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20/11/2011 #21

Avatar de diegomj1973

Para complementar aún más los datos de la última versión del amplificador (Versión 2), les acerco unas curvas de THD total en función de la frecuencia, para distintos voltajes de entrada y potencia de salida en carga de 12 ohmios.

También les comento que pude calcular la ganancia en lazo abierto de este mismo amplificador que resulta en 104,71 dB. Para tal fin, se dispuso un filtro pasa bajo de primer orden (con frecuencia de corte muy baja formado por una resistencia de bajísimo valor que resulta muy poco intrusiva y un condensador muy grande) en la red de realimentación de modo de evitar toda interacción en frecuencia de esta misma red y así poder calcular la ganancia sin mucho error.

Ni bien pueda, subo las curvas de THD total para otras cargas como 8, 6 y 4 ohmios y para varios voltajes de entrada.

Si consigo buenos disipadores, lo voy a armar en breve, ya que los resultados son más que prometedores!!!.

Saludos
20/11/2011 #22

Avatar de diegomj1973

Para complementar aún más los datos de la última versión del amplificador (Versión 2), les acerco unas curvas de THD total en función de la frecuencia, para distintos voltajes de entrada y potencia de salida en carga de 8 ohmios.

Sólo si el amplificador lo admite (desde el punto de vista de acotar niveles de distorsión total no mayores al 1 % y corrientes máximas admisibles por la fuente de alimentación), voy a ver si puedo subir las curvas de THD total para otras cargas como 6 y 4 ohmios y para varios voltajes de entrada.

En principio, me interesaría que este amplificador sirva como de rango completo para varios tipos de cargas (aunque no siempre es posible por los niveles de distorsión que se producen de acuerdo a la carga).

Para un rango de variación de tensión de entrada de aproximadamente 63,52 dB o entre 2 mV y 3 V (valores típicos en grabaciones en vinilos, por ejemplo), los niveles de distorsión total se mantienen por debajo del 1 % para cargas de entre 8 y 12 ohmios y rangos de frecuencia de entre 16 Hz y 16 KHz.

Saludos
23/11/2011 #23

Avatar de diegomj1973

Para complementar aún más los datos de la última versión del amplificador (Versión 2), les acerco unas curvas de THD total en función de la frecuencia, para distintos voltajes de entrada y potencia de salida en carga de 6 ohmios.

Para poder comparar desempeños, se anexan superpuestas las tres curvas de THD total en función de la frecuencia para los tres tipos de carga de 6, 8 y 12 ohmios y para un voltaje de entrada de 2 V RMS (en los tres casos). Las diferencias son mínimas.

El amplificador no admite (desde el punto de vista de acotar niveles de distorsión total no mayores al 1 % y corrientes máximas admisibles por la fuente de alimentación) cargas de 4 ohmios o menos. La carga mínima sugerida es 6 ohmios.

Saludos
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27/11/2011 #24

Avatar de diegomj1973

Para comparar desempeños de la versión 2 contra la versión 1, les acerco las curvas superpuestas de THD total en función de la frecuencia, para voltaje de entrada de 2 V RMS y potencia de salida en carga de 12 ohmios, para ambas versiones. Las diferencias son mínimas. Sólo se diferencian en frecuencias por encima de los 16 KHz.

Saludos
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27/11/2011 #25

Avatar de diegomj1973

Estuve investigando en el simulador el desempeño de un diferencial en configuración Sziklay (ojo que no utilizo Sziklay en la etapa de salida sino que lo utilizo en el diferencial de entrada!) y la mejora que se logra es muy importante a pesar de quedar el sistema al límite de la estabilidad. La respuesta en amplitud cae en su punto superior de media potencia (-3 dB) a frecuencias aprox. una década más alta que en las versiones anteriores (1 y 2). La respuesta en fase se torna un poco caótica en frecuencias bastantes altas (por encima de los 4 o 5 MHz aprox.). Lo que sí me entusiasmó muchísimo es que la distorsión de 2da y 3era armónica caen a niveles mucho mayores que en las versiones anteriores (una mejora relativa en alta frecuencia mayor a unos 22,3 dB aprox. tanto en 2da como en 3era armónica, en ambas versiones) y lo más interesante es que el quiebre típico en estas curvas ya no es en torno a 1 KHz (como sucede en la mayoría de los amplificadores estándares) sino casi a los 10 KHz para la 2da armónica!.

Un punto en contra es que queda una muy pequeña alinealidad en la respuesta en amplitud en la parte alta de frecuencia (1 a 2 MHz) que no es fácil de aplanar con la compensación en la red de realimentación tradicional.

