この投稿では、MOSFETパワーアンプ回路を設計する際に考慮しなければならないさまざまなパラメータについて説明します。また、バイポーラ接合トランジスタ(BJT)とMOSFETの特性の違いを分析し、MOSFETがパワーアンプアプリケーションに適している理由を理解します。
DanielSchultzによる寄稿
概要概要
パワーアンプを設計する際には、 10〜20ワット 、集積回路またはICベースの設計は、その滑らかなサイズと少ないコンポーネント数のために通常好まれます。
ただし、より高い出力範囲の場合、ディスクリート構成は、出力の選択に関して設計者に高い効率と柔軟性を提供するため、はるかに優れた選択肢と見なされます。
以前は、ディスクリート部品を使用するパワーアンプはバイポーラトランジスタまたはBJTに依存していました。しかし、の出現で 洗練されたMOSFET 、BJTは、非常に高い出力と驚くほど限られたスペース、およびスケールダウンされたPCBを実現するために、これらの高度なMOSFETにゆっくりと置き換えられました。
MOSFETは中型のパワーアンプを設計するにはやり過ぎに見えるかもしれませんが、これらはあらゆるサイズとパワーアンプの仕様に効果的に適用できます。
パワーアンプでBJTを使用することのデメリット
バイポーラデバイスはハイエンドオーディオパワーアンプで非常にうまく機能しますが、実際にはMOSFETなどの高度なデバイスの導入につながったいくつかの欠点があります。
おそらく、クラスB出力段のバイポーラトランジスタの最大の欠点は、暴走状態と呼ばれる現象です。
BJTには正の温度係数が含まれており、これは特に熱暴走と呼ばれる現象を引き起こし、過熱によりパワーBJTに損傷を与える可能性があります。
上の左側の図は、標準のクラスBドライバーと出力ステージの基本的なセットアップを示しています。一般的なエミッタドライバーステージのようなTR1と、相補エミッタフォロワー出力ステージとしてのTr3とともにTr2を採用しています。
BJTとMOSFETアンプの出力段構成の比較
アンプ出力段の機能
動作するパワーアンプを設計するには、その出力段を正しく構成することが重要です。
出力段の目的は、主に、回路がスピーカーをより高い音量レベルで駆動するために不可欠な高出力電流を供給できるように、電流増幅(電圧ゲインが1以下にとどまる)を提供することです。
- 上の左側のBJTダイアグラムを参照すると、Tr2は正方向の出力サイクル中に出力電流源のように機能し、Tr3は負の出力半サイクル中に出力電流を供給します。
- BJTドライバ段の基本的なコレクタ負荷は定電流源で設計されており、単純な負荷抵抗で達成される効果とは対照的に、線形性が向上しています。
- これは、BJTが広範囲のコレクタ電流内で動作するたびに発生するゲインの違い(およびそれに伴う歪み)が原因で発生します。
- 出力電圧振幅が大きいエミッタ接地段内に負荷抵抗を印加すると、コレクタ電流範囲が非常に大きくなり、歪みが大きくなることは間違いありません。
- コレクタ電圧は自然に変動し、トランジスタのゲインはコレクタ電圧にある程度依存する可能性があるため、定電流負荷を適用しても歪みが完全になくなるわけではありません。
- それにもかかわらず、コレクタ電圧の変動によるゲインの変動はかなり小さい傾向があるため、1%よりはるかに低い低歪みを実現できます。
- 出力トランジスタのベース間に接続されたバイアス回路は、出力トランジスタを導通しきい値にちょうどある位置に移動させるために必要です。
- これが起こらない場合、Tr1のコレクタ電圧のわずかな変動が出力トランジスタを導通させることができず、出力電圧のいかなる種類の改善も許さないかもしれません!
