Wzmacniacz przeciwsobny na MOSFET-ach: jak zminimalizować zniekształcenia przy przejściu prądu?
Wzmacniacz przeciwsobny na MOSFET-ach - znieksztalcenia
From: Marek Michalkiewicz <spamtrap_at_nospam_amelek.gda.pl.invalid>
Subject: Wzmacniacz przeciwsobny na MOSFET-ach - znieksztalcenia
Date: Thu, 10 Feb 2005 01:00:09 +0100 (CET)
Witam. Szukam materiałów o projektowaniu wzmacniaczy przeciwsobnych
(takich jak kiedyś robiono lampowe - z transformatorem wyjściowym,
plus zasilania na środek uzwojenia pierwotnego a końce do anod), tyle
że nie na lampach, lecz na MOSFET-ach.
Szczególnie chodzi to, jak walczyć ze zniekształceniami skrośnymi
(gdy prąd wyjściowy przechodzi przez zero - z jednego tranzystora
na drugi). Mam taki wzmacniacz (część większego projektu): pasmo
15-100 kHz, 2 tranzystory IRF540 z lokalnym sprzężeniem zwrotnym
(1k + 100n szeregowo między D a G, oraz 0,05R między S a masą,
sterowanie bramek dwoma przebiegami przeciwnymi w fazie, max 25V p-p
przez 470R + 100n dla oddzielenia składowej stałej), zasilanie +30V,
klasa AB, prąd spoczynkowy 2*100mA, transformator na ETD29 (w każdym
razie na pewno się nie nasyca). I dzieją się rzeczy dziwne - prąd
spoczynkowy wydaje się spory, a mimo to zniekształcenia są.
Bipolarnych wolę nie stosować, bo wzmacniacz pracuje na obciążenia
o dziwnych impedancjach (dużo mocy biernej - obawiam się kłopotów
z przebiciem wtórnym). Moc wyjściowa potrzebna jest dość spora
(w porywach do 200W), ale nie przez cały czas (może max 20% czasu).
Przy obciążeniu czystą rezystancją zniekształcenia ledwo widać
(coś tam koło zera), ale przy indukcyjnym - pojawiają się dość duże
"szpilki" w sygnale wyjściowym, właśnie w chwili przejścia prądu
wyjściowego przez zero. Zniekształcenia rosną ze wzrostem prądu
obciążenia - bez obciążenia na wyjściu jest czysty sinus.
Gdzieś (na schemacie jakiegoś wzmacniacza w. cz. do nadajnika KF)
widziałem dławik włączony między plusem zasilania a środkiem
transformatora wyjściowego (u mnie tego nie ma) - ale nigdzie nie
widziałem dokładnego wyjaśnienia jego roli, ani jak go obliczyć.
Proszę o podpowiedź, o co zapytać Google - ewentualnie jakieś
książki lub czasopisma :)
pozdrawiam
Marek
Date: Thu, 10 Feb 2005 02:20:49 +0100
From: RoMan Mandziejewicz <roman_at_nospam_pik-net.pl>
Subject: Re: Wzmacniacz przeciwsobny na MOSFET-ach - znieksztalcenia
Hello Marek,
Thursday, February 10, 2005, 1:00:09 AM, you wrote:
Witam. Szukam materiałów o projektowaniu wzmacniaczy przeciwsobnych
(takich jak kiedyś robiono lampowe - z transformatorem wyjściowym,
plus zasilania na środek uzwojenia pierwotnego a końce do anod), tyle
że nie na lampach, lecz na MOSFET-ach.
Szczególnie chodzi to, jak walczyć ze zniekształceniami skrośnymi
(gdy prąd wyjściowy przechodzi przez zero - z jednego tranzystora
na drugi). Mam taki wzmacniacz (część większego projektu): pasmo
15-100 kHz, 2 tranzystory IRF540 z lokalnym sprzężeniem zwrotnym
(1k + 100n szeregowo między D a G, oraz 0,05R między S a masą,
sterowanie bramek dwoma przebiegami przeciwnymi w fazie, max 25V p-p
przez 470R + 100n dla oddzielenia składowej stałej),
No i popełniłeś grzech dość zasadniczy - potraktowałeś MOSFETa jak
wzmacniacz sterowany napięciem. Zupełnie zapomniałeś o tym, że
przeładowujesz duży ładunek na bramce i przez pewien czas - właśnie w
momencie otwierania/zamykania tranzystora - prąd przeładowujący płynie
a napięcie na bramce się nie zmienia. I jest to ten moment, gdy
tranzystor praktycznie nie reaguje na sygnały ze sprzężenia zwrotnego.
zasilanie +30V, klasa AB, prąd spoczynkowy 2*100mA, transformator na
ETD29 (w każdym razie na pewno się nie nasyca).
