क्या स्विचिंग एप्लिकेशन के लिए एक शक्ति MOSFET का उपयोग रैखिक एम्पलीफायर के रूप में किया जा सकता है?


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पावर MOSFETs आजकल सर्वव्यापी हैं और खुदरा में भी काफी सस्ते हैं। अधिकांश डेटाशीट में मैंने देखा कि बिजली MOSFET किसी भी प्रकार के रैखिक अनुप्रयोगों का उल्लेख किए बिना, स्विचिंग के लिए रेटेड हैं।

मैं यह जानना चाहता हूं कि क्या इस प्रकार के MOSFETs का उपयोग रैखिक प्रवर्धक (यानी उनके संतृप्ति क्षेत्र में) के रूप में भी किया जा सकता है।

कृपया ध्यान दें कि मैं उन मूल सिद्धांतों को जानता हूं जिन पर MOSFETs काम करता है और उनके मूल मॉडल (AC और DC), इसलिए मुझे पता है कि "सामान्य" MOSFET को स्विच के रूप में और एम्पलीफायर के रूप में ("जेनेरिक" के साथ) उपयोग किया जा सकता है। अर्ध-आदर्श उपकरण का एक प्रकार जो उपचारात्मक उद्देश्यों के लिए उपयोग करता है)।

यहां मैं व्यावहारिक उपकरणों के लिए वास्तविक संभावित कैविट्स में रुचि रखता हूं, जिन्हें मूल ईई विश्वविद्यालय की पाठ्यपुस्तकों में छोड़ दिया जा सकता है।

बेशक, मुझे संदेह है कि ऐसे भागों का उपयोग करने से सबप्टिमल (नॉइज़ियर? कम लाभ? बदतर रैखिकता?) हो जाएगा, क्योंकि वे स्विचिंग के लिए अनुकूलित हैं, लेकिन क्या सूक्ष्म समस्याएं हैं जो उन्हें रैखिक एम्पलीफायरों के रूप में उपयोग करके उत्पन्न हो सकती हैं जो सरल एम्पलीफायर सर्किट से समझौता कर सकते हैं (? कम आवृत्ति पर) शुरू से?

अधिक संदर्भ देने के लिए: एक हाई स्कूल में एक शिक्षक के रूप में मुझे ऐसे सरल भागों को उपयोग करने का प्रलोभन दिया जाता है जो बहुत ही सरल प्रबोधक एम्पलीफायर सर्किट (जैसे वर्ग ए ऑडियो एम्प्स - एक दो वाट अधिकतम) का डिज़ाइन करते हैं, जिसे ब्रेडबोर्ड किया जा सकता है (और संभवतः बनाया गया मैट्रिक्स पीसीबी सर्वश्रेष्ठ छात्रों द्वारा)। कुछ हिस्से जो मेरे पास (या मेरे पास हो सकते हैं) सस्ते में उपलब्ध हैं, उदाहरण के लिए, BUK9535-55A और BS170 शामिल हैं , लेकिन मुझे उन दोनों के लिए विशिष्ट सलाह की आवश्यकता नहीं है, बस संभावित समस्याओं के बारे में एक सामान्य जवाब जो मैंने पहले कहा था।

मैं बस किसी तरह से बचना चाहता हूं "अरे! क्या आप नहीं जानते कि स्विचिंग पावर मस्जिद ऐसा कर सकती है और यह बात जब रैखिक एम्प्स का उपयोग किया जाता है?" एक मृत (तली हुई, दोलन, कुंडी, ... या जो भी) सर्किट के सामने खड़े होने की स्थिति!


अच्छा व्यवहार प्राप्त करना संभवतः एक ऑप amp का उपयोग करने की आवश्यकता होती है जो ट्रांजिस्टर के पिछले बिंदु से प्रतिक्रिया लेता है, लेकिन दोलन को रोकने के लिए कुछ सर्किटरी भी शामिल करता है। ए क्लास एम्पलीफायर कुछ कठिनाइयों का कारण बन सकता है क्योंकि यहां तक ​​कि ट्रांजिस्टर को पूरी तरह से बंद करने से आउटपुट में बहुत तेजी से वृद्धि नहीं होगी, और एक वर्ग बी एम्पलीफायर कुछ कठिनाइयों को रोक सकता है यदि कोई बुरा शूट-थ्रू धाराओं से बचना चाहता है। जैसा कि आप वर्णन करते हैं, शक्ति MOSFETs का उपयोग करके अच्छे परिणाम प्राप्त करना संभव है, लेकिन वास्तव में अच्छी तरह से काम करने के लिए सामान प्राप्त करने की कोशिश करना "शैक्षिक" हो सकता है। बेशक, अगर यह बात है ...
सुपरकैट