- Tr1のコレクタでのより高い電圧変動は、出力電圧の対応する変化を生成する可能性がありますが、これは周波数の各半サイクルの開始部分と終了部分を見逃し、通常参照される深刻な「クロスオーバー歪み」を引き起こす可能性があります。
クロスオーバー歪みの問題
出力トランジスタが導通しきい値に達したとしても、出力デバイスは低減されたコレクタ電流で機能しながら比較的少量のゲインを示すため、クロスオーバー歪みを完全に除去することはできません。
これにより、中程度ですが望ましくない種類のクロスオーバー歪みが発生します。負帰還を利用してクロスオーバー歪みを自然に打ち負かすことができますが、優れた結果を得るには、出力トランジスタに適度に高い静止バイアスを使用することが実際に不可欠です。
熱暴走の問題を引き起こすのは、この大きなバイアス電流です。
バイアス電流は出力トランジスタの加熱を引き起こし、それらの正の温度係数のために、これはバイアス電流を増加させ、さらに多くの熱を生成し、結果としてバイアス電流をさらに上昇させる。
したがって、この正のフィードバックは、出力トランジスタが熱くなりすぎて最終的に焼損するまで、バイアスを徐々に上昇させます。
これから保護するために、バイアス回路は内蔵の温度検知システムで促進され、より高い温度が検出された場合にバイアスを遅くします。
したがって、出力トランジスタがウォームアップすると、バイアス回路は生成された熱の影響を受け、これを検出して、バイアス電流の結果として生じる上昇を停止します。実際には、バイアス安定化は理想的ではなく、ほとんど変化が見られない場合がありますが、適切に構成された回路は通常、十分に十分なバイアス安定性を示す場合があります。
パワーアンプでMOSFETがBJTよりも効率的に動作する理由
以下の説明では、BJTと比較してMOSFETがパワーアンプの設計で優れた動作をする理由を理解しようとします。
BJTと同様に、クラスB出力段で使用される場合、MOSFETも 順方向バイアス クロスオーバー歪みを克服します。とはいえ、パワーMOSFETは、100ミリアンペア以上の電流で負の温度係数(および低電流ではわずかに正の温度係数)を持っているため、次の図に示すように、より複雑でないクラスBドライバと出力段が可能になります。 。
パワーMOSFETの温度特性には、約100ミリアンペアのバイアス電流の熱制御が組み込まれているため、熱的に安定化されたバイアス回路を抵抗で置き換えることができます(これはほぼ最適なバイアス電流です)。
BJTで経験する追加の課題は、わずか20〜50のかなり低い電流ゲインです。これは、中出力および高出力のアンプにはかなり不十分な場合があります。このため、非常に強力なドライバーステージが必要です。この問題を解決するための一般的なアプローチは、 ダーリントンペア または、十分に高い電流ゲインを提供する同等の設計。これにより、低電力のドライバステージを使用できます。
他のパワーMOSFETと同じように FETデバイス 、電流で動作するのではなく、電圧で動作するデバイスになる傾向があります。
パワーMOSFETの入力インピーダンスは通常非常に高いため、低い動作周波数での入力電流の引き込みはごくわずかです。ただし、高い動作周波数では、入力容量が約500 pfと比較的高いため、入力インピーダンスははるかに低くなります。
この高い入力容量でも、ピーク出力電流はこの量の約1000倍になる可能性がありますが、ドライバステージでは10ミリアンペアの動作電流で十分になることはほとんどありません。
バイポーラパワーデバイス(BJT)の追加の問題は、スイッチング時間がやや遅いことです。これは、スルートリガー歪みなどのさまざまな問題を引き起こす傾向があります。
これは、強力な高周波信号が、たとえばマイクロ秒あたり2ボルトのスイッチング出力電圧を要求する可能性があるのに対し、BJT出力段はマイクロ秒あたりわずか1ボルトのスルーレートを許可する可能性がある場合です。当然、出力は入力信号の適切な再生を提供するのに苦労し、避けられない歪みにつながります。
スルーレートが低いと、アンプに望ましくない電力帯域幅が与えられ、達成可能な最高の電力出力がより高い可聴周波数で大幅に低下する可能性があります。
位相遅れと振動
もう1つの懸念は、高周波数でアンプの出力段を介して発生する位相遅れであり、これにより、負のフィードバックシステムを介したフィードバックが非常に高い周波数で負ではなく正に変わる可能性があります。
