Domanda:
MOSFET o BJT da utilizzare come interruttore per segnali audio
subz
2013-04-21 06:50:11 UTC
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Mi stavo chiedendo quale componente sia migliore per l'utilizzo come interruttore controllato in tensione per i segnali audio (ad es. segnale musicale dal lettore mp3). Dovrei usare MOSFET o BJT? La tensione massima del rail è di circa 6 V?

Non posso utilizzare componenti diversi da BF199 BJT, MOSFET IRF3205 o MOSFET STP16NF06L. Il mio segnale audio è polarizzato in CC, quindi non va nella regione negativa.

Modifica: hai affermato che il chip del gate di trasmissione è composto da MOSFET, quindi i MOSFET saranno migliori per ridurre al minimo le distorsioni?

Se hai intenzione di limitare le possibili risposte al "transistor o mosfet selezionato", dovresti effettivamente dirci esattamente quali transistor e mosfet sono stati selezionati.
-1 per questa sciocca sciocchezza sull'essere limitati a diversi modelli molto specifici di transistor.
@Kaz: Ho tre teorie: compiti a casa (?), "Cosa ho a casa" e "cosa vende RadioShack"
@angelatlarge Also: "quelli sono gli unici nomi di transistor nel programma schematico che ho scaricato."
Per essere pedanti, un MOSFET è un transistor: Metal Oxide Semiconductor Field Effect * Transistor *.
Il tuo segnale audio DC è polarizzato approssimativamente a metà strada rispetto al binario da 6 Volt, o è riferito a massa, cioè va sia positivo che negativo?
Sei risposte:
user3624
2013-04-21 09:52:59 UTC
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La risposta super veloce è: nessuna delle parti che hai selezionato è appropriata per la commutazione dei segnali audio a livello di linea (livello delle cuffie).

Off Topic Rant: è spesso sconsigliato limitare le parti o le tecniche utilizzate nelle risposte. Ne ho parlato brevemente in una risposta su meta.EE.SE: EE.SE ha un problema con il trattamento dei neofiti? Il vecchio proverbio dice: "Se tutto ciò che hai è un martello, allora tutto sembra un chiodo. " Al momento hai solo un martello. Ma non hai un chiodo. Procurati le parti giuste e sarai molto più felice.

Risposta lunga:

Il problema principale che hai è che vuoi commutare un segnale bipolare (un segnale che ha tensioni che possono essere positive o negative) e hai linee di alimentazione limitate da usare (+ 6v).

Il transistor a giunzione bipolare, in questo caso il BF199, non funzionerà . Ok, se ne hai usati abbastanza, in una particolare configurazione, allora forse. Ma non lo desidererei su un EE con oltre 20 anni di esperienza, e certamente non lo consiglierei a un principiante.

L'approccio MOSFET potrebbe essere fatto funzionare (come suggerisce Dave Tweed). Ma c'è un problema. Diciamo che il tuo segnale audio può variare da +2 a -2 volt e Vgs (th) Max del tuo MOSFET è di 4 volt. Quindi la tensione di gate che metti sui tuoi MOSFET deve passare a +6 e -6v. Il motivo è che quando il tuo interruttore è su ON, non vuoi che il diodo di corpo inverso del MOSFET conduca alcuna corrente. E affinché ciò accada, è necessario che il MOSFET rimanga acceso per qualsiasi possibile tensione del segnale audio.

Se la tensione del gate è inferiore, il MOSFET potrebbe accendersi e spegnersi e causare la conduzione del diodo. Poiché il tempo di commutazione del diodo non è zero, e i diodi sono diodi davvero scadenti, ci sarà qualche distorsione aggiunta. La quantità di distorsione dipenderà dai MOSFET utilizzati ed è davvero difficile da stimare. L'audio risultante potrebbe essere "qualità telefonico", o potrebbe essere ragionevole per l'ascoltatore medio. In generale, più piccolo e veloce è il MOSFET, minore sarà la distorsione. I due MOSFET selezionati non sono né piccoli né veloci.

Quindi, potresti far funzionare i MOSFET, ma avrai bisogno di binari di alimentazione + e - che sono probabilmente diversi da quelli che hai a disposizione in questo momento.

L'altro problema con il tuo MOSFET è che sono semplicemente enormi. Fisicamente. Ne occorrono quattro per commutare un segnale stereo. Se stai combinando diversi canali insieme, avrai bisogno di 8 o più. Sono molti MOSFET.

Se consideriamo soluzioni che sono al di fuori dei MOSFET o BJT selezionati: allora un chip interruttore analogico come quello suggerito da Dave Tweed, o simili da Maxim Semi, sono buone soluzioni. Presta attenzione alla resistenza all'accensione di queste parti perché potrebbe essere relativamente alta (30+ ohm per quelle più economiche). Ma per il resto, questi chip sono facili da usare ed efficaci. Anche i relè sono buoni, specialmente quando è richiesta la qualità audio o una bassa resistenza. I relè a ritenuta potrebbero ridurre notevolmente i requisiti di alimentazione. Un'altra soluzione è utilizzare un J-FET. I J-FET sono la soluzione più economica e hanno una qualità audio da buona a eccellente, ma sono difficili da controllare perché richiedono un'enorme oscillazione di tensione sui loro gate per accendersi / spegnersi correttamente.

