Hi-Fi svět

Web převážně vážně nejen o zesilovačích a počítačích.

L

Nejnovější

Neaktivní hodnoceníNeaktivní hodnoceníNeaktivní hodnoceníNeaktivní hodnoceníNeaktivní hodnocení
 

 

Úvod

Topologie

Není příliš odlišnosti ve výkonových stupních jednotlivých topologii. Vesměs se jedná o zapojení s Bipolárními či Unipolárními tranzistory.

Vyšších výkonů se dosahuje převážně paralelním řazením výkonových tranzistorů. U Bipolárních tranzistorů pro potlačení rozdílnosti h-parametrů a teplotních závislostí UBE, se přidává malý emitorový odpor, který vytvoří zápornou zpětnou vazbu, čímž dojde k rovnoměrnějšímu rozdělení proudů mezi jednotlivé tranzistory.

 

Proudové omezení

Často se pro omezení proudů využívá jednoho z emitorových odporů na němž se snímá protékající proud, napěťovým úbytkem je řízen tranzistor, který omezuje rozkmit výkonového stupně. V konečném důsledku vzniká proudové omezení, které má chránit koncový stupeň před nekontrolovatelným nárůstem výstupního proudu.

 

Výkonový stupeň HQQF-55-503W-4-2

Zde je pohled na výkonový stupeň HQQF-55-503W-4-2 o kterém jsem napsal, že disponuje proudovým omezením a na první pohled nemá ani emitorové odpory, kde by se mohla velikost proudu snímat.

 

Unipolární tranzistory?

Ve výkonovém stupni jsem tentokráte použil Unipolární tranzistory, přestože jsem jim nebyl nikdy v minulosti příliš pro výkonové zesilovače nakloněn.

 

Výrobní technologie

Výkonové bipolární tranzistory se vyrábí jako mohutný kus křemíku a jeden velký tranzistor. Výkonové Unipolární tranzistory nemají PN přechod, kterým by se proud řídil, proud kanálem řídí elektrostatické pole.

Zvětšováním rozměrů by došlo k oddalování řídící elektrody od kanálu a k omezení její řídící schopnosti. Proto konstruktéři šli odlišnou cestou a výkonové tranzistory vznikají paralelním pospojováním mnoha nevýkonových Unipolárních tranzistorů.

 

Vlastnosti a parametry

Parametry mnoha nevýkonových tranzistoru na jednom kusu křemíku, spojovaných do jednoho výkonového celku musí mít téměř shodné vlastnosti, aby nedocházelo k přetěžování jednotlivých tranzistorů a výkon se na čipu rovnoměrně rozdělil.

 

BUZ906X4S

Jedním z mnoha zástupců vysoce výkonových Unipolárních tranzistorů je i BUZ906X4S. Zde již nejde o spojení mnoha nevýkonových tranzistorů na jednom kusu křemíku do jednoho výkonového tranzistoru. Výrobci BUZ906X4S šli tak daleko, že do jednoho pouzdra použili čtyři výkonové unipolární tranzistory, čtyři kusy křemíku s mnoha nevýkonovými tranzistory.

Shodnost charakteristik umožňuje spojovat nejenom tranzistory vyrobené na jednom čipu, ale i jednotlivé čipy vzájemně mezi sebou, aniž by bylo nutno použít jakékoliv další prvky, na které jsme zvyklí u Bipolárních tranzistorů.

Spojování tranzistorů u HQQF-55-503W-4-2

Stejně, jak jsou spojovány tranzistory u BUZ906X4S, jsou pospojovány výkonové Unipolární tranzistory i u výkonového stupně HQQF-55-503W-4-2. Nejsou použity žádné emitorové odpory, kde by se zbytečně ztrácel drahocenný výkon či snižoval zisk koncových tranzistorů. Emitorové odpory by navíc snižovaly tepelnou stabilitu, neboť RDSon má kladný teplotní součinitel.

  

Proudové omezení u HQQF-55-503W-4-2

Proudové omezení je realizováno pouze zenerovými diodami. Z grafů pro Unipolární tranzistor IRFP9240PbF  je patrné omezení proudu pro konstantní napětí UGS, rovněž je patrné saturační napětí UDS.

