Как звучат усилители на мосфетах

Как звучат усилители на мосфетах

• ОСНОВОПОЛАГАЮЩАЯ СХЕМОТЕХНИКА
• КОНЦЕПЦИЯ HIGH-END ЗВУКА
• HI-END УСИЛИТЕЛЬ УСТРОЙСТВО | ЦЕНА
• АКУСТИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ
• КАРТА САЙТА
• О КОМПАНИИ & КОНТАКТЫ

Многие любители высококачественного звуковоспроизведения оценивают усилитель на полевых MOSFET транзисторах на уровне ламповых и даже выше, мотивируя, что по сравнению с усилителями на биполярных транзисторах они выдают более красивое — «мягкое / ламповое» звучание, создают меньше искажений и устойчивы к долговременной перегрузке. Они превосходят классические ламповые усилители, как по коэффициенту демпфирования, так и по передаче низких и высоких частот. Частота среза таких усилителей (без ООС) значительно выше, чем у каскодного усилителя на биполярных транзисторах, что благоприятно сказывается на искажениях.

Управление выходным током у полевых MOSFET транзисторов осуществляется входным напряжением, благодаря этому быстродействие в режиме коммутации достаточно высокое, так как основных носителей заряда в цепи затвора нет. В результате упрощается общая схема включения, по сравнению с биполярным транзистором.

Ничтожно маленький управляющий ток затвора транзистора способствует установлению высокого входного сопротивление, что даёт возможность применять разделительно — переходной конденсатор очень маленькой и качественной ёмкости, это удешевляет всю конструкцию усилителя и оказывает положительное влияние на качество звукоусиления.

Мощные полевые MOSFET транзисторы имеют меньший разброс основных параметров, чем биполярные транзисторы, что как бы облегчает их параллельное включение и уменьшает общее выходное сопротивление усилителя мощности (без ООС). Но на практике, это не всегда так (см. ниже).

Высокая температурная стабильность, малая мощность управления, слабая подверженность к пробою, самоограничение тока стока, высокое быстродействие в режиме коммутации, малый уровень шума — это основные преимущества полевых MOSFET транзисторов перед вакуумными приборами и биполярными транзисторами.

С практической точки зрения выявляются существенные недостатки MOSFET транзисторов, которые ограничивают их применение в мощных усилительных выходных каскадах.

Отказ от применения мощных полевых MOSFET транзисторов (в звуковых каскадах) в пользу мощных биполярных транзисторов.

Мощный MOSFET транзистор нуждается в постоянной защите затвора шумными стабилитронами, при установке которых, дополнительный шум стабилитрона добавляется в звуковой сигнал, что частично нейтрализует их достоинства и приводит к необратимой деградации звукового сигнала.

Некоторые MOSFET транзисторы (к примеру HITACHI) имеют встроенные в корпус стабилитроны. Такой транзистор автоматически термостабилизирован, что значительно упрощает схему включения, но качество звука оставляет желать лучшего.

У мощного MOSFET транзистора при больших стабильно — постоянных токах потребления (класса «А») возникают искажения термического происхождения (на частотах ниже 100 Гц), это способствует развитию динамической компрессии звука и добавляет «инертность» в звучание.
Конечно можно мотивировать — биполярные транзисторы также имеют термо искажения. Но надо признать, их основные выбросы находятся за пределами диапазона слышимости, где вероятность воздействия на проходной сигнал значительно сокращается.

В сигнальных цепях затворов мощных полевых транзисторов необходимо применять антизвонные резисторы, которые ликвидируют разброс токов при переключении транзисторов и исключают их задержки при включении | выключении. Такое очевидное и правильное схемное решение снимает проблему полностью. В следствии этого получаем, усиленный этим транзистором негативный шум антизвонного резистора и звук приобретает дополнительную инертность.
Это явление (шум резистора при протекании электрического тока) доказано ещё сто лет назад теоремой «Котельникова — Найквиста». Об этой фундаментальной теореме как-то сразу многие забыли или не хотят знать, пологая, что рекламная популярность MOSFET транзисторов легко изменит физику тока/напряжения.