To z jaką częstotliwością pracuje ten wzmacniacz?
I dzieją się rzeczy dziwne - prąd spoczynkowy wydaje się spory, a
mimo to zniekształcenia są.
I będą, bo być muszą - tranzystor w tym momencie ze źródła
napięciowego (działanie sprzężenia zwrotnego) zamienia się w źródło
prądowe.
Bipolarnych wolę nie stosować, bo wzmacniacz pracuje na obciążenia
o dziwnych impedancjach (dużo mocy biernej - obawiam się kłopotów
z przebiciem wtórnym).
Można znaleźć takie tranzystory, które się tego nie boją...
[...]
Gdzieś (na schemacie jakiegoś wzmacniacza w. cz. do nadajnika KF)
widziałem dławik włączony między plusem zasilania a środkiem
transformatora wyjściowego (u mnie tego nie ma) - ale nigdzie nie
widziałem dokładnego wyjaśnienia jego roli, ani jak go obliczyć.
To jest zabezpieczenie przed wzrostem prądu w momenciegdy oba
tranzystory są otwarte dość mocno.
Proszę o podpowiedź, o co zapytać Google - ewentualnie jakieś
książki lub czasopisma :)
Podpowiedź jest prosta: zamiast układu z lokalnym sprzężeniem zwrotnym
na elementach RC o stosunkowo dużej impedancji 'odwróć' układ, czyli
środek trafa do masy, MOSFETy jako wtórniki źródłowe (dreny do +30V) i
sterowanie bramek ze źródła o małej impedancji wyjściowej. Przy okazji
możesz łatwo zrobić kontrolę prądu - rezystor 0.0nic ;-) pomiędzy
środek trafa a masę.
--
Best regards,
RoMan mailto:roman_at_nospam_pik-net.pl
From: senicz <wsenicz_at_nospam_upr.org.pl>
Subject: Re: Wzmacniacz przeciwsobny na MOSFET-ach - znieksztalcenia
Date: Thu, 10 Feb 2005 18:12:19 +0100
Użytkownik RoMan Mandziejewicz napisał:
Hello Marek,
No no jeszcze sa ludzie ktorzy znaja sie na
rzeczy. Dodam tylko, ze lampy mocy maja pojemnosci
wejsciowe male kilka piko? a vmosy kilka nano?
Problemy ze sterowaniem vmosow spowodowaly
wycofanie sie wiekszosci firm z ich stosowania we
wzmacniaczach. No i jeszcze kilka innych powodow.
Date: Thu, 10 Feb 2005 20:02:22 +0100
From: RoMan Mandziejewicz <roman_at_nospam_pik-net.pl>
Subject: Re: Wzmacniacz przeciwsobny na MOSFET-ach - znieksztalcenia
Hello senicz,
Thursday, February 10, 2005, 6:12:19 PM, you wrote:
No no jeszcze sa ludzie ktorzy znaja sie na
rzeczy.
Dzięki za uznanie -)
Szkoda, że autor wątku zamilkł - kolejne pytanie bez oczekiwania na
odpowiedź?
Dodam tylko, ze lampy mocy maja pojemnosci
wejsciowe male kilka piko?
Powiedzmy - kilkadzisiąt. I w połączeniu triodowym potężny efekt
Millera :-(
a vmosy kilka nano?
Licząc to jako pojemność - tak. Ale charakterystyka ładowania bramki
jest bardzo nieliniowa i jest odcinek (właśnie pracy liniowej), w
którym ta pojemność jest jeszcze wyższa...
[...]