Para llegar a esos resultados, tuve que alterar también los valores de las resistencias de entrada al diferencial y las de la red de realimentación (la de 1K2 y 4K7 por 120 ohmios y 470 ohmios respectivamente) de modo que la exigencia del previo o fuente de señal se ve incrementada. Se requieren impedancias de salida de la fuente de señal de no más de 600 ohmios aprox. Ésto parece contradecirse con las ventajas del CFP (mayor impedancia de entrada), pero lamentablemente encontré mejores resultados con bajas resistencias asociadas.

La THD total se reduce bastante y lo que he notado a priori (faltan horas de simulación todavía) es que permite trabajar con acotados y bajos THD totales aún en mayores rangos de señal de entrada (supera en casi 20 dB los 63,52 dB anteriores).

Por lo pronto, antes de implementar las mejoras de la versión 2 en mi primera versión ya construida, voy a ver si logro materializar estas mejoras simuladas en la ya presentada versión 2 (enriqueciéndola aún más).

Como resultado de primeras pruebas:

2da armónica: -119,73 db contra los -80,07 dB a 16 KHz, -130,55 dB contra los -127,15 dB a 16 Hz.
3era armónica: -123.98 dB contra los -101,61 dB a 16 KHz, -153,16 dB contra los -152,52 dB a 16 Hz.

La entrada diferencial en CFP o Sziklay parecería mantener un poco más acotada la variación de temperatura de los transistores que la conforman (ya que de alguna manera es una configuración a corriente constante) de modo de contribuir a reducir un poco la memoria de distorsión que suele ser más alta en las configuraciones tradicionales de entrada diferencial. La configuración CFP linealiza bastante la entrada.

Otra cosa que quiero probar es combinar CFP y cascodo en la entrada y ver qué sucede con todos los parámetros, incluso los térmicos. Esta configuración sería a potencia constante (con lo que fijaría el parámetro térmico) y mejoraría aún más la memoria de distorsión.

Saludos
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Tipo de Archivo: jpg Distorsión armónica total para 1 KHz con entrada diferencial CFP.jpg (115,4 KB (Kilobytes), 14 visitas)
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15/12/2011 #26

Avatar de diegomj1973

Estuve investigando los efectos de implementar variantes en torno a los esquemas básicos de las versiones 1 y 2. La intención, en principio, es detectar cuáles virtudes ó defectos aporta cada variante al desempeño de los esquemas básicos, de ser posible individualizar por simulación, cálculos o pruebas concretas de laboratorio. Si bien la investigación que realicé es muchísimo más amplia y aborda muchos otros parámetros de interés en el diseño de un amplificador, la intención es que uds. trabajen un poquito y complementen esos primeros datos que les presento. Si bien se procura incorporar una variante por vez para tratar de individualizar sus efectos (de ser esto posible), en el estudio que les acerco no están todas presentes (existen muchas otras opciones) e incluso pueden llegar a estar implementadas simultáneamente más de una variante en cada una de las versiones de base (1 y 2).

Algo que tengo estudiado es variar el valor de algún componente crítico y específico en torno a un valor nominal de base para conocer hacia dónde tiende el sistema en cuanto a todos los parámetros posibles.

Las versiones 3 y 4 son derivadas de la 1 y las versiones 5, 6, 7, 8 y 9 son derivadas de la 2, tomando como diferenciación la fuente de corriente de salida.

Las versiones 3 a 9 pueden ser funcionales como no. Pueden servir de análisis teórico o se pueden implementar físicamente, acorde a lo que se necesite. Personalmente puede que me incline por implementar la versión 5, que si bien tiene cascodo en su salida (que limita la excursión máxima de salida) tiene un poquito mejor desempeño que la 2, visto sólo del lado de THD total con la frecuencia, pero no es el único parámetro definitorio. Si bien uds. deben sacar sus propias conclusiones, las versiones con degeneración de emisores (casi en general) tienen una mejor respuesta en alta frecuencia que aquellas que no lo tienen. Una opción interesante es la versión 8 (con triple CFP en su entrada), que da mejores desempeños en el rango vocal (comparada a la 5) pero con un ligero deterioro en la parte alta del espectro después de los 10000 Hz. La versión 7 (si se limita convenientemente hasta los 4000 Hz) puede utilizarse exitosamente comparada a la 5, principalmente en voces. Aunque si bien no reúne los más bajos THD totales, la versión 3 tiene un particular buen desempeño por encima de los 25000 Hz y una sencillez extrema.

Reitero: sólo se está haciendo referencia a THD totales, pero el estudio es mucho más amplio y se tienen que valorar además otros parámetros.

Saludos
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18/12/2011 #27

Avatar de diegomj1973

Aquí les acerco unas variantes más (de la 10 a la 15) con sus curvas de THD total vs. frecuencia. En el anterior post no fue incluida por error la variante 10.

Hay convergencia de resultados por debajo de los 20 Hz y divergencias importantes por encima de los 1000 Hz. Puede que sea esa divergencia (junto con otros parámetros) la que defina el carácter de cada amplificador.

