Мостовой каскодный выходной каскад на полевых транзисторах.

[BesPav]

Захотелось подробнее рассмотреть свойства и характеристики вот такого выходного каскада:


Особенности коротко:
1. Мощные полевики включены по схеме двухтактного истокового повторителя и охвачены динамическими (следящими) каскодами. Напряжение затвор-сток на нижних транзисторах изменяется незначительно (в зависимости от сопротивления нагрузки) и поэтому влияние затворной емкости невелико.
2. Напряжение питания +-35 Вольт позволяет получить немногим меньше 33 Вольт действующего и почти 100 Вольт пик-ту-пик на выходе.
3. Выходной ток ограничен в основном теплорассеянием на выходных транзисторах. Так как напряжение на них в самом плохом случае ~15-18 Вольт, то и работа на 4 Ома нагрузки (даже существенно реактивной) с амплитудным напряжением 50 Вольт не является тяжелым режимом.
4. Мягкий заход и выход из ограничения. Каскод в этом режиме почти не работает, затворная емкость требует "накачки" и полюс может сильно смещаться вниз по частоте.
5. Слабо реагирует на сопротивление и реактивный характер нагрузки.
6. Нетребователен к раскачке со стороны УНа.
7. Позволяет подстраивать частоту основного полюса. Она в основном определяется сопротивлением предыдущего каскада и номиналом затворных резисторов.
8. Стабильные частотные свойства в широком диапазоне режимов.
9. Относительно простая стабилизация теплового режима.
10. Симметричное потребление тока с шин питания и отсутствие токов нагрузки в земле (при условии симметричной раскачки)
11. Слабая зависимость частотных параметров от тока нагрузки. Она есть, так как ток нагрузки дает падение на истоковом резисторе и затворную емкость все-таки приходится немного перезаряжать.
12. Диодная защита уже интегрирована в транзисторы выходного каскада.
13. Недорогие компоненты.
14. Весьма приличная выходная мощность для большинства домашних применений.

Основные недостатки:
1. 8 транзисторов, четыре источника тока.
2. Необходимость дополнительных повышенного и пониженного напряжений (+-10:12 Вольт) для питания цепей смещения.
3. Нетривиальная геометрия и разводка на плате.
4. Теплорассеяние на истоковых резисторах может достигать 20 Ватт.
5. Необходимость симметричной раскачки.
6. Необходимость симметричной ООС.

Скрытый текст

Заход/выход из ограничения, здесь и далее схема симулируется с более-менее реальным эквивалентом нагрузки:


Реакция на изменение активной части сопротивления нагрузки:


Реакция на изменение емкостной составляющей нагрузки:


Реакция на изменение индуктивной составляющей нагрузки:


Реакция на изменение тока в цепях смещения (источники тока):


Реакция на изменение затворных резисторов:


Реакция на изменение выходного сопротивления источников сигнала:


Реакция на изменение тока покоя:

[свернуть]

[Turbo_man]

Напряжение затвор-исток на нижних транзисторах изменяется незначительно

Наверно затвор-сток имелось ввиду? И нет перезаряда входной ёмкости?

[Артс]

Здесь:

http://www.diyaudio.com/forums/softw...ml#post4158594

обсуждались и выложены доработанные модели 240 - 9240.

[fakel]

КПД паровоза

[BesPav]

Наверно затвор-сток имелось ввиду?

Спасибо, опечатался.

доработанные модели 240 - 9240.

Спасибо, они и загружены.

КПД паровоза

До КПД динамиков все-равно далеко, поэтому можно не заморачиваться.

Кстати, за счет двухтакта и сниженного напряжения,будет хоть какой-то КПД в классе А.

[fakel]

В А еще хуже будет

[variator]

КПД паровоза

Нижние транзисторы IRL = 2 вольта сэкономили.


---------- Сообщение добавлено 15:40 ---------- Предыдущее сообщение было 15:32 ----------

1N5355, 18 вольт. Не дохрена ли? Или я ошибся? там 5-7 вольт достаточно будет.

[BesPav]

Нижние транзисторы IRL = 2 вольта сэкономили.

Ага. Еще бы мощные JFETы типа LU1014 и к нему комплементарную пару.

1N5355, 18 вольт. Не дохрена ли? Или я ошибся? там 5-7 вольт достаточно будет.

А это в зависимости от желаемой мощности и фазы тока в нагрузке.

Позволяет более-менее гибко подстроиться что именно надо - разделить теплорассеяние на два TO-247 ценой дрыгающейся частоты полюса или стабилизировать полюс ценой ограничений по мощности.

