Il miglior transistor da utilizzare per l'amplificatore audio

Con questo termine, progetteremo un amplificatore audio. Finora nella nostra lezione, siamo ancora al BJT e sulla base di ciò che ho sentito, le FET saranno discusse in parte a differenza di quella approfondita sul BJT. Ad ogni modo, vorrei avere un'idea così presto in modo da poter pianificare quale transistor usare per la migliore amplificazione audio. Ho letto alcuni thread su come è meglio l'altro transistor (BJT / FET), ma altri forum dicono che le prestazioni non dipendono dal componente ma da come il transistor è opportunamente distorto e da come il circuito è progettato correttamente.

Nel progettare un amplificatore audio, quale dei quattro sottotipi di transistor è il più efficiente? (NPN / PNP / JFET / MOSFET)

A proposito, il requisito del mio professore è proprio questo: impressionarmi. In questo momento il mio gruppo non ha ancora deciso le specifiche del circuito (potenza, impedenza, ecc.).

È possibile creare correttamente un amplificatore audio da diversi tipi di BJT. Sarà il circuito, non il transistor, a far funzionare bene l'amplificatore. Sceglierei parti di jellybean come 2N4401 (NPN) e 2N4403 (PNP) e resterei con loro per tutto tranne che per i transistor di potenza finale. Molte parti potrebbero ricoprire quel ruolo. Se hai i tuoi transistor di segnale piccoli jellybean preferiti, usali se preferisci. Quelli che ho menzionato hanno un guadagno ragionevole e possono gestire fino a 40 V, che dovrebbero essere abbastanza buoni da consentire a un amplificatore di impressionare il tuo professore.

Esistono molti possibili transistor di potenza da utilizzare come uscita finale. Se stai puntando a pochi watt, probabilmente sceglierei parti di base come TIP41 (NPN) e TIP42 (PNP).

Ancora una volta, però, non è la scelta del transistor che farà o distruggerà questo progetto. Puoi sicuramente creare un amplificatore audio impressionante con i transistor di cui parlo, ma puoi anche fare un casino. Dipende davvero dal design. Nell'audio, il rumore generale e la distorsione armonica sono priorità elevate. Questi provengono da un'attenta progettazione dei circuiti e dall'attenzione a questi parametri in ogni fase del percorso.

È inoltre possibile utilizzare altri tipi di transistor, come JFET o MOSFET. Ciò richiederebbe una diversa topologia di circuito per un corretto utilizzo, ma può essere utilizzato anche per creare un buon amplificatore. Dal momento che esaminerai i dettagli di BJT in modo più approfondito, per ora mi atterrerei a loro. Questo sarà un grande esercizio di apprendimento. Progettare un amplificatore con un rumore molto basso e una distorsione molto bassa non è banale.

Probabilmente realizzerai uno stadio di uscita di potenza più efficace usando i BJT per lo stesso numero di componenti rispetto ai MOSFET. Uso la parola efficace per indicare che la tensione di uscita oscilla sempre più in alto per lo stesso alimentatore con BJT utilizzati in un semplice circuito push-pull. Questo perché, per accendere un BJT, hai solo bisogno di circa 0,6 a 0,7 V, mentre per ottenere un MOSFET che fornisce diverse centinaia di milliampere potresti dover guidare il suo gate con 3 o 4 volt.

Ancora una volta, questo sarà un semplice stadio di uscita di classe AB push-pull emettitore-seguace. Puoi guidare i transistor di uscita solo con un segnale che è limitato ai binari di alimentazione e se questo è (diciamo) 24 V cc - dovresti essere in grado di guidare un segnale che è 22 Vp-p ai transistor di potenza. Dato che ogni BJT "perderebbe" 0,7 volt (a causa della giunzione dell'emettitore di base), la tensione di uscita massima sarà di circa 20,6 volt picco-picco. Se stavi usando i mosfet, sarebbe più come un picco da 14 volt a picco in un carico decente.

C'è un po 'di agitando la mano nella mia risposta finora, ma, fai i tuoi compiti sui mosfet collegati come follower della sorgente e scegline uno con il Vgs ridotto (soglia) ed esamina la scheda tecnica per vedere quanta tensione del gate drive è necessaria per far scorrere alcune centinaia di milliampere.

Esistono progetti più complessi che sono piuttosto difficili da ottenere in cui i transistor di uscita sono collegati al collettore o collegati al drenaggio ma, per un principiante, starei lontano da questi perché sarebbero instabili se non progettati con cura e richiedessero più silicio per lavorare in modo efficace.

