Melhor transistor a ser usado para amplificador de áudio

Este termo, estaremos projetando um amplificador de áudio. Até o momento em nossa palestra, ainda estamos na BJT e, com base no que ouvi, os FETs serão apenas parcialmente discutidos, diferentemente da minuciosa no BJT. De qualquer forma, gostaria de ter uma idéia tão cedo para poder planejar qual transistor usar para a melhor amplificação de áudio. Eu li alguns tópicos sobre como o outro transistor (BJT / FET) é melhor, mas outros fóruns dizem que o desempenho não depende do componente, mas de como o transistor é corretamente enviesado e como o circuito é projetado corretamente.

Ao projetar um amplificador de áudio, qual dos quatro subtipos de transistores é o mais eficiente? (NPN / PNP / JFET / MOSFET)

A propósito, a exigência do meu professor é exatamente isso: me impressione. No momento, meu grupo ainda não decidiu as especificidades do circuito (potência, impedância etc.).

Você pode construir com sucesso um amplificador de áudio a partir de muitos tipos diferentes de BJTs. Será o circuito, não o transistor, que fará o amplificador funcionar bem. Eu pegava peças de jujubas como o 2N4401 (NPN) e 2N4403 (PNP) e as mantinha em tudo, exceto nos transistores finais de saída de potência. Muitas partes podem preencher esse papel. Se você possui seus próprios transistores de sinal pequenos de jellybean favoritos, use-os se preferir. Os que eu mencionei têm ganho razoável e podem suportar até 40 V, o que deve ser bom o suficiente para permitir que um amplificador impressione seu professor.

Existem muitos transistores de potência possíveis para usar como saída final. Se você está buscando alguns Watts, eu provavelmente usaria peças básicas como o TIP41 (NPN) e o TIP42 (PNP).

Novamente, porém, não é a escolha do transistor que fará ou interromperá esse projeto. Você certamente pode criar um amplificador de áudio impressionante com os transistores mencionados, mas também pode fazer uma bagunça. É realmente até o design. No áudio, o ruído geral e a distorção harmônica são grandes prioridades. Eles vêm de um projeto cuidadoso do circuito e da atenção a esses parâmetros a cada passo do caminho.

Você também pode usar outros tipos de transistores, como JFETs ou MOSFETs. Isso exigiria uma topologia de circuito diferente para ser utilizada adequadamente, mas também pode ser usado para produzir um bom amplificador. Como você analisará os detalhes do BJT mais detalhadamente, eu os manteria por enquanto. Este será um ótimo exercício de aprendizado. Projetar um amplificador com ruído muito baixo e distorção muito baixa não é trivial.

Você provavelmente criará um estágio de saída de energia mais eficaz usando BJTs para o mesmo número de componentes em comparação aos MOSFETs. Eu uso a palavra eficaz para significar que sua tensão de saída irá aumentar / aumentar para a mesma fonte de alimentação com BJTs usados ​​em um simples circuito push-pull. Isso ocorre porque, para ligar um BJT, você precisa apenas de 0,6 a 0,7V, enquanto que um MOSFET fornece várias centenas de miliamperes, você pode precisar acionar seu portão com 3 ou 4 volts.

Novamente, este será um simples estágio de saída AB da classe push-pull seguidor de emissor. Você só pode acionar os transistores de saída com um sinal restrito aos trilhos de potência e, se este for (digamos) 24V dc - você poderá acionar um sinal de 22Vp-p nos transistores de potência. Dado que cada BJT "perderia" 0,7 volts (devido à junção do emissor base), a tensão máxima de saída será de cerca de 20,6 volts pico a pico. Se você estivesse usando mosfets, seria mais como um pico de 14 volts para atingir uma carga decente.

Há um pouco de aceno manual na minha resposta até agora, mas apenas faça sua lição de casa em mosfets conectados como seguidor de fonte e escolha um com o Vgs menor (limiar) e examine a folha de dados para ver quanta voltagem é necessária para conseguir algumas centenas de miliamperes fluindo através dele.

Existem projetos mais complexos que são bastante difíceis de trabalhar onde os transistores de saída estão conectados por coletor ou por dreno, mas, para iniciantes, eu ficaria longe deles, porque eles serão instáveis ​​se não forem cuidadosamente projetados e requerem mais silício. para trabalhar efetivamente.

