オーディオアンプに使用するのに最適なトランジスタ

今期は、オーディオアンプを設計します。これまでの講義では、私たちはまだBJTに在籍しており、私が聞いたことに基づいて、BJTの完全なものとは異なり、FETについて部分的に議論します。とにかく、これを早く考えて、最高のオーディオ増幅に使用するトランジスタを計画できるようにしたいと思います。他のトランジスタ（BJT / FET）の方が優れているスレッドをいくつか読みましたが、他のフォーラムでは、パフォーマンスはコンポーネントではなく、トランジスタの適切なバイアスと回路の適切な設計に依存していると述べています。

オーディオアンプの設計において、トランジスタの4つのサブタイプのうちどれが最も効率的ですか？（NPN / PNP / JFET / MOSFET）

ところで、私の教授の要件はこれだけです。現在、私のグループは回路の詳細（ワット数、インピーダンスなど）をまだ決定していません。

さまざまな種類のBJTからオーディオアンプを正常に構築できます。アンプをうまく機能させるのは、トランジスタではなく回路です。2N4401（NPN）や2N4403（PNP）のようなジェリービーンのパーツを選んで、最終的な出力トランジスタを除くすべてのパーツに固執します。多くの部品がその役割を果たします。自分の好きなジェリービーン小信号トランジスターがある場合は、必要に応じて使用してください。私が言及したものは、妥当なゲインを持ち、最大40 Vを処理できます。

最終出力として使用できるパワートランジスタはたくさんあります。数ワットを目指している場合は、おそらくTIP41（NPN）やTIP42（PNP）などの基本部品を使用します。

繰り返しになりますが、このプロジェクトを成功または失敗させるのはトランジスタの選択ではありません。確かに、私が言及したトランジスタを使用して印象的なオーディオアンプを作成できますが、混乱させることもできます。それは本当に設計次第です。オーディオでは、全体的なノイズと高調波歪みが優先されます。これらは、慎重な回路設計と、これらのパラメーターへの注意が、すべての段階で得られるものです。

JFETやMOSFETなど、他のタイプのトランジスタを使用することもできます。それらは適切に利用するために異なる回路トポロジーを必要としますが、良いアンプを作るためにも使用できます。BJTの詳細をより徹底的に検討するので、今のところはそれらに固執します。これは素晴らしい学習課題です。非常に低いノイズと非常に低い歪みでアンプを設計することは簡単ではありません。

おそらく、MOSFETと比較して同じ数のコンポーネントに対してBJTを使用して、より効果的な電力出力段を作成するでしょう。単純なプッシュプル回路で使用されるBJTと同じ電源に対して、出力電圧がより高く/より大きくスイングすることを意味するために、私は効果的な言葉を使用します。これは、BJTをオンにするのに必要なのは約0.6〜0.7Vであるのに対し、MOSFETに数百ミリアンペアを供給するには、3〜4ボルトでゲートを駆動する必要があるからです。

繰り返しますが、これは単純なエミッターフォロワープッシュプルクラスAB出力ステージになります。パワーレールに制限された信号でのみ出力トランジスタを駆動できます。これが（たとえば）DC24Vの場合、パワートランジスタに22Vp-pの信号を駆動できるはずです。各BJTが（ベースエミッタ接合のため）0.7ボルトを「失う」と仮定すると、最大出力電圧は約20.6ボルトピークツーピークになります。あなたがMOSFETを使用している場合、それはまともな負荷にピークする14ボルトのピークのようなものになるでしょう。

私の答えにはこれまで少し手を振っていますが、ソースフォロワーとして接続されたMOSFETで宿題をして、小さなVgs（しきい値）で1つを選び、データシートを調べて必要なゲート駆動電圧を確認してください数百ミリアンペアを流します。

出力トランジスタがコレクター接続またはドレイン接続されている場合、動作が非常に難しい複雑な設計がありますが、初心者には慎重に設計されていないと不安定であり、より多くのシリコンが必要なので、これらには近づかないでください効果的に作業するために。

