Najlepszy tranzystor do zastosowania we wzmacniaczu audio

W tym okresie będziemy projektować wzmacniacz audio. Do tej pory w naszym wykładzie wciąż jesteśmy na BJT i ​​na podstawie tego, co słyszałem, FET zostaną po części omówione w przeciwieństwie do dokładnego na BJT. W każdym razie chciałbym mieć pomysł na tak wcześnie, żebym mógł zaplanować, który tranzystor zastosować do najlepszego wzmocnienia audio. Przeczytałem kilka wątków, w jaki sposób drugi tranzystor (BJT / FET) jest lepszy, ale inne fora mówią, że wydajność zależy nie od komponentu, ale od tego, jak tranzystor jest właściwie obciążony i jak obwód jest odpowiednio zaprojektowany.

Który z czterech podtypów tranzystorów przy projektowaniu wzmacniacza audio jest najbardziej wydajny? (NPN / PNP / JFET / MOSFET)

Nawiasem mówiąc, wymóg mojego profesora jest następujący: zaimponuj mi. W tej chwili moja grupa nie zdecydowała się jeszcze na specyfikę obwodu (moc, impedancja itp.).

Możesz z powodzeniem zbudować wzmacniacz audio z wielu różnych typów BJT. To obwód, a nie tranzystor, sprawi, że wzmacniacz będzie działał dobrze. Wybieram części żelkowe, takie jak 2N4401 (NPN) i 2N4403 (PNP) i trzymam się ich przy wszystkim, z wyjątkiem tranzystorów mocy wyjściowej. Wiele części mogłoby wypełnić tę rolę. Jeśli masz własne ulubione tranzystory sygnałowe z żelkami, użyj ich, jeśli wolisz. Te, o których wspomniałem, mają rozsądny zysk i mogą wytrzymać do 40 V, co powinno być wystarczająco dobre, aby wzmacniacz zrobił wrażenie na twoim profesorze.

Istnieje wiele możliwych tranzystorów mocy, które można wykorzystać jako końcowe wyjście. Jeśli celujesz w kilka watów, prawdopodobnie wybrałbym podstawowe części, takie jak TIP41 (NPN) i TIP42 (PNP).

Znowu jednak to nie wybór tranzystora spowoduje lub przerwie ten projekt. Z pewnością możesz stworzyć imponujący wzmacniacz audio z tranzystorami, o których wspominam, ale możesz też zrobić bałagan. To naprawdę zależy od projektu. W przypadku dźwięku ogólny hałas i zniekształcenia harmoniczne są priorytetami. Wynika to ze starannego projektowania obwodów i dbałości o te parametry na każdym kroku.

Możesz także używać innych typów tranzystorów, takich jak JFET lub MOSFET. Wymagałyby one innej topologii obwodów, aby właściwie je wykorzystać, ale można je również wykorzystać do stworzenia dobrego wzmacniacza. Ponieważ będziesz dokładniej omawiał szczegóły BJT, trzymałbym się ich na razie. To będzie świetne ćwiczenie edukacyjne. Projektowanie wzmacniacza o bardzo niskim poziomie szumów i bardzo niskich zniekształceniach nie jest trywialne.

Prawdopodobnie zrobisz bardziej efektywny stopień mocy wyjściowej za pomocą BJT dla tej samej liczby komponentów w porównaniu do MOSFET. Używam słowa „efektywne”, aby oznaczać, że napięcie wyjściowe będzie rosło / rosło dla tego samego zasilacza z BJT stosowanymi w prostym obwodzie push-pull. Dzieje się tak, ponieważ aby włączyć BJT, potrzebujesz tylko około 0,6 do 0,7 V. Podczas gdy aby uzyskać MOSFET zaopatrujący kilkaset miliamperów, może być konieczne wysterowanie jego bramki 3 lub 4 woltami.

Ponownie będzie to prosty stopień wyjściowy AB klasy popychająco-popychającej emiter. Możesz napędzać tranzystory wyjściowe tylko sygnałem ograniczonym do szyn zasilających, a jeśli jest to (powiedzmy) 24 V dc - powinieneś być w stanie wysterować sygnał, który wynosi 22 Vp-p do tranzystorów mocy. Biorąc pod uwagę, że każdy BJT „straci” 0,7 wolta (z powodu podstawowego połączenia emitera), maksymalne napięcie wyjściowe będzie wynosić około 20,6 woltów od szczytu do szczytu. Jeśli użyjesz mosfetów, będzie to bardziej jak 14 woltów od szczytu do szczytu w przyzwoitym obciążeniu.

Do tej pory w mojej odpowiedzi jest trochę machania ręką, ale po prostu odrób pracę domową na mosfetach podłączonych jako podążający za źródłem i wybierz jeden ze zmniejszonymi Vgs (próg) i sprawdź arkusz danych, aby zobaczyć, jakie napięcie napędu bramy jest potrzebne aby przepłynąć przez niego kilkaset miliamperów.

Istnieją bardziej skomplikowane konstrukcje, które trudno jest uruchomić, gdy tranzystory wyjściowe są podłączone do kolektora lub do drenu, ale dla początkujących trzymałbym się z dala od nich, ponieważ będą niestabilne, jeśli nie zostaną starannie zaprojektowane i wymagają więcej krzemu efektywnie pracować.

