MOSFE công suất cho ứng dụng chuyển đổi có thể được sử dụng như một bộ khuếch đại tuyến tính không?

Các MOSFET điện hiện nay có mặt khắp nơi và khá rẻ cũng được bán lẻ. Trong hầu hết các bảng dữ liệu, tôi thấy các MOSFE công suất được xếp hạng để chuyển đổi, mà không đề cập đến bất kỳ loại ứng dụng tuyến tính nào.

Tôi muốn biết liệu các loại MOSFET này có thể được sử dụng làm bộ khuếch đại tuyến tính hay không (tức là trong vùng bão hòa của chúng).

Xin lưu ý rằng tôi biết các nguyên tắc cơ bản mà MOSFET hoạt động và các mô hình cơ bản của chúng (AC và DC), vì vậy tôi biết rằng MOSFET "chung" có thể được sử dụng cả như một công tắc và như một bộ khuếch đại (với "chung", ý tôi là loại thiết bị bán lý tưởng mà người ta sử dụng cho mục đích giáo khoa).

Ở đây tôi quan tâm đến những cảnh báo thực tế có thể có cho các thiết bị thực tế có thể bị bỏ qua trong sách giáo khoa đại học EE cơ bản.

Tất nhiên tôi nghi ngờ rằng việc sử dụng các bộ phận như vậy sẽ không tối ưu (nhiễu ít hơn? Độ tuyến tính kém hơn?), Vì chúng được tối ưu hóa để chuyển đổi, nhưng có những vấn đề tinh tế có thể phát sinh bằng cách sử dụng chúng làm bộ khuếch đại tuyến tính có thể làm tổn hại các mạch khuếch đại đơn giản ( ở tần số thấp) từ đầu?

Để cung cấp thêm ngữ cảnh: là một giáo viên ở trường trung học, tôi muốn sử dụng các bộ phận rẻ tiền như vậy để thiết kế các mạch khuếch đại mô phạm rất đơn giản (ví dụ: ampe âm thanh lớp A - một vài watt tối đa) có thể được đặt trên bảng (và có thể được xây dựng trên ma trận PCB bởi các sinh viên tốt nhất). Một số phần tôi có (hoặc tôi có thể có) với giá rẻ có sẵn, ví dụ, bao gồm BUK9535-55A và BS170 , nhưng tôi không cần lời khuyên cụ thể cho hai, chỉ cần một câu trả lời chung về vấn đề có thể WRT những gì tôi đã nói trước đó.

Tôi chỉ muốn tránh một số loại "Này! Bạn không biết rằng chuyển đổi năng lượng mos có thể làm điều này và điều này khi được sử dụng như các ampe tuyến tính?!?" tình huống đứng trước một mạch chết (chiên, dao động, chốt, ... hoặc bất cứ điều gì)!

Tôi đã có một câu hỏi tương tự. Từ việc đọc ghi chú ứng dụng và các slide thuyết trình của các công ty như International Rectifier, Zetex, IXYS:

• Bí quyết là trong việc truyền nhiệt. Trong khu vực tuyến tính, một MOSFET sẽ tản nhiệt nhiều hơn. Các MOSFET được chế tạo cho vùng tuyến tính được thiết kế để truyền nhiệt tốt hơn.
• MOSFE cho một vùng tuyến tính có thể sống với điện dung cổng cao hơn

Ghi chú ứng dụng IXYS IXAN0068 ( phiên bản bài viết trên tạp chí )
Ghi chú ứng dụng Fairchild AN-4161

Các Spirito Hiệu lực thi hành , đó là một sự bất ổn nhiệt gây ra bởi thực tế là điện áp ngưỡng có hệ số nhiệt độ âm, thường là nhiều hơn một vấn đề trong MOSFETs mới là.$V_{TH}$

Ở điện áp vượt mức cao (vượt mức ), MOSFET không có sự mất ổn định nhiệt vì điện trở kênh của chúng có hệ số nhiệt độ dương. Điều này gây ra chia sẻ hiện tại tốt giữa các thiết bị. Tuy nhiên, ở mức quá thấp, việc chia sẻ hiện tại kém vì điện áp ngưỡng có tempco âm. Trong trường hợp phù hợp, điều này dẫn đến sự mất ổn định nhiệt. V T $V_{OV}=V_{GS}-V_{TH}$$V_{TH}$