したがって、出力、スピーカー負荷、または電圧レールを指定していない場合、おそらくBJTの出力ステージが最良の選択です。他のトランジスタに関しては、私はBJTに固執します-それらは何万もの良い商業デザインで使用されてきました。もちろん、出力トランスを使用したクラスA出力段を検討することもできます。これはおそらく検討する価値がありますが、欠点は最終的なトランジスタバイアスによる効率の低下です。

私はちょうどあなたがまともなアンプに必要となる可能性のあるバイアス配置を示すかなり単純な出力段を見てみましたが、これに遭遇しました：-

このサイトから来ました。それはまともな仕様を持っているようだし、サイトもダイオード/バイアスなしでカットダウンバージョンを推奨しているので、私はそれをお勧めしています。個人的には初心者にとっては良いスタートになると思います。このサイトでは、適切な出力ステージを作成するために必要なものについていくつかのことを説明しています。

基本設計を取得してゲインを追加し、さらに調査を行うと、個々のトランジスタのオペアンプを交換できます。

これは少し遅い回答ですが、同じ質問をする人の助けになることを望んでいます。

私はBJTを好みますが、MOSFETは非常に使いやすく、忠実度の点でBJTを上回ることができます。どちらも優れた結果をもたらすことができます、あなたが好むと思うものを使うだけです。MOSFETは通常、より高い電源電圧（より高い最大Vds）を処理​​できます。したがって、あなたが最も快適だと感じるもの（計算上）で設計し、両方に等しく快適だと感じる場合は、random.orgを使用してください。

Andy akaが言ったことに加えて、出力スイングとして各レールの下に0.7Vを得るためには非常に複雑な設計が必要になることを知ってください。これは、BJTアンプのアンプステージにも信号を必要とするためです。通常、これはレールの電圧の1つを約10％カットします（その数値を引用しないでください。これは一般的な経験則です） ）。そして、私はオペアンプアンプが教授を感動させるとは思わない。少なくとも、私が勉強したところでは、オペアンプを使用していたなら、完全に失敗していたでしょう。さらに、（慎重に設計されたドライバーステージを使用して）1つから取得できる最大値は、8オームに18 Wです。これは、正しく覚えていればNE5532を使用しています。一般に、オペアンプで見ているのは10〜15 Wだけです。第一に、オペアンプの設計には5分かかります。第二に、電力が非常に低くなります。

さらに、ダイオードとトランジスタを完全に一致させ、ダイオードと出力トランジスタを熱的に接続しない限り、2つのダイオードを使用してBJT出力段にバイアスをかけることは特に良い考えではありません。BJTアンプは熱暴走の影響を非常に受けやすくなっています。実際には、通常の信号ダイオードを使用すると、非常に高いバイアス電流が発生する可能性があります。ダイオード-1N4001を使用する場合は、整流ダイオードを使用します。

「パフォーマンス」を定義します。「効率」に興味があるのはなぜですか？トランジスタは、さまざまな方法でオーディオアンプに使用されます。悪名高いNeveコンソールマイクプリのようにオーバードライブするディスクリートクラスA回路があります。紙上では、オペアンプ設計が最高の性能を発揮します（実際には、従来のオペアンプの前に個別のトランジスタを配置すると、おそらく性能の理論的限界に近づくでしょう）。しかし、より一般的には、入力トランジスタ、ゲイントランジスタ、出力トランジスタがあります。

入力トランジスタは低ノイズでなければなりません。正しいソースインピーダンスの場合、BJTはノイズが低くなる傾向があります（オペアンプの場合、30HzでのNE5534Aの場合の電圧ノイズ/電流ノイズを見ると、データシートでこれを調べることができます）。JFETの電流ノイズは非常に低いため、高Z入力ではノイズ性能が向上する傾向があります。

ゲイントランジスタは、低ノイズで高ゲインである必要があります。何が良い出力トランジスタを作るのか分かりません。多分帯域幅または熱特性。