailettes, qui doivent être évalués à au moins 4,5 degrés Celsius par watt.

Précautions de câblage

Veillez à ce que les bornes de brochage du MOSFET soient aussi courtes que possible, qui ne doivent pas dépasser environ 50 mm de longueur.
Si vous voulez les garder un peu plus longtemps que cela, assurez-vous d'ajouter une résistance de faible valeur (peut être une 50 ohms 1/4 watt) avec la grille de chacun des MOSFET.
Cette résistance répondra avec la capacité d'entrée du MOSFET et agira comme un filtre passe-bas, assurant une meilleure stabilité de fréquence pour l'entrée du signal haute fréquence.
Cependant, pour les signaux d'entrée haute fréquence, ces résistances peuvent avoir un effet sur les performances de sortie, mais cela peut être en fait trop petit et à peine perceptible.
Le transistor Tr6 se compose en fait de deux MOSFET à canal n connectés en parallèle, il en va de même pour Tr7, qui a également un couple de MOSFET à canal p en parallèle.
Pour mettre en œuvre cette connexion parallèle, la grille, le drain, la source des paires MOSFET respectives sont simplement jointes les unes aux autres, c'est tout ce que c'est aussi simple que cela.
Veuillez également noter que le condensateur C8 et la résistance R13 sont installés directement sur la prise de sortie et non assemblés sur le PCB.
La méthode la plus efficace pour construire l'alimentation électrique est peut-être le câblage, comme pour l'alimentation électrique, comme pour l'amplificateur précédent. Le câblage est sensiblement le même que pour ce circuit précédent.

Ajustements et paramètres

Avant de mettre sous tension le circuit d'ampli ﬁ cateur complet, assurez-vous d'examiner attentivement chacun des câblages plusieurs fois.
Vérifiez spécifiquement le câblage d'alimentation et les interconnexions pertinentes entre les MOSFET de puissance de sortie.
Les défauts autour de ces connexions peuvent rapidement entraîner des dommages permanents à l'amplificateur.
De plus, vous devrez effectuer quelques réglages préalables avant d'allumer la carte terminée.
Commencez par tourner le préréglage R11 à fond dans le sens antihoraire et ne connectez pas initialement un haut-parleur à la sortie de l'unité.
Ensuite, au lieu d'un haut-parleur, connectez les sondes de votre multimètre (réglées sur la plage CC basse tension) entre les points de sortie de l'amplificateur et assurez-vous qu'il indique que la tension de sortie de repos basse est disponible.
Vous pouvez trouver le compteur affichant une tension fractionnaire ou peut-être pas de tension du tout, ce qui est également très bien.
Dans le cas où une tension CC élevée est indiquée par le multimètre, vous devez immédiatement éteindre l'ampli ﬁ cateur et revérifier d'éventuelles erreurs de câblage.

Conclusion

Dans l'article ci-dessus, nous avons discuté en détail des nombreux paramètres qui jouent un rôle crucial pour assurer le fonctionnement correct et optimal d'un amplificateur de puissance.

Tous ces paramètres sont standard et peuvent donc être utilisés et appliqués efficacement lors de la conception de tout circuit d'amplificateur de puissance MOSFET, quelles que soient les spécifications de puissance et de tension.

Les différentes caractéristiques détaillées concernant les dispositifs BJT et MOSFET pourraient être utilisées par le concepteur pour implémenter ou personnaliser un circuit amplificateur de puissance souhaité.

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