Question:
MOSFET ou BJT à utiliser comme commutateur pour les signaux audio
subz
2013-04-21 06:50:11 UTC
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Je me demandais quel composant est le meilleur pour utiliser comme interrupteur à tension contrôlée pour les signaux audio (par exemple, le signal musical d'un lecteur mp3). Dois-je utiliser des MOSFET ou des BJT? La tension maximale du rail est d'environ 6 V?

Je ne peux utiliser aucun composant autre que les MOSFET BF199 BJT, IRF3205 ou STP16NF06L. Mon signal audio est polarisé en courant continu pour ne pas entrer dans la région négative.

Edit: Vous avez déclaré que la puce de porte de transmission est faite de MOSFET, les MOSFET seront-ils meilleurs pour minimiser les distorsions?

Si vous voulez limiter les réponses possibles au "transistor ou mosfet sélectionné", vous devez en fait nous dire exactement quels transistors et mosfets ont été sélectionnés.
-1 pour ce non-sens boiteux d'être limité à plusieurs modèles très spécifiques de transistors.
@Kaz: J'ai trois théories: les devoirs (?), "Ce que j'ai à la maison" et "ce que RadioShack vend"
@angelatlarge Also: "ce sont les seuls noms de transistors dans le programme schématique que j'ai téléchargé."
Pour être pédant, un MOSFET est un transistor: Metal Oxide Semiconductor Field Effect * Transistor *.
Votre signal audio est-il polarisé en CC approximativement à mi-chemin du rail 6 volts, ou est-il référencé à la masse, c'est-à-dire allant à la fois positif et négatif?
Six réponses:
user3624
2013-04-21 09:52:59 UTC
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La réponse super rapide est: Aucune des parties que vous avez sélectionnées ne convient pour la commutation des signaux audio au niveau de la ligne (niveau du casque).

Hors sujet Rant: Il est souvent déconseillé de restreindre les parties ou les techniques utilisées dans les réponses. J'ai brièvement abordé cette question dans une réponse sur meta.EE.SE: Est-ce que EE.SE a un problème avec le traitement des débutants? Le vieil adage dit: "Si tout ce que vous avez est un marteau, alors tout ressemble à un clou. " Actuellement, vous n'avez qu'un marteau. Mais tu n'as pas de clou. Obtenez les bonnes pièces et vous serez beaucoup plus heureux.

Réponse longue:

Le principal problème que vous avez est que vous voulez changer un signal bipolaire (un signal qui a des tensions qui peuvent être positives ou négatives), et vous avez des rails d'alimentation limités à utiliser (+ 6v).

Le transistor bipolaire à jonction, dans ce cas le BF199, ne fonctionnera pas . Ok, si vous en avez utilisé suffisamment, dans une configuration particulière, alors peut-être. Mais je ne souhaiterais pas cela sur une EE avec plus de 20 ans d'expérience, et je ne le suggérerais certainement pas pour un novice.

L'approche MOSFET pourrait être mise en œuvre (comme le suggère Dave Tweed). Mais il ya un hic. Disons que votre signal audio peut varier de +2 à -2 volts et que le Vgs (th) Max de votre MOSFET est de 4 volts. Ensuite, la tension de grille que vous mettez sur vos MOSFET doit passer à +6 et -6v. La raison en est que lorsque votre commutateur est sur ON, vous ne voulez pas que la diode de corps inversé du MOSFET conduise un courant. Et pour que cela se produise, vous devez que votre MOSFET reste allumé pour toute tension possible du signal audio.

Si la tension de votre grille est inférieure, le MOSFET peut s'allumer et s'éteindre et entraîner la diode. Comme le temps de commutation de la diode n'est pas nul et que les diodes sont vraiment des diodes de merde, il y aura une certaine distorsion ajoutée. La quantité de distorsion dépendra des MOSFET utilisés et est vraiment difficile à estimer. L'audio qui en résulte peut être de «qualité téléphonique» ou être raisonnable pour l'auditeur moyen. En général, plus le MOSFET est petit et rapide, moins vous aurez de distorsion. Les deux MOSFET que vous avez sélectionnés ne sont ni petits ni rapides.

