Analizando amplificador con TPA3116 2D en placa XH-M543

Estimado diegomj1973, propondría para sobrellevar tu preocupacion del ripple, usar para la alimentación unas baterías de automóvil en serie para tener la tension que necesites y disfrutar de un sonido puro y llano. ;)
 
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Estimado diegomj1973, propondría para sobrellevar tu preocupacion del ripple, usar para la alimentación unas baterías de automóvil en serie para tener la tension que necesites y disfrutar de un sonido puro y llano. ;)

Viendo los costos de las baterías, creo que me conviene comprarme directamente un set completo de la firma alemana MBL :ROFLMAO::ROFLMAO::ROFLMAO:.
 
Y con un clase AB ? Que pasa con golpes de bombo ?
Mucho más desacomodo en el ripple, con todo lo que eso conlleva.

Lo que redunda en un cambio de carácter en los graves, pero por deformación provocada por el propio ripple (si hay limitado filtrado).

Se podría simular uno, pero la pereza me gana :ROFLMAO::ROFLMAO::ROFLMAO:

Me has hecho trabajar, Dosme!!!.

Simulé un Clase AB ultra básico (entre nos... más Clase B que AB :angel:), como para compararlo con el single ended. El idle es de alrededor de 10 mA (en comparación al single ended, que es de cerca de 1 A). Similar ganancia en ambos amplificadores, de modo que los picos de corriente por el parlante sean similares, ante la misma amplitud de señal de entrada (aprox. 0,45 A de pico ante el primer ciclo de la señal amortiguada, para luego ir decreciendo en valor hasta extinguirse).

Si se mira el ripple bastante fuera de la aparición y extinción de la señal de audio amortiguada (más o menos después de los 2 segundos y hasta los 3 segundos, en las gráficas), se puede ver claramente como en el Clase AB (curvas rojas) hay un desacomodo muy marcado en relación a cuando aparece la señal (a partir del tiempo de 1 segundo). Si se hace la relación de cambio o desacomodo, resulta en un valor grande, con lo que de similar forma cambia la SNR ante la aparición de esos "golpes" frente a los espacios de silencio. Muy a tanteo, el ripple varía hasta cerca de 45 veces en amplitud entre silencio y estrindencia, en el ejemplo.

En cambio, en un Clase A (curvas azules), si se mira en esos mismos lapsos de tiempo, la relación de cambio del ripple es sensiblemente menor, como es de esperar, con lo que el SNR no cambia sensiblemente entre con y sin señal.

Circuito.png

Comparativa entre Clase A y Clase AB con 10000 uF de filtrado en fuente.png

Comparativa entre Clase A y Clase AB con 100000 uF de filtrado en fuente.png

Espero sirva para poder comprender las diferencias en los comportamientos dinámicos de ambos tipos de amplificadores.
 
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Me has hecho trabajar, Dosme!!!.

Simulé un Clase AB ultra básico (entre nos... más Clase B que AB :angel:), como para compararlo con el single ended. El idle es de alrededor de 10 mA (en comparación al single ended, que es de cerca de 1 A). Similar ganancia en ambos amplificadores, de modo que los picos de corriente por el parlante sean similares, ante la misma amplitud de señal de entrada (aprox. 0,45 A de pico ante el primer ciclo de la señal amortiguada, para luego ir decreciendo en valor hasta extinguirse).

Si se mira el ripple bastante fuera de la aparición y extinción de la señal de audio amortiguada (más o menos después de los 2 segundos y hasta los 3 segundos, en las gráficas), se puede ver claramente como en el Clase AB (curvas rojas) hay un desacomodo muy marcado en relación a cuando aparece la señal (a partir del tiempo de 1 segundo). Si se hace la relación de cambio o desacomodo, resulta en un valor grande, con lo que de similar forma cambia la SNR ante la aparición de esos "golpes" frente a los espacios de silencio. Muy a tanteo, el ripple varía hasta cerca de 45 veces en amplitud entre silencio y estrindencia, en el ejemplo.

En cambio, en un Clase A (curvas azules), si se mira en esos mismos lapsos de tiempo, la relación de cambio del ripple es sensiblemente menor, como es de esperar, con lo que el SNR no cambia sensiblemente entre con y sin señal.

Ver el archivo adjunto 267521

Ver el archivo adjunto 267522

Ver el archivo adjunto 267523

Espero sirva para poder comprender las diferencias en los comportamientos dinámicos de ambos tipos de amplificadores.

Más allá que los números de los dos ejemplos citados (el Clase A y el Clase AB) no sean ideales para fines prácticos, sirven para comprender las diferencias que se suscitan al funcionar ambos bajo señal.

