AMPLIFICADOR S-Sub Mosfet

Introduccion

Un día insolé unas PCBs y por una causa indeterminada parte de una PCB de un S-SUB encargado salió mal. Se corrompió la laca de todo un lado, justo el de la etapa salida, y justo sólo su parte. Como el resto había salido bastante bien pensé en acoplar una etapa de salida simple, ya que necesitaba un amplificador para hacer evaluaciones subjetivas de sonido, junto al monitor.
El resultado fue el S-SUB versión MOSFET, no puede haber nada más sencillo que una etapa de salida push-pull en drenador común con mosfet.
El circuito empleado es casi el mismo que en el S-SUB, pero con alguna modificación resultante de la etapa de salida empleada. También se modifican algunos elementos de ganancia y compensación en frecuencia.
A la derecha se puede observar el nuevo circuito.

Topologia
Aunque a priori resulte sencillo, una etapa de salida con dos transistores "gordos" y unas resistencias, en la práctica no lo es tanto, de hecho tuve que hacer una PCB aparte porque además incorporé una limitación en corriente.
Lo primero es que la impedancia de salida de la etapa de ganancia en voltaje es muy alta, y la capacidad de entrada de los mosfet también. En realidad no es mayor que la de los BJT de potencia (1500-3000pF), pero si hay una característica diferente: como no es necesario un transistor driver, la EGV lidia diréctamente con esa capacidad. Tenemos que esa capacidad en colaboración con la alta impedancia de salida de la EGV forman un polo (comportamiento de filtro paso bajo) que crea un desfase de 90º. Si a eso le añadimos el desfase resultante de la compensación en frecuencia, otros 90º tenemos 180º que invierten la fase a la salida. En ese momento la realimentación negativa deja de ser "negativa" y pasa a ser positiva, por lo que el amplificador se vuelve inestable y tiende hacia los raíles de alimentación, y en condiciones adecuadas oscila (es lo más normal).
Esto se evita degenerando el polo, añadiendo unas resistencias en serie con las puertas de los transistores MOS de salida. A frecuencias de audio ésta técnica no tiene ningún efecto pernicioso en el dinamismo.
Por otra parte, el coeficiénte térmico de los mosfet es en principio negativo, por utilizar portadores de carga que no se generan térmicamente (es uno de los motivos de que no sufran de ruptura secundaria). Por lo que tengo entendido a día de hoy, hay diferencias entre el coeficiénte térmico del voltaje de estrangulamiento y la transconductancia. La transconductancia disminuye con la temperatura, por lo que ese motivo permite colocarlos en paralelo e idealmente permite que la etapa prescinda de compensación térmica.

En los últimos tiempos, prácticamente la única aplicación que usa transistores MOSFET en zona lineal es el audio y la radiofrecuencia, donde aún sobreviven sin rival muchas válvulas de vacío. En el resto de aplicaciones con requisitos lineales se ha sustituido esta operación por el PWM, más eficiente, lineal y claramente superior para frecuencias bajas menores a 1Khz y aplicaciones que no requieran una gran precisión (0,1% min), como control de motores, servos...
La necesidad de optimizarlos para conmutación y una baja resistencia del canal ha traído nuevas formas de fabricarlos: V-MOS, Trench-FET, T-MOS, HEX-FET..., y el resultado es que el voltaje de estrangulamiento disminuye con el aumento de temperatura, a diferencia de los FETs clásicos de Hitachi, que no requerían ningún tipo de compensación térmica. La compensación térmica requerida es finalmente ajustada por un multiplicador de VBE, pero degenerado con un diodo que no está en contacto con el radiador.
Los modelos utilizados son HEXFETs de International Rectifier, los famosos IRFxxxx. En un principio, en mi versión empleé los IRF640 e IRF9640, dos modelos de 150W en TO-220, que para dar 25W de salida van más que sobrados, pero los hay más adecuados como los IRFP240 e IRFP9240, también de 150W, pero en cápsula TO-3P.
La diferencia entre estos dos modelos es que los TO-3P soportan más potencia de manera continuada porque la resistencia térmica ente el silicio y el radiador es notablemente menor. Pasa de 1.5 a 1,07, un 30% menor. Esto implica que cuando el radiador de 0.5ºC/W esté a 50ºC en el TO-3P, el silicio del transistor estará a 103ºC, mientras que en el TO-220 estará a 125ºC. El límite son 150ºC, y cuanto más frío esté el transistor más lineal será.

Por eso, es posible funcionar con los IRF540 e IRF9540, IRF640 e IRF9640, pero yo sólo puedo recomendar los IRFP240 e IRFP9240 con potencias de igual o más de 80W.Por último, el montaje es mucho más sencillo ya que los transistores se montan en la placa y se acoplan al radiador, en vez de montarlos en el radiador y emplear cables para unirlos a la placa
Asignatura: EES.
Alumno: Pedro Jose Contreras Urbina
Fuente:http://www.pcpaudio.com/pcpfiles/proyectos_amplificadores/ssub-mosfet/Ssub_mosfet.html