Y vamos ingresando al mundo de los amplificadores clase D, con estas pequeñas placas chinas para reemplazar esos veteranos amplificadores con los legendarios 3055, con gran disipador. El tema es probar realmente como suenan estos módulos clase D, y si sirven a mí entender.
Bueno, lo primero fue elegir el módulo, conseguí por MercadoLibre un par estéreo y otro mono. Vienen con el consabido TPA3116, que parece ser un estándar, ya que desde hace años está en el mercado.
Mirando en el foro busque datos interesantes sobre su comportamiento, alguna mejora o las características, no sé si busque bien, pero lo que encontré no me dio las respuestas que buscaba. Entonces manos a la obra y posiblemente a descubrir la pólvora…
El modelo es la placa XH-M543 estéreo de color azul (la XH-M544 es la mono de color rojo).
Primer parada: hoja de datos del TPA3116 D2, segunda: googlear por referencias y experiencias. En internet hay para entretenerse, mucho en YouTube con pruebas donde más que nada, logran saturar el micrófono de la cámara y dar algunas indicaciones del uso. Pero poca electrónica.
Del circuito pude conseguir varios especímenes, todos parecidos, es un modelo muy fabricado y prácticamente todos son similares. El mismo circuito de aplicación con algunas variaciones en los componentes. Les muestro uno tomado de referencia.
Circuito 1: esquema con datos de ganancias del TPA.
Este está mal dibujado porque faltan las resistencias de 20K en la realimentación de los opamps de entrada, pero en fin, es lo que hay.
La placa es esta:
Placa típica del amp estéreo XH-M543
Aquí hay otro circuito similar:
Empezamos:
La entrada del TPA es diferencial por lo que tiene la entrada - a masa y la + al pre, acopladas con un capacitor de 1 uF porque la tensión de continua a la entrada es de 3V.
El preamplificador con TL074 consta de dos etapas, un amplificador inversor con ganancia de 20 dB o sea 10 veces (20k / 2K) y un seguidor no inversor.
Trae una pequeña fuente que entrega 12V de alimentación y la tensión media de 6V para polarizar los opamps.
Según mi criterio esta etapa está mal implementada, no sé de dónde lo sacaron pero está al revés. O sea el seguidor con alta impedancia de entrada debería estar al principio y el amplificador por 10 luego, o sea invertidos.
Cómo me encontré con esta, a mi entender, chanchada, me dije vamos a medir, a ver si anda tan mal como me imagino.
La impedancia de entrada del primer amplificador es de 2K y el modulo que compre trajo capacitores de 2.2uF (en los diagramas aparecen de 1uF). Lo que no me gusto y haciendo los cálculos para comprobarlo vi que corta en unos 36 Hz. Un polo a esa frecuencia estropea la fase de los ultra bajos además de no ser plano en respuesta hasta por lo menos 20hz, como sería deseable.
Otro ítem es el corte en frecuencias a la entrada del TPA, cuya impedancia de entrada varía con la ganancia. He visto en internet que se sugiere cambiar la ganancia para mejorar el ruido porque parece que algunos módulos traen el máximo posible de 36 dB. Pero este lo medí y da 20 veces o sea 26dB. Lo que está bien.
Entonces no son todos iguales y esas resistencias que fijan la ganancia varían en otros módulos de otros orígenes, como muestra y recomienda el primer circuito que puse.
Hice el cálculo de la frecuencia de corte para los 30 Kohms que corresponden a los 26 dB de ganancia del TPA y con el capacitor de 1Uf corta en 5,3 Hz, lo que creo que está bien.
Ahora sin vemos la respuesta total encontré que cae a -3 dB en 20 Hz. O sea estos chinos dijeron: “la frecuencia de corte es 20 Hz” lo que suena bien para la teoría pero la fase se va a los caños, y ni se te ocurra tener buenos bajos.
Soluciones:
1) Cambiar los capacitores de entrada a 10 uF, lo que baja la frecuencia de corte a 8 Hz, y zafamos.
2) Cambiar la resistencia de entrada por una de 10 Kohms, pero baja la ganancia y la sensibilidad de entrada.
3) Meter mano a la plaqueta y rehacer las conexiones a cómo deberían ir. Como entrar por la pata + y mandar la entrada a tierra, etc.
4) No usar el pre y entrar directamente al TPA, o sea al cap. de 1uF.
Elegí originalmente la primera instancia, la 1). Y el cambio fue notable. Aunque la 3 sería la deseable. Y si tengo bastante señal de entrada la 4 también… para elegir!
Al tener un potenciómetro de 10K y una carga de 2K la impedancia de entrada del módulo varía entre 10 K al mínimo y 1,66 K al máximo. Otra mala praxis.
Como en vez de los potes de la plaqueta, que son más que nada presets de calibración, voy a usar unos exteriores como Dios manda, con la etiqueta Volumen. Tener un equipo que varié así la impedancia de entrada no es lo ideal.