Obdobně lze vyčíst hodnoty pro jiné napětí UGS a  UDS, rovněž lze vyčíst hodnoty pro tranzistor  IRFP240PbF, který má hodnoty jen nepatrně odlišné. Hlavní rozdíl je ve vnitřním odporu obou tranzistorů, tedy v úbytku napětí při jejich saturaci.

Chceme-li dosáhnout u tranzistoru IRFP9240PbF saturačního napětí v rozmezí 2÷3V a zároveň proudové omezení v rozmezí 4÷4,5A, použijeme omezení napětí UGS v rozmezí 5,1÷5,4V. V tomto pracovním bodě je vhodné spojované tranzistory překontrolovat. Obdobné hodnoty vyjdou pro saturaci v jiném pracovním bodě.

 

V grafu pro IRFP9240PbF je:

  • Červeně, přibližná zatěžovací charakteristika pro napájecí napětí 70V, spojení 4 tranzistorů a 4Ω zátěž, je zde vyznačen doporučený pracovní bod pro limitaci a proudové omezení, jehož hodnota je mezi 2÷3V.
  • Zeleně, přibližná zatěžovací charakteristika pro napájecí napětí 92V, spojení 4 tranzistorů a 8Ω zátěž, je zde rovněž vyznačen doporučený pracovní bod pro limitaci a proudové omezení, jehož hodnota je mezi 1÷2V, což již výrazně zvyšuje účinnost koncového stupně.
  • Modře,přibližná  zatěžovací charakteristika pro napájecí napětí 45V, spojení 4 tranzistorů a 2Ω zátěž, je zde rovněž vyznačen doporučený pracovní bod pro limitaci a proudové omezení, jehož hodnota je mezi 3÷4V, což již výrazně snižuje účinnost koncového stupně.

 

 

Graf pro obdobné hodnoty u tranzistoru IRFP240PbF:

 

 

Napájení HQQF-55-503W-4-2

Po neblahých zkušenostech s konstrukcemi QQF-55 KS 500W, často velmi dlouhými přívody k výkonovému stupni či použití 1Ω pojistek a následné řešení takto zaviněných problému za pomoci změn hodnot a vlastního zapojení, jsem se rozhodl takovým neodborným zásahům předejít.

Napájení HQQF-55-503W-4-2 jsem volil velmi tvrdé, přestože doporučuji použít transformátor o ne největším výkonu.  Každý výkonový tranzistor je blokován svým dostatečně velkým kondenzátorem.

Krom kondenzátorů na každém kolektoru tranzistoru doporučuji použití dalších filtračních kondenzátoů na samostatném plošném spoji HQQF-55-203W.

  

Závěr

Mnozí můžou být netradičním spojováním výkonových tranzistorů bez emitorových odporů či proudovou ochranou realizovanou zenerovou diodou zaskočeni.

Zažité mýty a tradice je nutno občas obměnit a začít psát novou historii. Osobně preferuji co nejvyšší účinnost a toto je jedna z cest jak tento cíl naplnit. Aby bylo možno kýžené účinnosti dosáhnout je nutno zajistit dostatečné buzení koncových tranzistorů.

Koncové tranzistory jsou buzeny z rozkmitového stupně HQQF-55-502D, který je napájen z vyššího napětí jak samotný výkonový stupeň.

Rozdílnost minimálních vnitřních odporů výkonových tranzistorů má vliv pouze na úbytek napětí na tranzistorech při jejich saturaci a samozřejmě na jejich výkonovou ztrátu. Tento rozdíl je pro běžnou funkci zesilovače naprosto nepodstatný, neboť limitace signálu není běžný stav u zesilovače, jehož pomocí je provozována kvalitní reprodukce.

 

 Diskuse

Podívejte se na články se stejnou tématikou.

 Pdf.: BUZ906X4S,  IRFP9240PbF,  IRFP240PbF 

 

 

 

 

L

Nejnovější

Copyright © 2021 Hi-FI svět. Všechna práva vyhrazena.
Joomla! je svobodný software vydaný pod licencí GNU General Public License.

B

Hi-Fi svět - ISSN 1803-733X

Stránky vydává Bohumil Federmann, Kunovice 7, 75644 Loučka, Česká republika, federmann@seznam.cz