--
Best regards,
RoMan mailto:roman_at_nospam_pik-net.pl
From: Marek Michalkiewicz <spamtrap_at_nospam_amelek.gda.pl.invalid>
Subject: Re: Wzmacniacz przeciwsobny na MOSFET-ach - znieksztalcenia
Date: Fri, 11 Feb 2005 02:13:53 +0100 (CET)
RoMan Mandziejewicz <roman_at_nospam_pik-net.pl> wrote:
Dzięki za uznanie -)
Szkoda, że autor wątku zamilkł - kolejne pytanie bez oczekiwania na
odpowiedź?
Po prostu zawalenie robotą, padam... już dawno powinienem spać :)
Oczywiście dzięki za odpowiedź, też uznanie. Jeszcze taki pomysł:
może sterować bramką przez wtórnik emiterowy? Wtedy przez sprzężenie
zwrotne płynie tylko jego prąd bazy, a bramkę szybciej przeładuje.
Wtórnik (dreny do plusa) - pomyślę, ale nie obejdzie się tutaj bez
kolejnego transformatora, by podnieść napięcie wejściowe (na razie
mam stopień sterujący na NE5532, zasilany też z +30V).
Próbowałem dodać 1nF między dren a bramkę, czyli silne sprzężenie
zwrotne powyżej użytecznego pasma. Efekt - generator w. cz. :)
Dodałem jeszcze 100 omów szeregowo i przestało się wzbudzać -
zniekształcenia są mniejsze niż na początku, ale są nadal.
Marek
Date: Fri, 11 Feb 2005 11:49:02 +0100
From: RoMan Mandziejewicz <roman_at_nospam_pik-net.pl>
Subject: Re: Wzmacniacz przeciwsobny na MOSFET-ach - znieksztalcenia
Hello Marek,
Friday, February 11, 2005, 2:13:53 AM, you wrote:
Dzięki za uznanie -)
Szkoda, że autor wątku zamilkł - kolejne pytanie bez oczekiwania na
odpowiedź?
Po prostu zawalenie robotą, padam... już dawno powinienem spać :)
Oczywiście dzięki za odpowiedź, też uznanie. Jeszcze taki pomysł:
może sterować bramką przez wtórnik emiterowy? Wtedy przez sprzężenie
zwrotne płynie tylko jego prąd bazy, a bramkę szybciej przeładuje.
Wtórnik z rezystorem w emiterze? Zapomnij. Potrzebujesz silnego
bufora. Bramkę trzeba ładować i rozładowywać.
Wtórnik (dreny do plusa) - pomyślę, ale nie obejdzie się tutaj bez
kolejnego transformatora, by podnieść napięcie wejściowe (na razie
mam stopień sterujący na NE5532, zasilany też z +30V).
Po co dodatkowe napięcie? Bramki polaryzujesz na wstępie napięciem
stosunkowo niskim i oddzielasz składową stałą kondensatorami -
powiedzmy 1 uF, żeby przeniosły (impulsowy) prąd przeładowujący.
Dodatkowych napięć potrzebowałbyś, gdybyś chciał to sprząc
stałoprądowo.
Próbowałem dodać 1nF między dren a bramkę, czyli silne sprzężenie
zwrotne powyżej użytecznego pasma. Efekt - generator w. cz. :)
Dodałem jeszcze 100 omów szeregowo i przestało się wzbudzać -
zniekształcenia są mniejsze niż na początku, ale są nadal.
Po raz kolejny pytam - w jakim zakresie częstotliwości ma to pracować?
--
Best regards,
RoMan mailto:roman_at_nospam_pik-net.pl
From: Marek Michalkiewicz <spamtrap_at_nospam_amelek.gda.pl.invalid>
Subject: Re: Wzmacniacz przeciwsobny na MOSFET-ach - znieksztalcenia
Date: Fri, 11 Feb 2005 14:36:52 +0100 (CET)
RoMan Mandziejewicz <roman_at_nospam_pik-net.pl> wrote:
Wtórnik z rezystorem w emiterze? Zapomnij. Potrzebujesz silnego
bufora. Bramkę trzeba ładować i rozładowywać.
Może bufor na parze komplementarnej (by był silny w obie strony)?