Các MOSFET mới (thường được tối ưu hóa để chuyển đổi, bởi vì đó là thị trường) có dòng điện dưới ngưỡng cao hơn nhiều - nói cách khác, ở điện áp vượt mức thấp, chúng mang nhiều dòng điện hơn và tản nhiệt nhiều hơn. Một cách khác để nói điều này là: tại các dòng điện thực tế cho các bộ khuếch đại tuyến tính, ngay cả khi chạy các ampe kế hiện tại, các MOSFET mới hơn cần rất ít quá mức (một chế độ thể hiện sự không ổn định nhiệt), không giống như tổ tiên của chúng cần rất nhiều quá mức (một chế độ với ổn định nhiệt lớn).

Do đó, ngay cả khi các MOSFET mới hơn được đặt trong cùng các gói có cùng khả năng loại bỏ nhiệt, chúng vẫn sẽ có các SOA nhỏ hơn (Vùng vận hành an toàn). Làm phức tạp thêm vấn đề, như một quy tắc chung, hầu hết các bảng dữ liệu của bóng bán dẫn không có các đường cong chính xác của SOA.

Khi sử dụng các MOSFET mới hơn, hãy thiết kế với lề rộng (ví dụ: MOSFET nhìn thấy 200V có thể được chỉ định là 400V) và đừng mong đợi chúng giữ được các đường cong dữ liệu của chúng trừ khi bạn kiểm tra chúng.

Có, bạn có thể sử dụng các MOSFET điện dành cho việc chuyển đổi các ứng dụng trong vùng tuyến tính của chúng, nhưng đây không phải là những gì tôi khuyên dùng cho mục đích của bạn.

Bám sát các BJT cho các bộ khuếch đại trình diễn. Lý do là các yêu cầu thiên vị của chúng có thể dự đoán được nhiều hơn về điện áp, và do đó dễ dàng tạo ra các mạch để phân cực chúng một cách hữu ích.

MOSFE có sự thay đổi một phần đáng kể của một phần trong điện áp ngưỡng cổng, đó là điện áp cổng tại đó một dV nhỏ gây ra sự thay đổi đầu ra lớn nhất. Với các FET dành cho chuyển đổi, mong muốn giảm thiểu vùng chuyển đổi này, nhưng đối với hoạt động tuyến tính, bạn muốn nó được trải ra. Nói cách khác, bạn muốn một số "sự tha thứ" trong điện áp cổng. Chuyển đổi FET có thể cung cấp cho bạn ít hơn. Thiết kế để thiên vị các FET như vậy trong vùng tuyến tính của chúng cuối cùng rất bi quan, thường có điện trở nguồn lớn hơn so với cách bạn sử dụng, chỉ để có được một số dự đoán.

Nó có thể được thực hiện, nhưng mạch bổ sung để đặt điểm thiên vị, có thể với phản hồi DC có chủ ý bổ sung, sẽ làm mất đi các khái niệm khác về thiết kế bộ khuếch đại, trừ khi đó là điều bạn muốn dạy. Tuy nhiên, có vẻ như bất kỳ bộ khuếch đại nào đã là một sự kéo dài cho các sinh viên, vì vậy việc thêm vào sự phức tạp này có thể làm cho toàn bộ điều không thể vượt qua đối với họ.

Đầu tiên, hãy hiểu thuật ngữ này. Một bóng bán dẫn chuyển đổi lý tưởng là luôn luôn bị cắt hoặc bão hòa, cho dù đó là lưỡng cực hay FET. Là một vấn đề thực tế, quá trình chuyển đổi phải đi qua khu vực tuyến tính. Các FET có độ phức tạp tăng thêm: vùng điện trở cho các giá trị nhỏ của điện áp nguồn thoát. Hơn nữa, đặc tính truyền thô của FET là bậc hai, không tuyến tính. Khi được chuyển đổi, FET sẽ nhanh chóng bão hòa và nếu mạch ngoài được thiết kế chính xác, điện áp nguồn thoát sẽ nhanh chóng trượt xuống mức một volt. Tại thời điểm đó, nó sẽ ở trong vùng điện trở, nhưng nó cũng sẽ, quan trọng hơn, được bão hòa. Vì vậy, ví dụ, nếu bạn đổ 5 ampe, công suất tiêu tán trong FET sẽ vào khoảng 5 watt.

