Amplificador Clase A 10w

[Dr. Zoidberg]

No quiero confrontar contigo ni mucho menos, sino que todo este proceso sea como dije constructivo para todos.

OK.

La empresa SONY con su sistema Sountina es un claro ejemplo de innovación. No creo en lo personal que SONY (como empresa de trayectoria aún con aciertos y errores si hay que admitirlos) haya intentado engañar la buena intención de la gente que consume sus productos ni mucho menos lanzar al mercado un producto que pueda ser dilapidado técnicamente hablando por las competencias que no perdonan.

La empresa MBL (alemania) dispone de sistemas de radiación omnidireccional (un raro concepto de parlante similar a una pelota de rugby) y es muy respetada en encuentros internacionales.

Si, claro, pero ninguno de ellos es un "parlante convencional" tal como estábamos hablando, y ninguno de ellos es "simple" y minimalista:

1. El producto de SONY tuvo bastante promoción en una época y usa un DSP para procesar la señal antes de "hacer vibrar el alambre"...y esa es toda la info que hay...y que parece razonable , pero parece que la cosa no prosperó.
2. Del producto de MBL hay cero infomación salvo los análisis de Stereophile, y hay uno del 2004 que resulta muy sospechoso: http://www.stereophile.com/floorloudspeakers/1004mbl/ , y si lo leés con detalle el posicionamiento de los "baffles" es exactamente lo mismo que recomienda (y analiza) Linkwitz en su sitio...solo que desde mucho tiempo antes , pero lo sospechoso es el párrafo: "...Also on the rear are three sets of jumpers: Smooth or Attack for the low/midrange; Natural or Rich for the mids; and Smooth, Natural, or Fast for the top. These jumpers don't change anything in the crossovers, but merely route the signal through different cables—or, as the instructions say, 'only the molecular microstructure of its signal path is changed.'" ..... en fin......

Como verás, solo es cuestión de esperar un poco antes de que aparezcan los de marketing...

De todas formas, ambas propuestas son interesantes - suponiendo que funcionen tal como dicen - pero no son sistemas de parlantes convencionales (excepto el [sub?]woofer) y están terriblemente lejos de la mayoría de la gente.

 

[juanma]

Gente, se fue lejos esto.

Diego, comentanos si implementas el modo cascode para reducir la capacidad de entrada, y si escuchas algun cambio.

Tambien podes usar el analizador es espectro que comente anteriormente.
http://sound.westhost.com/project52.htm

Si contas con osciloscopio podes "ver" la distorsion a determinada frecuencia, sino Elliot comenta que podes mediarla con un multimetro comun. Tenes que contar con algun generador de funciones o algun generador senoidal.

Mira esta pagina, de PCPAudio.
http://www.pcpaudio.com/pcpfiles/proyectos_amplificadores/us2/AMP_us2.html
El ampli US2 es un amplificador sin realimentacion, que como diferencia respecto al tuyo, este tiene una ganancia, pero te puede ayudar lo que comenta Pablo cuando explica como reducir el THD.

Tu idea es trabaje de buffer solamente?

Para fijar la corriente de polarización te guiaste por el datasheet del MOSFET?
Es decir, que trabaje en la zona "mas lineal".

Saludos

 

[diegomj1973]

Gente, se fue lejos esto.

Diego, comentanos si implementas el modo cascode para reducir la capacidad de entrada, y si escuchas algun cambio.

Tambien podes usar el analizador es espectro que comente anteriormente.
http://sound.westhost.com/project52.htm

Si contas con osciloscopio podes "ver" la distorsion a determinada frecuencia, sino Elliot comenta que podes mediarla con un multimetro comun. Tenes que contar con algun generador de funciones o algun generador senoidal.

Mira esta pagina, de PCPAudio.
http://www.pcpaudio.com/pcpfiles/proyectos_amplificadores/us2/AMP_us2.html
El ampli US2 es un amplificador sin realimentacion, que como diferencia respecto al tuyo, este tiene una ganancia, pero te puede ayudar lo que comenta Pablo cuando explica como reducir el THD.

Tu idea es trabaje de buffer solamente?

Para fijar la corriente de polarización te guiaste por el datasheet del MOSFET?
Es decir, que trabaje en la zona "mas lineal".