[теоретизирующий практик]

Позволяет более-менее гибко подстроиться что именно надо - разделить теплорассеяние на два TO-247 ценой дрыгающейся частоты полюса

??? В этой схеме теплорассеяние не распределяется между "внутренними" и "внешними" транзисторами. Всё проще. На внутренних транзисторах просто безвозмездно теряется часть располагаемого напряжения источника питания. (при условии, если не извращаться с режимами, использующими внешние транзисторы в зоне резистивных ВАХ). Поэтому выгодно снижать напряжение С-И внутренних транзисторов. Так как амплитуда напряжений небольшая, входная ёмкость меняется незначительно, и никакой пляски полюсов не предвидится.

Снижение мощности внутренних транзисторов так же ведёт к снижению температуры структур, и к снижению "термоискажений".

Имеет смысл подобрать в качестве внутренних транзисторов более эффективную комплементарную пару из серии низковольтных транзисторов. При этом за счёт повышения крутизны низковольтных транзисторов вполне можно достигнуть заметного повышения ТТХ "изделия".

[BesPav]

В этой схеме теплорассеяние не распределяется между "внутренними" и "внешними" транзисторами.

Как-то оно голосновно звучит, не находите? Может графики какие-нибудь покажете?
Желательно не при 50-ти Ваттах на резисторе, а например ~300-400 на более-менее реальный эквивалент нагрузки.
;)

[теоретизирующий практик]

разделить теплорассеяние на два TO-247

Возможно мы по разному понимаем эту цитату. Я понимаю, что теплорассеяние, которое необходимо для повышения мощности в нагрузке распределяется между транзисторами. Иными словами, увеличение мощности в нагрузку происходит за счёт выдачи полезной мощности как входным, так и выходным транзистором каскадируемой пары. Но нормальный каскод работает так, что почти вся мощность усиливаемого сигнала расходуется на раскачку выходного транзитора, включённого с ОЗ.

99% (или около того) выходной мощности обеспечивает именно каскад с ОЗ, и наличие "нижнего" транзистора практически не снижает тепловую нагрузку на транзистор с ОЗ.

[BesPav]

На согласованную нагрузку - наверное да, но у нас-то при нуле вольт на выходе может быть чуть ли не половина от максимального за период тока.

И вот здесь за счет сравнительно большого падения напряжения на "нижних" транзисторах получается вот такая картина:

Зеленый - напряжение на выходе (шкала слева), синий - мощность в нагрузке (шкала справа), красный и розовый - теплорассеяние (шкала справа) на "верхнем" и "нижнем" транзисторах одной четвертинки выходного каскада.

На небольших мощностях, согласен, целесообразно поставить стабилитроны на ~7 Вольт и максимально задействовать "верхние" транзисторы.

[теоретизирующий практик]

На согласованную нагрузку - наверное да, но у нас-то при нуле вольт на выходе может быть чуть ли не половина от максимального за период тока.

Ох уж этот симулятор. А я то по старинке, на промокашке, с калькулятором, и с файлами datasheet.pdf симулирую "в голове". И выводы как бы о том, что не все нюансы Вы просимулировали в своём симуляторе. По вашей схеме, при максимальной мощности начальная часть амплитуды выходного сигнала - напряжение на "верхнем" транзисторе падает, вплоть до перехода верхнего транзистора в режим "резистивной ВАХ", когда напряжение равно доли вольта, а ток единицы ампер. Далее, при увеличении мгновенного напряжения раскачки - "нижний" транзистор выходит из режима нагрузки на вход верхнего каскада, и переходит на режим нагрузки из двух последовательно включённых сопротивлений: сопротивление открытого верхнего транзистора, и сопротивление нагрузки. Динамическая входная ёмкость нижнего транзистора резко возрастает (ориентировочно раз в 20 - 40). Далее нижний транзистор "дотягивает" выходную нагрузку до максимума, но уже не в режиме "каскод". Такую ситуацию можно было бы назвать выход из каскодного режима.

Извините, всё умозрительно, так что картинки предоставить не имею возможности, рисовать долго.

P.S. При увлечении большим напряжением на затворе верхнего транзистора с применением стабилитрона в качестве источника смещения следует помнить, что слишком большое напряжение может привести к пробою затворной цепи внутри транзистора.

[BesPav]

По вашей схеме, при максимальной мощности начальная часть амплитуды выходного сигнала - напряжение на "верхнем" транзисторе падает, вплоть до перехода верхнего транзистора в режим "резистивной ВАХ", когда напряжение равно доли вольта, а ток единицы ампер.

Совершенно верно!

