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04/10/2012 #1

Avatar de seaarg

[Aporte] Clase D 2.1 fuente simple 12v basado en TL494
Les comparto un ampli 2.1 que hice para un mediacenter hecho con una PC. Tambien sirve para usar sencillamente en una PC de escritorio.

La idea era hacer un ampli clase D, con fuente de alimentacion 12V para quedar metido dentro del gabinete de la PC y prender con la fuente de la misma, poner unas fichas RCA en la parte trasera de la compu que fueran directo a los parlantes.

Ademas, mi objetivo era jugar un poco con el TL494, que hay hasta abajo de las piedras (tip: hay uno casi seguro en cada fuente de PC rota por ahi), para ver que se podia sacar de el. Este ampli, una vez regulados los preset de bias (5K) anda a la primera. Lo tengo montado en protoboard (proximamente, se viene el PCB) y no he realizado mediciones pero suena muy bien! buen volumen, sin distorsion audible, bajos fuertes y mucha sensibilidad de entrada. Con la salida de auriculares de la PC, tengo que poner los preset de regulacion de volumen bien abajo.

Ademas, los canales izq y derecho estan realimentados para reducir distorsion. Esta realimentacion es sencilla y no depende de impedancia de parlante ni variaciones de voltaje de alimentacion (que no habria ya que la fuente de PC es bastante bien regulada) Obviamente tambien sirve para conectar un mp3 en un auto y tener un stereo barato

Para el requerimiento de potencia que yo tengo, usar mosfets a la salida es una bestialidad. Con dejar en los canales izq y der simplemente los transistores drivers de mosfet (poniendo diodos schotty de proteccion) ya suena bastante bien, pero con mosfets es simplemente mejor. Se pueden dejar esos transistorcitos, yo lo probe, pero no se que puede pasar a la larga ya que son chicos.

Lo estoy usando con parlantes de 4 ohms: un par de satelites chicos y un sub que tengo de un equipo comercial comun para PC. Suena mas que suficiente para que lo tenga que usar a bajo volumen.

El filtro pasabajos esta formado por un TL074, en el cual la señal de los 2 canales entra mezclada (gracias ezavalla por la ayuda!!) y pasa por un filtro de 4to orden con frecuencia de corte aproximada en 100hz.

Este diseño tiene un pequeño truco para saltear un inconveniente del TL494 como modulador PWM. Este integrado tiene un dead-time fijo y, por medio de un diodo 1N5819 (Esta mal en el esquema como 1N5919 pero no puedo re-subirlo corregido aca) lo que hago es que el pin GND del TL494 este aprox 0.2 V "mas arriba" de masa. Entonces, al conectar el pin DTC del integrado a masa a traves de una resistencia de 100K, hago que dicho pin este a -0.2V con lo cual se elimina el dead-time interno y el integrado puede ir de 0% a 100% de duty cycle. (Ver el datasheet del integrado)

El PWM es de una frecuencia de aprox 268 Khz con el capacitor y resistencia elegidos. El limite segun datasheet del integrado es 200khz pero los 3 que use (distintos en aspecto y distinto lote obviamente) anduvieron sin problemas. Si tienen problema pueden subir el valor de la resistencia 3K9 de la pata 6 del integrado de sub. Con esto bajan la F.

Los 3 integrados estan conectados en modo maestro-esclavo, donde el integrado de subwoofer es el que genera la diente de sierra y los otros 2 simplemente usan esa. Con esto se evita el problema de batido de distintas frecuencias portadoras.

Con los preset de 5K que van al pin 1 se regula el BIAS. Aproximadamente 2.54v es el valor que hay que tener en la pata 1 para que el integrado tenga 50% de duty a la salida. IMPORTANTE: Con capacitor de salida esto no es critico (salvo por distorsion), pero si lo hacen full-bridge este bias es importante para que no haya valor DC en los terminales del parlante. Se puede medir sin conectar el mismo hasta obtener un par de mV o cero. En caso full-bridge adicionar un capacitor de 100uF entre el pin 1 y masa de cada integrado.

Este diseño esta basado en algunas ideas propias expuestas aca Amplificador hi-fi 200W rms con dos mosfet y en trabajos existentes como el expuesto aqui http://geekcircuits.com/2010/07/clas...verter-chip-2/

No pretendi que sea hi-fi sino simple, barato, con componentes faciles y entretenido Sin embargo quede sorprendido por el resultado, por eso quise compartirlo aca.

Como explique antes, los mosfets de salida quedan super-sobrados, en mi caso van absolutamente sin disipador (para este V de alimentacion).

