Лучший транзистор для аудио усилителя

Этим термином мы будем проектировать аудиоусилитель. До сих пор в нашей лекции мы все еще были в BJT, и, исходя из того, что я слышал, полевые транзисторы будут обсуждаться лишь частично, в отличие от тщательного изучения BJT. Во всяком случае, я хотел бы иметь идею на ранней стадии, чтобы я мог планировать, какой транзистор использовать для лучшего усиления звука. Я читал некоторые темы о том, как другой транзистор (BJT / FET) лучше, но другие форумы говорят, что производительность зависит не от компонента, а от того, как транзистор правильно смещен и как правильно спроектирована схема.

При разработке аудиоусилителя какой из четырех подтипов транзисторов является наиболее эффективным? (NPN / PNP / JFET / МОП-транзистор)

Кстати, требование моего профессора именно таково: произвести на меня впечатление. Сейчас моя группа еще не определилась со спецификой схемы (мощность, импеданс и т. Д.).

Вы можете успешно построить аудио усилитель из множества различных типов BJT. Это будет схема, а не транзистор, который заставит усилитель работать хорошо. Я выбрал бы желейные части, такие как 2N4401 (NPN) и 2N4403 (PNP), и придерживался их для всего, кроме конечных выходных транзисторов. Множество деталей может исполнить эту роль. Если у вас есть любимые маленькие сигнальные транзисторы с желе, используйте их, если хотите. Те, что я упомянул, имеют разумное усиление и могут выдерживать напряжение до 40 В, что должно быть достаточно хорошо, чтобы усилитель впечатлил вашего профессора.

Есть много возможных силовых транзисторов для использования в качестве конечного результата. Если вы стремитесь к нескольким ваттам, я бы, вероятно, пошел с основными деталями, такими как TIP41 (NPN) и TIP42 (PNP).

Опять же, это не выбор транзистора, который сделает или сломает этот проект. Вы, конечно, можете создать впечатляющий аудиоусилитель с транзисторами, о которых я упоминал, но вы также можете создать беспорядок. Это действительно до дизайна. В аудио общий шум и гармонические искажения являются высокими приоритетами. Они основаны на тщательном проектировании схемы и внимании к этим параметрам на каждом этапе пути.

Вы также можете использовать другие типы транзисторов, такие как JFET или MOSFET. Для их правильной работы потребуется другая топология схемы, но ее также можно использовать для создания хорошего усилителя. Так как вы будете более детально разбираться с деталями BJT, я бы пока остановился на них. Это будет отличным учебным упражнением. Разработка усилителя с очень низким уровнем шума и очень низким уровнем искажений не является тривиальной задачей.

Возможно, вы сделаете более эффективный выходной каскад с использованием BJT для того же числа компонентов, что и для MOSFET. Я использую слово «эффективный» для обозначения того, что ваше выходное напряжение будет увеличиваться / увеличиваться для того же источника питания, что и BJT, используемые в простой двухтактной схеме. Это связано с тем, что для включения BJT вам нужно всего лишь около 0,6–0,7 В, а для того, чтобы получить полевой МОП-транзистор с питанием в несколько сотен миллиампер, вам может потребоваться управлять его затвором напряжением 3 или 4 Вольт.

Опять же, это будет простой двухтактный выходной каскад AB-эмиттера. Вы можете управлять выходными транзисторами только с сигналом, который ограничен шинами питания, и, если это, скажем, 24 В постоянного тока, вы должны иметь возможность подавать сигнал, который составляет 22 В р-р, на силовые транзисторы. Учитывая, что каждый BJT будет «терять» 0,7 вольт (из-за соединения базового эмиттера), максимальное выходное напряжение будет около 20,6 вольт от пика до пика. Если бы вы использовали Mosfets, это было бы больше похоже на пик 14 вольт для пика в приличную нагрузку.

Пока что в моем ответе есть немного махания рукой, но просто сделайте свою домашнюю работу на мошенниках, подключенных в качестве последователя источника, и выберите один с меньшими значениями Vgs (порог) и изучите таблицу данных, чтобы увидеть, какое напряжение на затворе требуется. чтобы пройти через него несколько сотен миллиампер.

Существуют более сложные конструкции, которые довольно трудно получить, когда выходные транзисторы подключены к коллектору или подключены к стоку, но для новичка я бы остался в стороне от них, потому что они будут нестабильными, если не будут тщательно спроектированы, и потребуют больше кремния чтобы работать эффективно.