@ Supercat मैं HiFi स्तर के विरूपण पर लक्ष्य नहीं कर रहा हूँ। बस कुछ सरल सर्किट जो दिखा सकते हैं कि एक एमओएसएफईटी वास्तव में सिग्नल को बढ़ा सकता है (उसी तरह आप बीसी 337 जैसे जेलीबीन बीजीटी के साथ कर सकते हैं या 4 रेज़र सीई सर्किट में समान है, बस एक सादृश्य आकर्षित करने के लिए)। ऑडियो बैंड छात्रों के लिए अच्छा है क्योंकि वे इनपुट में अपने iPOD या iWhatever के आउटपुट को प्लग कर सकते हैं और ध्वनि को थोड़ा स्पीकर में सुन सकते हैं (यह इसे एक गुंजाइश पर देखने की तुलना में ठंडा है - औसत छात्र के साथ हां यह इस तरह काम करता है !)। हां, मुझे पता है कि मैं बहुत ही कम तकनीकी संदर्भ का वर्णन कर रहा हूं।
लोरेंजो डोनाटी ने मोनिका का समर्थन

@supercat अन्य बिंदुओं के लिए BTW धन्यवाद, बस चीजों की तरह मैं जानना चाहता था। बस एक सवाल: "शूट-थ्रू करंट्स" शब्द का क्या मतलब है? क्या आप का मतलब है कि धार धारियों को गेट कैपेसिटेंस को चार्ज करने की आवश्यकता होती है?
लोरेंजो डोनाटी मोनिका का समर्थन

एक वर्ग बी एम्पलीफायर में, एक ट्रांजिस्टर में आउटपुट उच्च ड्राइविंग का काम होगा, और दूसरे में इसे कम चलाने का काम होगा। शूट-थ्रू करंट वे हैं जो दोनों ट्रांजिस्टर से होकर गुजरते हैं।
सुपरकैट

@supercat आह! ठीक है धन्यवाद! अब बिल्कुल साफ! मैं उस के लिए अंग्रेजी शब्द नहीं जानता था।
लोरेंजो डोनाटी मोनिका

जवाबों:


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मेरा भी ऐसा ही सवाल था। अंतर्राष्ट्रीय रेक्टिफायर, ज़ेटेक्स, IXYS जैसी कंपनियों द्वारा एप्लिकेशन नोट्स और प्रस्तुति स्लाइड पढ़ने से:

  • चाल गर्मी हस्तांतरण में है। रैखिक क्षेत्र में, एक MOSFET अधिक गर्मी का प्रसार करेगा। रैखिक क्षेत्र के लिए किए गए MOSFET को बेहतर गर्मी हस्तांतरण के लिए डिज़ाइन किया गया है।
  • एक रेखीय क्षेत्र के लिए MOSFET उच्च फाटक समाई के साथ रह सकता है

IXYS ऐप नोट IXAN0068 ( पत्रिका लेख संस्करण )
फेयरचाइल्ड ऐप नोट AN-4161


(+1) शानदार! धन्यवाद! बस मुझे जानकारी चाहिए! मुझे संदेह था कि विश्वविद्यालय की किताबें (कम से कम जिन्हें मैंने पढ़ा है) ने पूरी कहानी नहीं बताई!
लोरेंजो डोनाटी मोनिका का समर्थन

मैं कमोबेश यही पोस्ट करने वाला था। फेयरचाइल्ड ऐप नोट एक अच्छा स्रोत है।
gsills

@gsills वास्तव में दिलचस्प सामग्री, वास्तव में!
लोरेंजो दोनाती ने 21

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Spirito प्रभाव है, जो एक थर्मल तथ्य यह है कि सीमा वोल्टेज की वजह से अस्थिरता है एक नकारात्मक तापमान गुणांक है, नए MOSFETs में एक समस्या का आम तौर पर अधिक है।VTH

