Mengapa BJT biasa dalam tahap keluaran amplifier daya?

15

Dari pemahaman saya, peran tahap output adalah untuk mengurangi impedansi hampir 0. Untuk itu, MOSFET tampaknya lebih cocok karena mereka punya cara yang lebih rendah Rds .

Namun saya cukup sering melihat BJT sebagai buffer dalam desain diskrit, sering dalam konfigurasi Darlington untuk meningkatkan impedansi input, sementara hanya satu MOSFET akan memiliki impedansi input yang cukup tinggi.

Pikiranku adalah bahwa itu lebih murah atau lebih sederhana. Power BJT memang sedikit lebih murah daripada power MOSFET, dan bagi saya tampaknya lebih mudah untuk membuat buffer yang relatif linier dengan pengikut emitor BJT, sedangkan pengikut sumber MOSFET mungkin memerlukan umpan balik.

Jonas Daverio
sumber
Saya pikir tegangan lutut lebih tajam dan lebih rendah untuk BJT daripada MOSFET, dan itulah alasan utama mengapa.
Harry Svensson
2
Masalahnya adalah MOSFET pelengkap biasing linear DC di zona linear dengan konduksi silang dan efek R * Ciss. BJT jauh lebih dapat diprediksi untuk Vbe daripada MOSFET untuk Vgs (1A)
Tony Stewart Sunnyskyguy EE75
Namun kami tidak menghentikan Anda dari mencoba untuk membuatnya linier dengan loop umpan balik negatif ganda untuk mengurangi kerugian shoothru dan menghilangkan efek kuadrat VI
Tony Stewart Sunnyskyguy EE75
Desain BJT jelas lebih murah secara keseluruhan. Saya tidak akan mengatakan mereka sangat umum karena mereka terdengar lebih unggul daripada desain lainnya.
Todd Wilcox

Jawaban:

14

Untuk membuat sumber Tegangan Audio, Anda ingin distorsi tegangan crossover menjadi nol yang membutuhkan arus DC diam> 1% dari arus maks. Distorsi sederhana dan impedansi keluaran ini dikurangi lebih jauh oleh umpan balik negatif atau kelebihan loop terbuka berlebih. Tegangan bias dioda aktif DC dapat diprediksi dalam mV untuk tahap keluaran Darlington diferensial.

Namun untuk MOSFET ambang konduksi dapat bervariasi 50%, misalnya 1 ke 2V atau 2 hingga 4V, sehingga bias untuk konduksi silang untuk menghilangkan distorsi crossover tidak mudah dilakukan dengan ampli daya linear bertegangan rendah.

Sunting 22 Mei:
Juga, Thermal Runway ada seperti yang dinyatakan oleh @Thor dari struktur FET mikro berbagi arus dengan efek Vgs NTC dalam mode linier, namun efek PTC untuk RdsOn dalam mode konduksi penuh. Tanpa pemilihan komponen transistor yang tepat, ini dapat mengakibatkan kegagalan katastropik.

Tony Stewart Sunnyskyguy EE75
sumber
14

MOSFET dulu lebih umum di power amplifier, tetapi mereka sering MOSFET daya jenis lateral.

Kebanyakan MOSFET modern (MOSFET Vertikal / HEXFET) sangat dioptimalkan untuk beralih dan memerlukan desain yang sangat hati-hati dalam desain linear amp. Misalnya tipe switching modern ini memiliki kapasitansi gerbang nonlinier besar yang sulit dikendarai.

Selain itu, orang-orang seperti HEXFET dapat menderita efek pemanasan lokal yang dapat menyebabkan pelarian termal dalam aplikasi linier.

Deskripsi yang baik tentang masalah ini dapat ditemukan di sini

MOSFET lateral masih tersedia tetapi lebih mahal. Lihat di sini

Jadi sebenarnya ini bukan kasus bahwa MOSFET tidak dapat digunakan, tetapi seringkali lebih sulit dan lebih hemat biaya untuk mencapai kinerja dan keandalan yang sama untuk titik harga tertentu.

Masinis
sumber
Desain MOSFET sekolah lama pasti terdengar berbeda dari desain BJT. Beberapa mengatakan itu terdengar lebih baik, dan saya tidak akan berdebat dengan mereka, tetapi itu semua masalah selera.
Todd Wilcox
12

Kerusakan Kedua

(Banyak) Amplifier audio mengoperasikan tahap keluaran di wilayah liniernya.

MOSFET daya modern tidak dirancang untuk beroperasi di wilayah linier. Banyak dari mereka (HEXFETS) terdiri dari grid ratusan ribu elemen FET yang lebih kecil untuk meningkatkan kepadatan daya dan kecepatan switching. Keluarga MOSFET switching-dioptimalkan lainnya memiliki konstruksi yang sama, dengan area die besar dan / atau array elemen yang lebih kecil.

Untuk MOSFET, tegangan ambang memiliki koefisien suhu negatif. Karena area tertentu dari elemen die / FET menjadi lebih panas, tegangan ambangnya berkurang dan karena MOSFET beroperasi di wilayah liniernya, area tersebut melakukan porsi arus yang lebih besar, sehingga semakin panas. Tidak lama kemudian, pemanasan yang terlokalisasi pada sebagian kecil dadu telah menghasilkan korsleting, sering disebut "Kerusakan Kedua".

Tapi...

Jenis penguat yang relatif baru, penguat "Kelas D", bekerja dengan menghidupkan dan mematikan transistor tahap keluaran dengan cepat, pada frekuensi yang jauh lebih tinggi daripada yang diharapkan untuk diperbanyak oleh pengeras suara. Filter low-pass menyaring kebisingan frekuensi tinggi, dan amplifikasi dicapai melalui memvariasikan siklus tugas.

MOSFET sangat umum dalam desain seperti itu, karena amplifier kelas D memiliki elemen tahap output sepenuhnya atau sepenuhnya mati. Karena MOSFET daya dioptimalkan untuk itu, untuk itulah mereka digunakan.

Thor Lancaster
sumber
-1 karena sepertinya Anda berbicara tentang pelarian termal MOSFET (saat ini bukan masalah aktual dengan MOSFET, tetapi merupakan masalah dengan BJTs). Anda mengucapkannya dengan cara yang aneh, meskipun itu membuatnya terdengar seperti Anda berbicara tentang sesuatu yang lain, oleh karena itu klarifikasi akan diperlukan untuk menggambarkan di antara dua efek ini.
DKNguyen
4
@ masukkan tempco dari tegangan ambang FET negatif seperti BJT. Pelarian termal masih menjadi perhatian dengan FET dalam mode linier.
sstobbe
2
@Toor Aku tak tahu, ceritanya tampaknya memeriksa keluar ...
marcelm
2
@Toor Thermal Runway ada sebagaimana dinyatakan dari struktur FET mikro berbagi arus dengan efek Vgs NTC dalam mode linier namun efek PTC untuk RdsOn dalam mode konduksi penuh.
Tony Stewart Sunnyskyguy EE75