Большие индуктивности в цепи истока мощного мосфета, плюс паразитные ёмкости между затвором одного транзистора и истоком другого могут разрушить сигнал до неузнаваемости. Сильный разброс входных ёмкостей MOSFET транзисторов и неравенство пороговых напряжений вызывают разброс транзисторов по протекающему току, что исключает их параллельное применение. Следовательно необходимо эмитировать выходное сопротивление в усилителях мощности обратными связями и ставить истоковые резисторы, что негативно влияет на звук и противоречит нашей концепции.

В последствии практических экспериментов выявлено, мощный MOSFET транзистор имеет только одно преимущество — простота применения и чуть более линейные показания приборов. Однако не надо забывать, наше ухо нелинейно и усилитель изготовлен не для приборов, а для ушей и головы. Лучше один раз услышать, чем десять раз измерить.

Вот одни из лучших (список неполный) мощных IGBT и MOSFET транзисторов с которыми провели тест (в порядке убывания качества звука): EC10N20, ECW20N20, BUZ900, SPP03N60S5, 2SK956, 2SK1529, GT20D10, 2SK1530, 2SK1058, IRFP240, IRFP150.

Для любителей MOSFET транзисторов отметим, лучшие звуковые способности демонстрируют высокоскоростные транзисторы с маленькой входной/проходной ёмкостью. Но, многие высокоскоростные транзисторы могут спровоцировать резкость на СЧ/Вч. Отличные результаты звукопередачи можно получить на карбид кремниевых полупроводниках фирмы «Infineon». Мягко и красиво играют звуковые серии фирмы «FUJI». MOSFET транзисторы «IRF, IRFP» совсем непригодны для достижения высококачественного звука, но для экспериментов очень даже неплохо.

При всем том мощный биполярный транзистор «MJL21194» всегда и везде лучше всех, так как он способен пропустить относительно большой управляющий ток через переход база-эмиттер. Этот технический недостаток биполярного транзистора создаёт дополнительный поток энергии в n-p переходе, с характерными особенностями режима класса «А». Совершенно естественно, общее звучание приобретает дополнительную динамику и имеет искажения звука исключительно низких порядков, которые хорошо маскируются основным звуковым сигналом и незаметны на слух. Также этими искажениями обусловлена природная нелинейность биполярного транзистора и лампы, которая достаточно точно эмитирует нелинейность нашего слуха, и отсутствие этих искажений воспринимается как ненатуральность и резкость звука. Полевые транзисторы переключаются с высокой скоростью выдавая всплеск искажений высоких порядков, которые несовместимы с нашим слухом.

Полевой транзистор работает без утечки постоянного тока в затворе, что лишает звуковой сигнал мощной | «пробивной» токовой поддержки. В последствии этого процесса, слабый звуковой сигнал не имеет возможности преодолеть относительно большую ёмкость затвора, без участия мощного поднесущего постоянного тока и все гармонические составляющие звукового спектра вязнут в ёмкости затвора, это приводит к частичной потери звуковой информации.

Установлено, что MOSFET транзистор всегда звучит хуже NFET транзистора, который всё же имеет очень маленькую утечку тока в канале затвор-исток. Это явление ещё раз подтверждает вышесказанное — протекание звукового сигнала только по направлению протекания постоянно тока, что гарантирует мощную энергетическую поддержку сигнала и как следствие высокое качество звуковоспроизведения.

Короче говоря — чем больше ток утечки через базу (затвор), тем лучше звук. Ведь все хорошо знают закон проводимости «Ома», из которого вытекает — чем больше ток, тем меньше сопротивление. Однако непонятно — почему в полевом транзисторе, этот закон не будет работать? Совершено очевидно, если протекает большой ток, значит на пути сигнала нет реальных препятствий. А если тока нет, то есть «запор» или затвор.

Отметим, все MOSFET транзисторы изначально проектировались как переключатели и их электронный переход не предназначен для усиления сигнала. Выключатель — вот их прямое назначение. Только дешевизна и простота установки MOSFET транзистора обеспечивает им популярность в аудио изделиях, на которых сразу можно поставить «крест».

Всё то, что изложено выше справедливо для применения в однотактных повторителях мощности, но нет противопоказаний для использования этой концепции в других усилительных конструкциях. В двухтактных схемах все негативные явления удваиваются и добавляются процессы несовместимости транзисторов разной проводимости.

В наших изделиях применяются MOSFET транзисторы фирмы «FUJI» (только в сервисных цепях), так как они способны выдержать повышенное напряжение пробоя цепи затвор/исток, что обеспечивает им более надёжную защиту от перенапряжения на данном участке.

