¿ Amplificador Clase "A" con integrados LM317 ?

Mientras más escucho al pequeño amplificador single ended con LM317, comparándolo a uno comercial en clase D marca LG, más me sorprendo en cómo se percibe y distingue su modo de operar empleando misma fuente y transductor.

Si bien la calidad de la fuente que empleo no es de la mejor, por cuestiones de no mover de donde tengo emplazado todo el aparaterío para llevarlo a cabo más adecuadamente, es notoria la diferencia.



Para el que quiera ajustar los tiempos de los dos videos, para el clase D habría que arrancar desde los 46 segundos aprox., para que coincida con el clase A.

Claramente, un sonido con pérdida perceptible de dinamismo y vida para el clase D frente al del single ended.
 
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A ese circuito ya lo tenía visto hace un tiempo. Creo que los que pululan por la red en base a LM317 (salvo excepciones que emplean al regulador en otro modo de operación) son de ganancia unitaria en tensión (solo ganan en corriente).

En mi circuito apunté más a implementar un clase A de salida asimétrica con un poco más de rendimiento (menos calor disipado), donde la corriente de reposo es la mitad de la de un single ended típico cargado por resistencia o fuente de corriente constante dispuesta en su drain. Por otro lado, quería experimentar un poco más con los perfiles monotónicamente decrecientes de distorsión, intentando percibir lo que sostenía el gran Jean Hiraga acerca de una experiencia más natural de escucha si la cadencia de los perfiles de distorsión siguen específica relación entre sí.

En esa línea de diseño, han incursionado tanto el australiano Hugh Dean (de Aspen Amplifiers) quien diseñó entre otros el famoso AKSA 55 y muchos más, el propio Nelson Pass y muchos otros.

Francamente, a pesar de lo simple del diseño que subí, me está resultando muy gratamente placentero escucharlo, aún con un bafle que dá lástima en calidad. Estoy tratando de encontrar el tiempo como para implementarlo en estéreo y con mayor empeño en su construcción. No es fácil describir la experiencia que no alcanza a captar del todo el celular, pero es singularmente muy diferente frente al otro amplificador de la comparativa (el LG que ven en los videos). Por otro lado, mostrar curvas de medición no ayuda de mucho a quien quiera solo disfrutarlo (que es para lo que lo diseñé y lo que vale para este caso particular).

Subo ahora una comparativa con el mismo amplificador single ended con LM317, pero en una ocasión conectando el parlante en fase y en otra ocasión conectando el parlante fuera de fase o invertido, solo para intentar discernir si existe alguna mejora en alguna parte del espectro de frecuencia de la banda audible, considerando que la THD podría influir con la propia del transductor, sabiendo que la propia del amplificador no es de las más contenidas (de 0,4% al 1% aprox.). Al ser números no muy bajos, podrían favorecer una reducción en alguna parte del espectro, aunque creo que auditivamente podría llevar mucho tiempo en detectarla (cosa que sería más fácil verla con instrumental con REW, por ejemplo).

En fase:


Fuera de fase:


Tener presente que al ser el bafle dos vías, podría tirar por tierra la posible baja de distorsión a un lado y otro del corte de frecuencia, por el hecho del cambio de fase en la transición y la fase con el que la distorsión eléctrica del amplificador pueda reducir o aumentar la distorsión acústica del transductor en cada punto de frecuencia y amplitud. Esto sería más fácil comprobarlo con un parlante solo de rango completo. Es por esto que se suelen asociar más comúnmente transductores de rango completo con amplificadores en single ended, quienes conocen la posible interacción entre esos dos elementos, aparte de la acción adicional de la impedancia de salida del amplificador con el cambio de la impedancia con la frecuencia del transductor.

Para sincronizar ambos videos, colocar el de fuera de fase en más 15 segundos aprox. que el de en fase.
 
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Como lo prometido es deuda, les traigo algunas mediciones hechas con REW del amplificador Single Ended con LM317 que les compartí por acá.

La salida del amplificador se atenuó unas 10 veces (por medio de un trimpot de 10K) para inyectarla a la entrada de mi placa de sonido, de modo de no dañar nada.

