Pourquoi les BJT sont-ils courants dans les étages de sortie des amplificateurs de puissance?


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D'après ma compréhension, le rôle de l'étage de sortie est de réduire l'impédance de sortie à presque 0. Pour cela, les MOSFET semblent mieux adaptés car ils ont des Rs plus faibles .

Pourtant, je vois assez souvent des BJT comme tampon dans une conception discrète, souvent dans une configuration Darlington pour augmenter l'impédance d'entrée, tandis qu'un seul MOSFET aurait une impédance d'entrée suffisamment élevée.

Je pensais que c'était moins cher ou plus simple. Les BJT de puissance sont en effet un peu moins chers que les MOSFET de puissance, et il me semble qu'il est plus simple de faire un tampon relativement linéaire avec un suiveur d'émetteur BJT, tandis qu'un suiveur de source MOSFET peut nécessiter quelques retours.


Je pense que la tension du genou est plus nette et inférieure pour le BJT que le mosfet, et c'est la principale raison.
Harry Svensson

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Le problème est la polarisation CC linéaire MOSFET complémentaires dans la zone linéaire avec conduction croisée et les effets R * Ciss. Les BJT sont beaucoup plus prévisibles pour Vbe que les MOSFET pour Vgs (1A)
Tony Stewart Sunnyskyguy EE75

Cependant, nous ne vous empêchons pas d'essayer de le rendre linéaire avec des boucles de rétroaction négatives doubles pour réduire les pertes de shoothru et éliminer les effets du VI quadratique
Tony Stewart Sunnyskyguy EE75

Les modèles BJT sont globalement nettement moins chers. Je ne dirais pas qu'ils sont si courants car ils semblent supérieurs aux autres designs.
Todd Wilcox

Réponses:


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Pour créer une source de tension audio, vous voulez que la distorsion de la tension de coupure soit nulle, ce qui nécessite un courant continu au repos> 1% du courant max. Cette distorsion modeste et cette impédance de sortie sont encore réduites par une rétroaction négative ou un gain en boucle ouverte excessif. La tension continue de polarisation de la diode active peut être prédite en mV pour l'étage de sortie différentiel de Darlington.

Cependant, pour les MOSFET, le seuil de conduction peut varier de 50%, par exemple 1 à 2 V ou 2 à 4 V, de sorte que la polarisation pour la conduction croisée pour éliminer la distorsion de croisement n'est pas facile à faire avec des amplificateurs de puissance linéaire à gain de tension faible.

Modifier le 22 mai:
En outre, Thermal Runway existe comme indiqué par @Thor à partir des structures FET de micro-réseau partageant le courant avec les effets Vgs NTC en mode linéaire mais les effets PTC pour RdsOn en mode de conduction complète. Sans sélection appropriée des composants du transistor, cela peut entraîner une défaillance catastrophique.


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Les MOSFETS étaient autrefois plus courants dans les amplificateurs de puissance, mais ils étaient souvent des MOSFETS de puissance de type latéral.

La plupart des MOSFET modernes (MOSFET verticaux / HEXFET) sont hautement optimisés pour la commutation et nécessitent une conception très soignée dans une conception d'amplificateur linéaire. Par exemple, ces types de commutation modernes ont une grande capacité de grille non linéaire difficile à piloter.

De plus, les HEXFET peuvent souffrir d'effets de chauffage localisés qui peuvent provoquer un emballement thermique dans une application linéaire.

Une bonne description de ces problèmes peut être trouvée ici

Les MOSFET latéraux sont toujours disponibles mais sont plus chers. Voir ici

Ce n'est donc pas vraiment un cas où les MOSFET ne peuvent pas être utilisés, mais il est souvent plus difficile et moins rentable d'obtenir les mêmes performances et fiabilité pour un prix donné.


Les conceptions MOSFET de la vieille école semblent définitivement différentes des conceptions BJT. Certains disent qu'ils sonnent mieux, et je ne discuterais pas avec eux, mais c'est une question de goût.
Todd Wilcox

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Deuxième panne

(Beaucoup) Les amplificateurs audio font fonctionner l'étage de sortie dans leur région linéaire.

Les MOSFET de puissance modernes ne sont pas conçus pour fonctionner dans la région linéaire. Beaucoup d'entre eux (HEXFETS) sont composés d'une grille de centaines de milliers d'éléments FET plus petits pour augmenter la densité de puissance et la vitesse de commutation. D'autres familles de MOSFET à commutation optimisée ont des constructions similaires, avec de grandes zones de matrice et / ou des réseaux d'éléments plus petits.

Pour les MOSFET, la tension de seuil a un coefficient de température négatif. Lorsqu'une zone particulière de l'élément matrice / FET devient plus chaude, sa tension de seuil diminue et puisque le MOSFET fonctionne dans sa région linéaire, cette zone conduit une plus grande partie du courant, donc elle devient encore plus chaude. En peu de temps, le chauffage localisé sur une infime fraction de la filière a entraîné un court-circuit, souvent appelé "Second Breakdown".

Mais...

Un type d'amplificateur relativement nouveau, l'amplificateur de "classe D", fonctionne en commutant les transistors de l'étage de sortie sous et hors tension rapidement, à une fréquence beaucoup plus élevée que celle que le haut-parleur devrait reproduire. Un filtre passe-bas filtre le bruit haute fréquence et l'amplification est obtenue en faisant varier le rapport cyclique.

Les MOSFET sont extrêmement courants dans de telles conceptions, car les amplificateurs de classe D ont les éléments d'étage de sortie complètement allumés ou complètement éteints. Comme les MOSFET de puissance sont optimisés pour cela, c'est pour cela qu'ils sont utilisés.


-1 car il semble que vous parlez d'emballement thermique de MOSFET (quand ce n'est pas un problème réel avec les MOSFET, mais un problème avec les BJT). Vous le dites d'une manière étrange, ce qui donne l'impression que vous parlez d'autre chose, donc une clarification serait nécessaire pour délimiter entre ces deux effets.
DKNguyen

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@toor le tempco de la tension de seuil FET est négatif comme un BJT. L'emballement thermique est toujours une préoccupation avec les transistors à effet de champ en mode linéaire.
sstobbe

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@Toor Je ne sais pas, son histoire semble vérifier sur ...
marcelm

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La piste thermique @Toor existe comme indiqué dans les structures FET à microréseau partageant le courant avec les effets Vgs NTC en mode linéaire et les effets PTC pour RdsOn en mode de conduction complète.
Tony Stewart Sunnyskyguy EE75
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