Donc, vous pourriez faire fonctionner les MOSFET, mais vous aurez besoin de + et - rails d'alimentation qui sont probablement différents de ceux dont vous disposez actuellement.

L'autre problème avec votre Les MOSFET, c'est qu'ils sont tout simplement énormes. Physiquement. Vous en aurez besoin de quatre pour commuter un signal stéréo. Si vous multiplexez plusieurs canaux ensemble, vous en aurez besoin de 8 ou plus. C'est beaucoup de MOSFET.

Si nous considérons des solutions qui sont en dehors de vos MOSFET ou BJT sélectionnés: Alors une puce de commutation analogique telle que ce que Dave Tweed a suggéré, ou des solutions similaires par Maxim Semi, sont de bonnes solutions. Faites attention à la résistance à la marche de ces pièces car cela pourrait être relativement élevé (30+ ohms pour les moins chers). Mais sinon, ces puces sont faciles à utiliser et efficaces. Les relais sont également bons, en particulier lorsqu'une qualité audio ou une faible résistance est requise. Les relais à verrouillage peuvent réduire considérablement les besoins en énergie. Une autre solution consiste à utiliser un J-FET. Les J-FET sont la solution la moins chère et ont une qualité audio bonne à excellente, mais sont difficiles à contrôler car ils nécessitent une énorme variation de tension sur leurs portes afin de s'allumer / s'éteindre correctement.

Si vous pouvez vous en tirer avec un relais, j'irais pour ça. Facile à utiliser, qualité audio super élevée et surtout à l'épreuve des balles. L'inconvénient est une consommation d'énergie plus élevée et ne convient pas aux applications mobiles (chocs et vibrations). Mon deuxième choix pour vous serait un commutateur analogique. Bonne qualité audio et facile à utiliser. Un troisième choix éloigné sont les J-FET. Difficile à travailler, bonne qualité audio et bon marché. Les MOSFET sont quatrièmes. Et les BJT sont un cinquième choix très éloigné.

Attendez maintenant, «max rail 6V» pourrait signifier que l'appareil en cours de construction fonctionne sur 0 à 6V et que l'audio est couplé à un niveau de 3V DC.
@Kaz Oui, cela pourrait signifier cela. Mais cela pourrait aussi signifier un tas d'autres choses que le PO ne nous a pas dites. Mais disons que le signal audio passe de + 1v à + 5v et Vgs (th) = 4v. Ensuite, le lecteur de grille des MOSFET doit être au moins de -3v à + 9v. Dans ce scénario, vous pourriez vous en tirer avec un seul MOSFET, mais vos rails d'alimentation et la conduite de MOSFET ne sont pas beaucoup plus faciles.
Dave Tweed
2013-04-21 06:59:39 UTC
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Pour les signaux audio AC bipolaires, votre meilleur choix serait une puce de "porte de transmission" telle que CD4016 ou CD4066, ou une puce de multiplexeur analogique, qui est un ensemble de telles portes avec une connexion commune.

Ces appareils ont les caractéristiques les plus symétriques, minimisant la distorsion des signaux audio.

En interne, ils sont une paire de MOSFET dos à dos pilotés par des signaux de contrôle complémentaires.