Las variantes que simulé son más de 50 (57 para ser exactos) y resultan muy didácticas y esclarecedoras para definir los rumbos de un diseño de base. Pero lamentablemente no veo el interés suficiente ni la actitud proactiva en gran parte del foro como para compartir todo el resto del trabajo, que es mucho más que esta muestra y mucho más enriquecedora aún y me llevó esfuerzo. No veo aportes de ningún tipo o por lo menos no conducentes y sólo actitudes de copiar y armar lo que ya está "cocinado" y mucho menos esperar a que se utilice la cabeza.

No sé si vuelva a postear en este foro.
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18/12/2011 #28

Avatar de Iván Francisco

Hola Diego:

He seguido con atención tu tema desarrollado en este hilo pero lamentablemente no tengo el criterio suficiente para enriquecer este tema, solo soy un aficionado sin conocimientos contundentes. Sentía especial interés que se ampliara este debate para poder tomar conclusiones acerca de este proyecto ya que mi interés, básicamente, se orientaba a un sistema multiamplificado que en este momento lo tengo armado con etapas clase AB con realimentación de corriente. Como estas etapas que te menciono no las armé yo sino que las compré de la página de PCP (específicamente las Sc-r) deseaba de esta manera seguir nutriendome con desarrollos bién documentados y comenzar a experimentar un poco con la clase A. Desde ya quiero decirte que me ha resultado muy grato seguir con interés tu desarrollo. Muchas gracias por tu aporte. Un abrazo
Iván
22/12/2011 #29

Avatar de diegomj1973

Hola Iván:

Gracias por mostrar interés en lo que uno hace para la comunidad de este foro. Mientras haya al menos uno solo del "otro lado" interesado en lo que uno hace (mal o bien, con aciertos o errores) y se de la posibilidad de complementar, corregir y mejorar esa información generada, todo es bienvenido.

No he probado aún amplificadores con realimentación de corriente. Me interesaría escuchar alguno. La página de PCP es interesantísima, no tiene desperdicios. Estimo que sus desarrollos tienen muy buenos desempeños.

Por lo pronto puedo decir que los clase A que he armado suenan muy diferentes a los clásicos AB que dispongo, usando los mismos monitores. Esa diferencia la escucho desde las frecuencias medias hasta las más altas, principalmente. Hay una notable diferencia en las voces y en los agudos, eso te diría que es casi innegable, a no ser que el clase A haya sido mal diseñado o armado sin contemplar aparear sus elementos activos si fuese necesario. En el JLH, lo que me impactó adicionalmente a todo lo comentado anteriormente fueron sus graves (aunque no es un amplificador que reúna los mejores parámetros, según comentarios en distintos foros).

Solo sé que los clase A que he armado hacen que los clásicos diseños AB que dispongo queden un escalón bastante más abajo, a mi gusto.

Por otro lado, por parte de la mayoría de los diseñadores de etapas en clase AB, suelo ver inútiles los esfuerzos en cancelar o minimizar (al menos) armónicos de orden par e impar en todas las etapas de entrada e intermedias (por distintos métodos conocidos) y fallar en no poder quitarse del todo de encima la generación de armónicos impares en la conmutación del par de salida, siendo que los armónicos impares se perciben como más negativas en su incidencia en el sonido final. Incluso, en practicamente la mayoría de los diseños en clase AB, la porción de su potencia total máxima usable en clase A es muy reducida o mínima como para no percibir los efectos de los armónicos impares en un nivel de potencia importante y libre adicionalmente del piso de ruido (Ej.: en un amplificador de 100 W en 8 ohmios y con bías de salida de unos 100 mA, la potencia en clase A puede estar por debajo de los primeros 0,04 W). Incluso, esta potencia de 0,04 W puede estar cercanamente seguida por la potencia que produce el piso de ruido de un amplificador de esas características. Si el amplificador fuese de 100 W en 4 ohmios, con similar valor de bías de salida, las condiciones empeoran más todavía. Es decir, que no podemos aprovechar del todo el pequeño rango libre de distorsión de cruce, que no produce armónicos impares. Yo pregunto: ¿Puede una etapa en clase AB, con todos los cuidados necesarios en sus etapas de entrada e intermedias para minimizar armónicos pares e impares, superar sónicamente a una etapa en clase A, también disponiendo de los mismos cuidados en sus etapas de entrada e intermedias?. La pregunta se contesta sola...

Comentame cómo es que conseguiste comprar las SC-r y cómo te contactaste con PCP.