アンプがそのような周波数で十分なゲインを持っている場合、アンプは発振モードに入る可能性があり、回路のゲインが発振をトリガーするのに十分でなくても、安定性の欠如が引き続き顕著になります。
この問題は、回路の高周波応答をロールオフする要素を追加し、位相補償要素を組み込むことで修正できます。ただし、これらの考慮事項により、高い入力信号周波数でのアンプの効率が低下します。
MOSFETはBJTよりも高速です
パワーアンプを設計する際には、 パワーMOSFETのスイッチング速度 一般に、BJTよりも約50〜100倍高速です。したがって、BJTの代わりにMOSFETを使用することで、高周波機能が劣る問題を簡単に克服できます。
実際には、何もせずに構成を作成することが可能です 周波数または位相補償 パーツは依然として優れた安定性を維持し、高周波オーディオ制限をはるかに超える周波数に対して保持されるパフォーマンスレベルを含みます。
バイポーラパワートランジスタで経験するさらに別の問題は、二次破壊です。これは、デバイス内に「ホットゾーン」を作成し、その結果、コレクター/エミッターピン間で短絡が発生する一種の特定の熱暴走を指します。
これが起こらないようにするには、BJTをコレクタ電流とコレクタ電圧の特定の範囲内でのみ動作させる必要があります。誰にでも オーディオアンプ回路 この状況は通常、出力トランジスタが熱制限内で適切に動作するように強制されることを意味し、したがって、電力BJTから得られる最適な出力電力は大幅に減少し、実際に許容される最大消費値よりもはるかに低くなります。
おかげで MOSFETの負の温度係数 高いドレイン電流では、これらのデバイスは二次破壊の問題を抱えていません。 MOSFETの場合、最大許容ドレイン電流とドレイン電圧の仕様は、実際にはそれらの熱放散機能によって制限されます。したがって、これらのデバイスは、高出力オーディオアンプアプリケーションに特に適しています。
MOSFETのデメリット
上記の事実にもかかわらず、MOSFETにはいくつかの欠点もあります。これらの欠点は、数が比較的少なく、重要ではありません。当初、MOSFETは対応するバイポーラトランジスタに比べて非常に高価でした。しかし、最近ではコストの差が大幅に小さくなっています。MOSFETによって複雑な回路がはるかに単純になり、間接的に大幅なコスト削減が可能になるという事実を考慮すると、BJTの対応物は低コストでも非常に簡単です。鬼ごっこ。
パワーMOSFETはしばしば増加した特徴を持っています 開ループ歪み BJTより。ただし、パワーMOSFETは、ゲインが高く、スイッチング速度が速いため、オーディオ周波数スペクトル全体で高レベルの負帰還を使用でき、比類のないものを提供します。 閉ループ歪み 効率。
パワーMOSFETに関連する追加の欠点は、標準アンプの出力段に使用した場合、BJTと比較して効率が低いことです。この背後にある理由は、ソースフォロワステージの入力/出力で数ボルトの損失が存在するにもかかわらず、入力と出力の間に約1ボルトもの電圧降下を生成する高電力エミッタフォロワステージです。この問題を解決する簡単なアプローチはありませんが、これは効率のわずかな低下であるように思われます。これは考慮に入れるべきではなく、無視することができます。
実用的なMOSFETアンプの設計を理解する
下の図は、機能の回路図を示しています 35ワットパワーMOSFETアンプ 回路。アンプの出力段でのMOSFETのアプリケーションを除いて、すべては基本的に非常に一般的なMOSFETアンプの設計と非常によく似ています。
- Tr1は次のように装備されています エミッタ接地入力段 、Tr3エミッタ接地ドライバステージに直接接続されています。これらのステージは両方とも、アンプの合計電圧ゲインを提供し、非常に大きな合計ゲインを含みます。
- Tr2とその付属部品は、10ミリアンペアの限界出力電流を持つ単純な定電流発生器を作成します。これは、Tr3のメインコレクター負荷のように機能します。
- R10は正しいを確立するために採用されています 静止バイアス電流 出力トランジスタを介して、そして前述のように、バイアス電流の熱安定化は、バイアス回路では実際には達成されませんが、出力デバイス自体によって提供されます。
- R8は実質的に100%を提供します 負帰還 アンプ出力からTr1エミッタまで、ほぼ1の電圧ゲインの回路を可能にします。