La prueba que hice para ver cómo se comportaban en cuanto a SNR, fué de inyectar un tono puro senoidal de amplitud constante y de dos valores de amplitud diferenciadas en 20 dB. Ésto es 0,8 V RMS y 0,08 V RMS, respectivamente, en la entrada. Luego, se capturó cuánto de ripple se producen en ambas variantes de amplificador bajo estas dos señales, haciéndose luego las relaciones correspondientes para obtener una idea del comportamiento de la SNR (sin contemplar en principio, ruido propio de componentes, etc.). Solo amplitud de señal útil / amplitud de ripple.

Tabla comparativa.png

Viendo la tabla comparativa, se puede observar que si bien el Clase A del ejemplo no muestra los mejores números, ante un mejor filtrado denota un mejor mantenimiento de la SNR, en comparación al Clase AB, en el rango de pruebas de la señal de entrada. Mientras que el Clase AB, paradójicamente, muestra mejor mantenimiento de la SNR ante bancos de filtrados más flojos y ante variaciones amplias de señal. A mí me resulta muy interesante esta simple tabla comparativa, para saber a grandes rasgos cómo es que se comporta uno y otro tipo de amplificador en forma dinámica.
 
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Más allá que los números de los dos ejemplos citados (el Clase A y el Clase AB) no sean ideales para fines prácticos, sirven para comprender las diferencias que se suscitan al funcionar ambos bajo señal.

La prueba que hice para ver cómo se comportaban en cuanto a SNR, fué de inyectar un tono puro senoidal de amplitud constante y de dos valores de amplitud diferenciadas en 20 dB. Ésto es 0,8 V RMS y 0,08 V RMS, respectivamente, en la entrada. Luego, se capturó cuánto de ripple se producen en ambas variantes de amplificador bajo estas dos señales, haciéndose luego las relaciones correspondientes para obtener una idea del comportamiento de la SNR (sin contemplar en principio, ruido propio de componentes, etc.). Solo amplitud de señal útil / amplitud de ripple.

Ver el archivo adjunto 267541

Viendo la tabla comparativa, se puede observar que si bien el Clase A del ejemplo no muestra los mejores números, ante un mejor filtrado denota un mejor mantenimiento de la SNR, en comparación al Clase AB, en el rango de pruebas de la señal de entrada. Mientras que el Clase AB, paradójicamente, muestra mejor mantenimiento de la SNR ante bancos de filtrados más flojos y ante variaciones amplias de señal. A mí me resulta muy interesante esta simple tabla comparativa, para saber a grandes rasgos cómo es que se comporta uno y otro tipo de amplificador en forma dinámica.

Tengo que advertir que en la anterior tabla comparativa he cometido un error en la conversión de los números, aunque no altera las observaciones que se hicieron de esa tabla y son concordantes con las que se vean en esta nueva que les acerco ya corregida.

Tabla comparativa.png

Siempre se mantiene el hecho que a mejor filtrado de fuente, mejor relación señal a ruido, como es lógico pensar, para ambas variantes (en señales contenidas).

El Clase A tiende a mantener más constante la SNR ante amplias variaciones de la señal, aún con cambios de filtrado.

El Clase AB tiende a mejorar su SNR con mayores filtrados (para baja señal), aunque en el ejemplo particular, paradójicamente, tiende a tener una baja SNR a niveles de señal mayores.

Esta nueva tabla se elaboró a partir de una señal aplicada de 1 KHz, para poder diferenciar mejor de la fundamental de rectificación de 100 Hz. Se hizo a través de una FFT.

Por último, volviendo a releer literatura de Douglas Self en sus capítulos sobre fuentes de alimentación, encuentro lo que reafirma mi sostenimiento sobre lo que desató este lindo debate:

"It is often claimed that large amounts of reservoir capacitance give ‘firmer bass’, presumably following the same sort of vague thinking
that credits regulated power supplies with giving ‘firmer bass’, but it is untrue for all normal amplifier designs below clipping"
.
 
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El Clase AB tiende a mejorar su SNR con mayores filtrados (para baja señal), aunque en el ejemplo particular, paradójicamente, tiende a tener una baja SNR a niveles de señal mayores.
Aquí me he perdido, como es posible que el SNR baje tan drásticamente con mayor filtrado?, mi sentido común me dice todo lo contrario, no debería de aumentar el SNR con mayor filtrado?
 
Aquí me he perdido, como es posible que el SNR baje tan drásticamente con mayor filtrado?, mi sentido común me dice todo lo contrario, no debería de aumentar el SNR con mayor filtrado?

Si, pero ante señales grandes y en el ejemplo que escogí (con 0,8 V RMS). Aunque parezca contrario a lo que uno primeramente imagina como físicamente posible.

Lo que sucede es que el Clase AB está muy débilmente polarizado (opera casi en Clase B, viendo el cruce por cero de la señal en la salida). Está solo con 10 mA por el par de salida, corriente cercana casi a la que toma la etapa de entrada (por el BC548C). Y como comenté, este Clase AB del ejemplo se perturba importantemente ante la aparición de los primeros ciclos de la señal de audio, bastante al contrario de lo que sucede en el Clase A. Eso se puede ver en las simulaciones.