Saludos y felices fiestas!!!
23/12/2011 #30

Avatar de Iván Francisco

Hola Diego:

Hace muchos años que estoy detrás de este hobby tan hermoso! (jajaja) pero nunca pude profundizar conocimientos mas que la lectura disponible en internet (en los últimos años), hace casi 10 que leo por la web casi todos los días y caí como cualquier cristiano con la página de pcp. Antes estaba (Pablo) más predispuesto a conectarse con la gente a través del foro español y también personalmente, pero estos últimos años no he logrado contactarme nuevamente. Un buén día logré juntar unos mangos y se los mandé por un piloto de aerolíneas que volaba a Madrid y le encargué 6 etapas sc-r, una de las cuales la tiene un amigo del foro que se llama Juanma en Neuquén (pero aún le falta el trafo para probarlo).
El resto de las etapas las tengo montadas como un sistema multiamplificado de 4 vías y un crossover "profesional" de 24db/oct. ....Y viste como es esto...te pica el bichito de la búsqueda eterna......encontré a través de tu hilo una seguidilla de explicaciones que me alentaban a seguir leyendo sobre la clase A para tratar de probar otras etapas para los medios y los agudos, incluso me armé unas etapas para subwoofer de pcp que todavía no probé. También armé el lm3886 de Mauro Penasa con un resultado muy satisfactorio, etc, etc.
La cuestión sería armarlos, escucharlos y comparar, me gusta mucho dibujar pcb´s así que si tenés ganas de diseñar alguna de estas placas me ofrezco de ayudante.
Una última explicación: soy odontólogo de profesión, por eso no pude nunca estudiar seriamente electrónica....pero me sigue apasionando!
Un cálido abrazo para estas fiestas y seguimos en contacto!!!
Iván
02/01/2012 #31

Avatar de diegomj1973

Iván:

Si bien la diferencia en la mayoría de los valores de distorsión total vs. frecuencia entre las versiones 1 y 2 es ínfima, existe una divergencia a partir de los 16 KHz que inclina la balanza a favor de la primera versión desde el aspecto de mantener acotados los valores de THD total por encima del rango audible hasta unos 40 KHz ó incluso 100 KHz.

Preocupado por mejorar esto mismo en la segunda versión, ya que reúne otros muchos beneficios comparada a la primera versión, me puse a echar mano a las dos fuentes de corriente, la degeneración de emisores en el par diferencial y en el Wilson y, a cascodear la salida, entre otras pequeñas cosas.

Si bien hay una forma concreta de mejorar la distorsión total en alta frecuencia que consiste solo en incrementar la corriente del diferencial, tiene la contrapartida de empeorar la distorsión total en las frecuencias medias y bajas, en la medida que se va mejorando la de alta frecuencia. Además, pone en jaque la estabilidad del sistema completo. Entonces, debemos llegar a una situación de compromiso de valores de corriente para el diferencial de modo de lograr una distorsión más o menos pareja y contenida en valores dentro del rango audible y hasta los 40 KHz a 100 KHz y lograr estabilidad al mismo tiempo.

En mi caso, procuré que la distorsión total en el rango vocal se mantenga mínima (principalmente, porque es eso justamente lo que busco en mis amplificadores) y verifiqué que no crezcan las distorsiones totales por encima de los 16 KHz hasta los 100 KHz. Lo bueno es que se logró sin modificar sustancialmente los valores de las dos fuentes de corriente!.

El margen de fase se reduce.

Lo que no he probado aún es ver cómo se modifica la curva de distorsión total bajando las corrientes del diferencial, pero se modifican otros parámetros como el slew rate y la composición de la distorsión, por lo general a peor.

Esta última y por el momento definitiva versión supera ampliamente a las dos anteriores en el rango de las voces y los agudos.

La curva celeste corresponde a la versión 1, la curva negra a la 2 y la curva roja a la final. Todas estan relevadas para entrada constante de 2 V RMS y carga de 12 ohmios. Se ve que hay una mejora relativa de unas 5 veces menos de distorsión total en la frecuencia vocal y casi 2 ordenes de magnitud menor de distorsión total en torno a los 40 KHz!. Hasta una frecuencia de unos 300 Hz aprox., los 3 diseños son muy similares.

La alimentación de la gate del IRF150 que cascodea al más inferior está implementada con zener. Debido a que este zener maneja la gate de un mosfet dispuesto en la salida, el ruido que éste pueda aportar no influye mucho. Si se desea ser más exquisito y exigente, se puede reemplazar el zener por algún arreglo de leds, que suelen ser menos ruidosos.

Si se desea, se pueden agregar resistencias stopper en serie a cada gate de los IRF150, de unos 100 ohmios a 390 ohmios aprox, conforme a la capacidad de los mosfets empleados. Pueden probarse los IRF044N o los IRF244N con más que excelentes resultados.

Me he comprado un generador de audio de ajuste analógico con distorsión de menos de 0,05 % y estoy en tratativas de comprar un analizador de espectro por unos $ 6500, que creo no lo es tanto. Voy a ver si logro armar un pequeño equipamiento de forma de poder probar, verificar y especificar los diseños, conjuntamente con las simulaciones.