उच्च ओवरड्राइव वोल्टेज में (ओवरड्राइव ), MOSFETs की कोई थर्मल अस्थिरता नहीं है क्योंकि उनके चैनल प्रतिरोध में एक सकारात्मक तापमान गुणांक है। यह उपकरणों के बीच अच्छी वर्तमान साझेदारी का कारण बनता है। कम ओवरड्राइव पर, वर्तमान शेयरिंग खराब है क्योंकि थ्रेशोल्ड वोल्टेज वी टी एच में एक नकारात्मक टेम्पो है। सही परिस्थितियों में, यह थर्मल अस्थिरता की ओर जाता है।VOV=VGSVTHVTH

नए MOSFETs (आमतौर पर स्विच करने के लिए अनुकूलित, क्योंकि यही वह जगह है जहां बाजार है) में बहुत अधिक सबथ्रेशल्ड धाराएं हैं - दूसरे शब्दों में, कम ओवरड्राइव वोल्टेज पर, वे अधिक वर्तमान ले जाते हैं और अधिक गर्मी को नष्ट कर देते हैं। यह कहने का एक और तरीका है: धाराओं में जो रैखिक एम्पलीफायरों के लिए व्यावहारिक हैं, यहां तक ​​कि वर्तमान के amps चलाने के बावजूद, नए MOSFETs को बहुत कम ओवरड्राइव (थर्मल अस्थिरता को प्रदर्शित करने वाला एक नियम) की आवश्यकता होती है, उनके पूर्वजों के विपरीत, जिन्हें ओवरड्राइव की बहुत आवश्यकता होती है (एक शासन के साथ महान थर्मल स्थिरता)।

इस प्रकार, भले ही नए MOSFET को समान ताप हटाने की क्षमता वाले एक ही पैकेज में रखा गया हो, फिर भी उनके पास छोटे SOAs (सुरक्षित ऑपरेटिंग क्षेत्र) होंगे। इस मामले को और उलझाते हुए, एक सामान्य नियम के रूप में, अधिकांश ट्रांजिस्टर के डेटशीट में सटीक SOA वक्र नहीं होते हैं।

नए MOSFETs का उपयोग करते समय, विस्तृत मार्जिन (जैसे, एक MOSFET जो 200V देखता है, 400V के लिए विशिष्ट हो सकता है) के साथ डिज़ाइन करें और जब तक आप उन्हें परीक्षण नहीं करते, तब तक उनकी डेटाशीट SOA कर्व्स तक रखने की अपेक्षा न करें।


क्या आप "सबथ्रेशोल्ड धाराओं" और "स्पिरिटो इफेक्ट" के बारे में कुछ लिंक या अतिरिक्त जानकारी प्रदान करना पसंद करेंगे? मैंने कभी उन शर्तों को नहीं सुना। जबकि मैं अनुमान लगा सकता हूं कि पूर्व का संदर्भ क्या है, मैं बाद के बारे में पूरी तरह से स्पष्ट हूं।
लोरेंजो दोनाती

हां, शायद कम ही लोग जानते होंगे कि स्प्रिटो इफेक्ट क्या है, कम से कम नाम से। लेकिन एप्लिकेशन टिप्पणी an4161 देख
gsills

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VOV=VGSVTHVTH

ठीक है, स्पष्टीकरण के लिए धन्यवाद! मैं सिर्फ निक द्वारा लिंक किए गए उन दस्तावेजों पर स्किम्ड हूं।
लोरेंजो डोनाटी मोनिका

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स्पिरिटो प्रभाव के बारे में अपनी टिप्पणी में आपके द्वारा जुड़े लेख को पढ़ना बेहद दिलचस्प है। यह उद्धरण उल्लेखनीय है (मेरा जोर): जेपीएल ने इस विनाश को देखा, निर्माता से बात की, और पता चला कि ऑटो उद्योग को 1997 में समस्या मिल गई थी। जेपीएल ने फिर "पुराने भागों" में उलट दिया और समस्या का विज्ञापन करने के लिए निर्माता पर भरोसा किया; हालाँकि, यह कभी नहीं हुआक्या आपने टिप्पणी में जो कहा है उसे शामिल करने के लिए अपने उत्तर को संपादित करने की परवाह करेंगे? यह एक उपयोगी सुधार होगा।
लोरेंजो दोनाती