Итак, учитывая, что вы не указали выходную мощность, нагрузку динамика или рельсы напряжения, я бы сказал, что выходной каскад BJT, вероятно, является лучшим выбором. Что касается других транзисторов, я бы использовал BJT - они использовались в десятках тысяч хороших коммерческих проектов. Конечно, вы могли бы рассмотреть выходной каскад класса A с использованием выходного трансформатора - это, вероятно, стоит учитывать, но обратной стороной является потеря эффективности из-за окончательного смещения транзистора.

Я только что осмотрел довольно простой выходной каскад, который показывает расположение смещения, которое вам, вероятно, понадобится для приличного усилителя, и наткнулся на это: -

Это пришло с этого сайта. Я рекомендую его, потому что он, кажется, имеет достойную спецификацию, и сайт также рекомендует урезанную версию без диодов / смещения. Я лично думаю, что это было бы хорошим началом для начинающего. На сайте обсуждается несколько вещей о том, что необходимо для создания хорошего выходного этапа.

Вы можете взять базовый дизайн, добавить к нему усиление и заменить операционный усилитель для отдельных транзисторов, если вы проведете немного больше исследований.

Это немного запоздалый ответ, но я надеюсь, что он может помочь кому-то задать те же вопросы.

Я предпочитаю BJT, но MOSFET очень просты в использовании и могут превзойти BJT с точки зрения точности. Оба могут дать отличные результаты, просто используйте то, что вы считаете нужным. МОП-транзисторы, как правило, могут выдерживать более высокие напряжения питания (более высокие максимальные значения Vds). Поэтому разрабатывайте с тем, что вам наиболее удобно (с точки зрения расчета), и если вы чувствуете себя одинаково комфортно с обоими, используйте random.org.

В дополнение к тому, что сказал Энди, просто знайте, что вам понадобится очень сложный дизайн, чтобы подавать напряжение 0,7 В под каждую шину в качестве выходного колебания. Это связано с тем, что каскаду усилителя BJT-усилителя также необходим сигнал для его управления, который обычно снижает напряжение на одном из рельсов примерно на 10% (не указывайте это число, я просто использую общее правило) ). И я не думаю, что усилитель операционного усилителя произведет впечатление на профессора. По крайней мере, там, где я учился, я бы потерпел неудачу, если бы использовал операционный усилитель. И, кроме того, максимум, который вы можете получить от одной (с тщательно разработанной ступенью драйвера), составляет 18 Вт на 8 Ом - это при использовании NE5532, если я правильно помню. В общем, вы смотрите только на 10-15 Вт с операционным усилителем. Во-первых, операционному усилителю требуется 5 минут на проектирование, а во-вторых, мощность мрачная.

И добавим, что использование двух диодов для смещения выходного каскада BJT - не самая лучшая идея, если только вы не подстроите свои диоды и транзисторы идеально и термически не соедините диоды и выходные транзисторы. Усилители BJT очень чувствительны к тепловому разгону. Вы, вероятно, обнаружите на практике, что вы получите очень высокий ток смещения, если будете использовать нормальные сигнальные диоды. Используйте выпрямительные диоды, если вы собираетесь использовать диоды - 1N4001.

Определите «производительность». Почему вы заинтересованы в "эффективности"? Транзисторы используются в аудиоусилителях по-разному. У вас есть дискретные схемы класса A, которые хорошо работают с перегрузкой, как печально известный консольный микрофон Neve pre. На бумаге конструкции операционных усилителей будут иметь наилучшую производительность (фактически, размещение отдельных транзисторов перед обычным операционным усилителем, вероятно, приблизится к теоретическому пределу производительности). Но в целом у вас есть входные транзисторы, транзисторы усиления и выходные транзисторы.

Входные транзисторы должны быть малошумными. BJT, как правило, имеют более низкий уровень шума при правильном импедансе источника (для операционных усилителей вы можете посмотреть это в таблице данных, посмотрев на шум напряжения / токовый шум, который для NE5534A на частоте 30 Гц составляет ~ 5,5 / 0,0015 = 3 к7). JFET обладает сверхнизким шумом тока, поэтому они будут иметь лучшие шумовые характеристики при высоких входах Z.

Усиление транзисторов должно быть низким уровнем шума и высоким коэффициентом усиления. Я не уверен в том, что делает хороший выходной транзистор. Возможно, пропускная способность или тепловые характеристики.