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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik MOSFET vs. Bipolar Audio Verstärker?


Autor: Thomas O. (kosmos)
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Ich wollte mal fragen was man für Vor- und Nachteile bei der jeweiligen 
Technik als Endstufentransistoren hat, bzw. welche Vorteile überwiegen, 
was sind die Kriterien auf die man hier Wert legen sollte?

Ich sehe bei der Mosfet Technik den Vorteil das der Treiber nicht so 
stark sein muss und hier evtl. ein OPAMP reicht.

Bei der bipolaren Technik muss man nochmal einen weiteren Treiber 
einsetzen da ja ein hoher Basisstrom benötigt wird.

Autor: Benedikt K. (benedikt) (Moderator)
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Thomas O. schrieb:
> Ich sehe bei der Mosfet Technik den Vorteil das der Treiber nicht so
> stark sein muss und hier evtl. ein OPAMP reicht.

Dies ist ein weit verbreiteter Irrglaube: Durch die Gatekapazitäten 
benötigt man auch einen ordentlichen Strom. Zusätzlich verursacht diese 
Kapazität eine Phasenverschiebung, was die Regelung schnell instabil 
macht.

Ein großer Vorteil der Mosfets ist dagegen aber der fehlende 2. 
Durchbruch, was es erlaubt kurzzeitig deutlich mehr Verlustleistung zu 
produzieren.

Weiterhin sind Standardmosfets meist nicht für den Linearbetrieb 
spezifiziert.

Autor: Thomas O. (kosmos)
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ja ein gewisser Strom wird sicherlich nötig sein aber bis 20 kHz und 
hauptsächlich Signalen mit niedriger Anstiegsgeschwindigkeit sollte 
dieser doch nicht so hoch sein und und von einem normalen OPAMP zu 
liefern sein?

Autor: Benedikt K. (benedikt) (Moderator)
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Kommt drauf an wie groß der Mosfet ist. Hier gibts eine schöne Seite die 
sich mit dem Thema befasst:
http://sound.westhost.com/articles/hexfet.htm

Autor: MaWin (Gast)
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MOSFETs haben (als Sourcefolger) zunächsteinmal den Nachteil,
dass sie nicht nur eine um 0.7V höhere Steuerspannung,
sondern eine um bis zu 10V höhere Steuerspannung brauchen,
als das Ausgangssignal maximal haben wird,
und damit deutlich höhere Verluste, wenn man nicht
jeweils eine weitere Versorgungsspannung die meist so um
15V über/unter der Spannung liegt, aus der man die Leistung
für die Lautsprecher holt.

Hat man sich auf 4 statt 2 Netzteilspannungen eingestimmt,
sind MOSFETs pflegeleichter. Keine Ruhestromprobleme,
kein second breakdown (es sei denn, man nimmt laterale
MOSFETs), und angeblich angenehmere Verzerrungen, aber wenn
man im Bereich ist, in dem der Ausgang nicht mehr dem Eingang
folgen kann, dann hat man eh ein Problem.

Baut man keinen Sourcefolger, spart man sich zwar die zweite
Steuerspannung, handelt sich aber Probleme mit Instabilitäten
ein, die man besser Profis überlässt :-)

Ebenso bekommt man ein Problem, wenn man mehrere MOSFETs pro
Seite parallelschalten muss, weil die Thresholdspannungen zu
unterschiedlich sind.

Autor: Ben (Gast)
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beim parallelschalten müssen die mosfets gematcht also ausgemessen 
werden sonst geht der "schwächste" hoch ohne daß man weiß wieso. gute 
thermische kopplung brauchen sie genauso wie bipolare typen.

bei der parallelschaltung und hoher leistung haben sie vorteile weil die 
treiberstufe keine hohen basisströme liefern braucht und fast keine 
verlustleistung auftritt.

daß man für mosfets zwangsweise vier betriebsspannungszweige braucht ist 
ein mythos. wenn man die P-kanal-FETs in den positiven zweig schaltet 
und N-kanal in den negativen hat man schon bei 10-15V symmetrischer 
betriebsspannung genug spannung um die dinger zu steuern. das hängt also 
vom design ab.

angeblich haben mosfets in analogen endstufen auch einen weicheren 
klang... **achselzuck** keine ahnung ob das stimmt.

die ansteuerleistung ist bei analogen schaltungen selbst bei 20khz 
weniger als ein bipolarer transistor bei aussteuerung braucht. das ding 
soll ja auch keine rechteckspannung mit sehr steilen flanken verstärken, 
erst dann hat man sehr hohe impulsströme im umschaltmoment.

bei großen "digitalen" verstärkern in class-d hab ich bislang nur 
mosfets gesehen. oft auch mehrere einfach so parallel, ohne widerstände 
im drain- oder source-zweig. diese verstärker arbeiten aber dann schon 
mit schaltfrequenzen (rechteck mit 300khz aufwärts), wo die 
gate-ansteuerung kurzzeitig sehr hohe ströme zum umladen der gates 
liefern muß, die ansteuerverluste steigen also drastisch im vergleich zu 
einer analogen endstufe. jeder transistor hat auch seinen eigenen 
gate-widerstand, der einen teil dieser verluste übernimmt.

mosfets haben zudem einen steigenden Rds(on) (innenwiderstand in 
leitendem zustand) bei erwärmung. das hilft bei class-d endstufen (wo 
die FETs voll durchgesteuert im schaltbetrieb arbeiten) den strom in 
parallelschaltungen gleichmäßig zu verteilen weil der heißeste FET auch 
den höchsten innenwiderstand haben sollte und daher weniger strom 
abbekommt als die kälteren FETs.

in meiner 2x1000W endstufe hier sind IGBTs drin, also eine mischung aus 
bipolarer technik und mosfets. diese haben auch den normalen widerstand 
im lastzweig. die stromversorgung ist auch nur einfach symmetrisch. vom 
klang her ist die endstufe erstklassig, trotz der leistungsfähigkeit 
kein grundrauschen und ausgesprochen kraftvoller und sauberer klang vor 
allem im unteren bereich. ich denke aber nicht, daß das allein an den 
IGBTs liegt.

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