Saludos
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03/01/2012 #32

Avatar de Iván Francisco

Hola Diego:
No puedo seguir enriqueciendo este intercambio de ideas, todo lo que diga o pregunte sería de pura ignorancia.
Un abrazo
03/01/2012 #33

Avatar de juanma

Buenas Diego, muy destacable trabajo el tuyo.

Tenes la respuesta en frecuencia a lazo abierto? De cuanto es el factor de realimentación?
Ese doble espejo de corriente y el de la etapa de ganancia de voltaje te debe producir una gran ganancia de lazo abierto.

Hay una topologia en la que cargas el input en forma balanceada con un espejo de corriente, lo que te permite tener corrientes muy parecidas y una no muy grande ganancia.

No has pensado usar un servo de DC? no es nada complicado, y mantenes el offset <5mV en todo momento.

Escuchaste (leiste) del amplificador clase XD de Douglas Self?
Por ahi te resulte interesante.

Al usar realimentación, la distorsión la bajas por debajo de 0,1% seguro, algo inaudible creo. Que hay de medidas como slew rate o distorsión por intermodulación?

Qué decis de usar pares complementarios Szyclai en todas las etapas?

Saludos!
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05/01/2012 #34

Avatar de diegomj1973

Para Iván:

No he tenido experiencias con montaje superficial (SMD) debido a que los diseños que armé son discretos y muy sencillos en general y a su vez están en su etapa de desarrollo o prototipo factible de cambios futuros. Seguramente ese tipo de montajes tiene sus ventajas en los bajos valores de inductancias involucradas (ausencia de pines o pines cortos), se reducen las posibilidades de absorber las interferencias electromagnéticas, valores de elementos pasivos más precisos, entre otras.

En cuanto a la especificación de disipación de potencia de las resistencias y los valores de voltaje admisibles de los condensadores en mi diseño te comento lo siguiente: En el diseño de un amplificador de potencia trabajando en clase A pura en todo su rango de salida se requiere considerar que éste se va a comportar como un sistema trabajando a pleno en todo momento (en cuanto a disipaciones de potencia aún en ausencia de señal de entrada) y es necesario un dimensionamiento acorde y a veces bastante holgado de todos sus elementos de modo de poder garantizar muchas horas de vida útil del sistema antes de que aparezcan las fallas por calentamiento (principalmente el despegado progresivo de las pastillas de silicio de los transistores de potencia de la carcasa o aleta metálica de los mismos, por la simple diferencia de los coeficientes de dilatación térmica de estos dos materiales). Este concepto hace que estos diseños sean generalmente muy caros de implementar para que otorguen confiabilidad con el tiempo. Hay equipos comerciales en clase A pura que vienen especificados para unas 50.000 horas de uso antes de las primeras fallas. En tecnología SMD desconozco las escalas de potencia de los componentes pasivos y activos, pero intuyo que no deben ser muy importantes y deben estar reservadas principalmente para usos en bajos niveles de disipación (como por ejemplo en etapas de preamplificación de señales).

Igualmente te dejo las especificaciones de potencia de las resistencias y tensiones admisibles por los condensadores que bajo mi criterio intenté especificar (para un amplio espectro de posibilidades de falla y en esto espero haber incluido todas!!!) para que funcionen correctamente aún después de la sustitución por quema solamente de los elementos activos asociados a estos mismos componentes. La idea es que los elementos pasivos no fallen por un mal dimensionamiento del diseño sino que lo hagan solo por detalles de fabricación. Por los elementos activos solo queda garantizar su punto más holgado de operación en cuanto a disipaciones térmicas (implica mucha inversión en disipación pasiva en amplificadores clase A pura de alta calidad). Se desaconseja el uso de coolers, dado el importante ruido ambiente que generan y que deteriora el nivel de calidad percibida del clase A pura dados sus relativos bajos niveles de potencia asociados generalmente.