Лучшее сочетание вакуумных и полупроводниковых характеристик — однотактный гибридный усилитель звука.

Мы не создаём иллюзий,
Мы делаем звук живым!

Copyright © Grimmi Audio

Усилитель на полевом транзисторе. FET, MOSFET. Звуковая, низкая частота. Низкочастотный. Звук. Схема. Расчет. Применение. Рассчитать.

Скажем сразу, что мы противники построения усилителей звуковой частоты на полевых транзисторах. Обоснуем нашу точку зрения. Однако, есть специальный случай, когда без полевых транзисторов (FET, MOSFET) не обойтись. Приведем схему для этого случая.

Полевые транзисторы плохо пригодны для построения качественных усилителей.

Взглянем на формулы, определяющие зависимость тока стока полевого транзистора от напряжения затвор — исток. Хотите ли Вы, чтобы Ваш усилительный элемент обладал такими свойствами? Мы не хотим.

Вашему вниманию подборка материалов:

Практика проектирования электронных схем Искусство разработки устройств. Элементная база. Типовые схемы. Примеры готовых устройств. Подробные описания. Онлайн расчет. Возможность задать вопрос авторам

Во-первых, ток стока зависит от управляющего напряжения нелинейно. На, так называемом, линейном участке кажется, что мы имеем линейную зависимость, но это не так. Все портит зависимость тока от напряжения исток — сток. Нагруженный на резистор, полевой транзистор показывает нелинейную зависимость выходного напряжения от входного. На участке насыщения ток зависит от квадрата управляющего напряжения.

Во-вторых, рассмотрим крутизну характеристики. Это величина, определяющая коэффициент усиления транзистора. Это отношение малого приращения управляющего напряжения к полученному в результате приращению тока. Крутизна зависит от режима работы полевого транзистора. Так что говорят о крутизне при заданном режиме работы. В типичных режимах работы крутизна характеристики полевого транзистора в 50 раз меньше, чем крутизна характеристики биполярного. На самом деле крутизна характеристики оказывает небольшое влияние на коэффициент усиления законченного усилительного каскада. Но от нее зависит возможность применения (и глубина) очень эффективных для повышения качества безинерционных локальных отрицательных обратных связей.

Приведем пример. В усилителях на биполярных транзисторах самым лучшим способом получения хорошей линейности является включение резистора в цепь эмиттера. За счет большой крутизны характеристики биполярного транзистора, мы получаем глубокую отрицательную обратную связь. Для полевых транзисторов такой прием тоже применим, но намного менее эффективен из-за меньшей крутизны.

Мы в исследовательских целях собирали разные схемы усилителей на полевых и биполярных транзисторах. По своим характеристикам лучшие образцы усилителей на биполярных транзисторах в разы превосходят лучшие образцы на полевиках.

Особый случай — высокое входное сопротивление

Теперь об особом случае. Если нам нужно высокое входное сопротивление, то полевой транзистор может оказаться лучшим решением.

Приведенная схема входного усилительного каскада обладает высоким входным сопротивлением и линейна. Эффект зависимости тока стока от напряжения исток — сток устранен за счет применения каскодной схемы включения. Биполярный транзистор стабилизирует напряжение на полевом. Источником опорного напряжения для стабилизатора напряжения на биполярном транзисторе является делитель напряжения на резисторах R2, R3. Выходной сигнал снимается с резистора R4.

Резистор R5 обеспечивает напряжение на затворе равным 0. Его нужно брать возможно большего сопротивления, так как именно сопротивление этого резистора определяет входное сопротивление каскада. Можно взять 10 МОм.

Определим рабочую точку (режим работы полевого транзистора). Выберем ее на линейном участке: напряжение затвор — исток возьмем таким, чтобы ток линейно зависел от этого напряжения. Так как затвор по постоянному току у нас заземлен, то это смещение будет формироваться за счет падения напряжения на резисторе в цепи истока. Рабочая точка выбирается таким образом, чтобы во всем диапазоне входных напряжений полевой транзистор оставался на линейном участке. Выбор рабочей точки осуществляется обычно с использованием графиков зависимости тока стока от напряжения затвор- исток и напряжения сток — исток, которые приводятся в справочнике. В результате получаются [Сила тока стока в рабочей точке], [Напряжение затвор-исток в рабочей точке], [Напряжение сток-исток в рабочей точке] В любом случае потом параметры резисторов приходится немного подбирать.

