Clips de amplificador de audio de bajo voltaje en cargas de 8 ohmios

Tiempo de exposición:
Uno podría llamarme estudiante de primer año en electrónica y acabo de diseñar mi primer pequeño amplificador de audio para auriculares. (Diseño de bolsillo, quiero poder controlar 4 pares de auriculares desde una sola fuente) Aquí está el esquema, para que sepan de lo que estoy hablando: (
Sin fuente de alimentación (batería de 9 V) y un solo canal)
esquemático
Ofc, 4 auriculares consume mucha corriente, por lo que necesito una etapa de salida adecuada. Hasta 200mA para ser precisos. El diseño actual que hice usa transistores 2N5551 y 2N5401, pero su ganancia de corriente continua es horrible (<10), lo que hace que el OPA se sobrecargue. Tampoco quiero cargar mucho en el OPA (máx. 20 mA). Un voltaje de entrada más alto está fuera de cuestión.
Por lo tanto, necesito mejores transistores de salida (Q3 y Q4) que proporcionen una mayor ganancia de corriente pero que también sean capaces de cambiar lo suficientemente rápido para las señales de audio. Deben ser baratos y pequeños. No conozco tantos componentes y el mercado es solo una jungla de diferentes partes.

La pregunta:
¿Es posible compensar el recorte con diferentes transistores de salida? El circuito se comporta muy bien a 32 ohmios, pero una impedancia de carga más baja lo arruina. También estoy abierto a las soluciones de matriz Darlington.

*EDITAR: No puedo usar partes SMD. Necesito paquetes de agujeros pasantes.

**EDITAR: ¡Juuuust imaginé! Este OPA ni siquiera puede suministrar 20 mA, porque R9 y R17 son demasiado grandes. En ese caso, una configuración darlington con los transistores actuales podría funcionar, solo tengo que bajar esas resistencias. Vamos a mantenerlos informados. ;)

Solución: Hay más de una solución a este problema:

  1. Use un amplificador OP diferente que pueda conducir los transistores de riel a riel (ver respuesta aceptada). Esto solo funciona si los transistores de salida 2N5551 y 2N5401 están configurados en una configuración Darlington. Sin embargo, la OPA utilizada en este circuito ya casi conduce de riel a riel. (+-4V en la salida)
  2. Otros transistores de salida con mejor ganancia. 8550 (PNP) y 8050 (NPN) se comportan muy bien para esta aplicación, aunque aún necesitan una configuración Darlington. (Agradecimiento especial a Spehro Pefhany)
  3. Aumente la tensión de alimentación. Esto funciona como una delicia, SI eres realmente capaz de hacerlo. Lamentablemente, no estoy en mi configuración.
  4. Reemplace la etapa de salida con un "circuito de búfer de diamante". Funciona bien en la simulación, aún no lo probé en la placa de pruebas. Pero la naturaleza de un seguidor de voltaje que impulsa los transistores push/pull disminuye la oscilación total del amplificador operacional, lo que resulta en mejores tasas de respuesta y, por lo tanto, también en la respuesta de frecuencia del circuito. Gracias a ioplex por agregar esto.

Mi solución:
mantuve el OPA y usé una configuración Darlington en la salida. En mis pruebas anteriores, olvidé modificar el divisor de voltaje para ajustar el voltaje de compensación entre ambos transistores. Lo arreglé y ahora el circuito funciona. No hay recorte incluso en las peores señales de entrada, eso es lo que quería. Las pruebas con mi suministro de banco muestran que en realidad funciona a +-3 V, lo cual es excelente si considera la caída de voltaje en la batería a medida que se descarga con el tiempo. Este es solo el primer diseño, cambiaré algunas cosas en el futuro. Está bastante claro que esta no es la mejor configuración y que no estoy usando los mejores componentes para ello. Sin embargo, los objetivos de diseño eran costos bajos de componentes y voltaje de suministro. Y estos se cumplen con un rendimiento decente del circuito. Suena hermoso, ¡no dudes en probarlo tú mismo! :)

Gracias a todos por la ayuda aprendí mucho a través de este proyecto.
Aquí está el nuevo esquema (2N5550 es un 2N5551):
nuevo esquema
PD: Lo que no hay en este esquema es el límite de compensación en los pines COMP - COMP/BAL de este amplificador operacional en particular. Es 47pF pero LT-Spice no tiene un símbolo adecuado para el NE5534P.