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हां, आप अपने रैखिक क्षेत्र में अनुप्रयोगों को बदलने के लिए इच्छित बिजली MOSFETs का उपयोग कर सकते हैं, लेकिन यह वह नहीं है जो मैं आपके उद्देश्य के लिए सुझाता हूं।

प्रदर्शन एम्पलीफायरों के लिए BJTs के लिए छड़ी। कारण यह है कि उनकी पूर्वाग्रह आवश्यकताएं वोल्टेज में अधिक अनुमानित हैं, और इसलिए उन्हें उपयोगी रूप से पूर्वाग्रह करने के लिए सर्किट बनाना आसान है।

MOSFETs में गेट थ्रेशोल्ड वोल्टेज में भाग भिन्नता के लिए महत्वपूर्ण हिस्सा होता है, जो कि गेट वोल्टेज होता है जिस पर एक छोटा dV सबसे बड़ा आउटपुट परिवर्तन का कारण बनता है। स्विच करने के इरादे से FET के साथ, यह संक्रमण क्षेत्र को कम करने के लिए वांछनीय है, लेकिन रैखिक संचालन के लिए आप इसे फैलाना चाहेंगे। एक और रास्ता रखो, आप गेट वोल्टेज में कुछ "माफी" चाहते हैं। FET स्विच करना आपको कम दे सकता है। उनके रैखिक क्षेत्र में ऐसे FET को पूर्वाग्रहित करने के लिए डिज़ाइन बहुत निराशावादी होता है, आमतौर पर बड़े स्रोत प्रतिरोधों के साथ अन्यथा आप उपयोग करते हैं, बस कुछ पूर्वानुमान लगाने के लिए।

यह किया जा सकता है, लेकिन पूर्वाग्रह बिंदु सेट करने के लिए अतिरिक्त सर्किटरी, शायद अतिरिक्त जानबूझकर डीसी फीडबैक के साथ, एम्पलीफायर डिजाइन की अन्य अवधारणाओं से अलग हो जाएगा, जब तक कि निश्चित रूप से आप क्या सिखाना चाहते हैं। हालांकि, ऐसा लगता है कि कोई भी एम्पलीफायर छात्रों के लिए पहले से ही एक खिंचाव है, इसलिए इस जटिलता को जोड़ने से पूरी बात उनके लिए अभेद्य हो सकती है।


(+1) उपयोगी अंतर्दृष्टि के लिए धन्यवाद! दुर्भाग्य से मैं इस वर्ष किसी भी तरह के ईई डिजाइन नहीं सिखा रहा हूं। यह थर्मोटेक्निकल क्षेत्र में भविष्य के रखरखाव तकनीशियनों के लिए इलेक्ट्रॉनिक्स के बारे में सिर्फ एक "छाता" पाठ्यक्रम है। मैं उन्हें केवल यह समझने का लक्ष्य देता हूं कि कुछ घटक मौजूद हैं, उनके मुख्य अनुप्रयोग क्या हैं और क्यों ये अनुप्रयोग गणित की लिटलेट राशि (ओम का नियम, केसीएल, केवीएल और अनुभवजन्य विशेषता घटता) का उपयोग करके संभव हैं। डायोड को कवर करने के बाद, मैं MOSFETs पढ़ाने के लिए चला गया क्योंकि वे अपने दर्शकों को समझाने में थोड़ा आसान हैं। ...
लोरेंजो डोनाटी 21

... लैब भाग वास्तव में डिजाइन के बारे में नहीं है, लेकिन घटकों और माप उपकरणों से परिचित कराने में सहायता करता है। उन छात्रों के लिए यह महीन विवरण समझने के लिए इतना महत्वपूर्ण नहीं है, बल्कि व्यवहार में यह देखना है कि लोड लाइनों के बारे में मेरे सभी waffling केवल हाथ से लहराते या बीएस नहीं थे। दूसरे शब्दों में, यह मेरे लिए है जो सर्किट डिजाइन करेंगे, वे केवल उन्हें माउंट करेंगे और सत्यापित करेंगे कि वे व्याख्या के अनुसार काम करते हैं।
लोरेंजो दोनाती

