El mejor transistor para usar para amplificador de audio

Este término, diseñaremos un amplificador de audio. Hasta ahora en nuestra conferencia, todavía estamos en BJT y, según lo que he escuchado, los FET solo se discutirán en parte a diferencia del exhaustivo sobre BJT. De todos modos, me gustaría tener una idea tan temprano para poder planificar qué transistor usar para la mejor amplificación de audio. He leído algunos hilos sobre cómo es mejor el otro transistor (BJT / FET), pero otros foros dicen que el rendimiento no se basa en el componente sino en cómo el transistor está polarizado correctamente y cómo el circuito está diseñado correctamente.

Al diseñar un amplificador de audio, ¿cuál de los cuatro subtipos de transistores es el más eficiente? (NPN / PNP / JFET / MOSFET)

Por cierto, el requisito de mi profesor es solo esto: impresionarme. En este momento, mi grupo aún no ha decidido los detalles del circuito (potencia, impedancia, etc.).

Podría construir con éxito un amplificador de audio a partir de muchos tipos diferentes de BJT. Será el circuito, no el transistor, lo que hará que el amplificador funcione bien. Elegiría partes de jellybean como el 2N4401 (NPN) y el 2N4403 (PNP) y me quedaría con ellas para todo, excepto para los transistores de salida de potencia final. Muchas partes podrían cumplir ese papel. Si tiene sus propios transistores de señal pequeña Jellybean favoritos, utilícelos si lo prefiere. Los que mencioné tienen una ganancia razonable y pueden manejar hasta 40 V, lo que debería ser lo suficientemente bueno como para permitir que un amplificador impresione a su profesor.

Hay muchos posibles transistores de potencia para usar como salida final. Si apunta a unos pocos vatios, probablemente iría con piezas básicas como el TIP41 (NPN) y TIP42 (PNP).

Sin embargo, una vez más, no es la elección del transistor lo que hará o romperá este proyecto. Ciertamente puede crear un amplificador de audio impresionante con los transistores que menciono, pero también puede hacer un desastre. Realmente depende del diseño. En audio, el ruido general y la distorsión armónica son altas prioridades. Estos provienen del diseño cuidadoso del circuito y la atención a estos parámetros en cada paso del camino.

También puede usar otros tipos de transistores, como JFET o MOSFET. Esos requerirían una topología de circuito diferente para utilizar correctamente, pero también se pueden usar para hacer un buen amplificador. Como revisarás los detalles de BJT más a fondo, me quedaré con ellos por ahora. Este será un gran ejercicio de aprendizaje. Diseñar un amplificador con muy poco ruido y muy baja distorsión no es trivial.

Probablemente obtendrá una etapa de salida de potencia más efectiva utilizando BJT para la misma cantidad de componentes en comparación con los MOSFET. Utilizo la palabra efectivo para significar que su voltaje de salida oscilará más alto / más grande para la misma fuente de alimentación con BJTs utilizados en un circuito simple push-pull. Esto se debe a que, para encender un BJT, solo necesita aproximadamente 0.6 a 0.7V, mientras que para obtener un MOSFET que suministre varios cientos de miliamperios, es posible que necesite conducir su puerta con 3 o 4 voltios.

Nuevamente, esta será una simple etapa de salida AB de clase de emisor-seguidor push-pull. Solo puede conducir los transistores de salida con una señal que esté restringida a los rieles de alimentación y si esto es (digamos) 24 V CC, debería poder conducir una señal de 22 Vp-p a los transistores de potencia. Dado que cada BJT "perdería" 0.7 voltios (debido a la unión del emisor base), el voltaje de salida máximo será de aproximadamente 20.6 voltios pico a pico. Si estuvieras usando mosfets, sería más como 14 voltios pico a pico en una carga decente.

Hay un poco de agitación manual en mi respuesta hasta ahora, pero solo haga su tarea en los mosfets conectados como seguidor de origen y elija uno con el Vgs (umbral) pequeño y examine la hoja de datos para ver cuánto voltaje de accionamiento de la puerta se necesita para hacer que fluyan unos cientos de miliamperios.

Hay diseños más complejos que son bastante difíciles de hacer funcionar donde los transistores de salida están conectados al colector o conectados al drenaje, pero, para un principiante, me mantendría alejado de estos porque serán inestables si no están diseñados cuidadosamente y requieren más silicio para trabajar de manera efectiva.

