Rasken MK-1: Un amplificador minimo

[ricren]

La idea de este proyecto se basa en la necesidad de amplificar el sonido del TV para ver material variado (series, peliculas, programas generales). Con una operacion lo mas automatica posible para que nadie tenga que estar prendiendo y ajustando parametros.

El perfil de diseño buscado seria:

Debe ser muy simple y preferentemente con materiales que ya tenga. Minima inversion.
Operacion transparente para usuario de TV, sin ajustes exteriores visibles.
Potes y botones interiores para ajuste, escondidos detras del frente.
Frente simple, solo con un led indicador.
5 amplificadores: L,R, Surround L y Surround R, Subwoofer y Transductor tactil.
Minimo tamaño.
Potencia razonable para un living chico.
Receptor de Bluetooth 5 incluido para amplificar un celular si fuera necesario (musica).
Prendido, apagado, Eq y volumen comandado desde el tv.
El led unico en el frente debe poder indicar: Standby, On y operacion de Bluetooth.

Etapa 1: Gabinete.
No se me da para lo metalico, asi que lo construi usando algunos sobrantes de MDF.
El frente liso (solo con el agujero del led) se sube y baja con 3 bisagritas.
Bajando el frente se tiene acceso a los potes de Volumen, Subwoofer, Surround y Tactil. Tambien hay dos botones: Delay del surround y Bluetooth.
La idea es que se ajusta una vez y para la mayoria del material, el usuario normal no necesite bajar la tapa y acceder a los controles.
Para la terminacion exterior usaria simplemente esmalte sintetico semimate y la tapa de los controles va enchapada con acabado laca.
En las fotos esta el gabinete lijado faltando unas manos de acabado.


Etapa 2: Electronica.
Hay que probar nuevas cosas (para mi) por eso la idea es usar amplificadores clase D. Y una fuente switching. Tengo algunos modulos chinos baratisimos que compre hace tiempo, un Tripath de 4 canales, varios modulos 3116, un par de modulos 8392. Los tengo que probar y ver cuales serian los mas apropiados.
Para la fuente estoy viendo de reformar una vieja fuente de PC para sacarle unos 24v a 8-10 amperes pico. Veremos si me da resultado, nunca lo hice.

Todo esto daria (en teoria) una electronica muy baratita y facil de armar. De ahi el nombre Rasken (un amplificador de lo mas rasca ).


Nota para el lector no argento: Rasca: Antiguo termino local que hace alusion a algo que no es ciertamente de alta categoria, sino mas bien todo lo contrario y generalmente muy muy barato).

Continuara.

 

[J2C]

.......
Para la fuente estoy viendo de reformar una vieja fuente de PC para sacarle unos 24v a 8-10 amperes pico. Veremos si me da resultado, nunca lo hice.
.......

Si la fuente de PC que vas a utilizar es la que tienes medio desarmada no diré nada.

Si en cambio usaras otra fuente de PC y solo necesitas 0 y +24V te daré una idea.
En las viejas fuentes de PC del tipo AT la parte de +12V tenía muy buena capacidad de corriente, solo deberías reemplazar los diodos con los que se obtienen los -12V por otros que soporten los 8-10 A qué pretendes y colocar el filtrado acorde con L y C


Saludos, JuanKa.-

 

[ricren]

solo necesitas 0 y +24V te daré una idea.
En las viejas fuentes de PC del tipo AT la parte de +12V tenía muy buena capacidad de corriente, solo deberías reemplazar los diodos con los que se obtienen los -12V por otros que soporten los 8-10 A qué pretendes y colocar el filtrado acorde con L y C
Saludos, JuanKa.

Gracias por el dato, es eso exactamente lo que quiero probar, por eso desarme todos los otros voltages para trabajar mas tranquilo.
De todas maneras hay que ver que tan bien se comportaria con las cargas dinamicas de los amplificadores. Lei que la topologia de estas fuentes no es la mejor opcion para audio, sino las de tipo Flyback. No se que tan real sea esto, pero supongo que vamos a averiguarloPor las buenas o por las malas.
Una modificacion que vendria bien seria un soft start, si tenes alguna idea sobre eso me encantaria escucharla.