Además al tener una carga tan chica el potenciómetro originalmente lineal se comporta como pseudo logarítmico, dando al máximo el 100%, pero al 75% de recorrido atenúa al 50% (o sea la mitad de volumen en un cuarto de vuelta). A la mitad del recorrido atenúa al 22% y a un cuarto el 17%. Ni se te ocurra poner logarítmicos en la entrada porque la escala sería peor. Otra impericia.
Con respecto a las altas frecuencias encontré un pequeño pico a los 18Khz, pero llega bien a los 20K. Listo por acá no toco nada. Tiene una pequeña señal residual de 400Khz que recomiendan variar si hay interferencias en radios de AM. No toco nada, eso no sé hasta qué punto será molesto.
Para la fuente de alimentación rescate una vieja fuente de Macbook, de esas Magsafe 85 W blancas chiquitas, y como es de las “alternativas” que en vez de la parafernalia de componentes, son de lo más sencillas. Como tiene dos niveles de regulación con un TL431 y un zener de 24V de protección, y también para no toquetear mucho, la deje en 24V, con unos 4 Amp. Está bien, alcanza.
Como el módulo tiene un diodo en serie en la entrada de alimentación por protección, que le resta casi 1V, quedan unos 23V reales sobre el TPA.
Solo le agregué a la salida de esa fuente una bobina de choque y un cap. de 2200/25 para reducir el ruido de la fuente al mínimo (<50 mVrms).
Con respecto a la ganancia, con los 23V de alimentación me entrega 16V cargado con 8 ohms, lo que corresponde a 32W reales y unos 66 W pico por canal, nada mal.
Para los 16V de salida, ganando 20 veces requiere 800 mV a la entrada del TPA, y si sumamos el pre que gana 10 veces quedan 80 mV de sensibilidad máxima. Ahora poniendo el pote a la mitad, y por lo que comenté antes, requiere 360 mV para máxima potencia. También está dentro de lo normal.
Lo que me gustó es que casi no calienta el pequeño disipador que trae, solo calentó algo en altas frecuencias durante las pruebas, pero trabaja frio, ni la fuente se mosquea. Bien por acá.
Les muestro una fotografía del proyecto, aun sin terminar, para ver lo pequeño que quedará, lo que me entusiasma. El gabinete lo tomé de un cable modem Cisco óbito.
Como conclusión les comento que hasta ahora en las pruebas iniciales me gustó el chiche y me dio tranquilidad la estabilidad que hasta ahora le veo.
Luego atacaré el modulo mono para un subwoofer activo!
Bueno, lo primero fue elegir el módulo, conseguí por MercadoLibre un par estéreo y otro mono. Vienen con el consabido TPA3116, que parece ser un estándar, ya que desde hace años está en el mercado.
Mirando en el foro busque datos interesantes sobre su comportamiento, alguna mejora o las características, no sé si busque bien, pero lo que encontré no me dio las respuestas que buscaba. Entonces manos a la obra y posiblemente a descubrir la pólvora…
El modelo es la placa XH-M543 estéreo de color azul (la XH-M544 es la mono de color rojo).
Primer parada: hoja de datos del TPA3116 D2, segunda: googlear por referencias y experiencias. En internet hay para entretenerse, mucho en YouTube con pruebas donde más que nada, logran saturar el micrófono de la cámara y dar algunas indicaciones del uso. Pero poca electrónica.
Del circuito pude conseguir varios especímenes, todos parecidos, es un modelo muy fabricado y prácticamente todos son similares. El mismo circuito de aplicación con algunas variaciones en los componentes. Les muestro uno tomado de referencia.
Circuito 1: esquema con datos de ganancias del TPA.
Este está mal dibujado porque faltan las resistencias de 20K en la realimentación de los opamps de entrada, pero en fin, es lo que hay.
La placa es esta:
Placa típica del amp estéreo XH-M543
Aquí hay otro circuito similar:
Empezamos:
La entrada del TPA es diferencial por lo que tiene la entrada - a masa y la + al pre, acopladas con un capacitor de 1 uF porque la tensión de continua a la entrada es de 3V.
El preamplificador con TL074 consta de dos etapas, un amplificador inversor con ganancia de 20 dB o sea 10 veces (20k / 2K) y un seguidor no inversor.
Trae una pequeña fuente que entrega 12V de alimentación y la tensión media de 6V para polarizar los opamps.
Según mi criterio esta etapa está mal implementada, no sé de dónde lo sacaron pero está al revés. O sea el seguidor con alta impedancia de entrada debería estar al principio y el amplificador por 10 luego, o sea invertidos.
Cómo me encontré con esta, a mi entender, chanchada, me dije vamos a medir, a ver si anda tan mal como me imagino.