Entonces, dado que no ha especificado la salida de potencia, la carga de los altavoces o los rieles de voltaje, diría que una etapa de salida de potencia BJT es probablemente la mejor opción. En cuanto a los otros transistores, me quedaría con los BJT: se han utilizado en decenas de miles de buenos diseños comerciales. Por supuesto, podría considerar una etapa de salida de clase A utilizando un transformador de salida; probablemente valga la pena considerar esto, pero el lado negativo es la pérdida de eficiencia debido a la polarización final del transistor.

Acabo de buscar una etapa de salida bastante simple que muestre la disposición de polarización que probablemente necesitará para un amplificador decente y encontré esta:

Vino de este sitio. Lo recomiendo porque parece tener una especificación decente y el sitio también recomienda una versión reducida sin los diodos / polarización. Personalmente, creo que sería un buen comienzo para un principiante. El sitio discute varias cosas sobre lo que se necesita para hacer una buena etapa de salida.

Puede tomar el diseño básico y agregarle ganancia e intercambiar el amplificador operacional por transistores individuales si investiga un poco más.

Esta es una respuesta un poco tardía, pero espero que pueda ayudar a alguien a hacer las mismas preguntas.

Prefiero los BJT, pero los MOSFET son muy fáciles de usar y pueden superar a los BJT en términos de fidelidad. Ambos pueden dar excelentes resultados, solo use lo que prefiera. Los MOSFET generalmente pueden manejar voltajes de suministro más altos (Vds máximos más altos). Así que diseñe con lo que se siente más cómodo (cálculo inteligente) y si se siente igualmente cómodo con ambos, use random.org.

Para agregar a lo que Andy también dijo, solo sepa que necesitará un diseño muy complejo para obtener 0.7V debajo de cada riel mientras su salida oscila. Esto se debe a que la etapa del amplificador de un amplificador BJT también necesita la señal para conducirlo, lo que normalmente reduce el voltaje de uno de los rieles en aproximadamente un 10% (no me cite ese número, es solo una regla general que uso) ) Y no creo que un amplificador operacional impresionará a un profesor. Al menos donde estudié, habría fallado directamente si hubiera usado un amplificador operacional. Y además, el máximo que puede obtener de uno (con una etapa de controlador cuidadosamente diseñada) es de 18 W a 8 ohmios, esto usando un NE5532 si no recuerdo mal. En general, solo estás viendo 10-15 W con un amplificador operacional. En primer lugar, un amplificador operacional requiere 5 minutos para diseñar y, en segundo lugar, la potencia es pésima.

Y para agregar, usar dos diodos para polarizar una etapa de salida BJT no es particularmente la mejor idea, a menos que combine sus diodos y transistores perfectamente y conecte térmicamente los diodos y los transistores de salida. Los amplificadores BJT son muy susceptibles a la fuga térmica. Probablemente encontrará en la práctica que termina con una corriente de polarización muy alta si usa diodos de señal normales. Use diodos rectificadores si va a usar diodos: 1N4001.

Definir "rendimiento". ¿Por qué estás interesado en "eficiencia"? Los transistores se usan en amplificadores de audio de diferentes maneras. Tienes circuitos discretos de clase a que se sobremarcan como el infame preamplificador de micrófono Neve. En papel, los diseños de un amplificador operacional tendrán el mejor rendimiento (en realidad, colocar transistores separados frente a un amplificador operacional convencional probablemente se acerque al límite teórico de rendimiento). Pero, en general, tiene transistores de entrada, transistores de ganancia y transistores de salida.

Los transistores de entrada deben tener poco ruido. BJT tiende a tener un ruido más bajo si la impedancia de fuente correcta (para amplificadores operacionales puede buscar esto en la hoja de datos al observar el ruido de voltaje / ruido de corriente que para NE5534A a 30Hz es ~ 5.5 / 0.0015 = 3k7). JFET tiene un ruido de corriente súper bajo, por lo que tenderán a tener un mejor rendimiento de ruido con entradas Z altas.

Los transistores de ganancia deben ser de bajo ruido y alta ganancia. No estoy seguro de qué hace un buen transistor de salida. Ancho de banda o características térmicas tal vez.