Oczywiście wstępnie spolaryzowany, by znowu nie wnosił zniekształceń:
między bazami 3 diody, z emiterów do wyjścia po kilkadziesiąt omów,
stamtąd przez kondensator do bramki.
Po co dodatkowe napięcie? Bramki polaryzujesz na wstępie napięciem
stosunkowo niskim i oddzielasz składową stałą kondensatorami -
powiedzmy 1 uF, żeby przeniosły (impulsowy) prąd przeładowujący.
Dodatkowych napięć potrzebowałbyś, gdybyś chciał to sprząc
stałoprądowo.
Ale przy zasilaniu +30V i pełnym wysterowaniu, na każdą z bramek
wtórnika musiałbym podać 60V p-p - skąd tyle wziąć? (chyba, że jakiś
układ typu "bootstrap"?)
Po raz kolejny pytam - w jakim zakresie częstotliwości ma to pracować?
Jak podałem na początku wątku: od 15 do 100 kHz. Problemy pojawiają
się od ok. 40 kHz wzwyż - niżej najwyraźniej prąd wokół przejścia
przez zero zmienia się na tyle powoli, że sprzężenie zwrotne zdąża.
Swoją drogą, na oscyloskopie nie widzę tego "przez chwilę stałego"
napięcia na bramce. Widać, że zmienia się dość szybko - ale i tak
za wolno. Wygląda mi to na nieliniowość - małe wzmocnienie MOSFET-a
przy małych prądach. Wykres Id od Ugs w PDFie do IRF540 zaczyna się
zresztą od 10A przy 4,5V - może niżej nie ma się czym chwalić :)
Marek
Date: Fri, 11 Feb 2005 14:59:48 +0100
From: RoMan Mandziejewicz <roman_at_nospam_pik-net.pl>
Subject: Re: Wzmacniacz przeciwsobny na MOSFET-ach - znieksztalcenia
Hello Marek,
Friday, February 11, 2005, 2:36:52 PM, you wrote:
Wtórnik z rezystorem w emiterze? Zapomnij. Potrzebujesz silnego
bufora. Bramkę trzeba ładować i rozładowywać.
Może bufor na parze komplementarnej (by był silny w obie strony)?
Oczywiście wstępnie spolaryzowany, by znowu nie wnosił zniekształceń:
między bazami 3 diody, z emiterów do wyjścia po kilkadziesiąt omów,
stamtąd przez kondensator do bramki.
I znów te kilkadziesiąt om... Max kilka om a nie kilkadziesiąt - to
własnie impedancja sprawia kłopoty.
Po co dodatkowe napięcie? Bramki polaryzujesz na wstępie napięciem
stosunkowo niskim i oddzielasz składową stałą kondensatorami -
powiedzmy 1 uF, żeby przeniosły (impulsowy) prąd przeładowujący.
Dodatkowych napięć potrzebowałbyś, gdybyś chciał to sprząc
stałoprądowo.
Ale przy zasilaniu +30V i pełnym wysterowaniu, na każdą z bramek
wtórnika musiałbym podać 60V p-p
Też prawda :-(
- skąd tyle wziąć? (chyba, że jakiś układ typu "bootstrap"?)
Lepiej nie robić tego na bootstrapach.
[...]
Wykres Id od Ugs w PDFie do IRF540 zaczyna się zresztą od 10A przy
4,5V - może niżej nie ma się czym chwalić :)
Po prostu MOSFETy mocy zdecydowanie trudno się wkłada do układów
liniowych.
--
Best regards,
RoMan mailto:roman_at_nospam_pik-net.pl
From: Marek Michalkiewicz <spamtrap_at_nospam_amelek.gda.pl.invalid>
Subject: Re: Wzmacniacz przeciwsobny na MOSFET-ach - znieksztalcenia
Date: Fri, 11 Feb 2005 19:27:21 +0100 (CET)
RoMan Mandziejewicz <roman_at_nospam_pik-net.pl> wrote:
I znów te kilkadziesiąt om... Max kilka om a nie kilkadziesiąt - to
własnie impedancja sprawia kłopoty.
Dotychczas było kilkaset (470 || 1k), więc i tak powinno być lepiej :)
W każdym razie dzięki, będę próbować nadal w przyszłym tygodniu.
Marek