Por ultimo: En estos amplificadores, en todos los diseños, se pone un filtro pasabajos con inductor + capacitor a la salida. En este caso, simplemente no hizo falta, y en pro de la simpleza lo deje asi. Los parlantes no estan sufriendo por eso (van frios). Seguramente con un inductor BIEN calculado sea mejor, pero se escapa de mi objetivo y poner inductores que tengan a mano sin calculos lleva a un sonido desastroso (lo probe!!)

Ideas:
- Se puede fabricar una mini smps con un MC34063 y un toroide de filtro de PC para llevarlo a mas voltaje (hasta 40v sin arreglos especiales. Ver datasheet del TL494. Ojo con el voltaje del operacional)
- Se pueden poner los transistores de salida del TL494 invertidos, es decir, uno emisor comun y otro seguidor emisor y hacer un full bridge para duplicar la potencia. Ojo con el deadtime.
- Se puede (lo hice y anda, pero despues quise abaratar el proyecto) Poner antes de los transistores drivers, un CD4030 para tener la señal pwm invertida y manejar un full-bridge con estos mismos mosfets.

En fin, en honor a la verdad, esta misma etapa de potencia la use haciendo un clase D mas tradicional, con un op-amp como generador de triangular y comparadores para hacer el PWM. Todo con fuente simple... funciona, pero me gusta el resultado de tener un ampli entero dentro de un chip de fuente, y que suene mejor (a mi gusto) que los integrados de audio jeje.

En estos dias armo la PCB y la subo aca por si alguien quiere jugar con esto

Bueno, eso es todo, si a alguien le interesa pregunte nomas.

Versión corregida : Clase D - TL494 - revisado.pdf
04/10/2012 #2

Avatar de eL1ct

Me parece realmente interesante este proyecto.
Sencillo y ademas con componentes; digamos que, faciles de conseguir. Y si dices que no hace falta filtros, mas sencillo todavia.

Lo de Full bridge suena interesante, pero no obstante, segun entiendo, la modulacion suele ser diferente. Aun asi, seguramente funciona bien, y es una forma de duplicar la potencia, supongo.

Creo que en el circuito que subiste el MOSFET de canal-P de salida, el Drain y el Source estan al reves (te habras equivocado al dibujar, supongo).

Gracias por el aporte, y un saludo.
04/10/2012 #3

Avatar de Dr. Zoidberg

Muy buen diseño!!!!
Que cosa tan simple e interesante que has pensado!!!!
04/10/2012 #4
Moderador general

Avatar de DOSMETROS

Me gustó mucho mucho y sencillito
04/10/2012 #5

Avatar de seaarg

eL1ct dijo: Ver Mensaje
Me parece realmente interesante este proyecto.
Sencillo y ademas con componentes; digamos que, faciles de conseguir. Y si dices que no hace falta filtros, mas sencillo todavia.
No me han hecho falta. Por supuesto, seria bueno ponerlos pero se puede evitar ese problema

eL1ct dijo: Ver Mensaje
Lo de Full bridge suena interesante, pero no obstante, segun entiendo, la modulacion suele ser diferente. Aun asi, seguramente funciona bien, y es una forma de duplicar la potencia, supongo.
En full bridge, mientras medio puente esta a positivo, el otro medio tiene que estar a negativo. Esto se puede lograr poniendo cada transistor del TL494 de forma diferente (uno en emisor comun y otro emisor seguidor) con lo cual tenes un PWM normal y uno inverso. La mejor forma seria dejarlo como esta, y adicionar dos compuertas XOR (CD4030) en las cuales 1 entrada de cada una va al PWM del TL494 y las otras dos entradas, 1 a positivo, otra a negativo. Con esto tendria un PWM normal y otro inverso en las salidas de las XOR para manejar el full bridge. El feedback se tomaria de uno de los pares de mosfets (aquel cuya salida sea inversa a la entrada de audio del tl494)

Si nos ponemos mas exquisitos, se toma de ambas mitades del half bridge a un AO puesto como diferencial y esa salida puede ir al feedback (esto ya es mucho lio... con tomarlo de una mitad anda perfecto! mis primeras pruebas con este integrado fueron en full-bridge)

eL1ct dijo: Ver Mensaje
Creo que en el circuito que subiste el MOSFET de canal-P de salida, el Drain y el Source estan al reves (te habras equivocado al dibujar, supongo).
IMPORTANTE: Si, exactamente como decis! aca adjunto el esquematico corregido. Quedo feo ahora jeje el livewire no tiene para invertir verticalmente un componente