- 抵抗R1、R2、およびR4は、アンプの入力段、したがって出力も電源電圧の約半分にバイアスするための分圧器ネットワークのように機能します。これにより、クリッピングおよび重大な歪みの開始前に、達成可能な最高の出力レベルが可能になります。
- R1とC2は、バイアス回路を介してアンプ入力に入る電源ラインのハム周波数やその他の形式の潜在的なノイズをキャンセルするフィルタ回路のように使用されます。
- R3とC5は RFフィルター これにより、RF信号が入力から出力に直接バストし、可聴障害が発生するのを防ぎます。 C4は、アンプの高周波応答を可聴周波数の上限を超えて効果的にロールオフすることにより、同じ問題の解決にも役立ちます。
- アンプが可聴周波数で良好な電圧ゲインを確実に得るためには、次のことが不可欠になります。 負帰還を切り離す ある程度。
- C7はの役割を果たします デカップリングコンデンサ 、R6抵抗は、クリーンアップされるフィードバックの量を制限します。
- 回路の 電圧利得 は、R8をR6で除算するか、割り当てられた部品値で約20倍(26dB)で除算することで概算されます。
- アンプの最大出力電圧は16ボルトRMSになります。これにより、フル出力を実現するために約777mVRMSの入力感度が可能になります。入力インピーダンスは20kを超える可能性があります。
- C3とC8は、それぞれ入力と出力のカップリングコンデンサとして使用されます。 C1は、電源DCのデカップリングを有効にします。
- R11とC9は、人気のあるように動作することにより、アンプの安定性を促進および制御するのにのみ役立ちます Zobelネットワーク 、ほとんどの半導体パワーアンプ設計の出力段の周りによく見られます。
パフォーマンス分析
プロトタイプのアンプは、特にユニットのかなりシンプルなデザインに気付いたときにのみ、信じられないほどうまく機能しているように見えます。示されているMOSFETアンプの設計回路は、35ワットのRMSを8オームの負荷にうまく出力します。
- ザ・ 全高調波歪み 約0.05%を超えることはありません。プロトタイプは、1kHz付近の信号周波数についてのみ分析されました。
- しかし、回路は 開ループゲイン 可聴周波数範囲全体で実質的に一定であることがわかりました。
- ザ・ 閉ループ周波数応答 約20Hzおよび22kHzの信号で-2dBで測定されました。
- アンプの 信号対雑音比 (スピーカーを接続しないで)80 dBの数値よりも高かったが、実際には少量の可能性があるかもしれない 手がハム スピーカーで検出されている電源からですが、レベルが小さすぎて通常の状態では聞こえない場合があります。
電源
上の画像は、35ワットのMOSFETアンプ設計用に適切に構成された電源を示しています。電源は、ユニットのモノラルモデルまたはステレオモデルを処理するのに十分強力な場合があります。
電源は、実際には、出力が直列に接続された効率的な2つのプッシュプル整流器と平滑化回路で構成されており、個々の整流器と容量性フィルター回路によって印加される電位の2倍に対応する合計出力電圧を提供します。
ダイオードD4、D6、およびC10は、電源の1つの特定の部分を構成し、2番目のセクションはD3、D5、およびC11によって供給されます。これらのそれぞれは、負荷が接続されていない状態で40ボルトをわずかに下回り、無負荷で合計電圧が80Vになります。
この値は、アンプが静止状態で動作しているステレオ入力信号によってロードされている場合は約77ボルトに低下し、2つのアンプチャネルがフルパワーまたは最大パワーで動作している場合は約60ボルトに低下する可能性があります。
“画像付き電子部品リスト ”
建設のヒント
35ワットMOSFETアンプの理想的なPCBレイアウトを次の図に示します。
これはアンプ回路の1チャンネルを対象としているため、ステレオアンプが必要になった場合は当然、このようなボードを2つ組み立てる必要があります。出力トランジスタは確かにPCBに取り付けられておらず、大きなフィンタイプの上に取り付けられています。
トランジスタをヒートシンクに固定する際に、トランジスタにマイカ絶縁キットを使用する必要はありません。これは、MOSFETソースが金属タブに直接接続されており、これらのソースピンはとにかく相互に接続されたままである必要があるためです。