 

[ricren]

Cambio de planes: despues de probar algunos aplificadors clase D decidir usar todos con el mismo chip asi evitar tener que hacer circuitos de mute y desacople distintos. El Tripath que ya tenia suena muy bien pero para que brille necesita mas de los 24 volts de la fuente asi que se van a usar todos chips 3118 como los de la foto.

El problema de esos modulos es que vienen seteados a una ganacia muy alta (32db) que no solo no es necesaria si usas un pre minimo sino que ademas tal ganancia hace subir mucho el ruido de fondo de amplificador. Y se nota bastante sin señal.

Para cambiar la ganancia hay que reemplazar dos resistencias (R27 y R28) que son de las de montaje en superficie mas chicas. Me parece que eso me va costar hacerlo porque hay muy poco espacio y los trazos no parecen muy robustos. Veremos en que termina.
Continuara.

 

[malesi]

Veremos en que termina.

Pues en éxito

 

[ricren]

Pues en éxito

Gracias por la buena onda, me encantaria compartir tu entusiasmo, pero hoy intente desoldar una resistencia (imposible). La punta de mi soldador es mas gruesa que el largo de esta resistencia. Urgente a comprar puntas finiiiiiiiitas.
Intente usar aire caliente pero el lugar es tan reducido que tiende a derretir los plasticos aledaños. Posiblemente con dos soldadores con puntas finas. Veremos.

 

[malesi]

Gracias por la buena onda, me encantaria compartir tu entusiasmo, pero hoy intente desoldar una resistencia (imposible). La punta de mi soldador es mas gruesa que el largo de esta resistencia. Urgente a comprar puntas finiiiiiiiitas.
Intente usar aire caliente pero el lugar es tan reducido que tiende a derretir los plasticos aledaños. Posiblemente con dos soldadores con puntas finas. Veremos.

Mira esto te dará ideas

 

[Daniel Lopes]

"Intente usar aire caliente pero el lugar es tan reducido que tiende a derretir los plasticos aledaños."

Te recomendo altamente a enplear cinta de Kaptrón para "ayslar" eficientemente los plasticos cercanos.
La cinta de Kaptrón soporta tenperaturas elevadas ( 300 C° o mas aun ) sin derretirse .
Veer mejor aca : fita Kapton - Google Search
!Suerte!

 

[DOSMETROS]

Para cambiar la ganancia hay que reemplazar dos resistencias (R27 y R28) que son de las de montaje en superficie mas chicas.

Supongo que disminuyendo una de ellas será suficiente , prueba soldar una resistencia convencional de 1/8 de Watt en paralelo con ella ;-)

 

[switchxxi]

Con una estación por aire caliente hay lugar de sobra para desoldar las resistencias sin arruinar nada alrededor, solo hay que usar un flujo de aire reducido y el calor necesario. Al ser las resistencias tan chicas son solo unos segundos los que hay que calentar el componente para que se desuelde. Obviamente todo esto usando una boquilla pequeña (5mm o menos).

Si aun no se puede con aire porque, por ejemplo, tiene mucho caudal, incluso en mínimo, el truco es usar el aire del otro lado de la placa. Se calienta el área de interés -aunque por mas tiempo y con un poco mas de calor-. Eso si, hay que tener la precaución de sostener la placa firmemente, cualquier golpe y caen los componentes al agujero negro donde nunca más podrás recuperarlos .
Imprescindible el uso de unas buenas bruselas de punta fina (En ML hay muy buenas a precios bajos).

Si aun se complica, con soldador también es fácil, se calienta una punta de la resistencia y se le agrega apenas un poquito de estaño, luego se calienta la otra punta y se deja el soldador en esa punta por mas tiempo. Al ser la resistencia tan chiquita se calienta toda desoldado ambas puntas aun cuando solo se calienta una. Es un poco mas difícil de desoldar de esta forma, en especial si un lado esta a un plano de tierra pero con practica es fácil. Imprescindible el uso de flux (nuevamente, una jeringa de flux es muy barata y como se usa solo unas gotas dura toda la vida).

 

[ricren]

Antes que nada, gracias por los consejos sobre montajes de superficie. Los puse a prueba. Ademas tratare de conseguir cinta de kapton.

Hablando con un amigo sobre estos temas me comento que tenia una estacion de soldado que habian comprado para su negocio y nunca usaron. Me la ofrecio a buen precio y me la traje.