Gracias eza, dosme! (estuve a punto de hacer el tuyo de 3 transistores! muy bueno! pero queria clase D)
Archivos Adjuntos
Tipo de Archivo: pdf Clase D - TL494 - revisado.pdf (26,1 KB (Kilobytes), 2032 visitas)
04/10/2012 #6


Casi todos las etapas en clase D que he visto ( excepto esta ) llevan un inductor a la salida de los fet de potencia, en serie con el altavoz y éste a masa. Esta etapa parece el clásico push-pull con condensador a la salida típico de las etapas con fuente de alimentación simple.
Durante el semiciclo positivo el electrolítico se carga en serie con el altavoz, y durante el negativo, se descarga a masa, también en serie con el altavoz.Depende de que conduzca el final canal N ó canal P. Los puristas del foro ( que hay muchos y tienen en vez de oídos frecuencímetros ) siempre han rechazado las etapas con alimentación simple porque el condensador puede limitar la respuesta en bajos, pero al precio que están los altavoces son una magnífica protección pues en caso de cortocircuitarse un final, nunca llegará la alimentación a la bobina móvil del altavoz. ¿ Porqué no lleva un inductor a la salida ?. No he construido nunca ningún clase D ( hay magníficos circuitos en el foro ) precisamente por la dichosa bobina. Me parece un grandísimo aporte por su sencillez y seguro que gran calidad.
Te rogaría que detalles el montaje del circuito ( pcb, conexionado. etc.... ) y cuando así sea que San Fogonazo lo eleve a destacado que es donde ascienden los buenos circuitos a pasar el resto de sus días.
Un abrazo a todo el foro y gracias por el aporte.
04/10/2012 #7

Avatar de seaarg

Juan Carlos Hernández Púa dijo: Ver Mensaje
Casi todos las etapas en clase D que he visto ( excepto esta ) llevan un inductor a la salida de los fet de potencia, en serie con el altavoz y éste a masa. Esta etapa parece el clásico push-pull con condensador a la salida típico de las etapas con fuente de alimentación simple.
Correcto, la forma de hacerlo seria con inductor pero para esta potencia, en este diseño no hizo falta y complicaria (no tanto) las cosas. No es push pull como los amplis de audio porque los transistores trabajan conduciendo o no, en vez de lineal (corrijanme si me equivoco, en audio push pull es lineal) por esa razon, practicamente no disipa potencia en forma de calor.

Un dato: Usando lampara serie, en protoboard y con el volumen de audio un 10% aprox, el tester me marca 280 mA de consumo y el volumen es mas que suficiente para una habitacion (debe ser el doble el consumo ya que el tester es logicamente lento) La potencia teorica de este engendro tendria que ser de 12v / 4 ohms = 3A x 12V = 36W pero creo que ese calculo esta mal, ya que no es full bridge, asi que creo que habria que poner 6v en la cuenta. (Alguien me ayuda aqui? jeje)

Juan Carlos Hernández Púa dijo: Ver Mensaje
Los puristas del foro ( que hay muchos y tienen en vez de oídos frecuencímetros ) siempre han rechazado las etapas con alimentación simple porque el condensador puede limitar la respuesta en bajos, pero al precio que están los altavoces son una magnífica protección pues en caso de cortocircuitarse un final, nunca llegará la alimentación a la bobina móvil del altavoz.
Bueno, es cierto pero para eso le puse un capacitor grandote en la salida a subwoofer. Te aseguro a "a oido" los bajos son fuertes La limitante de bajos que yo conozco en caso de salida desacoplada es la capacidad del capacitor de salida.

Juan Carlos Hernández Púa dijo: Ver Mensaje
¿ Porqué no lleva un inductor a la salida ?
Deberia tenerlo, pero no hizo falta, la respuesta en agudos (otra vez, "a oido") es muy buena!

Juan Carlos Hernández Púa dijo: Ver Mensaje
No he construido nunca ningún clase D ( hay magníficos circuitos en el foro ) precisamente por la dichosa bobina.
El primero de ejtagle con TL074 es magnifico! lo tengo hace un par de años como subwoofer en el auto, pero para ese caso no le hacia falta bobina.

Esta propuesta que hago es interesante mas que nada para aprovechar componentes tirados y resulta en algo que, a mi criterio, tiene muy buena calidad, muchisimo mas de lo esperable para el objetivo de este integrado!