La primera curva es la de magnitud y fase:

Magnitud y Fase Single Ended con LM317.jpg

Como pueden observar, su fci es de alrededor de 4 Hz. No muy lejos de lo predicho, la diferencia podría deberse a las tolerancias de los electrolíticos. Nada mal para un sistema acoplado a condensador a su salida.

Luego, pude medir la THD y parte de su composición espectral, verificándose el carácter predominante de un single ended:

THD Single Ended con LM317.jpg

La curva negra es la THD, mientras que la roja es la H2 y la amarilla es la H3. Claramente se observa cómo la THD se compone casi principalmente de la H2, recibiendo la misma THD muy poco aporte de la H3. No se han capturado las Hs superiores para no entorpecer la claridad del gráfico.

Luego, hice una prueba de IMD:

IMD.jpg

IMD 2.jpg

Luego, algunas capturas de oscilogramas a 16 Hz, 1 kHz y 16 KHz:

Scope a 16 Hz.jpg

Scope a 1 KHz.jpg

Scope a 16 KHz.jpg

Por último, una prueba con onda cuadrada de 1 KHz:

Scope Onda Cuadrada 1 KHz.jpg

Finalmente, una captura de su espectro de distorsión a 1 KHz:

THD a 1 KHz.jpg

Creo, que las mediciones hablan muy bien del pequeño amplificador.
 
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Aquí subo el espectro de distorsión a 1KHz para distintos niveles subiendo en saltos de a 3 dB aprox.:

Espectro a -20,49 dBFS.jpg

Espectro a -17,50 dBFS.jpg

Espectro a -14,51 dBFS.jpg

Espectro a -11,52 dBFS.jpg

Espectro a -8,51 dBFS.jpg

Espectro a -5,51 dBFS.jpg

Espectro a -2,56 dBFS.jpg

Observar cómo se mantiene una cadencia monotónica casi perfecta hasta en la penúltima curva (-5,51 dBFS), antes de abandonar el carácter de single ended en la última curva (-2,56 dBFS).
 
Para caracterizar lo más posible este pequeño proyecto, para quien lo quiera encarar, subo finalmente una pequeña familia de curvas de distorsión versus la frecuencia y para 4 niveles posibles: - 6 dBFS, - 9 dBFS, - 12 dBFS y - 15 dBFS, atendiendo que la salida del amplificador está atenuada 10 veces aproximadamente.

THD a -6 -9 -12 y -15 dBFS.jpg

La curva superior es la correspondiente al nivel de - 6 dBFS y las más inferiores a - 9 dBFS, - 12 dBFS y -15 dBFS, respectivamente.

La curva negra (fundamental) del post 45 corresponde a - 12 dBFS, para quien quiera comparar con la verde de estas mismas últimas.

La equivalencia que mido en la salida a - 12 dBFS es 1,174 V RMS con voltímetro, ya que las pruebas las hago con una alimentación de 20 Vcc aprox.

La potencia sobre el parlante en los videos ha sido contenida y creo no ha superado más de 0,7 W RMS a 1,4 W RMS cuanto mucho, por la limitante del voltaje de alimentación fijado en esos casos en 20 Vcc.
 
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Luego de acomodar un poco mejor el equipamiento de medición, ya que como habrán podido observar en algunas capturas anteriores, existían anormalidades en el piso de ruido entre los 3 KHz y los 4 KHz aprox., y alguna perturbación desde los 10 KHz, les vuelvo a subir algunas capturas y les sumo algunas nuevas como para caracterizar más este proyecto.

Bode promediado 8 veces:

Bode.jpg

Familia de curvas de THD versus frecuencia, para varios niveles de entrada (- 3 dBFS, - 6 dBFS, - 9 dBFS, - 12 dBFS y - 15 dBFS):

THD -15 dBFS a -3 dBFS.jpg

La curva roja es la de - 12 dBFS.