En cuanto a grosor de islas tené en cuenta que por los IRF circulan unos 1,1 A aprox. Esto exige que las conexiones deban ser cortas y reforzadas preferentemente con alambre estañado de cobre por sobre la isla (si deseas montarlos en placa) ya que cualquier valor de resistencia que supere unos 5 a 6 miliohmios te van a estar reduciendo el rango usable a unos 60 dB o menos aún. Es por esto mismo (y por otros muchos aspectos además) que procuro diseñar mis etapas con cargas generalmente altas (12 ohmios en lugar de los tradicionales 8 o 4 ohmios) para lograr rangos amplios y buena dinámica: me obliga a usar voltajes importantes para bajar distorsiones en mosfet en lugar de bajarlas simultáneamente con alto voltaje y alta corriente (es decir, fijo el mínimo valor de corriente de modo de garantizar la potencia deseada libre de clipping y luego voy incrementando el voltaje hasta valores que reduzcan progresivamente las distorsiones a valores deseados, por eso logro niveles de rendimiento muy bajos, a excepción de este último diseño). Para que te sea más gráfico todo esto que te cuento considerá que podés lograr una potencia de 10W tanto en 2, 4, 8 ó 16 ohmios respectivamente: en el sistema de 2 ohmios requerís aprox. 2,83 veces más de corriente que en el sistema de 16 ohmios, es decir, que con las mismas resistencias de interconexión involucradas tenés unos aprox. 18,06 dB más de rango usable en el sistema de mayor carga!, es decir, el de 16 ohmios y sin cambiar más que la relación de tensión y corriente!. Si trabajáramos en 32 ohmios (por ejemplo, en auriculares) el rango obtenible sería unos 24,08 dB aprox. más grande que el de 2 ohmios!. Son unos 6 dB aprox. por cada duplicación de carga. Acá creo que los de “car audio” deben estar metiendo la pata hasta la cintura al querer utilizar cargas de 1 a 2 ohmios máximos y pretender mucha potencia, calidad y buena dinámica simultáneamente en incluso a veces solo 12V, sin ningún artilugio adicional!. En este punto hay que considerar el slew rate también: procuro que los transistores de salida no excursionen tan cerca de los niveles de alimentación (más bien lejos) con lo que termina siendo una situación de compromiso todo el diseño. Creo que el tema del slew rate termina siendo un problema más propio de aquellas potencias con tensiones de alimentación muy altas (digamos 50 a 90 voltios por rama) donde la salida también excursiona cercana a esos valores que de aquellas potencias donde la alimentación supongamos sea de 30 a 35V por rama y la salida no llegue a excursionar más allá de 1/3 de esos valores. Tené presente que un transistor dispuesto a unos 25 cm de la placa usando cable de 1,5 mm2 tiene esa resistencia de 5 a 6 miliohmios.

Para Juanma:

Te muestro la respuesta a lazo abierto de la última versión cuya ganancia máxima es de 97,52 dB aprox. El factor de realimentación es alto: 85,66 dB. La ganancia a lazo cerrado es de 11,86 dB aprox.

Habría que analizar qué incidencia puede tener un alto factor de realimentación en un diseño 2 etapas dado que el retraso que hay en la corrección que efectúa la red de realimentación es menor a la que podría darse en un diseño de 3 o más etapas. ¿Qué tan incidioso puede ser utilizar un alto factor de realimentación en sistemas de 2 etapas como sí lo puede ser usarlo en sistemas de muchas etapas donde tengo mayores retrasos?

La topología que me mostrás ya la había visto implementada en una hermosa página con diseños de amplificadores en clase AB de un tal Dr. Jagodic. Sólo que veo que me obliga a agregar una etapa más al diseño y es justamente eso lo que no deseo hacer por el momento ya que la intención es mantener al mínimo el número de etapas. La veo más factible para diseños con salida complementaria que en single ended. ¿Vos cómo la implementarías con single ended sin agregar una 3era etapa de modo que el sistema quede 2 etapas? ¿Alguna idea?.

El servo no lo he implementado aún. ¿Puede traer incidencias negativas si es mal implementado?. El offset está en unos 3 a 10 mV aprox. Lo que si tengo pensado es agregarle un limitador de corriente al mosfet más inferior (el “cascodeado”) de modo de proteger la salida ante cortos en la carga, ya que el mosfet superior está limitado en corriente.

Ese diseño de Douglas creo no haberlo visto todavía. ¿Está en el libro o circula por internet ese diseño?.

Medidas todavía no las he hecho (salvo las básicas). Sólo estime el slew rate en 5 V / uS.

En cuanto a pares Szyclai veo que hacen maravillas en todo sentido solo que dejan al sistema al límite de la inestabilidad por no decir inestable: la respuesta en fase se torna muy caótica a frecuencias altas y es difícil de compensar y mejorar esas alinealidades. Fijate en las distintas simulaciones que hice (versiones 1 a 15) que aunque no figuran las fases de cada diseño podés ver como mejoran o empeoran algunos aspectos. Si bien las magnitudes y fases de todos estos diseños las tengo simuladas, cuando usas CFP, por lo general, se tornan muy caóticas las fases, pero las distorsiones se “planchan” a niveles impresionantes y muy prometedoras. También simulé triple CFP en entradas con resultados extraordinarios, pero temo que después al implementarlos en la práctica me vuelvan pel.....udo lidiar con las inestabilidades de estas configuraciones.

El rango de voltaje de entrada en el que logro distorsiones totales inferiores al 1 % para carga de 12 ohmios y dentro del rango audible de 16 Hz a 16 KHz es de unos aprox. 68,6 dB. Es decir: 1,8 mV a 4,84 V RMS aprox.