ただし、ヒートシンクから絶縁されていないため、ヒートシンクがアンプの他のさまざまな部分と電気的に接触しないようにすることが非常に重要な場合があります。
また、ステレオ実装の場合、アンプのペアに使用される個々のヒートシンクが互いに電気的に近接しないようにする必要があります。出力トランジスタをPCBに接続するには、必ず最大約50mmの短いリード線を使用してください。
これは、出力MOSFETのゲート端子に接続するリードにとって特に重要です。パワーMOSFETは高周波で高ゲインであるため、リードが長くなると、アンプの安定性応答に深刻な影響を及ぼしたり、RF発振を引き起こしたりして、パワーMOSFETに恒久的な損傷を与える可能性があります。
そうは言っても、実際には、これらのリードを効果的に短く保つための設計の準備にほとんど問題はないかもしれません。 C9とR11はPCBの外側に取り付けられており、出力ソケットを介して単純に直列に接続されていることに注意することが重要です。
電源の構築のヒント
電源回路は、下図のようにポイントツーポイントタイプの配線で構成されています。
これは実際にはかなり自明に見えますが、コンデンサC10とC11の両方のタイプがダミータグで構成されていることが保証されています。そうでない場合は、タグストリップを使用していくつかの接続ポートを有効にすることが重要になる可能性があります。はんだタグは、T1の特定の取り付けボルトの1つにクリップされています。これは、主電源ACアースリードのシャーシ接続ポイントを提供します。
調整と設定
- 電源を入れる前に、配線接続を総合的に調べてください。配線ミスは、コストのかかる破壊を引き起こし、確かに危険である可能性があります。
- 回路をオンにする前に、抵抗が最小になるようにR10をトリムしてください(完全に反時計回りに回転させてください)。
- FS1を一時的に取り出し、ヒューズホルダーに500mA FSDを測定するように固定されたマルチメーターを使用すると、アンプの電源がオンになっている間、メーターに約20mAの読み取り値が表示される必要があります(2チャンネルステレオを使用する場合は40mAになる可能性があります)。
- メーターの読み取り値がこのスイッチオフと実質的に異なる場合は、すぐに電源を切り、配線全体を再検査してください。逆に、すべてが良好な場合は、R10をゆっくりと動かして、メーターの読み取り値を100mAの値まで最大化します。
- ステレオアンプが必要な場合は、両方のチャネルのR10を調整して最大120mAの電流を引き出す必要があります。次に、2番目のチャネルのR10を微調整して、電流使用量を200mAに増やす必要があります。これらが完了すると、MOSFETアンプを使用できるようになります。
- アンプのセットアップ手順を実行している間は、AC電源接続に触れないように細心の注意を払ってください。
- デバイスを主電源にリンクする前に、AC主電源電位にある可能性のあるすべての覆われていない配線またはケーブル接続を適切に絶縁する必要があります。
- 言うまでもなく、すべてのAC動作回路と同様に、危険な場所にすばやく到達する手段がないことを保証するために、専用のドライバーやその他の機器の助けを借りてのみネジを緩めることができる頑丈なキャビネットに封入する必要があります主電源の配線、事故を安全に排除します。
35ワットMOSFETパワーアンプのパーツリスト
120WMOSFETアンプアプリケーション回路
電源の仕様に応じて、実用 120ワットMOSFETアンプ 回路は、8オームのスピーカーに約50〜120ワットRMSの範囲の出力電力を提供することができます。
この設計では、出力段にMOSFETも組み込まれているため、回路が非常に単純であっても、全体的なパフォーマンスのレベルが高くなります。
アンプの全高調波歪みは0.05%以下ですが、回路に過負荷がなく、信号対雑音比が100dBを上回っている場合に限ります。
MOSFETアンプ段を理解する
上に示したように、この回路は日立のレイアウトを参照して設計されています。最後の設計とは異なり、この回路はスピーカーにDC結合を利用し、中央の0Vとアースレールを備えたツインバランス電源を備えています。
この機能強化により、大きな出力カップリングコンデンサへの依存性と、このコンデンサが生成する低周波性能の性能低下が解消されます。さらに、このレイアウトにより、回路に適切な電源リップル除去機能も可能になります。
