Gli amplificatori a mosfet (Hi-Fi Mondadori - 12

Ma cos* é
un Mosfet ?
C'è chi lo sostiene a spada tratta e chi lo denigra, chi lo
considera la naturale evoluzione del transistor e chi
pensa sia una brutta copia della valvola. Sta di fatto che il
Mosfet comincia a essere usato anche da grandi aziende
di elettroniche, e con buoni risultati. In questo articolo vi
spieghiamo che cosa è veramente il misterioso Mosfet, il
componente che dovrebbe, in futuro, mettere d'accordo
gli estimatori delle valvole e quelli del transistor, o
scomparire dal mercato in pochi anni...
Mosfet d i potenza a canale «N» con
struttura a V (tipica per audio).
alla nascita del Mosfet d i poten- Notiamo che tra i due poli del d r a i n (1)
za, e ancor più dalla sua reale e del source (2) esiste uno strato d i
disponibilità d i commercio, so- materiale semiconduttore d i tipo «P»
no state sempre d i più le ditte d i hi-fi (3) attraverso cui viene regolato i l
che hanno immesso sul mercato appa- passaggio d i corrente. L a parte interna
recchi con questi componenti. Alcune di questo strato è quella che costituiditte inglesi e francesi vendono per sce i l «canale» vero e p r o p r i o (4), che
corrispondenza i m o d u l i i b r i d i o le viene «ristretto» o «allargato» i n funbasette premontate e pretarate degli zione della tensione applicata al gate
stessi amplificatori, con potenze tal- (5); quest'ultimo, sebbene isolato eletvolta superiori a 250 watt R M S .
tricamente dal resto del dispositivo da
M a cos'è un Mosfet? Perché i n un uno strato d i ossido d i silicio (6), è i n
tempo così relativamente breve ha grado q u i n d i d i controllare tramite
conquistato non solo i l mercato, m a l'effetto d i campo l'ampiezza del canaanche l a fiducia d i m o l t i appassionati le suddetto.
e amanti della «vera alta fedeltà»? È Ovviamente non esiste movimento fisirealmente giustificata l a sua espansio- co all'interno del dispositivo, come
ne e diffusione sul mercato, o si tratta quanto detto sopra potrebbe far supdell'ennesima trovata pubblicitaria per porre, m a è i l canale a diventare più o
«spillare» altri soldi dalle tasche degli meno conduttore d i corrente, passanappassionati?
do da una condizione statica d i isolante quasi perfetto (con l a sola eccezione
C O S ' È IL M O S F E T ?
della corrente d i perdita, i l più delle
Partiamo con ordine: innanzitutto i l volte trascurabile) ad una condizione
Mosfet è un semiconduttore, derivato dinamica d i conduttore quasi perfetto
dal suo progenitore principale: i l F E T . (con l'eccezione i n questo caso della
Questa sigla significa «Transistor ad resistenza diretta d i conduzione tra
effetto d i campo» (Field Effect Transi- drain e source denominata Rds on,
stor), cioè un transistor «speciale» i n non sempre trascurabile).
cui i l passaggio della corrente tra Qual'è a questo punto l a differenza
«drain» e «source» (che equivalgono ai con gli altri componenti «attivi»? N o n
terminali d i collettore ed emettitore staremo a spiegare i n dettaglio l a
dei transistor tradizionali) è comanda- costituzione fisica, e q u i n d i i l funzioto d a l «gate» (equivalente alla base del namento, d i un transistor bipolare o d i
transistor)
applicandogli semplice- una valvola, i n quanto si possono
mente una tensione, che non lascerà trovare sull'argomento i n n u m e r e v o l i
passare corrente come i n u n transi- l i b r i , cataloghi e m a n u a l i tecnici. D i stor, perché si limiterà ad alterare lo remo q u i n d i che, fondamentalmente,
stato del campo elettrico presente tra i l fatto che nel gate del F E T o del
drain e source che normalmente, i n Mosfet non c i r c o l i corrente, m a questa
condizioni d i riposo, impedisce i l pas- corrente c i r c o l i invece (anche i n valori
molto elevati) tra d r a i n e source, porta
saggio della corrente stessa.