Donc pas besoin de tension négative sur ces derniers?
@user2497: Je n'ai jamais dit cela.Le signal audio doit rester entre les rails, vous avez donc le choix d'ajouter une polarisation CC de Vcc / 2 au signal audio pour une alimentation unipolaire, ou d'utiliser des alimentations positives et négatives sur les portes.
Cela semble intéressant, comment feriez-vous cela?
@user2497: Voir les notes d'application dans la [fiche technique] (https://www.ti.com/lit/ds/symlink/cd4066b.pdf).
jippie
2013-04-21 12:03:33 UTC
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Si vous voulez vraiment changer d'audio avec un peu plus qu'un simple transistor, considérez un circuit comme celui-ci:

schematic

simuler ce circuit - Schéma créé en utilisant CircuitLab

En gros, ce que vous faites est de court-circuiter l'entrée à la masse en activant le transistor. L'inconvénient est que le niveau de sortie sera au moins 6 dB inférieur au niveau d'entrée. Si vous souhaitez conserver le même niveau de signal, vous aurez besoin d'un amplificateur de sortie.

Et puis, si vous obtenez un amplificateur de sortie, le plus simple sera un ampli opérationnel. Dans ce cas, vous pouvez également trouver un ampli-op doté d'une broche d'arrêt qui met sa sortie dans un état Z élevé et y acheminer la logique! Enable.
Ce circuit créera un pop très fort à chaque fois que l'audio est activé / désactivé. Si l'audio est activé, alors le niveau DC au collecteur du NPN est + 6v. Si "coupé", la tension du collecteur sera de 0v. Lorsque vous basculez entre activé et désactivé, vous aurez un pic de 6 volts sur la sortie. La polarité de la pointe dépendra de l'activation ou de la désactivation de l'audio. Ce pic est probablement plusieurs fois plus grand que le niveau audio typique, et se produira même si l'audio est "silencieux".
Oh, et vous DEVEZ utiliser un tampon sur la sortie. Sans le tampon, vous avez une impédance de sortie de 20+ K ohms. Toute capacité sur la sortie (en aval de cet appareil) provoquera une atténuation des hautes fréquences. Un tampon vous donnera une faible impédance de sortie et une bien meilleure réponse en fréquence.
@DavidKessner vrai. Bien sûr, la meilleure solution consiste à utiliser un commutateur bilatéral, un relais ou quelque chose de similaire, mais ces composants ne sont pas sur la liste. Pour supprimer le pop, je pourrais ajouter un condensateur supplémentaire entre la base et l'émetteur, mais cela améliore un circuit qui est défectueux par conception. Bien sûr, abaisser l'alimentation 6V améliorera un peu le comportement, probablement assez pour garder les cônes dans le haut-parleur.
Vous devez éliminer complètement le +6 V et connecter R1 et R10 à la terre.Q1 Q4 devrait être des transistors d'inhibition spécialisés qui ont un hFE inverse élevé.R2 R11 peut typiquement être 1 kΩ, R1 R10 peut être 100 kΩ, et R9 R13 peut être éliminé, donc l'impédance de sortie est 1 kΩ.
audioTech
2013-10-06 08:11:47 UTC
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schematic

simuler ce circuit - Schéma créé à l'aide de CircuitLab

Le stock el cheapo façon de faire cela que vous trouvez dans les platines à cassettes japonaises tourne le bjt à l'envers pour qu'il fonctionne en mode inverse. Ce n'est pas bon pour une sortie casque, mais fonctionne bien pour une sortie ligne au niveau des consommateurs. Notez que l'impédance de sortie est de 2,2 k, ce n'est pas bon si vous devez faire passer de longs fils. C'est assez sans pop et efficace pour couper les problèmes de mise sous tension. Vous devez utiliser un transistor qui a une bonne bêta inverse pour obtenir un VCEsat vraiment bas pour une bonne muting. Le dessin montre 2n3904 mais c'est simplement parce que l'éditeur de dessin n'accepterait pas les spécifications de transistors exotiques. Si vous utilisez 2N3904 ou similaire, vous n'obtiendrez pas une mise en sourdine complète. Avec de bons transistors symétriques avec une bêta inversée élevée, vous pouvez obtenir des VCEsat dans la gamme sub-millivolt.

Veuillez noter que le transistor est intentionnellement connecté à l'envers, ce n'est pas une erreur de dessin!

