Bester Transistor für Audioverstärker

In diesem Begriff werden wir einen Audioverstärker entwerfen. Bisher sind wir in unserem Vortrag noch bei BJT und basierend auf dem, was ich gehört habe, werden FETs nur teilweise diskutiert, im Gegensatz zu dem gründlichen über BJT. Wie auch immer, ich hätte gerne so früh eine Idee, damit ich planen kann, welcher Transistor für die beste Audioverstärkung verwendet werden soll. Ich habe einige Threads gelesen, wie der andere Transistor (BJT / FET) besser ist, aber andere Foren sagen, dass die Leistung nicht von der Komponente abhängt, sondern davon, wie der Transistor richtig vorgespannt ist und wie die Schaltung richtig ausgelegt ist.

Welcher der vier Transistortypen ist beim Entwurf eines Audioverstärkers am effizientesten? (NPN / PNP / JFET / MOSFET)

Die Anforderung meines Professors lautet übrigens nur: Beeindrucken Sie mich. Im Moment hat sich meine Gruppe noch nicht für die Besonderheiten der Schaltung entschieden (Leistung, Impedanz usw.).

Sie konnten erfolgreich einen Audioverstärker aus vielen verschiedenen Arten von BJTs bauen. Es wird die Schaltung sein, nicht der Transistor, die den Verstärker gut funktionieren lässt. Ich würde Jellybean-Teile wie den 2N4401 (NPN) und den 2N4403 (PNP) auswählen und mich an alles halten, außer an die endgültigen Leistungstransistoren. Viele Teile könnten diese Rolle ausfüllen. Wenn Sie Ihre eigenen Lieblings-Jellybean-Kleinsignaltransistoren haben, verwenden Sie diese, wenn Sie dies bevorzugen. Die von mir erwähnten haben eine angemessene Verstärkung und können bis zu 40 V verarbeiten, was ausreichend sein sollte, damit ein Verstärker Ihren Professor beeindrucken kann.

Es gibt viele mögliche Leistungstransistoren, die als Endausgang verwendet werden können. Wenn Sie ein paar Watt anstreben, würde ich wahrscheinlich grundlegende Teile wie TIP41 (NPN) und TIP42 (PNP) verwenden.

Auch hier ist es nicht die Wahl des Transistors, der dieses Projekt macht oder bricht. Mit den von mir erwähnten Transistoren können Sie sicherlich einen beeindruckenden Audioverstärker erstellen, aber Sie können auch ein Durcheinander verursachen. Es liegt wirklich am Design. Bei Audio haben das allgemeine Rauschen und die harmonische Verzerrung hohe Priorität. Diese entstehen durch sorgfältiges Schaltungsdesign und die Beachtung dieser Parameter bei jedem Schritt auf dem Weg.

Sie können auch andere Arten von Transistoren verwenden, z. B. JFETs oder MOSFETs. Diese würden eine andere Schaltungstopologie erfordern, um richtig verwendet zu werden, können aber auch verwendet werden, um einen guten Verstärker herzustellen. Da Sie die BJT-Details genauer durchgehen werden, würde ich mich vorerst daran halten. Dies wird eine großartige Lernübung sein. Das Entwerfen eines Verstärkers mit sehr geringem Rauschen und sehr geringer Verzerrung ist nicht trivial.

Sie werden wahrscheinlich eine effektivere Leistungsendstufe mit BJTs für die gleiche Anzahl von Komponenten im Vergleich zu MOSFETs herstellen. Ich verwende das Wort effektiv, um zu bedeuten, dass Ihre Ausgangsspannung bei gleicher Stromversorgung mit BJTs, die in einer einfachen Gegentaktschaltung verwendet werden, höher / größer schwingt. Dies liegt daran, dass Sie zum Einschalten eines BJT nur etwa 0,6 bis 0,7 V benötigen, während Sie für einen MOSFET, der mehrere hundert Milliampere liefert, möglicherweise dessen Gate mit 3 oder 4 Volt ansteuern müssen.

Auch dies wird eine einfache Emitter-Follower-Push-Pull-Ausgangsstufe der Klasse AB sein. Sie können die Ausgangstransistoren nur mit einem Signal ansteuern, das auf die Stromschienen beschränkt ist. Wenn dies beispielsweise 24 V Gleichstrom ist, sollten Sie in der Lage sein, ein Signal mit 22 Vp-p an die Leistungstransistoren anzusteuern. Angesichts der Tatsache, dass jeder BJT (aufgrund des Basisemitterübergangs) 0,7 Volt "verlieren" würde, beträgt die maximale Ausgangsspannung etwa 20,6 Volt von Spitze zu Spitze. Wenn Sie Mosfets verwenden würden, wären es eher 14 Volt Spitze zu Spitze bei einer anständigen Last.

Meine Antwort enthält bisher ein wenig Handbewegung, aber machen Sie einfach Ihre Hausaufgaben mit Mosfets, die als Quellenfolger angeschlossen sind, und wählen Sie eine mit den kleinen Vgs (Schwelle) aus und untersuchen Sie das Datenblatt, um festzustellen, wie viel Gate-Ansteuerspannung benötigt wird um ein paar hundert Milliampere durch sie fließen zu lassen.

Es gibt komplexere Designs, bei denen die Ausgangstransistoren mit Kollektor- oder Drain-Anschluss ziemlich schwierig zu handhaben sind. Für Anfänger würde ich mich jedoch von diesen fernhalten, da sie instabil sind, wenn sie nicht sorgfältig entworfen werden und mehr Silizium erfordern effektiv arbeiten.