DC結合機能に加えて、回路設計は以前の設計で使用されたものとはかなり異なって見えます。ここでは、入力段とドライバ段の両方に差動増幅器が組み込まれています。
入力ステージはTr1とTr2を使用して構成され、ドライバーステージはTr3とTr4に依存します。
トランジスタTr5は次のように構成されています 定電流集電装置の負荷 Tr4の場合。増幅器による信号経路は、RFフィルタR1 / C4とともに入力結合コンデンサC1を使用して開始されます。 R2は、中央の0V電源トラックでアンプの入力にバイアスをかけるために使用されます。
Tr1は効率的な エミッタ接地アンプ これは、出力がTr4に直接接続されており、Tr4は共通エミッタドライバーステージとして適用されます。このステージ以降、オーディオ信号は、補完的なソースフォロワー出力ステージとして装備されているTr6およびTr7にリンクされます。
ザ・ 負帰還 はアンプ出力から抽出され、Tr2ベースに接続されます。また、Tr1ベースからアンプの出力への信号反転はありませんが、Tr2ベースと出力の間に反転が存在します。これは、エミッタフォロワのように動作するTr2がTr1のエミッタを完全に駆動するためです。
入力信号がTr1エミッタに印加されると、トランジスタは正常に 共通ベースステージ 。したがって、反転はTr1とTr2によっては発生しませんが、反転はTr4を介して発生します。
また、出力段を介して位相変化は発生しません。つまり、アンプとTr2ベースは、必要な負帰還を実行するために位相がずれている傾向があります。図に示されているR6とR7の値は、約28倍の電圧ゲインを提供します。
以前の議論から学んだように、パワーMOSFETの小さな欠点は、従来のクラスB出力段を介して配線された場合にBJTよりも効率が低下することです。また、パワーMOSFETの相対効率は、ゲート/ソース電圧が高ソース電流に対して数電圧であることを要求する高パワー回路ではかなり悪くなります。
最大出力電圧振幅は、供給電圧から個々のトランジスタの最大ゲート-ソース間電圧を引いたものに等しいと見なすことができ、これにより、印加電圧よりも大幅に低い出力電圧振幅が確実に可能になります。
より高い効率を得る簡単な方法は、基本的に、各出力トランジスタの両端に並列に接続された2つの同様のMOSFETを組み込むことです。次に、各出力MOSFETによって処理される最大電流量が約半分に減少し、各MOSFETのソースからゲートへの最大電圧が適切に低下します(アンプの出力電圧振幅の比例した増加とともに)。
ただし、同様のアプローチはバイポーラデバイスに適用した場合は機能せず、これは基本的にバイポーラデバイスによるものです。 正の温度係数 特性。一方の特定の出力BJTが他方よりも過大な電流を流し始めると(2つのトランジスタがまったく同じ特性を持つことはないため)、一方のデバイスが他方よりも熱くなり始めます。
この温度上昇により、BJTのエミッタ/ベーススレッショルド電圧が低下し、その結果、出力電流のはるかに大きな部分を消費し始めます。その後、この状況によりトランジスタが高温になり、このプロセスは、出力トランジスタの1つがすべての負荷の処理を開始し、もう1つが非アクティブのままになるまで無限に続きます。
この種の問題は、パワーMOSFETの負の温度係数のため、パワーMOSFETでは見られません。 1つのMOSFETが熱くなり始めると、その負の温度係数のために、増加する熱がそのドレイン/ソースを流れる電流を制限し始めます。
これにより、過剰な電流が他のMOSFETにシフトし、MOSFETは熱くなり始めます。同様に、熱によってMOSFETを流れる電流が比例して減少します。
この状況により、デバイス間でバランスの取れた電流シェアと消費が発生し、アンプの効率と信頼性が大幅に向上します。この現象はまた可能にします 並列に接続するMOSFET ゲート、ソース、ドレインのリード線を結合するだけで、多くの計算や心配はありません。
120ワットMOSFETアンプ用電源
120ワットMOSFETアンプ用に適切に設計された電源回路は上に示されています。これは、以前の設計の電源回路によく似ています。
唯一の違いは、2つの平滑コンデンサの接合部にあるトランスのセンタータップ電源が最初は無視されていたことです。この例では、これは中央の0Vアース電源を提供することに慣れていますが、メインアースも負の電源レールではなくこの接合部に接続されています。