Ahora, THD desde - 0,7 dBFS, - 3 dBFS, - 6 dBFS, - 9 dBFS, - 12 dBFS, - 15 dBFS, - 18 dBFS, - 21 dBFS, - 24 dBFS, - 27 dBFS y - 30 dBFS para la entrada, todo para 1 KHz, promediado 32 veces:

THD a -0,7 dBFS.jpg

THD a -3 dBFS.jpg

THD a -6 dBFS.jpg

THD a -9 dBFS.jpg

THD a -12 dBFS.jpg

THD a -15 dBFS.jpg

THD a -18 dBFS.jpg

THD a -21 dBFS.jpg

THD a -24 dBFS.jpg

THD a -27 dBFS.jpg

THD a -30 dBFS.jpg

A continuación, la THD a frecuencias desde 64 Hz hasta los 4096 Hz (rango vocal, aprox.), todo a - 12 dBFS, cada 1 octava y promediado 32 veces, para que puedan observar la composición espectral a cada frecuencia:

THD a 64 Hz.jpg

THD a 128 Hz.jpg

THD a 256 Hz.jpg

THD a 512 Hz.jpg

THD a 1024 Hz.jpg

THD a 2048 Hz.jpg

THD a 4096 Hz.jpg
 
Por último, vuelvo a subir pruebas de IMD, empleando 2 tonos, para entrada a - 12 dBFS (para la mayor amplitud de uno de los dos tonos ó de los dos tonos, según modalidad de prueba o lo que corresponda), promediado 32 veces:

IMD.jpg

IMD 2.jpg

IMD 3.jpg
 
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Comparto la foto de una PCB que diseñó un conocido para mi amplificador, porque verdaderamente me pareció muy compacta, muy bien distribuida y con muy buen criterio técnico implícito.

PCB_zen amp 6W_2023-10-07.png

El conector izquierdo inferior es entrada de señal. El conector derecho inferior es salida al parlante. El conector superior derecho es alimentación simple, ya que al ser el PCB doble capa, una capa pasa a ser el 0 V.

No sé si sean necesarias las dos resistencias en paralelo al gate del mosfet. Con solo una alcanzará.

Tampoco creo sean necesarias las dos resistencias en paralelo y en derivación a la salida al parlante, ya que el plop de encendido / apagado no es tan evidente.

Aprovecho agregar unas tablas que hice como guía para quien lo deseé adaptar a otra necesidad de alimentación / potencia de salida y/o valores de algunos componentes. Están en inglés algunas, ya que las estoy compartiendo en otro foro también:

Sin título.jpg

Sin título (1).jpg
 
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El que la diseñó, es de suponer que la hizo en doble faz. En la medida que vayan sumándose más diseños, los compartiré por aquí. Hasta el momento hay dos miembros abocándose al diseño del PCB. No creo que falte mucho para que aparezcan los primeros amplificadores debidamente armados y en gabinete (ya hay interesados en armarlo con elementos premium, cosa que está alejada de mis humildes posibilidades :cry:), ya que ha despertado mucho interés ahí. Espero que alguien más aquí se sume en la idea :):):). Aquí nació la idea y aquí deseo que se pruebe (con gente de aquí).
 
Siempre existe resto para mejorar todo circuito y el pequeño engendro con LM317 que les acerqué no es la excepción, más allá que tal como está funciona y cumple con sus objetivos más que decentemente. El que desee experimentar, puede hacerlo a su total necesidad y gusto, ya que el cambio en el desempeño no es menor (la THD podría reducirse a la quinta parte aproximadamente, manteniendo un lindo perfil de distorsión aún y a similar potencia final que la original). La tabla que subo es muy intuitiva, por lo que no comentaré mucho más. Esas distorsiones son casi a 10W sobre 8 ohmios, por lo que en el orden de 1W estarán muy por debajo todavía (algo como 0,08 %). Nada despreciable para un amplificador de una sola etapa.

Sin título.jpg
 
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Gracias por el aporte de la placa, todo es bienvenido!!!. Si observan cómo es que pruebo mis cacharros, se agarrarán la cabeza :facepalm::facepalm::facepalm:. Por lo general, he tenido mucha suerte de no quedar electrocutado o volar componentes por los aires, debido a mi flojera que tengo con los armados. No hay caso, no puedo cambiar eso. Como es más un hobby para mí, no le doy más bola que la del disfrute y la experimentación en cosas menos corrientes que lo que suele verse normalmente. Siempre intento ir por el lado más complicado.