Bạn muốn sử dụng bóng bán dẫn trong một mạch bị sai lệch trong khu vực tuyến tính. Để rõ ràng, đây là tất cả về các mạch bên ngoài. Một khối tăng là một khối tăng. Không có vấn đề gì dù đó là BJT, FET, MOSFET hay op amp. Điều duy nhất bạn mất bằng cách sử dụng một bóng bán dẫn chuyển đổi là thông số kỹ thuật của nhà sản xuất để đạt được và dịch pha theo tần số. Đối với một công tắc, bạn không quan tâm, vì vậy chúng giúp bạn dễ dàng bằng cách xử lý dữ liệu thành tham số thời gian chuyển thay vì tham số tần số.

Nếu bạn đang cố gắng sản xuất bộ khuếch đại, bạn sẽ quan tâm, nhưng bạn chỉ đang chứng minh cho một đám trẻ xanh, vì vậy bạn cũng không quan tâm đến đáp ứng tần số. Một bóng bán dẫn chuyển đổi tạo ra một khối khuếch đại hoàn toàn tốt, đặc biệt là đối với đầu ra vài watt đã nêu của bạn - bạn có thể lái một loa nhỏ với amp op thông thường vì lợi ích tốt!

Bạn thực sự không cần phải lo lắng về xu hướng: ghép tín hiệu đầu vào của bạn với một tụ điện nhỏ. Lớp cơ bản của bạn Một bộ khuếch đại tín hiệu nhỏ với đường ray 30 volt sẽ là:

1. Một bộ chia điện áp đặt độ lệch, giả sử đường ray 200K đến cổng và cổng 100k xuống đất. Điều này cung cấp cho bạn một 10 volt tĩnh tại nút cổng của bạn.
2. Kết hợp đầu vào của nút cổng với một tụ điện.
3. Đặt một điện trở từ nguồn xuống đất - điều này kiểm soát độ lệch dòng thoát của bạn. Sử dụng, giả sử .5k để cung cấp dòng thoát tĩnh 20mA - dễ dàng chịu đựng bởi bất kỳ bóng bán dẫn điện nào.
4. Đặt một điện trở 100ohm nối tiếp với cuộn dây loa 8ohm danh nghĩa của bạn - hãy nhớ rằng, loa phản ứng với những thay đổi trong dòng điện, không phải điện áp - cuộn dây của nó tạo ra một từ trường khác nhau trong trường thiên vị.
5. Các bóng bán dẫn sẽ nhận bất cứ sự tiêu tán năng lượng nào không được mang theo bởi các tải khác - tối đa 400 mW.

6. Đặc tính truyền tín hiệu nhỏ của bạn sẽ là:

   $$V_\text{drain} = 30-\frac{v*G*108}{500} = 30-\frac{v*G}{5}$$

Trong đó v là điện áp tín hiệu cực đại đến cực đại của bạn, G là độ dẫn điện của bóng bán dẫn và các giá trị khác là điện áp đường ray và điện trở tải. Nếu bạn muốn có được sự ưa thích, hãy làm việc theo độ tự cảm của cuộn dây loa và bạn sẽ thấy một vòng tròn thay vì đường tải trên sơ đồ IV.

Thay đổi các thành phần bên ngoài tại niềm vui của bạn. Đơn giản, và không vô nghĩa. Hãy chắc chắn để nhấn mạnh cho trẻ em của bạn bản chất không liên quan của khối đạt được. Thông số kỹ thuật chỉ quan trọng đối với kiểm soát chất lượng sản xuất, nhưng đối với một lần hack, mọi thứ đều hoạt động.