Se riesci a farla franca con una staffetta, lo sceglierei. Facile da usare, qualità audio elevatissima e per lo più a prova di proiettile. Il lato negativo è un maggiore consumo energetico e non adatto per applicazioni mobili (urti e vibrazioni). La mia seconda scelta per te sarebbe un interruttore analogico. Buona qualità audio e facile da usare. Una terza scelta lontana sono i J-FET. Difficile da lavorare, buona qualità audio e poco costoso. I MOSFET sono quarti. E i BJT sono una quinta scelta molto distante.

Aspetta ora, "max rail 6V" potrebbe significare che il dispositivo in costruzione funziona da 0 a 6V e l'audio è accoppiato a un livello di 3V CC.
@Kaz Sì, potrebbe significare questo. Ma potrebbe anche significare un mucchio di altre cose che l'OP non ci ha detto. Ma diciamo che il segnale audio va da + 1v a + 5v e Vgs (th) = 4v. Quindi il gate drive dei MOSFET deve essere almeno da -3v a + 9v. In questo scenario, potresti cavartela con un singolo MOSFET, ma i tuoi binari di alimentazione e la guida del MOSFET non diventano molto più facili.
Dave Tweed
2013-04-21 06:59:39 UTC
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Per i segnali audio AC bipolari, la scelta migliore sarebbe un chip "porta di trasmissione" come CD4016 o CD4066, o un chip multiplexer analogico, che è un array di tali porte con una connessione comune.

Questi dispositivi hanno le caratteristiche più simmetriche, riducendo al minimo la distorsione dei segnali audio.

Internamente, sono una coppia di MOSFET back-to-back pilotati da segnali di controllo complementari.

Quindi non c'è bisogno di una tensione negativa su questi?
@user2497: Non l'ho mai detto.Il segnale audio deve rimanere tra i binari, quindi è possibile scegliere di aggiungere un bias CC di Vcc / 2 al segnale audio per un'alimentazione unipolare o utilizzare alimentazioni positive e negative sui gate.
Sembra interessante, come faresti a farlo?
@user2497: Vedere le note sull'applicazione nel [datasheet] (https://www.ti.com/lit/ds/symlink/cd4066b.pdf).
jippie
2013-04-21 12:03:33 UTC
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Se vuoi davvero cambiare l'audio con poco più di un semplice transistor, considera un circuito come questo:

schematic

simula questo circuito - Schema creato utilizzando CircuitLab

Fondamentalmente quello che fai è cortocircuitare l'ingresso a massa abilitando il transistor. Lo svantaggio è che il livello di uscita sarà di almeno 6dB inferiore al livello di ingresso. Se vuoi mantenere lo stesso livello del segnale, avrai bisogno di un amplificatore di uscita.

E poi se ottieni un amplificatore di uscita, la cosa più semplice sarà un amplificatore operazionale. In tal caso, potresti anche trovare un amplificatore operazionale con un pin di spegnimento che mette la sua uscita in uno stato Z alto e instradare la logica! Enable lì.
Questo circuito creerà un pop molto forte ogni volta che l'audio viene attivato / disattivato. Se l'audio è abilitato, il livello DC sul collettore dell'NPN è + 6v. Se "muto", la tensione del collettore sarà 0v. Quando si passa da abilitato a silenziato, si avrà un picco di 6 volt sull'uscita. La polarità del picco dipenderà dall'attivazione o disattivazione dell'audio. Questo picco è probabilmente molte volte più grande del livello audio tipico e si verificherà anche se l'audio è "silenzioso".
Oh, e DEVI usare un buffer sull'output. Senza il buffer, si ha un'impedenza di uscita di 20+ K ohm. Qualsiasi capacità sull'uscita (a valle di questo dispositivo) provocherà un'attenuazione ad alta frequenza. Un buffer ti darà una bassa impedenza di uscita e una risposta in frequenza molto migliore.
@DavidKessner true. Ovviamente la soluzione migliore è usare un interruttore bilaterale, un relè o qualcosa di simile, ma questi componenti non sono nell'elenco. Per sopprimere il pop potrei aggiungere un condensatore extra tra base ed emettitore, ma sta migliorando un circuito che è difettoso di progettazione. Ovviamente abbassare l'alimentazione a 6V migliorerà un po 'il comportamento, probabilmente abbastanza da mantenere i coni nell'altoparlante.
Dovresti eliminare del tutto i +6 V e collegare R1 e R10 a terra.Q1 Q4 dovrebbe essere transistor di muting specializzato con hFE inverso elevato.R2 R11 può essere tipicamente 1 kΩ, R1 R10 può essere 100 kΩ e R9 R13 può essere eliminato, quindi l'impedenza di uscita è 1 kΩ.
audioTech
2013-10-06 08:11:47 UTC
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schematic

