Úvod

V části Topologie Federmann, část IX jsem se věnoval spojování HEXFET Power MOSFETů, v části Topologie Federmann, část X jsem se věnoval možným úskalím ve vstupním obvodu a rozkmitovém stupni, dnes se podíváme na nastavení pracovního bodu výkonových tranzistorů.

Nastavení klidového proudu

Nastavení klidového proudu je důležitou součástí oživování a nastavení každého zesilovače. Jak jsem popsal v textu Topologie Federmann, část VIII je možné nastavovat pracovní  bod a jeho teplotní stabilitu za použití emitorového odporu pro tranzistor určující předpětí koncových tranzistorů.

Nyní si ukážeme řešení se zenerovou diodou, řešení, které je méně závislé na proudu rozkmitového stupně. Teplotní závislost použitého tranzistoru nemusím blíže vysvětlovat. Použitím emitorového odporu se teplotní závislost snižuje úměrně s velikostí tohoto odporu.

Nevýhodou tohoto řešení je závislost na protékajícím proudu. Teplotními změnami diferenciálního zesilovače se nepatrně mění jeho vlastnosti a v konečném důsledku dochází i k teplotní závislosti proudu rozkmitového stupně.

Použitím zenerovy diody na místě emitorového odporu se do značné míry tato závislost omezí. Použitím emitorové zenerovy diody se rovněž snižuje teplotní závislost a to úměrně s velikostí napětí zenerovy diody.

Sečtením všech teplotních závislostí se dostaneme k výsledné závislosti klidového proudu koncovými tranzistory. Výsledná optimální závislost klidového proudu jedním koncovým tranzistorem je patrná na grafu.

Teplotní závislost výstupního napětí

Teplotní závislost výstupního napětí je další samostatnou oblastí, která zaslouží pozornost. Na grafech je patrná dosažená teplotní závislost tohoto zapojení. Pokud nebudeme s touto závislostí spokojeni pak můžeme použít P-I regulátor, který nám zajistí lepší stabilizaci pracovního bodu v závislosti na teplotě.

Omezení zkratového proudu

Omezení zkratového proudu je dalším vhodným doplňkem výkonového zesilovače. Je zapotřebí si uvědomit, že toto omezení není ochranou zesilovače jako takovou, omezení zkratového proudu slouží, jak samotný název napovídá k omezení zkratového proudu koncovými tranzistory, tím zaručí nepřekročení dovolené hodnoty proudu výkonovými tranzistory.

Při plném napájecím napětí dojde okamžitě k překročení dovoleného ztrátového výkonu výkonových tranzistorů. K ochraně tranzistorů musí nastoupit konstrukce zdroje, který nedodá delší dobu nadměrný výkon a zajistí odpojení napájení od přetíženého koncového stupně.

V případě nepoužití omezení zkratového proudu výkonovými tranzistory, dojde k jejich proudovému přetížení a ztrátový výkon je mnohem větší jak při omezení zkratového proudu. Stále však platí, že ochrana výkonových tranzistorů musí být realizována konstrukcí zdroje a výkonovým dimenzováním výkonových tranzistorů.

Pro omezení zkratového proudu unipolárních HEXFET Power MOSFETů se ideálně hodí omezit napětí U_GS.  Při vybírání tranzistorů nastavíme maximální proud, který bude v zesilovači dodávat do typické zátěže.  Při zesilovači 500W/4Ω tj. 64V a 16A, pro 4 páry tranzistorů, pak 4A na každý pár. Měříme při malém napětí U_DS (doporučuji cca 10V) a odečteme hodnotu napětí U_GS kdy byly dosaženy 4A.

K takto získané hodnotě U_GS připočteme úbytek napětí na emitorových odporech a dostaneme nutnou velikost napětí zenerovy diody. Například naměřené U_GS=5V, R_E=0,33Ω odtud U_RE=0,33Ω*4A=1,32V pro omezení zkratového proudu použijeme zenerovu diodu o velikosti napětí U_Z=5+1,32=5,32V.

Tato problematika již byla zmíněna v textu Výkonový stupeň HQQF-55-503W-4-2. Provozováním zesilovače při větším napětí jak 10V se nepatrně zvýší i proud při kterém dojde k omezení. Zenerovy diody nám tak poslouží nejenom k omezení zkratového proudu, ale i k ochraně Gate jednotlivých HEXFET Power MOSFETů před jejich poškozením.

Diskuse