La impedancia de entrada del primer amplificador es de 2K y el modulo que compre trajo capacitores de 2.2uF (en los diagramas aparecen de 1uF). Lo que no me gusto y haciendo los cálculos para comprobarlo vi que corta en unos 36 Hz. Un polo a esa frecuencia estropea la fase de los ultra bajos además de no ser plano en respuesta hasta por lo menos 20hz, como sería deseable.
Otro ítem es el corte en frecuencias a la entrada del TPA, cuya impedancia de entrada varía con la ganancia. He visto en internet que se sugiere cambiar la ganancia para mejorar el ruido porque parece que algunos módulos traen el máximo posible de 36 dB. Pero este lo medí y da 20 veces o sea 26dB. Lo que está bien.
Entonces no son todos iguales y esas resistencias que fijan la ganancia varían en otros módulos de otros orígenes, como muestra y recomienda el primer circuito que puse.
Hice el cálculo de la frecuencia de corte para los 30 Kohms que corresponden a los 26 dB de ganancia del TPA y con el capacitor de 1Uf corta en 5,3 Hz, lo que creo que está bien.
Ahora sin vemos la respuesta total encontré que cae a -3 dB en 20 Hz. O sea estos chinos dijeron: “la frecuencia de corte es 20 Hz” lo que suena bien para la teoría pero la fase se va a los caños, y ni se te ocurra tener buenos bajos.
Soluciones:
1) Cambiar los capacitores de entrada a 10 uF, lo que baja la frecuencia de corte a 8 Hz, y zafamos.
2) Cambiar la resistencia de entrada por una de 10 Kohms, pero baja la ganancia y la sensibilidad de entrada.
3) Meter mano a la plaqueta y rehacer las conexiones a cómo deberían ir. Como entrar por la pata + y mandar la entrada a tierra, etc.
4) No usar el pre y entrar directamente al TPA, o sea al cap. de 1uF.
Elegí originalmente la primera instancia, la 1). Y el cambio fue notable. Aunque la 3 sería la deseable. Y si tengo bastante señal de entrada la 4 también… para elegir!
Al tener un potenciómetro de 10K y una carga de 2K la impedancia de entrada del módulo varía entre 10 K al mínimo y 1,66 K al máximo. Otra mala praxis.
Como en vez de los potes de la plaqueta, que son más que nada presets de calibración, voy a usar unos exteriores como Dios manda, con la etiqueta Volumen. Tener un equipo que varié así la impedancia de entrada no es lo ideal.
Además al tener una carga tan chica el potenciómetro originalmente lineal se comporta como pseudo logarítmico, dando al máximo el 100%, pero al 75% de recorrido atenúa al 50% (o sea la mitad de volumen en un cuarto de vuelta). A la mitad del recorrido atenúa al 22% y a un cuarto el 17%. Ni se te ocurra poner logarítmicos en la entrada porque la escala sería peor. Otra impericia.
Con respecto a las altas frecuencias encontré un pequeño pico a los 18Khz, pero llega bien a los 20K. Listo por acá no toco nada. Tiene una pequeña señal residual de 400Khz que recomiendan variar si hay interferencias en radios de AM. No toco nada, eso no sé hasta qué punto será molesto.
Para la fuente de alimentación rescate una vieja fuente de Macbook, de esas Magsafe 85 W blancas chiquitas, y como es de las “alternativas” que en vez de la parafernalia de componentes, son de lo más sencillas. Como tiene dos niveles de regulación con un TL431 y un zener de 24V de protección, y también para no toquetear mucho, la deje en 24V, con unos 4 Amp. Está bien, alcanza.
Como el módulo tiene un diodo en serie en la entrada de alimentación por protección, que le resta casi 1V, quedan unos 23V reales sobre el TPA.
Solo le agregué a la salida de esa fuente una bobina de choque y un cap. de 2200/25 para reducir el ruido de la fuente al mínimo (<50 mVrms).
Con respecto a la ganancia, con los 23V de alimentación me entrega 16V cargado con 8 ohms, lo que corresponde a 32W reales y unos 66 W pico por canal, nada mal.
Para los 16V de salida, ganando 20 veces requiere 800 mV a la entrada del TPA, y si sumamos el pre que gana 10 veces quedan 80 mV de sensibilidad máxima. Ahora poniendo el pote a la mitad, y por lo que comenté antes, requiere 360 mV para máxima potencia. También está dentro de lo normal.
Lo que me gustó es que casi no calienta el pequeño disipador que trae, solo calentó algo en altas frecuencias durante las pruebas, pero trabaja frio, ni la fuente se mosquea. Bien por acá.
Les muestro una fotografía del proyecto, aun sin terminar, para ver lo pequeño que quedará, lo que me entusiasma. El gabinete lo tomé de un cable modem Cisco óbito.
Como conclusión les comento que hasta ahora en las pruebas iniciales me gustó el chiche y me dio tranquilidad la estabilidad que hasta ahora le veo.
Luego atacaré el modulo mono para un subwoofer activo!