Estoy probando una versión de bajo idle. Cuando la tenga más pulida, la subo.
 
Gracias por el aporte de la placa, todo es bienvenido!!!. Si observan cómo es que pruebo mis cacharros, se agarrarán la cabeza :facepalm::facepalm::facepalm:. Por lo general, he tenido mucha suerte de no quedar electrocutado o volar componentes por los aires, debido a mi flojera que tengo con los armados. No hay caso, no puedo cambiar eso. Como es más un hobby para mí, no le doy más bola que la del disfrute y la experimentación en cosas menos corrientes que lo que suele verse normalmente. Siempre intento ir por el lado más complicado.

Estoy probando una versión de bajo idle. Cuando la tenga más pulida, la subo.
No he probado esta versión pero tenia un rato de tiempo y pase el esquemático al Isis del Proteus y de allí al Ares para la placa.

Copie el otro PCB publicado y respeta las medidas y separaciones de los IC/transistor porque audio "no es mi fuerte".

Tenia pensado armar una al estilo tuyo(sin PCB impreso) y probar a ver que tal es el desempeño y el tema de la temperatura para ver si se puede achicar la placa acercando los componentes para hacerlo mas compacto.

Algo así

Captura de pantalla 2023-11-06 161049.jpg

Captura de pantalla 2023-11-07 064515.jpg


Por acá el mismo dilema ya que no tengo una formación "mecánica", lo único que me mantiene "a raya" es que en RF la parte mecánica es tan o mas importante que la electrónica.

Saludos.

PD: en el preset y el capacitor de entrada de 4,7uF contemple varias huellas de componentes para usar la que uno tenga por eso se ven en la mascara superpuestos ya que solo se usara uno de ellos a la vez.
 
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Las placas no son mi fuerte, pero estuve evaluando que una forma de distanciar los elementos que disipan potencia (el mosfet y el regulador) y mantener una dimensión compacta de la placa al mismo tiempo, sería ubicar el mosfet y el regulador en esquinas opuestas de la placa (simetría de por medio), con lo que favorecería una mejor distribución de calor sobre el disipador en áreas no tan concentradas. Es cierto que podría complicarse un poco más la distribución de las pistas. Todo lo que evalué es suponiendo colocar la placa de plano a la superficie mayor del disipador (plano contra plano), separada convenientemente con separadores.

Algo como la imágen, salvando las diferencias de circuito y aplicación:

Sin título.jpg

Hoy me encuentro una grata sorpresa en el otro foro. Que lo diga un prócer como él no es menor. Es combustible para seguir experimentando!!!

Sin título.jpg
 
Última edición:
Las placas no son mi fuerte, pero estuve evaluando que una forma de distanciar los elementos que disipan potencia (el mosfet y el regulador) y mantener una dimensión compacta de la placa al mismo tiempo, sería ubicar el mosfet y el regulador en esquinas opuestas de la placa (simetría de por medio), con lo que favorecería una mejor distribución de calor sobre el disipador en áreas no tan concentradas. Es cierto que podría complicarse un poco más la distribución de las pistas. Todo lo que evalué es suponiendo colocar la placa de plano a la superficie mayor del disipador (plano contra plano), separada convenientemente con separadores.

Algo como la imágen, salvando las diferencias de circuito y aplicación:

Ver el archivo adjunto 306242

Hoy me encuentro una grata sorpresa en el otro foro. Que lo diga un prócer como él no es menor. Es combustible para seguir experimentando!!!

Ver el archivo adjunto 306244
O de esta forma enfrentados e irían acostados y el PCB queda de 5cm x 5cm
Ampli317CompaMat.jpg

Ampli317CompaPCB.jpg

No se que tanto influyen los cruces de los track de un lado al otro del PCB, en RF de alta frecuencia eso seria inaceptable.
 
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