Me pase toda la tarde tratando de hacer algo con las placas, sacando componentes y poniendo otros. Hacia mucho tiempo que no me sentia tan torpe e inutil. La punta del soldador es mas grande que estas minimas resistencias y toda la operacion necesita de un buen pulso. Las resistencias se me pegaban a la punta, en una de esas respire fuerte y vole lo que estaba soldando. Despues se me corrian y terminaban en otra pista. Un desastre. Espero mejorar.

Finalmente termine una plaqueta. la mas grande. Tenia un preamplificador a base de TL074, con una impedancia de entrada de 2k (?) y capacitores chicos que daban un pasa-altos en 80hz. Una etapa inversora seguida de un buffer. Esto conectado al amplificador con su ganacia de 36 db. El show del soplido. Ningun sentido.
Asi que lo vole de ahi. Tambien le hice una entrada para la funcion de mute, muy importante en estos amplificadores PBTL.

En las fotos se puede ver el tamaño de las resistencias en comparacion a la punta del soldador y mi dedo.
Ahora tendria que seguir con las plaquetitas chicas. Que chucho.

 

[switchxxi]

Esa punta es mas chica que la que yo uso, es solo practica lo que hace falta.

Las resistencias se me pegaban a la punta, en una de esas respire fuerte y vole lo que estaba soldando.

Para eso es que sirve el flux... pruebalo, veras que hace milagros.

 

[ricren]

Avanzandp con las plaquetitas auxiliares. Simple montaje sobre tablero universal, nada de circuitos impresos, desprolijo pero cumplira.
Una plaquita para las fuentes lineales del pre , la etapa de delay del surround y el comando del relay de encendido.
Otra para el mute de los amplificadores y otra del pre y procesador del subwoofer con filtros de 24deb/oct a 80hz. Finalmente una etapa de delay de 15 ms.

La mayoria con componentes reciclados, salvo resistencias, potes y zocalos.

 

[ricren]

En el fin de semana pude ir terminando el amplificador. La construccion termino llevando mas tiempo del previsto inicialmente por la experimentacion con los modulos clase D, algo nuevo para mi.
Un tema que no funciono bien fue la fuente switching propuesta para usar inicialmente, por lo que se reemplazo por una lineal.
El resultado final es un amplificador de 6 canales muy compacto y sin controles en el exterior, basicamente un solo led tricolor para monitorear el estado: Stand by/On/Bluetooth.
Despues sigo con mas detalles.

 

[ricren]

Para ir cerrando voy a hacer algunos comentarios sobre los amplificadores clase D, posiblemente puedan ser de interes a quien se quiera asomar por primera vez al tema .

Rebobino un poco: Hasta este momento, siempre habia armado amplificadores clase A o AB. Hace algunas decadas arme mi primer amplificador con 3 transistores de germanio con un jueguito que se llamaba “Juguetronic Philips”. Una especie de juego de mesa para chicos que traia montajes de diferentes proyectos como para introducirse en el mundo de la electronica.

Como me gusto el tema segui armado cosas, primero amps. cuasicomplementarios porque no habia en la epoca transistores PNP buenos como para emparejarlos con los NPN. A fines de los 70 desarrollaron buenos pares complementarios y ya se podia armar circuitos con esa configuracion y asi evitar la distorsion del Quasi-complementario.
Despues vinieron los buenos amplificadores en chip como la linea National 3886, los TDA7293 y similares que sonaban mucho mejor.

Un dia instale en el auto un Alpine PDX-V9, que en un misero tamaño de 15x15cm ofrecia 5 amplificadores y un total de 500W RMS en clase D. Ahi tome nota que algo estaba pasando porque no sonaba nada mal.
Despues se quemaron unos monitores en el estudio y los reemplazos usaban amplificadores clase D y tampoco sonaban mal. Al contrario.
Asi que para este proyectito minimo (Rasken-V1) decidi armar algo en clase D a ver que onda.
Al principio parecia bastante facil, los modulitos son muy baratos, chicos y decian ser eficientes en cuanto al consumo.