Angesichts der Tatsache, dass Sie keine Ausgangsleistung, Lautsprecherlast oder Spannungsschienen angegeben haben, würde ich sagen, dass eine BJT-Ausgangsstufe wahrscheinlich die beste Wahl ist. Was die anderen Transistoren betrifft, würde ich mich an BJTs halten - sie wurden in Zehntausenden von guten kommerziellen Designs verwendet. Sie können natürlich eine Ausgangsstufe der Klasse A mit einem Ausgangstransformator in Betracht ziehen - dies ist wahrscheinlich eine Überlegung wert, aber der Nachteil ist der Wirkungsgradverlust aufgrund der endgültigen Transistorvorspannung.

Ich habe mich gerade nach einer ziemlich einfachen Ausgangsstufe umgesehen, die die Vorspannungsanordnung zeigt, die Sie wahrscheinlich für einen anständigen Verstärker benötigen, und bin auf diese gestoßen:

Es kam von dieser Seite. Ich empfehle es, weil es eine anständige Spezifikation zu haben scheint und die Seite empfiehlt auch eine abgespeckte Version ohne die Dioden / Vorspannung. Ich persönlich denke, es wäre ein guter Start für einen Anfänger. Auf der Website werden verschiedene Dinge besprochen, die für eine gute Ausgangsstufe erforderlich sind.

Sie können das grundlegende Design übernehmen und die Verstärkung erhöhen und den Operationsverstärker gegen einzelne Transistoren austauschen, wenn Sie etwas mehr Forschung betreiben.

Dies ist eine etwas späte Antwort, aber ich hoffe, es kann jemandem helfen, die gleichen Fragen zu stellen.

Ich bevorzuge BJTs, aber MOSFETs sind super einfach zu bedienen und können BJTs in Bezug auf die Wiedergabetreue übertreffen. Beide können hervorragende Ergebnisse liefern. Verwenden Sie einfach das, was Sie bevorzugen. MOSFETs können im Allgemeinen höhere Versorgungsspannungen (höhere maximale Vds) verarbeiten. Entwerfen Sie also mit dem, womit Sie sich am wohlsten fühlen (rechnerisch), und verwenden Sie random.org, wenn Sie sich mit beiden gleich wohl fühlen.

Um das zu ergänzen, was Andy aka gesagt hat, müssen Sie nur wissen, dass Sie ein sehr komplexes Design benötigen, um 0,7 V unter jeder Schiene zu erhalten, wenn Ihr Ausgang schwingt. Dies liegt daran, dass die Verstärkerstufe eines BJT-Verstärkers auch das Signal benötigt, um ihn anzusteuern, wodurch normalerweise eine der Schienenspannungen um ungefähr 10% verringert wird (zitieren Sie mich nicht zu dieser Zahl, es ist nur eine allgemeine Faustregel, die ich verwende ). Und ich glaube nicht, dass ein Operationsverstärker einen Professor beeindrucken wird. Zumindest dort, wo ich studiert habe, wäre ich völlig gescheitert, wenn ich einen Operationsverstärker verwendet hätte. Außerdem beträgt das Maximum, das Sie aus einer (mit einer sorgfältig entworfenen Treiberstufe) herausholen können, 18 W bei 8 Ohm - dies mit einem NE5532, wenn ich mich richtig erinnere. Im Allgemeinen sehen Sie nur 10-15 W mit einem Operationsverstärker. Erstens benötigt ein Operationsverstärker 5 Minuten für das Design und zweitens ist die Leistung schlecht.

Außerdem ist die Verwendung von zwei Dioden zur Vorspannung einer BJT-Ausgangsstufe nicht besonders die beste Idee, es sei denn, Sie passen Ihre Dioden und Transistoren perfekt an und verbinden die Dioden und die Ausgangstransistoren thermisch. BJT-Verstärker sind sehr anfällig für thermisches Durchgehen. In der Praxis werden Sie wahrscheinlich feststellen, dass Sie einen sehr hohen Vorspannungsstrom haben, wenn Sie normale Signaldioden verwenden. Verwenden Sie Gleichrichterdioden, wenn Sie Dioden verwenden möchten - 1N4001.

Definieren Sie "Leistung". Warum interessieren Sie sich für "Effizienz"? Transistoren werden in Audioverstärkern auf unterschiedliche Weise verwendet. Sie haben diskrete Class-A-Schaltkreise, die wie das berüchtigte Neve-Konsolenmikrofon pre übersteuern. Auf dem Papier hat ein Operationsverstärker-Design die beste Leistung (wenn separate Transistoren vor einen herkömmlichen Operationsverstärker gestellt werden, wird dies wahrscheinlich die theoretische Leistungsgrenze erreichen). Im Allgemeinen haben Sie jedoch Eingangstransistoren, Verstärkungstransistoren und Ausgangstransistoren.

Eingangstransistoren sollten rauscharm sein. BJT neigen dazu, bei korrekter Quellenimpedanz ein geringeres Rauschen zu verursachen (für Operationsverstärker können Sie dies im Datenblatt nachschlagen, indem Sie sich das Spannungsrauschen / Stromrauschen ansehen, das für NE5534A bei 30 Hz ~ 5,5 / 0,0015 = 3k7 beträgt). JFET hat ein sehr geringes Stromrauschen, so dass sie bei hohen Z-Eingängen tendenziell eine bessere Rauschleistung aufweisen.

Verstärkungstransistoren sollten rauscharm und hochverstärkt sein. Ich bin mir nicht sicher, was einen guten Ausgangstransistor ausmacht. Bandbreite oder thermische Eigenschaften möglicherweise.