MOSFET o BJT para usar como interruptor para señales de audio

La respuesta súper rápida es: ninguna de las partes que ha seleccionado es apropiada para cambiar señales de audio de nivel de línea (nivel de auriculares).

Diatriba fuera de tema: a menudo no es aconsejable restringir las partes o técnicas utilizadas en las respuestas. Cubrí esto brevemente en una respuesta en meta.EE.SE: ¿EE.SE tiene algún problema con el tratamiento de los novatos? El viejo dicho dice: "Si todo lo que tienes es un martillo, entonces todo parece un clavo". Actualmente, solo tienes un martillo. Pero no tienes uña. Obtenga las piezas correctas y será mucho más feliz.

Respuesta larga:

El problema principal que tiene es que desea cambiar una señal bipolar (una señal que tiene voltajes que pueden ser positivos o negativos), y tiene rieles de alimentación limitados para usar (+6v).

El transistor de unión bipolar, en este caso el BF199, no va a funcionar. Ok, si usaste suficientes de ellos, en una configuración particular, entonces tal vez. Pero no desearía eso en un EE con más de 20 años de experiencia, y ciertamente no lo sugeriría para un novato.

El enfoque MOSFET podría funcionar (como sugiere Dave Tweed). Pero, hay una trampa. Digamos que su señal de audio puede variar de +2 a -2 voltios y Vgs(th) Max de su MOSFET es de 4 voltios. Luego, el voltaje de puerta que coloca en sus MOSFET debe cambiar a +6 y -6v. La razón de esto es que cuando su interruptor está ENCENDIDO, no desea que el diodo de cuerpo inverso del MOSFET conduzca corriente. Y para que eso suceda, debe tener su MOSFET para permanecer encendido para cualquier voltaje posible de la señal de audio.

Si el voltaje de su puerta es menor, el MOSFET podría encenderse y apagarse y hacer que el diodo conduzca. Debido a que el tiempo de conmutación del diodo no es cero, y los diodos son realmente malos, se agregará algo de distorsión. La cantidad de distorsión dependerá de los MOSFET utilizados y es realmente difícil de estimar. El audio resultante podría tener "calidad de teléfono" o podría ser razonable para el oyente promedio. En general, cuanto más pequeño y rápido sea el MOSFET, menos distorsión tendrá. Los dos MOSFET que seleccionó no son pequeños ni rápidos.

Por lo tanto, podría hacer que los MOSFET funcionen, pero necesitará rieles de alimentación + y - que probablemente sean diferentes a los que tiene disponibles en este momento.

El otro problema con los MOSFET es que son enormes. Físicamente. Necesitará cuatro de ellos para cambiar una señal estéreo. Si está multiplexando varios canales, necesitará 8 o más. Eso es un montón de MOSFET.

Si consideramos soluciones que están fuera de sus MOSFET o BJT seleccionados: Entonces, un chip de interruptor analógico como el que sugirió Dave Tweed, o similares de Maxim Semi, son buenas soluciones. Preste atención a la resistencia de encendido de estas piezas porque podría ser relativamente alta (más de 30 ohmios para las más baratas). Pero por lo demás, estos chips son fáciles de usar y efectivos. Los relés también son buenos, especialmente cuando se requiere calidad de audio o baja resistencia. Los relés de enganche podrían disminuir mucho los requisitos de energía. Otra solución es usar un J-FET. Los J-FET son la solución más económica y tienen una calidad de audio de buena a excelente, pero son difíciles de controlar porque requieren una gran oscilación de voltaje en sus puertas para encenderse/apagarse correctamente.

Si puede salirse con la suya con un relevo, iría por eso. Fácil de usar, calidad de audio súper alta y, en su mayoría, a prueba de balas. La desventaja es un mayor consumo de energía y no es adecuado para aplicaciones móviles (golpes y vibraciones). Mi segunda opción para usted sería un interruptor analógico. Buena calidad de audio y fácil de usar. Una tercera opción distante son los J-FET. Difícil de trabajar, buena calidad de audio y económico. Los MOSFET son cuartos. Y los BJT son una quinta opción súper distante.

Para las señales de audio de CA bipolares, su mejor opción sería un chip de "puerta de transmisión" como CD4016 o CD4066, o un chip multiplexor analógico, que es una matriz de dichas puertas con una conexión común.

Estos dispositivos tienen las características más simétricas, minimizando la distorsión de las señales de audio.

Internamente, son un par de MOSFET consecutivos impulsados ​​por señales de control complementarias.

Si realmente desea cambiar el audio con poco más que un simple transistor, considere un circuito como este:

^{simular este circuito : esquema creado con CircuitLab}

Básicamente, lo que hace es acortar la entrada a tierra al habilitar el transistor. La desventaja es que el nivel de salida será al menos 6dB más bajo que el nivel de entrada. Si desea mantener el mismo nivel de señal, necesitará un amplificador de salida.

^{simular este circuito : esquema creado con CircuitLab}

La forma barata de hacer esto que se encuentra en las pletinas de cassette japonesas pone el bjt al revés para que funcione en modo inverso. Esto no es bueno para una salida de auriculares, pero funciona bien para una salida de línea a nivel de consumidor. Tenga en cuenta que la impedancia de salida es de 2,2 k, lo que no es bueno si necesita tender cables largos. Esto es bastante libre de pop y efectivo para silenciar fallas de encendido. Debe usar un transistor que tenga una buena beta inversa para obtener un VCEsat realmente bajo para un buen silenciamiento. El dibujo muestra 2n3904 pero eso es solo porque el editor de dibujos no aceptaría las especificaciones exóticas del transistor. Si usa 2N3904 o similar, no obtendrá un silenciamiento completo. Con buenos transistores simétricos con beta inversa alta, puede obtener VCEsat en el rango de submilivoltios.

Tenga en cuenta que el transistor está conectado intencionalmente al revés, ¡no es un error de dibujo!

Suposición: la señal de audio es una señal de nivel de línea de +4 dBU con polarización de CC para no pasar a la región negativa. La fuente de audio tiene una baja impedancia de salida.

Tensión de señal supuesta, según lo anterior:

• _Señal V = pico de 1,737 voltios + polarización de CC de 1,8 voltios

El MOSFET de canal N STP16NF06L se puede utilizar como un interruptor controlado por voltaje, por lo tanto:

^{simular este circuito : esquema creado con CircuitLab}

Tenga en cuenta que la señal se recortará cuando el voltaje de la señal se acerque a la parte lineal de la VGS del MOSFET _, que suele ser un poco más alta que la _VGS(th) . _{Si bien la hoja de datos establece un V GS (th)} mínimo de 1 voltios, no se proporciona un máximo.

Para una entrada de control de 6 voltios a la compuerta, y los voltajes de señal asumidos anteriormente, el MOSFET debe mostrar una baja resistencia R _{DS ON} en V _GS no superior a 2,463 voltios.

La señal Line_out requerirá un búfer para evitar la atenuación debido a la carga.

Una simulación en Falstad está disponible aquí .

El único componente que puede usar como interruptor controlado por voltaje es un MOSFET. Un BJT (transistor de unión bipolar) es un interruptor controlado por corriente . El colector-emisor está controlado por la corriente base-emisor. Si desea un interruptor controlado por voltaje , debe usar un FET/MOSFET.

El modelo del MOSFET depende del voltaje y la disipación de potencia. En este caso, probablemente podría usar cualquiera de los dos.