El mejor transistor para usar como amplificador de audio

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 piezas de gelatina como el 2N4401 (NPN) y el 2N4403 (PNP) y me quedaría con ellos 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 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 tu profesor.

Hay muchos transistores de potencia posibles para usar como salida final. Si busca unos pocos vatios, probablemente elegiría piezas básicas como TIP41 (NPN) y TIP42 (PNP).

Una vez más, sin embargo, no es la elección del transistor lo que hará o romperá este proyecto. Ciertamente puedes crear un amplificador de audio impresionante con los transistores que menciono, pero también puedes hacer un desastre. Realmente depende del diseño. En audio, el ruido general y la distorsión armónica son de alta prioridad. Esos 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 utilizarlos correctamente, pero también se pueden usar para hacer un buen amplificador. Dado que revisará los detalles de BJT más a fondo, me limitaré a ellos por ahora. Este será un gran ejercicio de aprendizaje. Diseñar un amplificador con muy bajo ruido y muy baja distorsión no es trivial.

Probablemente creará una etapa de salida de potencia más efectiva utilizando BJT para la misma cantidad de componentes en comparación con los MOSFET. Uso la palabra efectivo para indicar que su voltaje de salida oscilará más alto/más grande para la misma fuente de alimentación con BJT utilizados en un circuito push-pull simple. Esto se debe a que, para encender un BJT, solo necesita alrededor de 0,6 a 0,7 V, 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 etapa de salida de clase AB simple de emisor-seguidor push-pull. Solo puede conducir los transistores de salida con una señal 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 de pico a pico. Si estuviera usando mosfets, sería más como 14 voltios de pico a pico en una carga decente.

Hay un poco de agitación manual en mi respuesta hasta ahora, pero solo haga su tarea en mosfets conectados como un seguidor de fuente y elija uno con los Vgs (umbral) reducidos y examine la hoja de datos para ver cuánto voltaje de accionamiento de puerta se necesita para conseguir unos cientos de miliamperios que fluyen a través de él.

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

Entonces, dado que no ha especificado la potencia de salida, 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 con un transformador de salida; probablemente valga la pena considerar esto, pero la desventaja 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: -

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

Puede tomar el diseño básico y agregarle ganancia y cambiar 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 que hace 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 encuentre que prefiera. Los MOSFET generalmente pueden manejar voltajes de suministro más altos (Vds máx. más altos). Así que diseñe con lo que se sienta más cómodo (cálculo inteligente) y si se siente igualmente cómodo con ambos, use random.org.

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

Y para agregar, usar dos diodos para sesgar una etapa de salida BJT no es particularmente la mejor idea, a menos que combine perfectamente sus diodos y transistores 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.

Defina "rendimiento". ¿Por qué te interesa "efficiencey"? Los transistores se utilizan en amplificadores de audio de diferentes maneras. Tienes circuitos discretos de clase A que se sobrecargan bien como el infame preamplificador de micrófono de la consola Neve. Sobre el 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 términos más generales, tiene transistores de entrada, transistores de ganancia y transistores de salida.

Los transistores de entrada deben ser de bajo 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 lo que hace un buen transistor de salida. Quizá el ancho de banda o las características térmicas.