Asi que primero arme un prototipo con un modulo TDA 3118 y una fuente switching de 24 voltios/6 amp. Las pruebas iniciales con un solo modulo y la fuente funcionaron bien, al principio desconcierta que una plaquetita tan minima tire tanta potencia con una distorsion tan baja. Pero los problemas van por otro lado. Al conectar el otro canal aparecio un tono de fondo de unos 5Khz. De donde venia? Buscando el origen encontre que la frecuencia de switching de ambos osciladores era casi identica (alrededor de 400Mhz) pero difiriendo en esos 5kHz. Y esa diferencia se escuchaba, Por donde? No se si por el aire, la alimentacion o las masas comunes.
La solucion fue sincronizar ambos clocks, segun explica el datasheet y ese tono desaparecio. Los modulos no tienen previsto terminales ni circuito para la syncro, asi que hay que hacerlo. El espacio para soldar es minimo y los componentes son de superficie 0603 y 0402, muy chiquitos asi que no es facil. En un modulo se me despego un trazo de cobre solo soldando un componente.

Siguiendo con el armado se agregaron dos modulos mas, esta vez con el TDA 8932. Nuevamente aparecio un tono de aprox 2khz. Esta vez aparentemente entraba por la fuente switching. Para comprobarlo, conecte los modulos a una fuente lineal y el tono desaparecio. Como me parecio raro que viniera de la fuente porque estaba muy bien filtrada,, probe la fuente con unos amplificadores AB que tenia y no detecte ningun tono. Volvi a conectar la switching a los modulos D y el tono volvio. Apague la fuente y el tono hizo “Piiiiuuuuuu” Un barrido de 2k para abajo. Era la fuente sin duda. Probe distintas estrategias, puse filtros Pi en la alimentacion: seguia el tono. Cambie el esquema de distribucion de las masas de maneras diferentes: seguia el ruido. Probe cubrir la fuente con blindajes, de nada sirvio. Al final me canse y substitui la switching por una lineal y solucionado. Con tiempo estudiare mas el tema.

Mas cosas a solucionar: Ruido de encendido y apagado. Para eso lo mejor es usar la funcion de mute de los integrados. Con un simple circuito de control con las constantes de tiempo apropiadas se puede evitar el pop de encendido y apagado totalmente.
Pero al conectar un solo sistema de mute a varios amps la coneccion comun hace surgir un loop de masas que aportaba un hummm molesto a bajo volumen. La solucion fue optoacoplar el sistema unico de mute. Otra estrategia seria hacer un sistema para cada modulo, pero los optoacopladores son baratos o gratis si tenes fuentes viejas de PC.

Mas temas: El balance termico. Aca tengo que decir que estos integrados me parecen una maravilla del diseño. Tienen todo tipo de protecciones (intente masacrar a un modulo haciendo todo tipo de cortocircuitos y sobrecargas a las salidas y sobrevivio.) pero no son magicos. A un buen diseño de IC hay que acompañarlo con una buena implementacion alrededor. Y lamentablemente no es este el caso con estos modulos chinos, que si bien siguen el circuito del datasheet, lo hacen con un layout y componentes lamentables.

O sea que el problema esta en la implementacion del IC. Me podrian decir “que queres por 3 dolares” que es lo que pagas cada modulo. Pero seria un mal argumento, porque con un minimo costo agregado los resultados serian muy diferentes. O reasignando las prioridades de gasto. Por ejemplo: porque todos traen un led de encendido para algo que va metido en una caja? Para que le ponen un diodo caro en la entrada de +B por si lo conectas al reves? Solo con el valor de esos 3 componentes podes poner mejores capacitores de entrada o implementar la entrada diferencial, o el circuito de mute, lo que proyectaria el modulo a otro nivel. Pero parecen ser diseñados para y por sordos o estupidos que conectan al reves un board que esta perfectamente marcado. Enfin.

Dos componentes son decididamente sub-standard en todos los modulos: los inductores del filtro de segundo orden de las salidas y el capacitor de entrada.
En el caso de los inductores, son para 2 a 3 amperios pico y el IC permite y produce picos de 5, asi que a altos niveles entran en saturacion y la distorsion se eleva, Ademas calientan bastante, aprox. 40 grados en reposo. Lamentablemente no tengo mejores inductores como para cambiar. Puse algun disipador para ayudar con la temperatura y baje el voltage de alimentacion de 24v a 21. Con eso estan mejor.