Douglas Self, en su libro, sugiere que el SNR podría ser encontrado mediante análisis de espectro, que es lo que yo efectué, centrándome en la frecuencia fundamental de la señal de rectificación (100 Hz) y relacionándola a la señal de audio, obtenidas ambas a la salida de cada amplificador. Misma fuente de alimentación, misma señal de entrada y similar señal medida en la salida, solo que cambiando de operatividad y tipología.

Otra cosa que aparece como curiosa, aunque se puede intuir más afin a lo que realmente sucede, es la cadencia de la señal de audio, la cual difiere notoriamente entre un modo y otro de operación, más si el Clase AB está muy débilmente polarizado como el del ejemplo. Se analizó tanto con un filtrado como con otro y sucede más o menos similar efecto, ya que no depende de ese parámetro. La señal en el Clase A decae mucho más progresivamente en el tiempo que en el Clase AB, pero debido a que en el Clase AB se debe vencer el umbral de conducción de los transistores de salida (robando en ese "trabajo", cuando hay poco idle, parte de amplitud de la señal) y, en parte también, porque no hay una efectiva realimentación que ayude a corregir los problemas del cruce por cero de la señal (por lo extremo básico del ejemplo). Más pequeña se hace la señal en su amortiguación de amplitud, más diferencia se aprecia en relación a la otra modalidad de operación. Todo se tiende a subsanar parcialmente con un aumento de la polarización por el par de salida (cosa que he podido observar cambiando valores de idle en la simulación a no mucho más del 40 % más de lo previamente fijado).

Comparativa con filtrado de 10000 uF y 0,8 V RMS en entrada.png

Comparativa con filtrado de 100000 uF y 0,8 V RMS en entrada.png

En ambos grupos de gráficas, las curvas rojas se corresponden al Clase AB, mientras que las curvas azules, al Clase A.

Sería interesante poder analizar varios diseños de Clase AB, para ver si se repiten los efectos vistos en estos dos muy básicos ejemplos. Douglas Self no menciona nada al respecto, dentro de lo que yo haya leído. No sé si pueda ser una realidad igualmente extensiva a todos los diseños operados en Clase AB, acorde estén óptimamente polarizados, sub o sobrepolarizados.

Lo que podría hacer en mi confinamiento obligado es generar los archivos de audio, similar a los que ya subí, pero con el Clase AB, para poderlos contrastar con los del Clase A. LabVIEW y Audacity me esperan...
 
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Lo prometido es deuda... Aprovechando el confinamiento obligatorio, me dispuse a generar los archivos de audio del Clase AB para que lo puedan contrastar con los homólogos del Clase A.

Se inyectó la misma señal de entrada anterior frente a 4 escenarios diferentes: con filtrado de 10000 uF, 22000 uF, 47000 uF y 100000 uF, respectivamente. Es decir, repito lo mismo que con el Clase A, pero ahora con el Clase AB.

Aparte de los archivos de audio que les acerco, subo también las capturas visuales de los espectros en frecuencia de esos mismos archivos generados a partir del Audacity, disparada la grabación de cada archivo por el nivel de la señal.

Primero, para filtrado de fuente con 10000 uF:

Salida AB con 10000 uF.png

Ahora, con 22000 uF:

Salida AB con 22000 uF.png

Ahora, con 47000 uF:

Salida AB con 47000 uF.png

Ahora, con 100000 uF:

Salida AB con 100000 uF.png

Por último, producto de mis sospechas sobre dónde podría estar la explicación al mito popular de que mejor filtrado provocaría mejores graves, es que aumento el idle del Clase AB como para minimizar un poco la distorsión por cruce por cero de la señal (no la anulo completamente, solo la mitigo un poco). Más o menos, incremento la idle en un 40 % aprox. Con ello, los graves tienden a asemejarse un poco más a la señal de entrada, por lo que ese fenómeno explica gran parte de la historia y derriba el mito popular. Seguramente, en amplificadores economizados por donde se los mire, sus fabricantes, aparte de ahorrar tanto en bancos de filtrado importantes ($) como en pesados y cobreados transformadores ($), deben hacer seguramente pié también en ahorrar aluminio necesario para la disipación ($), con lo que deben ajustar el bías a lo justo ó, incluso, algo menos de lo necesario, explicando gran parte de la flacura de los graves que suelen verificarse en esos amplificadores.

Aquí con 100000 uF e idle aumentado:

Salida AB con 100000 uF con idle aumentado.png

Es evidente que todas las muestras sonoras de graves salen sucias, producto de la fuerte distorsión por cruce de la señal, la que emborrona la señal recogida.
 

Adjuntos

  • Salida AB con 100000 uF con idle aumentado.rar
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  • Salida AB con 100000 uF.rar
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  • Salida AB con 47000 uF.rar
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  • Salida AB con 22000 uF.rar
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  • Salida AB con 10000 uF.rar
    188.5 KB · Visitas: 0
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