Dlaczego BJT są powszechne w stopniach wyjściowych wzmacniaczy mocy?

15

Z mojego zrozumienia, rola stopnia wyjściowego jest zmniejszenie impedancji wyjściowej do prawie 0. Do tego MOSFET wydawać lepiej nadaje się, ponieważ mam sposób niższy Rres .

Jednak dość często widzę BJT jako bufory w dyskretnej konstrukcji, często w konfiguracji Darlington, aby zwiększyć impedancję wejściową, podczas gdy tylko jeden MOSFET miałby wystarczająco wysoką impedancję wejściową.

Myślałem, że jest albo tańsze, albo prostsze. Power BJT są rzeczywiście nieco tańsze niż power MOSFET i wydaje mi się, że łatwiej jest stworzyć względnie liniowy bufor z urządzeniem śledzącym emiter BJT, podczas gdy urządzenie śledzące źródło MOSFET może wymagać pewnej informacji zwrotnej.

Jonas Daverio
źródło
Myślę, że napięcie kolana jest ostrzejsze i niższe dla BJT niż mosfet, i to jest główny powód.
Harry Svensson
2
Problemem jest liniowe ukierunkowanie DC komplementarnych tranzystorów MOSFET w strefie liniowej z przewodzeniem krzyżowym i efektami R * Ciss. BJT są znacznie bardziej przewidywalne dla Vbe niż MOSFET dla Vgs (1A)
Tony Stewart Sunnyskyguy EE75
Jednak nie powstrzymujemy cię przed próbą ujednolicenia go za pomocą podwójnych pętli ujemnego sprzężenia zwrotnego, aby zmniejszyć straty shoothru i wyeliminować kwadratowe efekty VI
Tony Stewart Sunnyskyguy EE75
Projekty BJT są zdecydowanie tańsze. Nie powiedziałbym, że są tak powszechne, ponieważ brzmią lepiej niż inne projekty.
Todd Wilcox

Odpowiedzi:

14

Aby stworzyć źródło napięcia audio, chcesz, aby zniekształcenie napięcia zwrotnicy było zerowe, co wymaga pewnego prądu spoczynkowego prądu stałego> 1% prądu maksymalnego. To niewielkie zniekształcenie i impedancja wyjściowa są dodatkowo redukowane przez ujemne sprzężenie zwrotne lub nadmierne wzmocnienie w otwartej pętli. Aktywne napięcie diodowe napięcia wstępnego można przewidzieć w mV dla różnicowego stopnia wyjściowego Darlington.

Jednak w przypadku tranzystorów MOSFET próg przewodzenia może zmieniać się o 50%, np. 1 do 2 V lub 2 do 4 V, więc promowanie przewodzenia krzyżowego w celu wyeliminowania zniekształceń zwrotnicy nie jest łatwe w przypadku liniowych wzmacniaczy mocy o niskim napięciu.

Edytuj 22 maja:
Ponadto, istnieje termiczny tor startowy, jak stwierdził @Thor ze struktur mikroprzetworników FET dzielących prąd z efektami Vgs NTC w trybie liniowym, ale z efektami PTC dla RdsOn w trybie pełnego przewodnictwa. Bez odpowiedniego wyboru elementów tranzystora może to spowodować katastrofalną awarię.

Tony Stewart Sunnyskyguy EE75
źródło
14

MOSFETY były bardziej powszechne we wzmacniaczach mocy, ale często były to MOSFETY mocy typu bocznego.

Większość nowoczesnych tranzystorów MOSFET (tranzystory MOSFET w pionie / HEXFET) są wysoce zoptymalizowane pod kątem przełączania i wymagają bardzo starannego zaprojektowania w liniowej konstrukcji wzmacniacza. Na przykład te nowoczesne typy przełączania mają dużą nieliniową pojemność bramki, którą trudno jest prowadzić.

Ponadto, takie jak HEXFET, mogą cierpieć z powodu miejscowych efektów cieplnych, które mogą powodować niekontrolowany wzrost temperatury w zastosowaniach liniowych.

Dobry opis tych problemów można znaleźć tutaj

Boczne tranzystory MOSFET są nadal dostępne, ale są droższe. Widzieć tutaj

Tak naprawdę to nie jest przypadek, że MOSFET-y nie mogą być używane, ale często trudniejsze i mniej opłacalne jest osiągnięcie takiej samej wydajności i niezawodności w danej cenie.

Maszynista
źródło
Oldschoolowe projekty MOSFET zdecydowanie brzmią inaczej niż projekty BJT. Niektórzy twierdzą, że brzmią lepiej i nie kłóciłbym się z nimi, ale to wszystko kwestia gustu.
Todd Wilcox
12

Drugi podział

(Wiele) Wzmacniacze audio sterują stopniem wyjściowym w swoim regionie liniowym.

Nowoczesne tranzystory MOSFET nie są przeznaczone do działania w obszarze liniowym. Wiele z nich (HEXFETS) składa się z siatki setek tysięcy mniejszych elementów FET w celu zwiększenia gęstości mocy i prędkości przełączania. Inne zoptymalizowane pod kątem przełączania rodziny MOSFET mają podobne konstrukcje, z dużymi obszarami matryc i / lub układami mniejszych elementów.

W przypadku tranzystorów MOSFET napięcie progowe ma ujemny współczynnik temperaturowy. Gdy konkretny obszar elementu matrycy / FET staje się cieplejszy, jego napięcie progowe maleje, a ponieważ MOSFET działa w swoim obszarze liniowym, obszar ten przewodzi większą część prądu, więc staje się jeszcze gorętszy. Wkrótce zlokalizowane ogrzewanie niewielkiej części matrycy spowodowało zwarcie, często nazywane „drugim awarią”.

Ale...

Stosunkowo nowy typ wzmacniacza, wzmacniacz „klasy D”, działa poprzez szybkie włączanie i wyłączanie tranzystorów wyjściowych na częstotliwości znacznie wyższej niż oczekiwana przez głośnik. Filtr dolnoprzepustowy odfiltrowuje szum o wysokiej częstotliwości, a wzmocnienie uzyskuje się poprzez zmianę cyklu pracy.

Tranzystory MOSFET są niezwykle powszechne w takich konstrukcjach, ponieważ wzmacniacze klasy D mają albo całkowicie lub całkowicie wyłączone elementy stopnia wyjściowego. Ponieważ MOSFET-y mocy są do tego zoptymalizowane, właśnie do tego służą.

Thor Lancaster
źródło
-1, ponieważ wygląda na to, że mówisz o ucieczce termicznej MOSFET-a (gdy nie jest to rzeczywisty problem z MOSFET-ami, ale problem z BJT). Wypowiadasz to w dziwny sposób, co sprawia, że ​​brzmi to tak, jakbyś mówił o czymś innym, dlatego konieczne byłoby wyjaśnienie, aby rozróżnić te dwa efekty.
DKNguyen
4
@toor tempco napięcia progowego FET jest ujemne, podobnie jak BJT. Ucieczka termiczna nadal stanowi problem w przypadku tranzystorów polowych w trybie liniowym.
sstobbe
2
@Toor Nie wiem, jego historia wydaje się sprawdzać na zewnątrz ...
marcelm
2
@Toor Thermal Runway istnieje, jak stwierdzono ze struktur mikroprzetworników FET dzielących prąd z efektami Vgs NTC w trybie liniowym, ale z efektami PTC dla RdsOn w trybie pełnego przewodzenia.
Tony Stewart Sunnyskyguy EE75