Meilleur transistor à utiliser pour l'amplificateur audio

Ce terme, nous allons concevoir un amplificateur audio. Jusqu'à présent dans notre conférence, nous sommes toujours au BJT et d'après ce que j'ai entendu, les FET ne seront que partiellement discutés contrairement à celui approfondi sur le BJT. Quoi qu'il en soit, je voudrais avoir une idée aussi tôt pour pouvoir planifier le transistor à utiliser pour la meilleure amplification audio. J'ai lu quelques discussions sur la façon dont l'autre transistor (BJT / FET) est meilleur, mais d'autres forums disent que les performances ne dépendent pas du composant mais de la façon dont le transistor est correctement polarisé et comment le circuit est correctement conçu.

Lors de la conception d'un amplificateur audio, lequel des quatre sous-types de transistors est le plus efficace? (NPN / PNP / JFET / MOSFET)

Soit dit en passant, l'exigence de mon professeur est la suivante: impressionnez-moi. Pour l'instant, mon groupe n'a pas encore décidé des spécificités du circuit (puissance, impédance, etc.).

Vous pouvez réussir à construire un ampli audio à partir de nombreux types différents de BJT. Ce sera le circuit, pas le transistor, qui fera bien fonctionner l'ampli. Je choisirais des pièces de bonbons comme les 2N4401 (NPN) et 2N4403 (PNP) et je les respecterais pour tout sauf pour les transistors de sortie de puissance finale. Beaucoup de pièces pourraient remplir ce rôle. Si vous avez vos propres transistors à petits signaux Jellybean préférés, utilisez-les si vous préférez. Ceux que j'ai mentionnés ont un gain raisonnable et peuvent gérer jusqu'à 40 V, ce qui devrait être assez bon pour permettre à un ampli d'impressionner votre professeur.

Il existe de nombreux transistors de puissance possibles à utiliser comme sortie finale. Si vous visez quelques watts, j'irais probablement avec des pièces de base comme le TIP41 (NPN) et le TIP42 (PNP).

Encore une fois, ce n'est pas le choix du transistor qui va faire ou défaire ce projet. Vous pouvez certainement créer un ampli audio impressionnant avec les transistors que je mentionne, mais vous pouvez également faire un gâchis. Cela dépend vraiment du design. En audio, le bruit global et la distorsion harmonique sont des priorités élevées. Ceux-ci proviennent d'une conception soignée des circuits et de l'attention portée à ces paramètres à chaque étape du processus.

Vous pouvez également utiliser d'autres types de transistors, comme les JFET ou les MOSFET. Ceux-ci nécessiteraient une topologie de circuit différente pour fonctionner correctement, mais peuvent également être utilisés pour créer un bon ampli. Puisque vous allez passer en revue les détails du BJT de manière plus approfondie, je m'en tiendrai à eux pour l'instant. Ce sera un excellent exercice d'apprentissage. Concevoir un ampli avec un bruit très faible et une distorsion très faible n'est pas anodin.

Vous ferez probablement un étage de sortie de puissance plus efficace en utilisant des BJT pour le même nombre de composants par rapport aux MOSFET. J'utilise le mot efficace pour signifier que votre tension de sortie oscille plus haut / plus grand pour la même alimentation avec des BJT utilisés dans un simple circuit push-pull. En effet, pour allumer un BJT, vous n'avez besoin que d'environ 0,6 à 0,7 V alors que pour obtenir un MOSFET fournissant plusieurs centaines de milliampères, vous devrez peut-être piloter sa grille avec 3 ou 4 volts.

Encore une fois, il s'agira d'un simple étage de sortie de classe AB émetteur-suiveur push-pull. Vous ne pouvez piloter les transistors de sortie qu'avec un signal qui est limité aux rails d'alimentation et s'il s'agit (disons) de 24 V cc - vous devriez être en mesure de piloter un signal de 22 Vp-p vers les transistors de puissance. Étant donné que chaque BJT "perdrait" 0,7 volt (en raison de la jonction émetteur de base), la tension de sortie maximale sera d'environ 20,6 volts crête à crête. Si vous utilisiez des mosfets, ce serait plus comme 14 volts crête à crête dans une charge décente.

Il y a un peu de main dans ma réponse jusqu'à présent, mais faites vos devoirs sur les mosfets connectés en tant que suiveur de source et choisissez-en un avec les Vgs (seuil) réduits et examinez la fiche technique pour voir la quantité de tension de commande de grille nécessaire pour obtenir quelques centaines de milliampères qui le traversent.

Il existe des conceptions plus complexes qui sont assez difficiles à faire fonctionner lorsque les transistors de sortie sont connectés au collecteur ou connectés au drain, mais, pour un débutant, je resterais à l'écart de ceux-ci car ils seront instables s'ils ne sont pas soigneusement conçus et nécessiteront plus de silicium pour travailler efficacement.