Saludos a ambos

PD: ni bien pueda disponer de unos buenos disipadores subo una audición como en los diseños anteriores y con toda la cosmética de una mejor terminación. El sonido es exquisito!!!!.
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05/01/2012 #35


Distinguido Diego, estoy siguiendo desde el anonimato, con gran interés, éste montaje. Todo parece indicar que ya has finalizado el proceso de diseño, experimentación, medición, etc.. por lo que el proyecto lo puedes dar por finalizado. ¿ Es así?. En caso afirmativo, te rogaría ( igual me animo a hacerlo tras muchos años de "inactividad" en el DIY ) que publicases el mismo en éste foro y de manera definitiva para el disfrute común.
Me explico, publica:

Esquema teórico del ampli y fuente preconizada.
PCB´s de ambos
Lista de componentes
Cableado sugerido para minimizar ruidos, oscilaciones...
Consumos, señal de ingreso, potencia de salida, impedancia de salida, distorsión, etc
Ajustes....

En fin todos los datos, de una manera sistemática, que consideres oportuno para publicar y hacer atractivo al que se anime a construirlo, éste tu magnífico diseño.
Lo que pretendo es que estén esos datos en un post y de fácil consulta y no tener que leerse todo el tema.

Gracias y un saludo
06/01/2012 #36

Avatar de diegomj1973

Juan Carlos:

Gracias por mostrar tu interés!. Es cierto, el montaje lo tengo funcionando a la perfección. Sólo faltan unos mejores disipadores. Si bien gran parte de lo que solicitás se encuentra en este hilo, es cierto que podría sintetizarse en un post breve lo que por el momento considero la versión definitiva. De todos modos, uno siempre busca incansablemente la forma de mejorar los diseños e incluso estaría interesante incorporar los aportes de todos para mejorarlos a la máxima expresión.

Ni bien pueda hago lo que proponés.

Un abrazo
07/01/2012 #37

Avatar de diegomj1973

juanma dijo: Ver Mensaje
No has pensado usar un servo de DC? no es nada complicado, y mantenes el offset <5mV en todo momento.

Escuchaste (leiste) del amplificador clase XD de Douglas Self?
Por ahi te resulte interesante.

Saludos!
Juanma:

Estoy viendo la posibilidad de implementar un servo de DC, pero no para mejorar el offset necesariamente, ya que está dentro de lo esperable y normal, sino para intentar eliminar capacitores electrolíticos en el camino de la señal, que creo puede traerme mayores beneficios sonoros que lo que me puede traer el solo hecho de tener un offset más reducido aún de lo que pude lograr. Lo tengo que masticar un buen rato todavía, pero me gustaría implementarlo en breve.

Ví lo de Douglas Self, el mecanismo XD en su libro Audio Power Amplifier Design Handbook 5 ed., y resulta muy interesante. Si bien no lo leí en toda su profundidad: ¿Podrá ser implementado en un clase AB tradicional, ya que son solo 5 transistores en total y 3 de ellos son de baja señal?. De poderse implementar, seguro habría que redimensionar los disipadores aparte de modificar al diseño original para "llevarlo" de clase AB a clase B y luego implementar el novedoso sistema de corriente en la salida hacia el rail negativo.

Saludos
07/01/2012 #38

Avatar de juanma

Diego, con capacitores te referis al de salida, no?

He implementado el servo de diversas formas, y con resultados estupendos. Te olvidas de ajustar offset y demas, y siempre por debajo de 5mV, y con minimo costo. Sobre el sonido, no trabaja en frecuencias audibles, aun asi, he visto a varios que lo ponen a actuar sobre las fuentes de corriente, para no inyectarlo "en la señal" por asi decir (mira el Kumisa headphone).

Por qué realizaste el cascode con otro MOSFET?
No recuerdo de ningun amplificador que use MOSFET.

Sobre el par complementario (CFP) y lo que te decia del factor de realimentación, solamente te puedo decir, armalo, escuchalo y fijate cuál te convence mas.
Si lo tenes en protoboard, proba esto y me contas: baja la ganancia del input (reemplazá las fuente de corrientes por resistencias y subi el valor de Re). Contame que te parecio.

Anecdota personal, me lleve una enorme sorpresa la vez que arme un ampli sin realimentación. Antes habia armado uno como el de Douglas, despues uno supersimetrico con toodas las mejoras (beta enhanced, two pole compensation, cascode, CFP) y no sonaban tan claros como el otro. Nuevamente, hay que armar, probar y usar la cabeza, por supuesto!

Te dejo unas imagenes algunos servos que he usado, uno tipo modular, y en el headphone amp, lo solde tipo SMD.