Peu importe la façon dont vous connectez le transistor.Les transistors d'inhibition sont conçus pour avoir un gain élevé en polarisation directe et inverse, car ils doivent couper les tensions de signal positives et négatives.
Anindo Ghosh
2013-04-21 20:55:56 UTC
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Hypothèse: Le signal audio est un signal de niveau de ligne de +4 dBU polarisé en CC pour ne pas entrer dans la région négative. La source audio a une faible impédance de sortie.

Tension de signal supposée, comme ci-dessus:

  • Signal V = crête de 1,737 Volts + 1,8 Volts de polarisation CC

Le STP16NF06L MOSFET canal N peut être utilisé comme interrupteur commandé en tension, ainsi:

schematic

simuler ce circuit - Schéma créé avec CircuitLab

Notez que le signal sera écrêté lorsque la tension du signal s'approche de la partie linéaire du V GS du MOSFET, qui est typiquement un peu plus élevé que le V GS (th) . Alors que la fiche technique indique un minimum V GS (th) de 1 Volts, aucun maximum n'est donné.

Pour une entrée de commande de 6 volts vers la porte, et les tensions de signal supposées ci-dessus , le MOSFET doit montrer une faible résistance à l'état passant R DS ON à V GS pas supérieure à 2,463 Volts.

Le signal Line_out nécessitera un tampon, pour éviter l'atténuation due au chargement.

Une simulation dans Falstad est disponible ici.

Ce circuit souffrira de bruits dans l'audio lors de la mise en sourdine et de la réactivation du son. En utilisant vos hypothèses, Line_In sera 1,8v si le silence arrive. Mais lorsqu'il est coupé, la sortie sera 0v. Le basculement entre muet et silence fera basculer Line_Out entre 0v et 1,8v - ce qui est un pop plus fort que le signal audio le plus fort autorisé par ce circuit.
@DavidKessner D'accord, mais l'énoncé du problème ne fait pas allusion à de telles préoccupations, elles ne sont donc pas traitées dans la réponse. Si vous souhaitez ajouter une solution à ma réponse ou à la vôtre, ce serait bien. Ma position pour cette question est que quelque part dans la chaîne, il y aura un périphérique de sortie audio avec son couplage AC et son filtre pop-click.
Une solution consiste à avoir votre propre "DC Bias Rail" local. Utilisez un capuchon de blocage CC sur l'entrée et une résistance de 10K sur le rail de polarisation pour forcer l'audio à être polarisé à un niveau approprié pour votre circuit. Ensuite, au lieu d'avoir la résistance 1K à GND, faites-en une résistance 10K au rail de polarisation. Et pendant que vous y êtes, placez un filtre RC sur la porte du MOSFET pour ralentir les vitesses de commutation. Mais, je crains que si ce n'est pas une chose difficile à faire, cela pourrait être trop pour le PO. Oh, il n'y a pas de "filtre pop-click" qui puisse supprimer ce genre de pop.
Ouais, ça va être exagéré pour cette question, en passant par niveau de question.
fuzzyhair2
2013-04-21 20:04:05 UTC
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Le seul composant que vous pouvez utiliser comme interrupteur commandé en tension est un MOSFET. Un BJT (transistor bipolaire à jonction) est un interrupteur contrôlé par courant . Le collecteur-émetteur est contrôlé par le courant base-émetteur. Si vous voulez un commutateur contrôlé par tension , vous devez utiliser un FET / MOSFET.

Le modèle du MOSFET dépend de la tension et de la dissipation de puissance. Dans ce cas, vous pourriez probablement utiliser l'un ou l'autre.

Cette réponse est légèrement trompeuse - vous pouvez utiliser un BJT comme interrupteur commandé en tension à condition de limiter le courant dans la base.


Ce Q&R a été automatiquement traduit de la langue anglaise.Le contenu original est disponible sur stackexchange, que nous remercions pour la licence cc by-sa 3.0 sous laquelle il est distribué.
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