El tema de cambiar los capacitores de entrada es complicado porque el que trae es un ceramico de superficie minimo y no hay espacio el la placa para poner de film. Asi que hay que montarlos afuera, pero tratando de que esten lo mas cerca para que las entradas no se contaminene con el carrier. Una estrategia es sumar a las entradas algun filtro pasabajos, por ejemplo 470 ohms / 220pf.

Otra cosa: todos estos IC tienen entradas diferenciales! Esto es un golazo para reducir los ground loops cuando usas varios amplificadores cuya entrada es un unico pre-procesador. Sin la entrada diferencial, al unificar las masas tenes un loop seguro.
Pero claro, los chinos ni se molestaron en implementar el diferencial, asi que una de las entradas esta a masa via un capacitor. Con cuidado hay que levantar esta pata y ver como conectarla a la entrada.
La otra cosa por la que las entradas deben usarse en configuracion diferencial es porque en el terminal de masa de la entrada de audio, si le conectas un ociloscopio podes leer una onda cuadrada de la frecuencia del carrier y decenas de milivoltios. Si asumis que eso es “masa” y la usas como tal vas a tener esa contaminacion a la entrada que se propagara hasta la salida. Y por mas que es una frecuencia que esta por encima de lo auditivo, intermodula con la entrada y los componentes hacia abajo de esa intermodulacion se escuchan…mucho.

Asi que resumiendo, los amplificadores clase D no son el futuro….son el presente. Suenan bien, son baratos y eficientes. Con la implementacion adecuada son una excelente alternativa a la clasica clase AB. TIenen todas esas ventajas y traen todo un nuevo set de diferentes problemitas propios de esa tecnologia que hay que atender. Pero una vez atajados, el resultado parece casi magia.

PD: adjunto foto de uno de los modulos que termino prendiendose fuego. Despues de torturarlo de todas las maneras posibles, murio victima de un maligno pedazo de estaño volador que termino entre dos patitas. Como decia Tusam “puede fallar”. Ja.

 

[ricren]

Hola a todos, estoy cerrando este posteo con la instalacion final del amplificador.

Como pueden ver, quedo bien sencillo y sin ajustes frontales. Esto era la idea inicial, nada de cables o controles a la vista y una operacion totalmente esclava del TV.
Y asi se hizo, se prende - apaga del tv y tambien de alli se regula el volumen y la eq. La pared se perforo para pasar los cables. El unico led del frente muestra el estado del amp, es un tricolor: rojo: stand-by, verde: prendido y azul pulsante o fijo: Bluetooth.
Para algun caso especial de ajustes mas finos se baja el frente y aparecen los controles.


Con esto concluyo, agradezco los comentarios, consejos y sugerencias que ayudaron a llevar a buen termino este
proyecto y cierro desendoles felices fiestas y un proximo año con mas proyectos y…vamo’Argentina. Que año, por dio.

 

[Dr. Zoidberg]

Aaaarrrmoooooosooooooo!!!!

 

[DJ T3]

Decime que ese living es un render 3D....

Te quedó excelente, y lo de ocultar lo innecesario, ideal...

Cuando te referis a;

tambien de alli se regula el volumen y la eq

Es al TV en si, no a la placa...?

 

[ricren]

Decime que ese living es un render 3D....
Te quedó excelente, y lo de ocultar lo innecesario, ideal...
Cuando te referis a;
Es al TV en si, no a la placa...?

Gracias por la mencion. El TV sale por analogico stereo al amplificador, por lo tanto si subis o bajas desde el TV, el ampli lo sigue como es logico. Y como es Android le podes poner alguna de las varias apps de ecualizacion+ efectos y ajustas del tv tambien. El prendido y apagado remoto del amp. se hace detectando el voltage del USB del TV.
Como ves todo es bastante simple, seria mas sofisticado si la comunicacion del audio y control fuera por HDMI eARC, pero este es un set que tenia que salir sencillo, barato y al alcance de la tec que puedo resolver.

 

[DJ T3]

Y como es Android

Por las dudas, y no se si es tema de configuracion, pero mi TV Android (Hyundai... Seee, es lo que hay, no hagan comentarios), la salida analógica va directo, o sea que ni el volumen ni el mute funcionan, por lo que tienes que manejar todo desde el amplificador.

Lo aclaro por las dudas que otros vayan a armar algo así, y se encuentren con esto...

Saludos y feliz año pa' to'...