Muchas gracias por tus comentarios. Este fin de semana voy a pasar a hacer la PCB para ya terminarlo definitivamente. Adjunto una foto del desarrollo en el protoboard (seguramente la calidad mejore aun mas en PCB) por si les interesa verlo. Esta foto es de cuando estaba probando que filtro pasa-bajos hacer, por lo tanto, el integradito chico que se ve cerca de los presets es el pasa-bajos viejo, no el del esquematico. (que esta adaptado para fuente simple a partir de uno de ezavalla)

Tambien, si se quiere, se puede poner un pasa altos pasivo en las entradas del TL494 en los canales stereo, para eliminar desde 100hz hacia abajo en los medios, y asi mejorar mas la calidad sonora. En mi caso los parlantes son chicos y casi no reproducen esas frecuencias pero estoy seguro que si aplico ese filtro mejoran aun mas. (Lo voy a plantear en el PCB)

Un par de datos mas:

En vez de mosfets, tambien lo hice andar bien con transistores BD139-140 conectados en push pull, con sus diodos de proteccion (conectados de la misma forma que los transistores drivers).

Lo que pasa es que esta forma de hacerlo, causa aprox 2.4 v de caida (la suma de los transistores) reduciendo el volumen disponible para tan poco voltaje de alimentacion. Eso si, es mas barato aun

Tambien se puede usar como salida un par TIP122-TIP127 que son darlington, reemplazando exactamente a los BC337-327 que solo hacen de driver de mosfets (Ojo, NPN a positivo, PNP a negativo es: push-pull, seguidor emisor). La perdida por caida seria la misma que describi antes.

El mejor resultado que consegui es con esos mosfets, no significa que no se puedan usar otros. IRFZ44 lo probe, por ejemplo en canal N (habria que ver cual en canal P) pero como yo justo tenia esos "complementarios" puse esos. Pero en fin... pongan lo que tengan a mano que para eso es este diseño!

Tambien use para la salida cosas mas estramboticas, como un L298 que tendriamos en un solo integrado: 1 salida full-bridge para sub y 2 half bridge. La contra que tiene por lo que lo descarte es que es lento: anda bien hasta los 40khz y si bien "anda" distorsiona un poquito. A 100khz tambien anda pero tiene bastante deadtime incorporado. Ademas es caro
Imágenes Adjuntas
Tipo de Archivo: jpg clase-D---TL494-protoboard.jpg (216,4 KB (Kilobytes), 331 visitas)
05/10/2012 #8

Avatar de 0002

Muy bonito el aporte , aunque pareciera algo didáctico, algo muy bueno puede salir a la larga.

Saludos.
08/10/2012 #9

Avatar de seaarg

Bueno, por fin termine de hacer el PCB. Resulto mas complicado de lo que pensaba por las conexiones.

Aclaro: No esta probado aun, uselo a su propio riesgo. Cuando lo termine de armar y sepa que no cometi ningun error en el conexionado de la PCB, entonces ahi lo voy a comentar aqui.

Lo comparto para que, si les interesa hacer alguna sugerencia realizable para el mismo, la hagan.

Adjunto el archivo PCB de PCB Wizard, un par de PDF generados con la impresora virtual (creo que estan a escala, si los hacen, verificar antes de pasar la plancha) y un par de imagenes de como seria el circuito montado.

Prepare todo para poner los mosfets todos juntos en un disipador que dispongo (con mica aisladora, claro), que se acuesta sobre la placa y quedan las aletas de un lado hacia arriba. Es de una fuente de PC. Notaran que no hay planos de masa tradicionales de pcb wizard. Yo hago los mios propios ruteando un track de 0.3 mm porque las placas las hago en mi plotter casero, entonces, relleno esas areas con el marcador edding cuando el plotter termina su trabajo

En lineas generales, el PCB sigue el esquematico tal cual, con la excepcion de un par de capacitores de desacople que agregue y que, en la entrada VCC de cada TL494 puse una resistencia de bajo valor (a calcular aun) para que, junto con el capacitor electrolitico, haga de pasabajos para filtrado.

Tambien agregue un toroide de fuente de PC en la entrada de 12v para lo mismo.

Lo que menos me gusta de este PCB que hice, es tener que tomar la alimentacion de los integrados desde el mismo lugar donde se alimentan los transistores drivers. Espero que esto no sea una fuente grosera de ruido y que el filtro sirva Sugerencias al respecto? Tambien hay un par de puentes que evitaria si me diera la cabeza para encontrar un mejor lugar jeje.

Bueno, pronto comentare si el PCB esta bien o hay algo que cambiarle... que lo disfruten!
Imágenes Adjuntas
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10/10/2012 #10

Avatar de seaarg

Bueno, comparto novedades,

El PCB del post anterior funciona perfectamente, lo arme anoche y ya estoy disfrutando del ampli. Apenas pueda subo fotos.