[Сопротивление резистора R1, кОм] = — [Напряжение затвор-исток в рабочей точке, В] / [Сила тока стока в рабочей точке, мА]

Знак ‘минус’ нужен потому, что напряжение затвор — исток меньше нуля.

[Сопротивление резистора R3, кОм] = [Напряжение питания, В] / [Сила тока стока в рабочей точке, мА] * [Коэффициент передачи тока биполярного транзистора] / 20

[Сопротивление резистора R2, кОм] = [Сопротивление резистора R3, кОм] / ([Напряжение питания, В] / ([Напряжение сток-исток в рабочей точке, В] + [Напряжение насыщения база-эмиттер биполярного транзистора, кОм] — [Напряжение затвор-исток в рабочей точке, В]) — 1)

[Сопротивление резистора R4, кОм] = [Напряжение питания, В] / 2 / [Сила тока стока в рабочей точке, мА]

Приведенный усилитель работает с малыми сигналами. Он не может применяться для усиления больших сигналов, так как сила тока стока должна располагаться в районе 1 мА, чтобы избежать насыщения.

К сожалению в статьях периодически встречаются ошибки, они исправляются, статьи дополняются, развиваются, готовятся новые. Подпишитесь, на новости, чтобы быть в курсе.

Если что-то непонятно, обязательно спросите!
Задать вопрос. Обсуждение статьи.

Транзисторный УМЗЧ высокого качества. Усилитель мощности низкой, звуко.
Высококачественный УМЗЧ на биполярных транзисторах. Схема для сборки своими рука.

Акустическая система, акустика. Качество звукоусиливающей, звукоусилит.
Акустическая система и качество усилителей звука. Элементная база усилительной а.

Расчет теплоотвода (радиатора охлаждения) силового элемента (транзисто.
Как рассчитать систему отвода тепла от силового элемента электронной схемы.

MOSFET усилители в головных устройствах Incar серии DTA и XTA

Качество звука один из главных параметров, на который мы ориентируемся при выборе автомобильной магнитолы. Безусловно, внешний усилитель дает значительный прирост громкости и качества, но такой вариант в силу больших дополнительных расходов подходит не всем и не всегда. Что же остается в таком случае? Конечно, использовать ресурсы самой магнитолы, которая, как правило имеет встроенный усилитель мощности. Не секрет, что параметры встроенного усилителя далеко не космос, но и они оказывается могут различаться у разных производителей магнитол.

Обычно, мы читаем в паспорте головного устройства — Мощность 4 х 50 ватт. Это максимальная мощность и она не имеет никакого отношения к реальной мощности которая идет на колонки. Значение имеет какая микросхема Усилителя Низкой Частоты (УНЧ) установлена в данном конкретном устройстве. По большому счету существует не так уж много видов УНЧ, используемых в автомобильных магнитолах. Самая простая и распространенная микросхема TDA 7388, она ставится в большинство дешевых магнитол, имеет максимальную мощность 4 х 40 ватт и номинальную 4 х 25 ватт с КНИ (коэффициент нелинейных искажений) 10%, то есть слушать на максимальной нагрузке в 25 ватт этот звук будет некомфортно.

В штатных головных устройствах Incar серии DTA и XTA используется чип, сделанный по технологии MOSFET. Эта микросхема меньше греется, у нее на одной подложке расположены транзисторы двух видов: полевой и биполярный. Что позволяет уменьшить паразитные шумы и исключить помехи высокой частоты. Чипы, которые изготавливаются по MOSFET-технологии и имеют оптимальное соотношение сигнал/шум. Заявленные 4х80 Вт при нагрузке 2 Ом, это, конечно же, маркетинг, но характеристики данные в паспорте устройства обещают 55 Вт на канал непрерывной мощности RMS, а это уже вполне серьезно. При нагрузке 4 Ом мы имеем, соответственно 4х50 Вт максимальной мощности и 4х30Вт/4Oм 14.4В, 1КГц, 10 %.

