Полевые транзисторы в аудио усилителях

Описаны нерешенные проблемы усилителей мощности звуковой частоты первой половины 70х, и базовая информация по отличиям полевых транзисторов по сравнению с биполярными.
В частности скорость работы и влияние температуры.
Книга "Ламповые и транзисторные усилители"
https://t.me/needacoustic/943
=====
Текст видео:
История транзисторных усилителей
На основе книги Джона Линсли Худа
Ламповые и транзисторные усилители


СОВРЕМЕННЫЕ КОНСТРУКЦИИ
УСИЛИТЕЛЕЙ МОЩНОСТИ

В предыдущей главе я рассмотрел эволюцию аудиоусилителей, основанных на биполярных
транзисторах, от ранних конструкций с трансформаторной связью, имеющих относительно
неудовлетворительные электрические характеристики, до сравнительно сложных схем,
имеющих производительность, как на бумаге, так и в ушах любого непредвзятого слушателя,
которая была полностью сопоставима с производительностью лучших ламповых конструкций прошлых лет.




Оставшиеся проблемы проектирования

На уровне техники в начале 1970-х годов проблемы проектирования, которые оставались, и
это были только небольшие недостатки или незначительные трудности, которые обычно
Не доставляли неудобств пользователю, были:

9 необходимость, изначально, а также, возможно, время от времени, регулировать ток покоя выходного двухтактного каскада для получения наилучших практических характеристик;

9
На практике изменения в перспективах и ожиданиях привели к тому, что в то время как конструкция с выходной мощностью 10 Вт считалась бы вполне адекватной в конце 1950-х годов,
а мощность 30 Вт вполне достаточной в 1960-х годах, выходная мощность
150-250 Вт не считалась бы излишне
перегруженной в 1990-х годах;






Силовые МОП-транзисторы против биполярных

Основным изменением в доступности компонентов с конца 1970-х годов стало растущее
использование силовых МОП-транзисторов.

Конструкция и общие характеристики этих устройств в версиях T, D, V и U были рассмотрены в Главе 7 (см. Рисунок 7.22), и некоторые
их преимущества и недостатки были рассмотрены.

Там, где они используются в аудиосхемах, такие устройства обычно используются в качестве выходных транзисторов усилителя,
9.1

MOSFET имеют ряд преимуществ и недостатков по сравнению с мощными биполярными транзисторами.

Из них первая загвоздка заключается в том, что мощные MOSFET обходятся в три раза дороже, чем сопоставимые мощные BJT,
а относительная стоимость малосигнальных MOSFET может быть еще выше.

Эти дополнительные расходы в основном зависят от размера кристалла, который определяет количество устройств, которые могут быть изготовлены одновременно на заданном размер пластины монокристаллического кремния, и, вытекающие из этого, эффекты относительной экономии масштаба в массовом производстве компонентов.

МОП-устройства, имеющие низкое сопротивление проводимости (RDSon), поскольку большое количество каналов было подключено параллельно, очевидно, потребуют большего размера чипа, как и устройства, имеющие более высокие рабочие напряжения - которые требуют более широких промежутков между зонами диффузии.

Также утверждается, что МОП-транзисторы менее линейны, чем силовые биполярные транзисторы при использовании в качестве выходных пар исток-повторитель.

Однако это верно лишь отчасти, как можно видеть из данных, приведенных в таблице 9.1.


Частотная характеристика устройств MOSFET

Главная особенность MOSFET, которая может быть как преимуществом, так и недостатком,
в зависимости от применения, заключается в том, что он гораздо быстрее реагирует на изменение входного напряжения, чем любой биполярный, имеющий сопоставимые номинальные значения напряжения и тока.

Одним следствием этого хорошего высокочастотного отклика является то, что в некомпетентно спроектированной схеме MOSFET
устройства могут вспыхнуть колебаниями на чрезвычайно высокой частоте, как только подается напряжение шины питания.





В хорошо спроектированной схеме МОП-транзистор, скорее всего,
окажется более надежным в использовании,
Чем БПТ, поскольку он не страдает от теплового разгона, а его рабочие характеристики
свободны от какой-либо вторичной области пробоя, см. Рисунок 7.20 по сравнению с Рисунком 7.12.

Это экономит пространство и расходы, избегая необходимости в сложной схеме защиты выходного транзистора.

Комплементарная пара из них также, как отмечено выше, гораздо более симметрична
особенно на высоких частотах - чем пара транзисторов NPN/PNP.




Однако основным качеством, которое делает MOSFET привлекательными для разработчиков аудиоусилителей, является его высокая эффективная полоса, которая может находиться в районе 100 МГц.

Скорость отклика любого MOS-устройства в основном контролируется временем, которое требуется емкости, присущей затворному электроду, чтобы зарядиться до целевого напряжения через конечное сопротивление (или
ограничение тока), налагаемое схемой драйвера.