Una correccion solamente: En el PCB los zeners de la realimentacion tienen el catodo marcado al reves. (Van con anodo a masa, como en el esquematico). Tambien en el PCB, un par de electroliticos y ceramicos en la linea de alimentacion no estan en el esquematico. Ahi van 100uF y 100nF.

En el PCB, la alimentacion de los TL494 (12v, pin 12) se conecta al positivo que viene de los transistores drivers a traves de una resistencia de 24 ohms (o alguna chica que tengan por ahi). Esto forma un pasabajos. Pueden ponerla o puentear.

En mi caso, por disponibilidad de materiales, los 3 electroliticos que van entre vcc y gnd al lado de cada mosfet, los puse de 2200uF x 16 V. Esta siendo suficiente.

Tambien cambie la RT del TL494 (pin 6 del TL494 de subwoofer) por 5K1 para bajar de 270khz a 200khz aprox. Si bien anda perfecto con la indicada en el esquematico, quise bajar la F para no salirme de los limites del datasheet del integrado.

Saludos!
10/10/2012 #11

Avatar de tatajara

muy buen aporte seaarg ¡¡¡
muy lindo el PCB y parte muy bien documentado ¡¡
felicitaciones
saludos
11/10/2012 #12

Avatar de seaarg

Gracias, aca como prometi, adjunto una foto del ampli terminado y funcionando. Puede servir para referencia de armado.
Imágenes Adjuntas
Tipo de Archivo: jpg ampli21_terminado.jpg (92,6 KB (Kilobytes), 560 visitas)
11/10/2012 #13
Moderador general

Avatar de Fogonazo

seaarg dijo: Ver Mensaje
Les comparto un ampli 2.1 que hice para un mediacenter ........
! Gracias por el aporte ¡
02/02/2013 #14


Muy buen montaje felicitaciones y gracias por compartirlo. Unas preguntas que potencia da y en Que impedancia? Y que potencias puede dar en full bridge y alimentandolo con 40v como mencionaste?
03/02/2013 #15

Avatar de seaarg

De nada edgardo. Mas arriba en uno de los posts explico que potencia teorica podria tener pero la verdad es que el calculo de la misma escapa de mis conocimientos en este caso. (no tengo idea de como calcular algo que tiene capacitor a la salida)
21/02/2013 #16


hola, no te preocupes al momento de calcular la potencia con el condensador a la salida, se supone que se utiliza con un valor lo suficientemente grande como para que no actue como filtro pasa-altos, entonces no es necesario considerarlo al momento de determinar la potencia.
no estoy seguro de como trabaja este tipo de amplificador, me he metido poco con ellos, extraño la bobina a la salida que cumple la funcion de dejar pasar al parlante la componente fundamental de la señal modulada en ancho de pulso que entrega a la salida (asi es como funciona, mientras mas ancho de pulso, mayor potencia, y la bobina se encarga de transformar esos peak de voltajes en corrientes suaves, que aumentan a medida que aumenta el ancho del pulso). esa bobina no es tan facil de calcular en todo caso, depende de la impedancia de la carga, y la respuesta en frecuencia deseada del amplificador, si no me equivoco.
22/02/2013 #17

Avatar de seaarg

Exacto, hay muchos hablado sobre la bobina en los threads del ampli de ejtagle y lleva bastante calculo implicado entiendo.
03/09/2013 #18

Avatar de hell_fish

Buenas a todos, quisiera saber si para tomar el amplificador del sub como full range solo hay que quitar el filtro paso bajo con el TL074 o habría que cambiar también el capacitor de salida. Muchas gracias
04/09/2013 #19

Avatar de seaarg

Tendrias que quitar toda la parte del operacional, modificar las resistencias de entrada al tl494 para imitar lo que hay en los canales izq y derecho y poner un potenciometro de volumen en la entrada (que en el sub esta puesto en el filtro)

No te olvides del capacitor de entrada que en el canal de sub es parte del pasabajos y deberias ponerlo si quitas el filtro.

El capacitor de salida podes dejarlo asi nomas. A mas grande el capacitor, mejor respuesta en graves pero no afecta agudos.
04/09/2013 #20


Hola a todos, mucho interesante el proyecto sin dudas alguna pero la ausencia de lo filtro passa bajo "L" y "C" con frequencia de corte un poco mas alta de la maxima frequencia que ese amplificador deve responder en la salida de lo amplificador clase "D" es una lastima irreparavel porque enbora nosotros (los humanos) no podemos oyir la frequencia de comutaciõn (200Khz o mas )pero esa existe, es mui fuerte y lo altavoz o artoparlante a transforma en calor una vez que la inercia mecanica del no permite responder a tan alta frequencia .
!fuerte abrazo !
Att.
Daniel Lopes.
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