Таким образом, приобретая штатное головное устройство Incar, даже при подключении к штатной акустике, вы получаете серьезный выигрыш в качестве звука, благодаря использованию лучшего на сегодня Усилителя Низкой Частоты TDA 7850 MOSFET. Он прекрасно согласуется с 2-омными акустическими системами, имеет низкий уровень паразитных шумов, высокий показатель соотношения сигнал/шум, который соответствует классу HI-FI. Дает насыщенную звуковую картину и отличное звучание.

Другие новости

Компания Интро представляет более 100 видов кабелей для подключения мультимедийных устройств UMS к штатным разъемам автомобиля.

14 декабря 2022

Incar представляет «народную» линейку мультимедийных комплексов серии City (ADF), разработанных в том числе, для популярных отечественных автомобилей в начальных комплектациях.

11 октября 2022

Серия мультимедийных головных устройств ANB представляют собой систему с сенсорным монитором на процессоре Cortex-A7 Quad core 1.3 GHz под управлением операционной системы Android.

MOSFET УСИЛИТЕЛЬ

Мало кто знает, что такое Мосфет, но почти все слышали, что это есть очень хорошо. Давайте сначала разберёмся с этим словом. MOSFET — английское сокращение от metal-oxide-semiconductor field effect transistor. Структура его состоит из металла и полупроводника, разделённых слоем диоксида кремния (SiO2). В общем случае структуру называют МДП (металл — диэлектрик — полупроводник).

Транзисторы на основе таких структур, в отличие от биполярных, управляются напряжением, а не током и называются униполярными транзисторами, так как для их работы необходимо наличие носителей заряда только одного типа. Высокая температурная стабильность, малая мощность управления, слабая подверженность к пробою, самоограничение тока стока, высокое быстродействие в режиме коммутации, малый уровень шума — это основные преимущества полевых MOSFET транзисторов перед радиолампами и биполярными транзисторами.

Большинство любителей высококачественного звуковоспроизведения оценивают усилитель на полевых MOSFET транзисторах на очень высоком уровне, практически как и ламповых, ведь по сравнению с усилителями на обычных биполярных транзисторах они выдают более мягкое звучание, создают меньше искажений и устойчивы к перегрузке. MOSFET превосходят классические ламповые усилители, как по коэффициенту демпфирования, так и по передаче низких и высоких частот. Частота среза таких усилителей значительно выше, чем у усилителя на биполярных транзисторах, что благоприятно сказывается на звуке.

Мощные полевые MOSFET транзисторы имеют меньший разброс основных параметров, чем биполярные транзисторы, что как бы облегчает их параллельное включение и уменьшает общее выходное сопротивление усилителя мощности.

Схема простого MOSFET усилителя

Параметры усилителя

• Выходная мощность (RMS): 140 Вт при нагрузке 8 Ом, 200 Вт на 4 Ом.
• Частотный диапазон: 20 Гц — 80 кГц -1dB.
• Входная чувствительность: 800 mV при мощности 200 Вт на 4 Ом.
• Искажения:
• Соотношение сигнал/шум: > 102dB невзвешенных, 105 дБ (A-взвешенное с учетом 200 Вт на 4 Ом).

На рисунке показана схема одного из самых простых УМЗЧ с применением полевых транзисторов этого типа в выходном каскаде. А мощность его составляет целых 200 ватт! Этот усилитель мощности MOSFET подходит для многих целей, таких как мощный концертный гитарник или домашний кинотеатр. Усилитель имеет хороший диапазон частот — от 1 дБ 20 Гц до 80 кГц. Коефициент искажений менее 0,1% при полной мощности, а соотношение сигнал/шум лучше, чем -100 dB. Дальнейшее упрощение возможно за счёт применения ОУ в предусилительном каскаде.

Вся конструкция УНЧ размещена в небольшом алюминиевом корпусе. Питается схема от простого двухполярного выпрямителя с тороидальным трансформаторомна 250 ватт. Обратите внимание, что на фото показан моноблок — то есть одноканальный усилитель, так как он собран для электрогитары.

Радиатор применён из черного анодированного алюминиевого профиля. Корпус имеет длинну 300 мм и снабжен сзади 80 мм вентилятором охлаждения. Вентилятор работает постоянно, поэтому радиатор всегда прохладный, даже при максимальной мощности (или, по крайней мере, несколько выше температуры окружающей среды).

Originally posted 2018-10-09 17:13:44. Republished by Blog Post Promoter