Donc, étant donné que vous n'avez pas spécifié de sortie de puissance, de charge de haut-parleur ou de rails de tension, je dirais qu'un étage de sortie de puissance BJT est probablement le meilleur choix. Quant aux autres transistors, je m'en tiendrai aux BJT - ils ont été utilisés dans des dizaines de milliers de bonnes conceptions commerciales. Vous pouvez bien sûr envisager un étage de sortie de classe A utilisant un transformateur de sortie - cela vaut probablement la peine d'être considéré, mais l'inconvénient est la perte d'efficacité due à la polarisation finale du transistor.

Je viens de chercher un étage de sortie assez simple qui montre l'arrangement de polarisation dont vous aurez probablement besoin pour un amplificateur décent et je suis tombé sur celui-ci: -

Cela venait de ce site. Je le recommande car il semble avoir une spécification décente et le site recommande également une version réduite sans les diodes / polarisation. Je pense personnellement que ce serait un bon début pour un débutant. Le site discute de plusieurs choses sur ce qui est nécessaire pour faire une bonne étape de sortie.

Vous pouvez prendre la conception de base et y ajouter du gain et échanger l'ampli-op pour des transistors individuels si vous faites un peu plus de recherche.

C'est une réponse un peu tardive, mais j'espère que cela peut aider quelqu'un à poser les mêmes questions.

Je préfère les BJT, mais les MOSFET sont super faciles à utiliser et peuvent surpasser les BJT en termes de fidélité. Les deux peuvent donner d'excellents résultats, utilisez simplement ce que vous préférez. Les MOSFET peuvent généralement gérer des tensions d'alimentation plus élevées (Vds max plus élevés). Concevez donc avec ce que vous vous sentez le plus à l'aise (calcul sage) et si vous vous sentez tout aussi à l'aise avec les deux, utilisez random.org.

Pour ajouter à ce qu'Andy aka a dit, sachez simplement que vous aurez besoin d'une conception très complexe pour obtenir 0,7 V sous chaque rail en tant que swing de sortie. C'est parce que l'étage amplificateur d'un amplificateur BJT a également besoin du signal pour le conduire, ce qui réduit normalement la tension de l'un des rails d'environ 10% (ne me citez pas sur ce nombre, c'est juste une règle générale que j'utilise ). Et je ne pense pas qu'un amplificateur d'ampli op impressionnera un professeur. Au moins, là où j'ai étudié, j'aurais échoué carrément si j'avais utilisé un ampli opérationnel. Et d'ailleurs, le maximum que vous pouvez retirer d'un (avec un étage de pilote soigneusement conçu) est de 18 W sous 8 ohms - ceci en utilisant un NE5532 si je me souviens bien. En général, vous ne regardez que 10-15 W avec un ampli op. D'une part, un ampli op nécessite 5 minutes de conception et d'autre part la puissance est lamentable.

Et pour ajouter, l'utilisation de deux diodes pour polariser un étage de sortie BJT n'est pas particulièrement la meilleure idée, sauf si vous adaptez parfaitement vos diodes et transistors et connectez thermiquement les diodes et les transistors de sortie. Les amplificateurs BJT sont très sensibles à l'emballement thermique. Vous constaterez probablement dans la pratique que vous vous retrouvez avec un courant de polarisation très élevé si vous utilisez des diodes de signal normales. Utilisez des diodes de redressement si vous prévoyez d'utiliser des diodes - 1N4001.

Définissez la «performance». Pourquoi êtes-vous intéressé par "efficiencey"? Les transistors sont utilisés dans les amplificateurs audio de différentes manières. Vous avez des circuits discrets de classe A qui saturent bien comme le fameux préampli micro de la console Neve. Sur le papier, les conceptions d'un ampli op auront les meilleures performances (en fait, mettre des transistors séparés devant un ampli op conventionnel va probablement se rapprocher de la limite théorique des performances). Mais plus généralement, vous avez des transistors d'entrée, des transistors de gain et des transistors de sortie.

Les transistors d'entrée doivent être à faible bruit. Le BJT a tendance à être moins bruyant si l'impédance de la source est correcte (pour les amplificateurs opérationnels, vous pouvez le rechercher dans la fiche technique en examinant le bruit de tension / bruit de courant qui, pour le NE5534A à 30 Hz, est de ~ 5,5 / 0,0015 = 3k7). Le JFET a un bruit de courant extrêmement faible, il aura donc tendance à avoir de meilleures performances de bruit avec des entrées Z élevées.

Les transistors à gain doivent être à faible bruit et à gain élevé. Je ne sais pas ce qui fait un bon transistor de sortie. Bande passante ou caractéristiques thermiques peut-être.