Quindi, dato che non hai specificato l'uscita di potenza, il carico dei diffusori o le guide di tensione, direi che uno stadio di uscita di potenza BJT è probabilmente la scelta migliore. Per quanto riguarda gli altri transistor, resterei fedele ai BJT: sono stati utilizzati in decine di migliaia di buoni design commerciali. Ovviamente potresti considerare uno stadio di uscita di classe A che utilizza un trasformatore di uscita - questo vale probabilmente la pena considerare, ma il lato negativo è la perdita di efficienza dovuta alla polarizzazione finale del transistor.

Ho appena dato un'occhiata a uno stadio di uscita abbastanza semplice che mostra la disposizione di polarizzazione di cui probabilmente avrai bisogno per un amplificatore decente e mi sono imbattuto in questo: -

È venuto da questo sito. Lo sto raccomandando perché sembra avere una specifica decente e il sito raccomanda anche una versione ridotta senza diodi / polarizzazione. Personalmente penso che sarebbe un buon inizio per un principiante. Il sito discute diverse cose su ciò che è necessario per realizzare una buona fase di output.

Puoi prendere il design di base e aggiungere guadagno ad esso e scambiare l'amplificatore operazionale per i singoli transistor se fai un po 'più di ricerca.

Questa è una risposta un po 'tardiva, ma spero che possa aiutare qualcuno a porre le stesse domande.

Preferisco i BJT, ma i MOSFET sono super facili da usare e possono superare i BJT in termini di fedeltà. Entrambi possono dare risultati eccellenti, basta usare quello che trovi che preferisci. I MOSFET possono generalmente gestire tensioni di alimentazione più elevate (Vds max più elevate). Quindi progetta con quello che ti senti più a tuo agio (saggio di calcolo) e se ti senti ugualmente a tuo agio con entrambi, usa random.org.

Per aggiungere ciò che ha detto Andy aka, sappi solo che dovrai avere un design molto complesso per ottenere 0,7 V sotto ogni binario mentre la tua uscita oscilla. Questo perché lo stadio dell'amplificatore di un amplificatore BJT ha anche bisogno del segnale per guidarlo, che normalmente riduce di uno il 10% della tensione dei binari (non citarmi su quel numero, è solo una regola generale che uso) ). E non credo che un amplificatore operazionale possa impressionare un professore. Almeno dove ho studiato avrei fallito completamente se avessi usato un amplificatore operazionale. E inoltre, il massimo che puoi ottenere da uno (con un palcoscenico attentamente progettato) è 18 W su 8 ohm - questo usando un NE5532 se ricordo bene. In generale stai guardando solo 10-15 W con un amplificatore operazionale. In primo luogo, un amplificatore operazionale richiede 5 minuti per progettare e in secondo luogo la potenza è lugubre.

E per aggiungere, usare due diodi per polarizzare uno stadio di uscita BJT non è particolarmente la migliore idea, a meno che non abbini i tuoi diodi e transistor collegando perfettamente e termicamente i diodi e i transistor di uscita. Gli amplificatori BJT sono molto sensibili alla fuga termica. Probabilmente scoprirai in pratica che finirai con una corrente di polarizzazione molto alta se usi i normali diodi di segnale. Utilizzare diodi raddrizzatori se si intende utilizzare diodi - 1N4001.

Definire "prestazioni". Perché sei interessato a "efficienza"? I transistor sono utilizzati negli amplificatori audio in diversi modi. Hai circuiti discreti di classe A che overdrive bene come il famigerato microfono pre console Neve. Sulla carta, i progetti di un amplificatore operazionale avranno le migliori prestazioni (effettivamente mettere dei transistor separati di fronte a un amplificatore operazionale convenzionale si avvicinerà probabilmente al limite teorico delle prestazioni). Ma più in generale hai transistor di ingresso, transistor di guadagno e transistor di uscita.

I transistor di ingresso devono essere a basso rumore. BJT tende ad avere un rumore più basso se l'impedenza della sorgente corretta (per gli amplificatori operazionali è possibile cercarlo nel foglio dati osservando il rumore di tensione / rumore di corrente che per NE5534A a 30Hz è ~ 5,5 / 0,0015 = 3k7). JFET ha un rumore a bassissima corrente, quindi tenderanno ad avere migliori prestazioni di rumore con ingressi Z alti.

I transistor di guadagno dovrebbero essere a basso rumore e alto guadagno. Non sono sicuro di ciò che rende un buon transistor di uscita. Larghezza di banda o caratteristiche termiche forse.