¿Por qué los BJT son comunes en las etapas de salida de los amplificadores de potencia?


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Según tengo entendido, el papel de la etapa de salida es disminuir la impedancia de salida a casi 0. Para eso, los MOSFET parecen más adecuados ya que tienen Rds mucho más bajos .

Sin embargo, a menudo veo BJT como búfer en diseño discreto, a menudo en una configuración de Darlington para aumentar la impedancia de entrada, mientras que solo un MOSFET tendría una impedancia de entrada lo suficientemente alta.

Pensé que era más barato o más simple. Los BJT de potencia son de hecho un poco más baratos que los MOSFET de potencia, y me parece que es más simple hacer un búfer relativamente lineal con un seguidor de emisor BJT, mientras que un seguidor de fuente MOSFET puede requerir algunos comentarios.


Creo que el voltaje de la rodilla es más agudo y más bajo para BJT que mosfet, y esa es la razón principal por la cual.
Harry Svensson

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El problema son los MOSFET complementarios de polarización DC lineal en la zona lineal con conducción cruzada y los efectos R * Ciss. Los BJT son mucho más predecibles para Vbe que los MOSFET para Vgs (1A)
Tony Stewart Sunnyskyguy EE75

Sin embargo, no impediremos que intente hacerlo lineal con bucles de retroalimentación negativa doble para reducir las pérdidas de shoothru y eliminar los efectos cuadráticos de VI
Tony Stewart Sunnyskyguy EE75

Los diseños de BJT son definitivamente más baratos en general. No diría que son tan comunes porque suenan superiores a otros diseños.
Todd Wilcox

Respuestas:


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Para crear una fuente de voltaje de audio, desea que la distorsión de voltaje cruzado sea nula, lo que requiere una corriente de CC inactiva> 1% de la corriente máxima. Esta moderada distorsión e impedancia de salida se reduce aún más por la retroalimentación negativa o el exceso de ganancia de bucle abierto. El voltaje de CC de polarización de diodo activo se puede predecir en mV para la etapa de salida diferencial de Darlington.

Sin embargo, para los MOSFET, el umbral de conducción puede variar un 50%, por ejemplo, de 1 a 2 V o de 2 a 4 V, por lo que la polarización de la conducción cruzada para eliminar la distorsión cruzada no se realiza fácilmente con amplificadores de potencia lineal de ganancia de bajo voltaje.

Editar 22 de mayo:
Además, Thermal Runway existe según lo establecido por @Thor de las estructuras FET de microarreglos que comparten corriente con efectos Vgs NTC en modo lineal y efectos PTC para RdsOn en modo de conducción completa. Sin la selección adecuada del componente del transistor, esto puede resultar en una falla catastrófica.


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Los MOSFETS solían ser más comunes en los amplificadores de potencia, pero a menudo eran los MOSFETS de potencia de tipo lateral.

La mayoría de los MOSFET modernos (MOSFET verticales / HEXFET) están altamente optimizados para la conmutación y requieren un diseño muy cuidadoso en un diseño de amplificador lineal. Por ejemplo, estos tipos de conmutación modernos tienen una gran capacitancia de puerta no lineal que es difícil de manejar.

Además, los gustos de los HEXFET pueden sufrir efectos de calentamiento localizados que pueden causar fugas térmicas en una aplicación lineal.

Una buena descripción de estos problemas se puede encontrar aquí.

Los MOSFET laterales todavía están disponibles, pero son más caros. Ver aquí

Entonces, realmente no es un caso en el que los MOSFET no se puedan usar, pero a menudo es más difícil y menos rentable lograr el mismo rendimiento y confiabilidad para un precio determinado.


Los diseños MOSFET de la vieja escuela definitivamente suenan diferentes de los diseños BJT. Algunos dicen que suenan mejor, y no discutiría con ellos, pero todo es cuestión de gustos.
Todd Wilcox

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Segundo desglose

(Muchos) amplificadores de audio operan la etapa de salida en su región lineal.

Los MOSFET de potencia modernos no están diseñados para operar en la región lineal. Muchos de ellos (HEXFETS) están compuestos por una red de cientos de miles de elementos FET más pequeños para aumentar la densidad de potencia y la velocidad de conmutación. Otras familias MOSFET con conmutación optimizada tienen construcciones similares, con grandes áreas de matriz y / o matrices de elementos más pequeños.

Para los MOSFET, el voltaje umbral tiene un coeficiente de temperatura negativo. A medida que un área particular del elemento de matriz / FET se calienta, su voltaje umbral disminuye y dado que el MOSFET está operando en su región lineal, esa área conduce una porción más grande de la corriente, por lo que se calienta aún más. En poco tiempo, el calentamiento localizado en una pequeña fracción de la matriz ha resultado en un cortocircuito, a menudo llamado "Segunda descomposición".

Pero...

Un tipo de amplificador relativamente nuevo, el amplificador "Clase D", funciona activando y desactivando rápidamente los transistores de etapa de salida, a una frecuencia mucho más alta que la que se espera que el altavoz reproduzca. Un filtro de paso bajo filtra el ruido de alta frecuencia y la amplificación se logra variando el ciclo de trabajo.

Los MOSFET son extremadamente comunes en tales diseños, ya que los amplificadores de clase D tienen los elementos de la etapa de salida completamente encendidos o completamente apagados. Como los MOSFET de potencia están optimizados para eso, para eso se usan.


-1 porque parece que estás hablando del desbocamiento térmico MOSFET (cuando no es un problema real con los MOSFET, pero es un problema con los BJT). Sin embargo, lo expresas de una manera extraña, lo que hace que parezca que estás hablando de otra cosa, por lo tanto, se necesitaría una aclaración para delinear entre estos dos efectos.
DKNguyen

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@toor el tempco del voltaje de umbral FET es negativo al igual que un BJT. La fuga térmica sigue siendo una preocupación con los FET en modo lineal.
sstobbe

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@Toor no sé, su historia parece comprobar hacia fuera ...
marcelm

2
@Toor Thermal Runway existe según lo establecido por las estructuras FET de microarreglos que comparten corriente con efectos Vgs NTC en modo lineal pero efectos PTC para RdsOn en modo de conducción completa.
Tony Stewart Sunnyskyguy EE75
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