Portanto, como você não especificou a saída de potência, a carga do alto-falante ou os trilhos de tensão, eu diria que um estágio de saída de potência BJT é provavelmente a melhor escolha. Quanto aos outros transistores, eu ficaria com os BJTs - eles foram usados ​​em dezenas de milhares de bons projetos comerciais. É claro que você pode considerar um estágio de saída classe A usando um transformador de saída - provavelmente vale a pena considerar, mas o lado negativo é a perda de eficiência devido à polarização final do transistor.

Acabei de procurar um estágio de saída bastante simples que mostre o arranjo de polarização que você provavelmente precisará de um amplificador decente e me deparei com este:

Veio deste site. Eu o recomendo porque parece ter uma especificação decente e o site também recomenda uma versão reduzida sem os diodos / polarização. Pessoalmente, acho que seria um bom começo para um iniciante. O site discute várias coisas sobre o que é necessário para obter um bom estágio de produção.

Você pode pegar o design básico e adicionar ganho a ele e trocar o amplificador operacional por transistores individuais, se fizer um pouco mais de pesquisa.

Essa é uma resposta tardia, mas espero que ajude alguém a fazer as mesmas perguntas.

Prefiro BJTs, mas os MOSFETs são super fáceis de usar e podem superar os BJTs em termos de fidelidade. Ambos podem dar excelentes resultados, basta usar o que você preferir. Os MOSFETs geralmente podem lidar com tensões de alimentação mais altas (Vds máx. Mais altos). Portanto, projete com o que você se sentir mais confortável (em termos de cálculo) e se você se sentir igualmente confortável com ambos, use o random.org.

Para adicionar o que Andy aka disse, saiba que você precisará de um design muito complexo para obter 0,7V sob cada trilho à medida que sua saída oscila. Isso ocorre porque o estágio do amplificador de um amplificador BJT também precisa do sinal para acioná-lo, o que normalmente reduz a tensão de um trilho em aproximadamente 10% (não me cite nesse número, é apenas uma regra geral que eu uso ) E eu não acho que um amplificador op-amp impressionará um professor. Pelo menos onde estudei, teria falhado completamente se tivesse usado um amplificador operacional. Além disso, o máximo que você pode obter de um (com um estágio de driver cuidadosamente projetado) é de 18 W em 8 ohms - isso usando um NE5532, se bem me lembro. Em geral, você está olhando apenas de 10 a 15 W com um amplificador operacional. Em primeiro lugar, um amplificador operacional requer 5 minutos para projetar e, em segundo lugar, a potência é sombria.

E para acrescentar, usar dois diodos para influenciar um estágio de saída BJT não é particularmente a melhor idéia, a menos que você combine seus diodos e transistores perfeitamente e conecte termicamente os diodos e os transistores de saída. Os amplificadores BJT são muito suscetíveis a fugas térmicas. Você provavelmente descobrirá na prática que acaba com uma corrente de polarização muito alta se usar diodos de sinal normais. Use diodos retificadores se você estiver usando diodos - 1N4001.

Defina "desempenho". Por que você está interessado em "eficiência"? Transistores são usados ​​em amplificadores de áudio de diferentes maneiras. Você tem circuitos discretos de classe A que ultrapassam bem o infame microfone pré-console do Neve. No papel, os projetos de um amplificador operacional terão o melhor desempenho (na verdade, colocar transistores separados na frente de um amplificador operacional convencional provavelmente se aproximará do limite teórico de desempenho). Mas, geralmente, você possui transistores de entrada, transistores de ganho e transistores de saída.

Os transistores de entrada devem ter baixo ruído. O BJT tende a ter um ruído mais baixo se a impedância correta da fonte (para amplificadores operacionais, você pode consultar isso na folha de dados, observando o ruído de tensão / ruído de corrente que para NE5534A a 30Hz é ~ 5,5 / 0,0015 = 3k7). O JFET possui um ruído de corrente super baixo, portanto eles tenderão a ter um melhor desempenho de ruído com entradas Z altas.

Os transistores de ganho devem ter baixo ruído e alto ganho. Não tenho certeza sobre o que faz um bom transistor de saída. Talvez largura de banda ou características térmicas.