Почему BJT распространены в выходных каскадах усилителей мощности?

15

Насколько я понимаю, роль выходного каскада состоит в том, чтобы уменьшить выходное сопротивление почти до 0. Для этого MOSFET кажутся более подходящими, так как у них намного меньше рds .

Тем не менее, я часто вижу BJT как буфер в дискретной конструкции, часто в конфигурации Дарлингтона для увеличения входного сопротивления, в то время как только один МОП-транзистор будет иметь достаточно высокий входной импеданс.

Я думал, что это было или дешевле, или проще. Мощные BJT действительно немного дешевле, чем мощные MOSFET, и мне кажется, что проще создать относительно линейный буфер с повторителем BJT-эмиттера, тогда как повторитель источника MOSFET может потребовать некоторой обратной связи.

Джонас Даверио
источник
Я думаю, что напряжение колена острее и ниже для BJT, чем у mosfet, и это главная причина, почему.
Гарри Свенссон
2
Проблема заключается в линейном смещении постоянного тока дополнительных МОП-транзисторов в линейной зоне с перекрестной проводимостью и эффектами R * Ciss. BJT гораздо более предсказуемы для Vbe, чем MOSFET для Vgs (1A)
Тони Стюарт Sunnyskyguy EE75
Однако мы не помешаем вам попытаться сделать его линейным с помощью двойных контуров отрицательной обратной связи, чтобы уменьшить потери в шутру и устранить квадратичные эффекты VI
Тони Стюарт Sunnyskyguy EE75
Дизайн BJT определенно дешевле в целом. Я бы не сказал, что они настолько распространены, потому что они звучат лучше других дизайнов.
Тодд Уилкокс

Ответы:

14

Чтобы создать источник аудио напряжения, необходимо, чтобы искажение напряжения кроссовера было нулевым, что требует некоторого постоянного тока> 1% от максимального тока. Это скромное искажение и выходной импеданс дополнительно уменьшаются за счет отрицательной обратной связи или избыточного усиления разомкнутого контура. Напряжение постоянного тока смещения активного диода можно прогнозировать в мВ для дифференциального выходного каскада Дарлингтона.

Однако для полевых МОП-транзисторов порог проводимости может изменяться на 50%, например, от 1 до 2 В или от 2 до 4 В, поэтому смещение для перекрестной проводимости для устранения перекрёстных искажений нелегко сделать с линейными усилителями с низким коэффициентом усиления по напряжению.

Редактирование 22 мая:
Кроме того, существует тепловая взлетно-посадочная полоса, как заявлено @Thor из микросетевых структур FET, разделяющих ток с Vgs NTC-эффектами в линейном режиме, и PTC-эффекты для RdsOn в режиме полной проводимости. Без правильного выбора компонентов транзистора это может привести к катастрофическому отказу.

Тони Стюарт Sunnyskyguy EE75
источник
14

МОП-транзисторы раньше были более распространены в усилителях мощности, но они часто были МОП-транзисторами бокового типа.

Большинство современных МОП-транзисторов (вертикальные МОП-транзисторы / HEXFET) высоко оптимизированы для коммутации и требуют очень тщательного проектирования линейных усилителей. Например, эти современные типы коммутации имеют большую нелинейную емкость затвора, которую трудно управлять.

Кроме того, подобные HEXFET могут страдать от локальных эффектов нагрева, которые могут вызвать тепловое убегание при линейном применении.

Хорошее описание этих проблем можно найти здесь

Боковые МОП-транзисторы все еще доступны, но более дорогие. Видеть здесь

Так что на самом деле это не тот случай, когда МОП-транзисторы не могут быть использованы, но часто бывает труднее и дешевле с точки зрения затрат достичь той же производительности и надежности для данной ценовой категории.

Машинист
источник
Дизайн старой школы MOSFET определенно звучит иначе, чем дизайн BJT. Некоторые говорят, что они звучат лучше, и я бы не стал с ними спорить, но это все дело вкуса.
Тодд Уилкокс
12

Вторая поломка

(Многие) Аудиоусилители управляют выходным каскадом в их линейной области.

Современные силовые МОП-транзисторы не предназначены для работы в линейной области. Многие из них (HEXFETS) состоят из сетки из сотен тысяч меньших элементов FET для увеличения плотности мощности и скорости переключения. Другие оптимизированные для переключения семейства MOSFET имеют аналогичные конструкции с большими площадями кристаллов и / или массивами из более мелких элементов.

Для полевых МОП-транзисторов пороговое напряжение имеет отрицательный температурный коэффициент. По мере того, как конкретная область элемента «матрица / полевой транзистор» нагревается, его пороговое напряжение уменьшается, и, поскольку полевой МОП-транзистор работает в своей линейной области, эта область проводит большую часть тока, поэтому он становится еще горячее. Вскоре локальный нагрев крошечной части матрицы привел к короткому замыканию, часто называемому «Вторым пробоем».

Но...

Относительно новый тип усилителя, усилитель класса D, работает за счет быстрого включения и выключения выходных каскадных транзисторов на частоте, намного превышающей ожидаемую для динамика. Фильтр нижних частот отфильтровывает высокочастотный шум, а усиление достигается за счет изменения коэффициента заполнения.

МОП-транзисторы чрезвычайно распространены в таких конструкциях, поскольку в усилителях класса D элементы выходного каскада либо полностью включены, либо полностью выключены. Поскольку мощные МОП-транзисторы оптимизированы для этого, для этого они и используются.

Тор Ланкастер
источник
-1, потому что звучит так, будто вы говорите о тепловом убегании MOSFET (когда это не является реальной проблемой с MOSFET, но является проблемой с BJT). Вы произносите это странным образом, хотя это звучит так, как будто вы говорите о чем-то другом, поэтому потребуется пояснение, чтобы разграничить эти два эффекта.
DKNguyen
4
@ Для температуры порогового напряжения FET отрицателен, как BJT. Тепловой убег по-прежнему остается проблемой для полевых транзисторов в линейном режиме.
Сстоббе
2
@Toor я не знаю, его история , кажется, проверить из ...
marcelm
2
@Toor Thermal Runway существует, как указано в микросетевых структурах полевых транзисторов, совместно использующих ток с эффектами Vgs NTC в линейном режиме, но с эффектами PTC для RdsOn в режиме полной проводимости.
Тони Стюарт Sunnyskyguy EE75