Por que os BJTs são comuns nos estágios de saída dos amplificadores de potência?


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No meu entendimento, o papel do estágio de saída é diminuir a impedância de saída de quase 0. Para isso, MOSFETs parece mais adequado, uma vez que tenho a maneira mais baixa Rds .

No entanto, vejo frequentemente os BJTs como buffer em design discreto, geralmente em uma configuração de Darlington para aumentar a impedância de entrada, enquanto apenas um MOSFETs teria uma impedância de entrada alta o suficiente.

Eu pensava que era mais barato ou mais simples. Os BJTs de energia são realmente um pouco mais baratos que os MOSFETs de energia, e me parece que é mais simples criar um buffer relativamente linear com um seguidor de emissor BJT, enquanto um seguidor de fonte MOSFET pode exigir algum feedback.


Eu acho que a tensão do joelho é mais acentuada e mais baixa para o BJT do que o mosfet, e essa é a principal razão disso.
Harry Svensson

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O problema é MOSFETs complementares de polarização DC linear na zona linear com condução cruzada e os efeitos R * Ciss. Do BJT são muito mais previsível para Vbe do que MOSFETs para Vgs (1A)
Tony Stewart Sunnyskyguy EE75

No entanto, não está parando de tentar fazê-lo linear com loops dupla de feedback negativo para reduzir as perdas shoothru e eliminar quadrática VI efeitos
Tony Stewart Sunnyskyguy EE75

Projetos BJT são definitivamente mais baratos em geral. Eu não diria que eles são tão comuns porque soam superiores a outros designs.
Todd Wilcox

Respostas:


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Para criar uma fonte de tensão de áudio, você deseja que a distorção da tensão de cruzamento seja nula, o que requer alguma corrente CC quiescente> 1% da corrente máxima. Essa modesta distorção e impedância de saída são reduzidas ainda mais por feedback negativo ou ganho excessivo de malha aberta. A tensão de polarização do diodo ativo DC pode ser prevista em mV para o estágio de saída diferencial de Darlington.

No entanto, para os MOSFETs, o limiar de condução pode variar 50%, por exemplo, 1 a 2V ou 2 a 4V; portanto, a polarização da condução cruzada para eliminar a distorção do cruzamento não é fácil com amplificadores de potência linear de ganho de baixa tensão.

Editar em 22 de maio:
Além disso, a Thermal Runway existe como indicado por @Thor das estruturas FET de micro array que compartilham corrente com efeitos Vgs NTC no modo linear e efeitos PTC para RdsOn no modo de condução total. Sem a seleção adequada dos componentes do transistor, isso pode resultar em falha catastrófica.


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MOSFETS costumava ser mais comum em amplificadores de potência, mas costumavam ser os MOSFETS de potência do tipo lateral.

Os MOSFETs mais modernos (MOSFETs verticais / HEXFETs) são altamente otimizados para comutação e requerem um design muito cuidadoso em um design de amplificador linear. Por exemplo, esses tipos de comutação modernos têm uma capacitância de porta não-linear grande e difícil de conduzir.

Além disso, os tipos de HEXFETs podem sofrer efeitos de aquecimento localizados que podem causar fuga térmica em uma aplicação linear.

Uma boa descrição desses problemas pode ser encontrada aqui

MOSFETs laterais ainda estão disponíveis, mas são mais caros. Veja aqui

Então, na verdade, não é possível que os MOSFETs não possam ser usados, mas muitas vezes é mais difícil e menos econômico obter o mesmo desempenho e confiabilidade por um determinado preço.


Os designs MOSFET da velha escola definitivamente soam diferentes dos designs BJT. Alguns dizem que soam melhor, e eu não discutiria com eles, mas é tudo uma questão de gosto.
Todd Wilcox

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Segunda Divisão

(Muitos) amplificadores de áudio operam o estágio de saída em sua região linear.

Os MOSFETs de potência modernos não foram projetados para operar na região linear. Muitos deles (HEXFETS) são compostos por uma grade de centenas de milhares de elementos menores de FET para aumentar a densidade de potência e a velocidade de comutação. Outras famílias MOSFET com comutação otimizada têm construções semelhantes, com grandes áreas de matriz e / ou matrizes de elementos menores.

Para MOSFETs, a tensão limite tem um coeficiente de temperatura negativo. À medida que uma área específica do elemento de matriz / FET fica mais quente, a tensão limite diminui e, como o MOSFET está operando em sua região linear, essa área conduz uma porção maior da corrente, ficando ainda mais quente. Em pouco tempo, o aquecimento localizado em uma pequena fração do dado resultou em um curto-circuito, geralmente chamado de "Segunda Quebra".

Mas...

Um tipo relativamente novo de amplificador, o amplificador "Classe D", funciona ativando e desativando rapidamente os transistores do estágio de saída, em uma frequência muito maior do que se espera que o alto-falante reproduza. Um filtro passa-baixo filtra o ruído de alta frequência e a amplificação é obtida através da variação do ciclo de trabalho.

Os MOSFETs são extremamente comuns nesses projetos, pois os amplificadores de classe D têm os elementos do estágio de saída totalmente ligados ou totalmente desligados. Como os MOSFETs de potência são otimizados para isso, é para isso que eles são usados.


-1 porque parece que você está falando sobre a fuga térmica do MOSFET (quando não é um problema real com os MOSFETs, mas com os BJTs). Você o expressa de uma maneira estranha, o que faz parecer que você está falando de outra coisa; portanto, seriam necessários esclarecimentos para delinear entre esses dois efeitos.
DKNguyen

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@ para o tempco da tensão limite do FET é negativo como um BJT. A fuga térmica ainda é uma preocupação com os FETs no modo linear.
Sstobbe 13/05/19

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@Toor Eu não sei, sua história parece verificar para fora ...
marcelm

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O @Toor Thermal Runway existe como indicado nas estruturas FET de micro-array que compartilham corrente com efeitos Vgs NTC no modo linear e ainda efeitos PTC para RdsOn no modo de condução total.
Tony Stewart Sunnyskyguy EE75
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