simula questo circuito - Schema creato utilizzando CircuitLab

Il Il modo di fare ciò che si trova nei registratori a cassette giapponesi capovolge il bjt in modo che funzioni in modalità inversa. Questo non va bene per un'uscita per le cuffie, ma funziona bene per l'uscita in linea a livello di consumatori. Si noti che l'impedenza di uscita è 2.2k, non va bene se è necessario eseguire cavi lunghi. Questo è abbastanza privo di pop ed efficace nel silenziare i glitch all'accensione. Devi usare un transistor che abbia una buona beta inversa per ottenere un VCEsat molto basso per un buon muting. Il disegno mostra 2n3904 ma è solo perché l'editor di disegni non accetterebbe le specifiche esotiche del transistor. Se si utilizza 2N3904 o simile, non sarà possibile disattivare completamente l'audio. Con buoni transistor simmetrici con beta inverso elevato puoi ottenere VCEsat nella gamma sub-millivolt.

Si prega di notare, il transistor è intenzionalmente collegato al contrario, non è un errore di disegno!

Non importa in che modo colleghi il transistor.I transistor di muting sono progettati per avere un guadagno elevato sia in polarizzazione diretta che inversa, poiché devono disattivare le tensioni di segnale sia positive che negative.
Anindo Ghosh
2013-04-21 20:55:56 UTC
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Presupposto: il segnale audio è un segnale a livello di linea di +4 dBU polarizzato in CC per non entrare nella regione negativa. La sorgente audio ha un'impedenza di uscita bassa.

Tensione del segnale presunta, come sopra:

  • V segnale = 1,737 Volt di picco + 1.8 Volt DC bias

Il STP16NF06L MOSFET a canale N può essere utilizzato come interruttore controllato in tensione, quindi:

schematic

simula questo circuito - Schema creato utilizzando CircuitLab

Nota che il segnale verrà tagliato quando la tensione del segnale si avvicina alla porzione lineare del V GS del MOSFET, che è tipicamente un po 'più alto del V GS (th) . Anche se il datasheet indica un minimo V GS (th) di 1 Volt, non viene fornito alcun massimo.

Per un ingresso di controllo a 6 Volt al Gate e le tensioni di segnale presunte sopra , il MOSFET dovrebbe mostrare una bassa resistenza R DS ON a V GS non superiore a 2,463 Volt.

Il segnale Line_out richiederà un buffer, per evitare l'attenuazione dovuta al caricamento.

Una simulazione in Falstad è disponibile qui.

Questo circuito subirà dei pop nell'audio durante la disattivazione e il ripristino dell'audio. Usando le tue ipotesi, Line_In sarà 1.8v se il silenzio sta arrivando. Ma quando è muto, l'uscita sarà 0v. Il passaggio da silenziato a silenzio farà sì che Line_Out passi da 0 V a 1,8 V, che è un pop più forte del segnale audio più forte consentito da questo circuito.
@DavidKessner d'accordo, ma la dichiarazione del problema non alludeva a tali preoccupazioni, quindi non sono state affrontate nella risposta. Se desideri aggiungere una soluzione alla mia risposta o alla tua, sarebbe carino. La mia posizione per questa domanda è che da qualche parte lungo la catena ci sarà un dispositivo di uscita audio con il suo accoppiamento AC e il filtro pop-click.
Una soluzione è avere il tuo "DC Bias Rail" locale. Utilizzare un cappuccio di blocco CC sull'ingresso e un resistore da 10K sulla guida di polarizzazione, per forzare la polarizzazione dell'audio a un livello appropriato per il circuito. Quindi, invece di avere il resistore da 1K su GND, trasformalo in un resistore da 10K sulla guida di polarizzazione. E già che ci sei, metti un filtro RC sul gate del MOSFET per rallentare le velocità di commutazione. Ma temo che sebbene questa non sia una cosa difficile da fare, potrebbe essere troppo per l'OP. Oh, non esiste un "filtro pop-click" in grado di rimuovere questo tipo di pop.
Sì, sarà eccessivo per questa domanda, andando a livello di domanda.
fuzzyhair2
2013-04-21 20:04:05 UTC
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L'unico componente che puoi utilizzare come interruttore controllato in tensione è un MOSFET. Un BJT (transistor a giunzione bipolare) è un interruttore controllato da corrente . Il collettore-emettitore è controllato dalla corrente base-emettitore. Se vuoi un interruttore controllato dalla tensione , dovresti usare un FET / MOSFET.

Il modello del MOSFET dipende dalla tensione e dalla dissipazione di potenza. In questo caso, potresti probabilmente utilizzare uno dei due.

Questa risposta è leggermente fuorviante: è possibile utilizzare un BJT come interruttore controllato in tensione a condizione di limitare la corrente nella base.


Questa domanda e risposta è stata tradotta automaticamente dalla lingua inglese. Il contenuto originale è disponibile su stackexchange, che ringraziamo per la licenza cc by-sa 3.0 con cui è distribuito.
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