¿Puedes usar un amplificador operacional mejor?
Esto no debería cerrarse porque aunque el OP está pidiendo recomendaciones sobre transistores, ha analizado su problema incorrectamente y necesita darse cuenta de esto antes de que se cierre.
Cambié la pregunta y el tema, espero que esté bien de esta manera. También ofreció diferentes soluciones para cualquiera que pueda tropezar con esto en el futuro. :)
Google "circuito amortiguador de diamantes". Básicamente, son solo los seguidores los que impulsan el tira y afloja. Con retroalimentación, el tampón de diamante más simple funcionaría muy bien. BUF634 IC es básicamente un búfer de diamante y la hoja de datos tiene un esquema equivalente para demostrarlo. Sin embargo, probablemente no conduciría varios juegos de auriculares. No sin ponerse muy caliente.
Gracias ioplex. El DBC facilitaría mucho la etapa del amplificador de voltaje, y no es tan difícil construirlo con partes normales (no usaría un IC, porque quiero poder experimentar con diferentes transistores de salida y sus características). Las mediciones muestran que, incluso con 4 auriculares, la corriente RMS real no supera los 70 mA. Y es hiriente fuerte, ya. Haré una segunda prueba en mi placa de pan con el DBC. Gracias de nuevo, se ve muy interesante y adecuado.

Respuestas (2)

El problema en su diseño no son los transistores de salida y tampoco se resolverá usando darlington; de hecho, el problema empeorará con darlington. Mire las especificaciones del NE5534 y lea la sección sobre la oscilación máxima del voltaje de salida.

En la página 5, le dice que la oscilación máxima puede ser tan baja como 24 V en un suministro de +/- 15 voltios, es decir, un suministro de 30 V solo garantiza una oscilación de salida sin recortar de 24 voltios pp, lo que significa que los transistores internos en el dispositivo "pierden" 3 V arriba y abajo. Esto no mejora mágicamente con un suministro más bajo y debe esperar, con un suministro de 9 V, generar una oscilación de salida máxima de 3 voltios de pico a pico.

Bien, si usó la especificación típica del NE5534, esto podría aumentar a 5 voltios pp.

Luego, esto se ve agravado por la etapa de empujar y tirar: es una etapa de empujar y tirar del seguidor del emisor y su salida "perderá" entre 0.6 voltios y 1 voltios por transistor, dependiendo de su carga.

Esto te deja con una mala alimentación de 1 voltio a 3,8 voltios pp a tus auriculares antes de que se produzca el recorte. Si usa darlington, "pierden" el doble de lo que pierde un transistor normal, por lo que esto será aún peor.

Recomendación: use un amplificador operacional de salida de riel a riel. Hay muchos en estos días y probablemente solo caerán alrededor de 100 mV por riel.

Eso no es del todo cierto, el NE5534 puede operar hasta +-3V. En ese caso, un voltaje de suministro más bajo da como resultado una caída de voltaje más pequeña en los transistores internos. Debo admitir que este comportamiento no se menciona en la hoja de datos, pero en el mundo real, esto oscila muy bien a +-4V si el suministro es de +-4.5V. Sin embargo, marqué tu respuesta como solución al problema, porque creo que es algo importante a considerar. Reformularé la pregunta para que la gente pueda encontrarla. :)

Las piezas asiáticas comunes para esta aplicación son el 8550 (PNP) y el 8050 (NPN) disponibles tanto en TO-92 (varios pinouts) como en SMT.

Si compra el contenedor de mayor ganancia, el hfe estará en el rango de 160-300 a 100 mA (cuesta un poco más que los contenedores de baja ganancia).

Gracias, esto ayuda. Los conseguiré y veré cómo funcionan en el circuito. Esa hoja de datos parece prometedora y el precio también es excelente.
Clips de amplificador de audio de bajo voltaje en cargas de 8 ohmios
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