Guardando l a figura 1 si comprenderà alla constatazione che i l Mosfet stesso
maggiormente i l meccanismo d i con- è un ottimo amplificatore d i corrente;
duzione; prendiamo come esempio u n visto poi che anche nelle valvole i l
di RINO CIERI
D
72
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ftoA/ÀA-aefn
-
il/^Sl
"STRUTTURA DI UN MOSFET A V»
SOURCE
SOURCE
GATE
Al
Si0
2
5
N*2
3
2N+
p
3
4
7
N-epi
ZONA DEL CANALE
1
N+substrate
DRAIN
In primo piano i Mosfet J 99 (Mosfet a canale P) e K 343 (Mosfet a canale N). Lo strano
componente giallo (vedi foto nella pagina precedente) fissato sull'aletta è il disgiuntore
termico per la protezione contro l'eccessiva temperatura prodotta dai Mosfet
ma cos'è un mosfet?
funzionamento avviene i n un modo
paragonabile, cioè con comando i n
tensione, si può dire che la somiglianza tra i due componenti è veramente
notevole. Attenzione, però! c h i è un
convinto sostenitore del 'suono delle
valvole' non deve per questo pensare
che i n fondo, visto che i Mosfet assomigliano più a loro che ai transistor,
debbano per forza suonare meglio di
questi o che i l loro suono debba essere
'caldo e pastoso' come quello delle
valvole; perché i vantaggi fisici che i
Mosfet offrono sono molto differenti
da quelli dei tubi termo ionici.
I n p r i m o luogo, la sua costituzione
fisica permette loro dei tempi d i commutazione estremamente brevi: infer i o r i a u n nanosecondo i n certi modelli
(quindi offriranno una risposta molto
lineare alle alte frequenze e una distorsione, sempre alle alte frequenze, quasi sempre inferiore ai transistor).
Inoltre non esiste i l rischio del 'Break d o w n termico' come nei transistor,
poiché i l loro coefficiente d i temperatura è positivo: cioè, scaldandosi durante i l funzionamento aumentano l i nearmente la resistenza interna, autocompensandosi ed evitando l'effetto
'valanga' che porta alla distruzione del
componente. Infine, la resistenza interna stessa ha u n valore bassissimo
che si aggira mediamente dagli 0,15 ai
2 o h m contrariamente ai 4 - 6 o h m d i
u n transistor d i potenza; per cui anche
i l comportamento d i interfaccia con i l
diffusore è facilitato, anche se quest'
ultimo è molto reattivo.
E i lati negativi del Mosfet? Ne possiam o considerare tre, che però non
influiscono direttamente sulla qualità
sonora.
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Innanzitutto, trattandosi d i dispositivi
abbastanza recenti l a loro diffusione
non è ancora così spinta come con i
transistor; q u i n d i i l prezzo è spesso
esagerato, e non sempre conveniente
per le ditte.
In secondo luogo, sono dispositivi
tuttora abbastanza fragili: è vero che
negli u l t i m i due-tre anni sono stati fatti
passi da gigante nella fisica dei semiconduttori e che fino a questa data era
difficile trovare Mosfet i n grado di
reggere tre/quattro ampère continui
senza soffrirne; m a è altrettanto vero
che ci si sta muovendo con una certa
rapidità sulla strada della ricerca, e già
oggi molte Case hanno i n catalogo
Mosfet da 10/15 ampère d i picco.
Comunque, indipendentemente dal fattore costo, i l problema può essere
risolto i n sede progettuale i n modo
molto semplice: per l a loro stessa
costituzione infatti, i Mosfet d i potenza
possono essere collegati i n parallelo
tra d i loro fino all'infinito senza accorgimenti particolari né necessità di
selezione individuale. In questo modo
la massima corrente ammessa sarà
proporzionale al numero dei Mosfet
adottati.
Anche i l terzo e ultimo difetto infine
può essere elegantemente risolto i n
sede progettuale: si tratta della eventualità d i bruciatura del gate, quando
ad esso è applicata una tensione superiore alla massima ammessa dal costruttore.
In certi casi, questo problema è risolto
dalle stesse case costruttrici incorporando nel chip d i silicio dei diodi zener
d i protezione i n corrispondenza del
gate; ma, come dicevamo, è fattibilissimo per un progettista prevederli egli
stesso i n quei Mosfet che ne sono
sprovvisti.
Crediamo così d i avere chiarito alcuni
punti oscuri sulla struttura d i questi
componenti; e riguardo alla domanda
Figurai:
ecco come funziona un Mosfet a V.\
che facevamo all'inizio, ora possiamo
tranquillamente rispondere: «No, non
è una trovata pubblicitaria; perché le
potenziali prestazioni sono m i g l i o r i d i
quelle dei transistor e delle valvole, se
si esclude la diversa capacità di corrente e i l prezzo attuale».
E concludiamo: è facile che un amplificatore suoni poco bene, se nella
sua progettazione non sono stati tenuti
i n conto tutti quei parametri critici che
possono dare p r o b l e m i i n questo senso; e i n fin dei conti, i Mosfet sono
componenti ancora da sperimentare a
fondo.
M a l'avvenire si presenta più roseo che
m a i , e state certi che da q u i a pochi
anni i loro p r o b l e m i saranno risolti.
In Inghilterra, vera patria degli
autocostruttori, come potete vedere, i
Mosfet vengono venduti anche per
corrispondenza
(da Wireless World).