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पहले, चलो सीधे शब्दावली प्राप्त करें। आदर्श रूप से स्विचिंग ट्रांजिस्टर या तो हमेशा कट ऑफ या संतृप्ति में होता है, चाहे वह द्विध्रुवी हो या एफईटी। एक व्यावहारिक मामले के रूप में, परिवर्तन रैखिक क्षेत्र से गुजरना होगा। एफईटी में एक जोड़ा जटिलता है: नाली-स्रोत वोल्टेज के छोटे मूल्यों के लिए प्रतिरोधक क्षेत्र। इसके अलावा, एक FET का कच्चा हस्तांतरण विशेषता द्विघात है, रैखिक नहीं। जब स्विच किया जाता है, तो एक एफईटी जल्दी से संतृप्त हो जाएगी, और अगर बाहरी सर्किट को सही ढंग से डिज़ाइन किया गया है, तो नाली-स्रोत वोल्टेज समान रूप से जल्दी से एक वोल्ट तक नीचे स्लाइड करेगा। उस बिंदु पर, यह प्रतिरोधक क्षेत्र में होगा, लेकिन यह अधिक महत्वपूर्ण बात, संतृप्त भी होगा। इसलिए, उदाहरण के लिए, यदि आप 5 एम्पों को डंप कर रहे हैं, तो एफईटी में विघटित शक्ति लगभग 5 वाट होगी।

आप एक सर्किट में ट्रांजिस्टर का उपयोग करना चाहते हैं जो रैखिक क्षेत्र में पक्षपाती है। स्पष्ट होने के लिए, यह सब बाहरी सर्किट के बारे में है। एक लाभ ब्लॉक एक लाभ खंड है। यह एक सफेद बात नहीं है कि क्या यह एक BJT, एक FET, एक MOSFET, या एक सेशन amp है। केवल एक चीज जिसे आप स्विचिंग ट्रांजिस्टर का उपयोग करके खो देते हैं, आवृत्ति के संबंध में लाभ और चरण बदलाव के लिए निर्माता विनिर्देश हैं। एक स्विच के लिए, आप परवाह नहीं करते हैं, इसलिए वे आवृत्ति पैरामीटर के बजाय स्विचिंग टाइम पैरामीटर में डेटा को संसाधित करके आपके लिए इसे आसान बनाते हैं।

यदि आप एम्पलीफायरों का निर्माण करने की कोशिश कर रहे थे, तो आप परवाह करेंगे, लेकिन आप सिर्फ हरे बच्चों के झुंड का प्रदर्शन कर रहे हैं, इसलिए आप भी आवृत्ति प्रतिक्रिया की परवाह नहीं करते हैं। एक स्विचिंग ट्रांजिस्टर एक पूरी तरह से अच्छा लाभ ब्लॉक बनाता है, विशेष रूप से आपके आउटपुट के कुछ वाटों के लिए - आप एक छोटे स्पीकर को एक सामान्य ऑप amp के साथ ड्राइव कर सकते हैं।

आपको वास्तव में पूर्वाग्रह के बारे में चिंता करने की आवश्यकता नहीं है: एक छोटे संधारित्र के साथ अपने इनपुट संकेत को जोड़े। आपका मूल वर्ग 30 वोल्ट रेल के साथ एक छोटा सिग्नल एम्पलीफायर होगा:

  1. एक वोल्टेज डिवाइडर सेटिंग पूर्वाग्रह, 200K रेल फाटक और 100k गेट से जमीन तक कहते हैं। यह आपको अपने गेट नोड पर एक quiescent 10 वोल्ट देता है।
  2. कैपेसिटर के साथ गेट नोड में इनपुट को युगल करें।
  3. स्रोत से जमीन तक एक अवरोधक रखें - यह आपके नाली के वर्तमान पूर्वाग्रह को नियंत्रित करता है। उपयोग करें, कहते हैं .5 k को 20mA का एक विद्युतीय नाली वर्तमान देने के लिए - किसी भी बिजली ट्रांजिस्टर द्वारा आसानी से स्थायी।
  4. अपने नाममात्र 8ohm स्पीकर कॉइल के साथ श्रृंखला में 100ohm रोकनेवाला रखें - याद रखें, एक स्पीकर करंट में बदलाव का जवाब देता है, न कि वोल्टेज का - इसका कॉइल पूर्वाग्रह क्षेत्र में एक अलग चुंबकीय क्षेत्र बनाता है।
  5. ट्रांजिस्टर उठाएगा जो भी शक्ति अपव्यय है जो इन अन्य भारों द्वारा नहीं किया जाता है - अधिकतम 400 mW पर।
  6. आपकी छोटी सिग्नल ट्रांसफर विशेषता होगी:

    वीनाली=30-v*जी*108500=30-v*जी5

जहां v आपके शिखर से शिखर सिग्नल वोल्टेज के लिए है, जी ट्रांजिस्टर का ट्रांसकंडक्शन है, और अन्य मान रेल वोल्टेज और लोड संतुलन हैं। यदि आप फैंसी प्राप्त करना चाहते हैं, तो स्पीकर कॉइल के इंडक्शन में काम करें और आपको IV डायग्राम पर लोड लाइन के बजाय एक सर्कल दिखाई देगा।

अपने आनंद पर बाहरी घटकों से सावधान रहें। सरल, और कोई बकवास नहीं। अपने बच्चों को लाभ ब्लॉक की अप्रासंगिक प्रकृति पर जोर देना सुनिश्चित करें। उत्पादन की गुणवत्ता नियंत्रण के लिए चश्मा ही मायने रखता है, लेकिन एक बंद हैक के लिए, कुछ भी काम करता है।


यह वास्तव में सवाल का जवाब नहीं देता है, हालांकि मैं उपयोगी informations प्रदान करने के प्रयास की सराहना करता हूं। BTW, वे बच्चे नहीं हैं, लेकिन तकनीशियन बनने के लिए सीखने वाले किशोर हैं। शब्दावली के रूप में ("... चलो सीधे शब्दावली प्राप्त करें।"), आपको यह गलत लगा, क्षमा करें। इस धागे में एक और उत्तर के लिए एक टिप्पणी के लिए मेरा जवाब देखें । इसके अलावा BJTs और MOSFETs की आउटपुट विशेषताओं की तुलना करें ।
लोरेंजो

BJTs और MOSFETs के लिए "संतृप्ति" शब्द की व्युत्पत्ति आउटपुट विशेषताओं के आकार और स्थिति से संबंधित नहीं है, लेकिन अर्धचालक के अंदर होने वाली घटनाओं के लिए है। इस प्रकार, जबकि एक BJTs को पूरी तरह से संतृप्ति में संचालित किया जाना चाहिए, एक MOSFET के लिए आपको इसे अपने ओहियो क्षेत्र में चलाना होगा। MOSFET के लिए संतृप्ति क्षेत्र एक BJT के सक्रिय क्षेत्र के अनुरूप है।
लोरेंजो डोनाटी मोनिका का

"... एफईटी का कच्चा हस्तांतरण विशेषता द्विघात है, रैखिक नहीं" यह सामान्य एफईटी के लिए सच है, न कि बिजली एमओएसएफईटी , जो अलग-अलग तकनीक हैं। यदि आप प्रश्नपत्र में दिए गए डेटाशीट लिंक को देखते हैं, तो आप देखेंगे कि प्रारंभिक घुटने के बाद स्थानांतरण विशेषता काफी रैखिक है।
लोरेंजो

"... नाली-स्रोत वोल्टेज समान रूप से जल्दी से एक वोल्ट तक नीचे स्लाइड करेगा । उस बिंदु पर, यह प्रतिरोधक क्षेत्र में होगा ..."। Vds मान जो संतृप्ति ("सक्रिय") क्षेत्र से ओमिक (प्रतिरोधक) क्षेत्र को अलग करता है, वह निश्चित नहीं है, यह ओवरड्राइव वोल्टेज पर निर्भर करता है, अर्थात वीजीएस और थ्रेशोल्ड वोल्टेज के बीच का अंतर। तो यह 1V, 4V, 0.2V या जो कुछ भी हो सकता है (Vgs स्तर और विशिष्ट FET मॉडल पर निर्भर करता है)।
लोरेंजो दोनाती
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