Saludos y nos contas como te fue!
Imágenes Adjuntas
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08/01/2012 #39

Avatar de diegomj1973

juanma dijo: Ver Mensaje
Diego, con capacitores te referis al de salida, no?

He implementado el servo de diversas formas, y con resultados estupendos. Te olvidas de ajustar offset y demas, y siempre por debajo de 5mV, y con minimo costo. Sobre el sonido, no trabaja en frecuencias audibles, aun asi, he visto a varios que lo ponen a actuar sobre las fuentes de corriente, para no inyectarlo "en la señal" por asi decir (mira el Kumisa headphone).
Mi diseño no tiene capacitor de salida. La intención es eliminar primeramente el capacitor de la red de realimentación (el de 4700 uF asociado a la resistencia de 1k2). Es un capacitor poco preciso y con problemas de inductancias parásitas importantes. Hay otro capacitor más pequeño y con menos problemas asociados y en el que puede usarse alguno de buena calidad, que es el de entrada. Quiero estudiar como intentar eliminar este último también, aunque aquí tengo ciertas dudas, ya que he visto diseños de Douglas Self y otros muchos donde no lo colocan e incluso algunos lo colocan polarizados con el positivo hacia el lado de la fuente de señal, en configuraciones de entrada similares a la mía (diferencial con bjt PNP). Otros que lo despolarizan (usando 2 polarizados en "antiserie") ante la imposibilidad de conseguir no polarizados. He visto puestos servos fuera de la red de realimentación de señal como en el Dynahi (el esquema de mi avatar!).

juanma dijo: Ver Mensaje
Anecdota personal, me lleve una enorme sorpresa la vez que arme un ampli sin realimentación. Antes habia armado uno como el de Douglas, despues uno supersimetrico con toodas las mejoras (beta enhanced, two pole compensation, cascode, CFP) y no sonaban tan claros como el otro. Nuevamente, hay que armar, probar y usar la cabeza, por supuesto!
Esa experiencia misma la tuve con el buffer a mosfet (sin realimentación global) y los amplificadores realimentados. No sé si es sugestión o qué peeeerooo... aún hoy al buffer no tengo con qué darle, por más que los otros diseños se desempeñan excelentemente muy bien, a mi gusto. Es más, actualmente lo tengo para salida de mi Blu-Ray en mi dormitorio. Es difícil describir su sonido, pero tiene un carácter diferente a todo lo otro. Seguramente no mide eléctricamente mejor en todos sus parámetros que los otros diseños, pero simplemente me gusta y mucho y es por eso que no lo he abandonado. Debe ser la paradoja de buscar la perfección técnica la que termina generando percepciones auditivas no muy convincentes. A lo mejor, lo más simple e impreciso sea lo que se deba implementar para persuadir gustosamente al oído. Es más, me he cansado de ver diseños de marcas reconocidas y muy aclamadas que circuitalmente no incorporan todas las mejoras técnicas que uno encuentra como objetivo a seguir en los textos de consulta, y uno termina preguntándose ¿porqué?.

Saludos
11/01/2012 #40

Avatar de diegomj1973

Se efectuó un análisis adicional a la última versión que consiste en verificar la linealidad de la función de transferencia en función: de la carga, del voltaje de la señal de entrada y de su frecuencia. La carga se varió entre 6, 8 y 12 ohmios, el voltaje de la señal de entrada se modificó entre 2 mV y 2 V RMS (60 dB de variación) y la frecuencia se ajustó en 16 Hz, 1 KHz y 16 KHz.

Como resultados:

Alinealidad máxima de 0,141 dB con carga de 12 ohmios y 16 KHz.
Alinealidad mínima de 0,0647 dB con carga de 8 ohmios y 16 Hz.

El sistema parecería ser más lineal en baja frecuencia y con cargas bajas (6 ohmios), aunque me faltan un mayor número de muestras para que sean acertadamente concluyentes.

Como trabajo a futuro me comprometo cotejar la linealidad de esta versión con la 1 para conocer qué tan efectivo resulta degenerar emisores y en qué medida y, qué tan efectivo resulta linealizar el circuito con otros métodos (como cargas activas, etc.).

También se verificó lo que les había anticipado acerca de la reducción del rango en función de la carga:

La diferencia de rango entre cargas de 6 y 12 ohmios fluctúa entre 6,366 dB máximos y 6,011 dB mínimos (resultan ambos proxímos a los 6,02 dB que les había anticipado). La diferencia de rango entre cargas de 8 y 12 ohmios fluctúa entre 3,874 dB máximos y 3,435 dB mínimos (resultan ambos próximos a 3,52 dB). Estos valores pueden no parecer muy importantes, pero, recuerden que la diferencia se potencia con relaciones de cargas grandes (2 ohmios y 16 ohmios, por ejemplo, que da una reducción de 18,06 dB).

Saludos
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