Далее, при увеличении мгновенного напряжения раскачки - "нижний" транзистор выходит из режима нагрузки на вход верхнего каскада, и переходит на режим нагрузки из двух последовательно включённых сопротивлений: сопротивление открытого верхнего транзистора, и сопротивление нагрузки. Динамическая входная ёмкость нижнего транзистора резко возрастает (ориентировочно раз в 20 - 40). Далее нижний транзистор "дотягивает" выходную нагрузку до максимума, но уже не в режиме "каскод". Такую ситуацию можно было бы назвать выход из каскодного режима.

Тоже правильно, я правда написал бы немного по-другому.
Дело в том, что емкость "нижних" транзисторов никуда не пропадает, ее просто не надо перезаряжать пока "верхний" транзистор не ушел в насыщение.
А далее - по классике каскада с общим стоком, напряжения затвор-сток и затвор-исток начинают изменяться. Первое - пропорционально напряжению раскачки, а второе - пропорционально падению напряжения на истоковом резисторе, вызванного током нагрузки.
Пока были активны "верхние" транзисторы эти емкости перезаряжать было не надо, а теперь доминирующий полюс образован этими емкостями и выходным сопротивлением предыдущего каскада.


Эти эффекты достаточно хорошо видно на графиках из первого сообщения, пометил.
Вот он выход из каскодного режима:

А вот положение полюса при разных выходных сопротивлениях предыдущего каскада:

[оператор]

Нерационально.
Сомнительные выгоды данного решения - никаким образом не перевешивают клубок возникающих проблем.
Решения, которые вызывают лавинообразное последовательное нагромождение проблем - не имеют смысла.
Без обид, один вопрос - Доктор! А, смысл?
То, что даст такое решение, можно получить другими методами, проще, дешевле, надежнее.

[теоретизирующий практик]

То, что даст такое решение, можно получить другими методами, проще, дешевле, надежнее.

А что оно даст? Появление на передаточной характеристике двух "точек излома" входной ёмкости устройства?

Известен другой эффективный способ распределения мощностей и напряжений между "двумя корпусами". Два транзистора одного плеча включены почти как каскод, но затвор "верхнего" транзистора подключён не к источнику фиксированного смещения, а к средней точке резистивного делителя напряжения; сам делитель включён между истоком нижнего транзистора, и стоком верхнего. Здесь есть ветка А. Никитина с описанием популярной конструкции с таким ОК. Название темы не помню.

[BesPav]

Сомнительные выгоды данного решения - никаким образом не перевешивают клубок возникающих проблем.

Да ладно, прямо клубок откуда-то появился...
Снизу ставится стабилитрон на 10 Вольт, питание поднимается до +-50, сверху ставятся какие-нибудь чудовища типа таких:
http://ixapps.ixys.com/DataSheet/DS1...TX120P20T).pdf
http://ixapps.ixys.com/DataSheet/DS9...K140N30P)).pdf
Вот киловатт-полтора и получились.

можно получить другими методами

Это вы про двухтактный эмиттерный повторитель на каждый затвор в качестве драйвера? Можно и так, не вопрос.

[mellowman]

Да ладно, прямо клубок откуда-то появился...
Снизу ставится стабилитрон на 10 Вольт, питание поднимается до +-50, сверху ставятся какие-нибудь чудовища типа таких:
http://ixapps.ixys.com/DataSheet/DS1...TX120P20T).pdf
http://ixapps.ixys.com/DataSheet/DS9...K140N30P)).pdf
Вот киловатт-полтора и получились.

Причём в классе А, чтобы сохранить плюсы в плане ёмкости затворов

ps. Монстры и правда монстрячие, на ОБР с 10А всё только начинается

[BesPav]

Причём в классе А, чтобы сохранить плюсы в плане ёмкости затворов

Не, в этом случае на нижний этаж лучше поставить IRFP140/9140, они как раз при 6 Вольтах сток-исток могут ~20-25 А, а все оставшиеся 44 Вольта будут в распоряжении старших товарищей. Которые даже в случае самой плохой нагрузки от 10 Ампер при 50 Вольтах как раз начнут обильно потеть.
Итого ~180 Вольт пик-ту-пик, 20 Ампер на 4 Ома и резисторы в истоках надо бы уменьшить...

ps. Монстры и правда монстрячие, на ОБР с 10А всё только начинается

Offтопик:

У кого там плата-то была с десятком транзисторов в каждом плече?

[оператор]

А что оно даст? Появление на передаточной характеристике двух "точек излома" входной ёмкости устройства?

Известен другой эффективный способ распределения мощностей и напряжений между "двумя корпусами".

Весь форум стоит на ушах из-за этих "двух точек излома"...
Да, нет никаких проблем с этими точками.
Есть множество способов, описанных, проверенных.
Що, опять?...
XD, SA, СЛ, топология, технология, сколько можно об этом?
Каскод в ВК? Однако...