Biorąc pod uwagę, że nie określono mocy wyjściowej, obciążenia głośników lub szyn napięciowych, powiedziałbym, że stopień mocy wyjściowej BJT jest prawdopodobnie najlepszym wyborem. Jeśli chodzi o inne tranzystory, trzymałbym się BJTów - były one używane w dziesiątkach tysięcy dobrych komercyjnych projektów. Oczywiście można rozważyć stopień wyjściowy klasy A za pomocą transformatora wyjściowego - prawdopodobnie warto to rozważyć, ale wadą jest utrata wydajności z powodu końcowego polaryzacji tranzystora.

Właśnie rozejrzałem się za dość prostym stopniem wyjściowym, który pokazuje układ polaryzacji, którego prawdopodobnie potrzebujesz do porządnego wzmacniacza, i natrafiłem na ten:

Pochodzi z tej strony. Polecam, ponieważ wydaje się, że ma przyzwoitą specyfikację, a strona zaleca również wersję odciętą bez diod / promienia. Osobiście uważam, że byłby to dobry początek dla początkującego. Witryna omawia kilka rzeczy na temat tego, co jest potrzebne, aby uzyskać dobry poziom wyjściowy.

Możesz wziąć podstawowy projekt i dodać do niego wzmocnienie i zamienić wzmacniacz operacyjny na pojedyncze tranzystory, jeśli wykonasz nieco więcej badań.

To trochę spóźniona odpowiedź, ale mam nadzieję, że może pomóc komuś, kto zadaje te same pytania.

Wolę BJT, ale MOSFET są super łatwe w użyciu i mogą przewyższyć BJT pod względem wierności. Oba mogą dać doskonałe wyniki, wystarczy użyć tego, co wolisz. Tranzystory MOSFET mogą ogólnie obsługiwać wyższe napięcia zasilania (wyższe maks. Vds). Więc projektuj z tym, co najbardziej Ci odpowiada (jeśli chodzi o obliczenia), a jeśli czujesz się tak samo dobrze z oboma, skorzystaj z random.org.

Aby dodać do tego, co powiedział Andy aka, po prostu wiedz, że będziesz musiał mieć bardzo skomplikowany projekt, aby uzyskać 0,7 V pod każdą szyną podczas wahania mocy wyjściowej. Wynika to z faktu, że stopień wzmacniacza wzmacniacza BJT potrzebuje również sygnału do jego napędzania, który normalnie obniża napięcie jednego z szyn o około 10% (nie cytuj mnie pod tym numerem, to tylko ogólna ogólna zasada, której używam ). I nie sądzę, żeby wzmacniacz operacyjny zrobił wrażenie na profesorze. Przynajmniej tam, gdzie się uczyłem, kompletnie by mi się nie udało, gdybym użył wzmacniacza operacyjnego. Poza tym maksymalne wyjście z jednego (przy starannie zaprojektowanym stopniu sterownika) wynosi 18 W przy 8 omach - to przy użyciu NE5532, jeśli dobrze pamiętam. Ogólnie rzecz biorąc, patrzysz tylko na 10-15 W ze wzmacniaczem operacyjnym. Po pierwsze, wzmacniacz operacyjny wymaga 5 minut na zaprojektowanie, a po drugie moc jest ponura.

I dodając, użycie dwóch diod do odchylenia stopnia wyjściowego BJT nie jest szczególnie dobrym pomysłem, chyba że idealnie dopasujesz diody i tranzystory do siebie i termicznie połączysz diody z tranzystorami wyjściowymi. Wzmacniacze BJT są bardzo podatne na niekontrolowany wzrost temperatury. Prawdopodobnie w praktyce okaże się, że uzyskasz bardzo wysoki prąd polaryzacji, jeśli użyjesz normalnych diod sygnałowych. Użyj diod prostowniczych, jeśli zamierzasz używać diod - 1N4001.

Zdefiniuj „wydajność”. Dlaczego interesuje Cię „efektywność”? Tranzystory są stosowane we wzmacniaczach audio na różne sposoby. Masz dyskretne obwody klasy A, które dobrze się przeciążają, podobnie jak niesławny przedwzmacniacz mikrofonowy konsoli Neve. Na papierze konstrukcje wzmacniaczy operacyjnych będą miały najlepszą wydajność (w rzeczywistości umieszczenie oddzielnych tranzystorów przed konwencjonalnym wzmacniaczem operacyjnym prawdopodobnie zbliży się do teoretycznej granicy wydajności). Ale bardziej ogólnie, masz tranzystory wejściowe, tranzystory wzmocnienia i tranzystory wyjściowe.

Tranzystory wejściowe powinny być niskoszumowe. BJT ma tendencję do obniżania szumu, jeśli poprawna impedancja źródła (dla wzmacniaczy operacyjnych można to sprawdzić w arkuszu danych, patrząc na szum napięcia / szum prądu, który dla NE5534A przy 30 Hz wynosi ~ 5,5 / 0,0015 = 3k7). JFET ma bardzo niski poziom szumów, więc będą miały lepszą wydajność szumową przy wysokich wejściach Z.

Tranzystory wzmocnienia powinny charakteryzować się niskim poziomem szumów i wysokim wzmocnieniem. Nie jestem pewien, co stanowi dobry tranzystor wyjściowy. Może szerokość pasma lub właściwości termiczne.