正と負の両方のレールにヒューズが取り付けられていることがわかります。アンプによって供給される出力は、主変圧器の仕様に大きく依存します。要件の大部分では、35 — 0 —35ボルトの160VAトロイダル主変圧器で実際には十分なはずです。
場合 ステレオ操作 が好ましい場合、変圧器はより重い300VA変圧器と交換する必要があります。あるいは、各チャネルにそれぞれ160VAの変圧器を使用して絶縁型電源ユニットを構築することもできます。
これにより、静止状態で約50 Vの供給電圧が可能になりますが、全負荷ではこのレベルがはるかに低いレベルに低下する可能性があります。これにより、最大約70ワットRMSの出力を8オーム定格のスピーカーから取得できます。
注意すべき重要な点は、ブリッジ整流器で使用される1N5402ダイオードの最大許容電流定格は3アンペアであるということです。これはシングルチャンネルアンプには十分かもしれませんが、ステレオバージョンには十分ではないかもしれません。ステレオバージョンの場合、ダイオードは6アンペアダイオードまたは6A4ダイオードと交換する必要があります。
PCBレイアウト
独自の120ワットMOSFETアンプ回路を構築するための本格的なPCBを見つけることができます。示されている4つのMOSFETデバイスには、1ワットあたり最低4.5℃の定格の大きなフィン付きヒートシンクを取り付ける必要があります。
配線上の注意
- MOSFETのピン配列端子はできるだけ短くしてください。長さは約50mm以下にする必要があります。
- これより少し長く保ちたい場合は、各MOSFETのゲートに小さい値の抵抗(50オーム1/4ワットの場合があります)を追加してください。
- この抵抗はMOSFETの入力容量に応答し、ローパスフィルタのように機能し、高周波信号入力の周波数安定性を向上させます。
- ただし、高周波入力信号では、これらの抵抗が出力性能に影響を与える可能性がありますが、実際には小さすぎてほとんど目立たない場合があります。
- トランジスタTr6は、実際には並列に接続された2つのnチャネルMOSFETで構成されています。これは、Tr7の場合と同じで、2つのpチャネルMOSFETが並列に接続されています。
- この並列接続を実装するには、それぞれのMOSFETペアのゲート、ドレイン、ソースを互いに単純に結合します。これだけで簡単です。
- また、コンデンサC8と抵抗R13は出力ソケットに直接取り付けられており、PCBには組み込まれていないことに注意してください。
- おそらく、電源を構築する最も効果的な方法は、前のアンプで行ったように、電源を配線することです。配線はこの前の回路とほとんど同じです。
調整と設定
- 完成したアンプ回路の電源を入れる前に、すべての配線を数回注意深く調べてください。
- 具体的には、電源の配線と出力パワーMOSFET間の関連する相互接続を確認してください。
- これらの接続周辺の障害は、すぐにアンプユニットに恒久的な損傷をもたらす可能性があります。
- また、完成したボードの電源を入れる前に、いくつかの事前調整を行う必要があります。
- R11プリセットを反時計回りに完全に回転させることから始め、最初はスピーカーをユニットの出力に接続しないでください。
- 次に、スピーカーの代わりに、マルチメーター(低電圧DC範囲に設定)プローブをアンプの出力ポイントに接続し、低静止出力電圧が利用可能であることを示していることを確認します。
- メーターが分数電圧を示しているか、まったく電圧がない場合がありますが、これも問題ありません。
- メーターで大きなDC電圧が示されている場合は、すぐにアンプの電源を切り、配線に誤りがないか再確認する必要があります。
結論
上記の記事では、パワーアンプの正確で最適な動作を保証する上で重要な役割を果たす多くのパラメータについて包括的に説明しました。
これらのパラメータはすべて標準であるため、ワット数や電圧の仕様に関係なく、MOSFETパワーアンプ回路の設計時に効果的に使用および適用できます。
設計者は、BJTおよびMOSFETデバイスに関して詳細に説明されているさまざまな特性を使用して、目的のパワーアンプ回路を実装またはカスタマイズできます。
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