Saludos

Si, disculpame. Era necesario retomar el hilo.

Mi idea es que el mosfet por el momento trabaje como seguidor o buffer. En principio, por la simpleza y facilidad de implementar algo que no habìa probado antes (el mosfet, visto muchas veces como bicho raro!). Uno siempre ha tenido màs apego a los bjts. Bah, sòlo prejuicios.

De yapa, con la simpleza encuentro mi objetivo buscado: mucha limpieza y detalle en el sonido (en conjunto con mis parlantes), muy bajo nivel de ruido y poca deformaciòn agregada a la señal de la etapa preexistente (el reproductor de CD o la fuente que sea), un camino relativamente corto de señal en el sistema, acople directo en la salida (por utilizaciòn de fuente partida). Me llamò la atenciòn no haber visto muchos diseños de circuitos con salida a mosfet y en clase A que usaran acople directo. La mayorìa que he visto usan capacitores importantes en el acople de salida al parlante, pero no dejan de usar capacitores (cosa que procuro evitar para que sea màs extendida la respuesta en baja frecuencia, entre otras cosas).

Me fui guiando por algunos datos de datasheet del IRF840. Tenè en cuenta tambièn que pueden utilizarse otros mosfet màs adecuados, ya que yo disponìa de èstos a la hora de realizarlo. Usè lo que tenìa a mano, igual con sorprendentes resultados.

El nivel de potencia que logro si bien no es alto me resulta màs que suficiente para el entorno que dispongo. Lo uso sin potes y solo con el nivel que entrega mi reproductor de CD.

La mìnima modificaciòn (a modo de prueba) que le hice fue puentear las resistencias de Rg de 100 ohmios para intentar verificar si hay diferencias en los agudos. Temìa alguna posibilidad de oscilaciòn pero felizmente no sucediò absolutamente nada. Si bien los cambios tècnicos son mìnimos y los resultados podrìan ser imperceptibles, me da sensaciòn al oìdo (ojo que puede ser muy subjetivo lo que digo y para nada objetivo) como que ha ganado màs dureza en los agudos o se ha vuelto menos suave. Tècnicamente, una menor constante RC, deberìa copiar mejor los flancos de las señales de alta frecuencia. C: 1600 pF aprox. y R: 100 ohmios màs una impedancia previa a determinar segùn fuente de sonido.

Vi por algùn lado que a circuitos de buffer màs o menos similares los hacen trabajar cerca del punto de ruptura de Gate (alrededor de 18 o 20V) de modo que le "sacan" varios vatios màs de lo que yo le saco. Es muy peligroso pero he visto diseños de hasta 20 o 24 vatios en clase A pura con previos a vàlvulas (que no me disgusta la idea) ò bjts (pero temo perder lo que gano con el mosfet).

Voy a analizar todo lo que me sugeriste.

Has armado algo parecido al mìo? Serìa interesante que te animes o alguien màs se anime a implementarlo y poder testearlo a fondo y poder sumar diseños a los clase A. Entiendo que son diseños que requieren de una determinada inversiòn (que para la gente que somos laburantes nos representa mucho y màs aùn aquì en Argentina) pero puedo asegurarte que dan muchas satisfacciones y compiten en calidad de conjunto con amplificadores muchìsimo màs sofisticados, aùn siendo ultrasimples.

Sin gabinete gastè alrededor de 450 pesos.

No sè si serà sujestiòn u orgullo personal, pero me resulta mucho màs fiel en varios aspectos que el JLH (que ya no es para nada poco).

Gracias

 

[juanma]

Mi idea es que el mosfet por el momento trabaje como seguidor o buffer. En principio, por la simpleza y facilidad de implementar algo que no habìa probado antes (el mosfet, visto muchas veces como bicho raro!). Uno siempre ha tenido màs apego a los bjts. Bah, sòlo prejuicios.

Por que prejuicios? Yo lo que no he tenido es tiempo para ensayar con ambos. Siempre trato de ver que esta hecho al respecto. Accuphase y Pass utilizan MOSFETs, y no recuerdo si Mark Lenvistong utiliza BJT. Es cuestion de probar ambos.

De yapa, con la simpleza encuentro mi objetivo buscado: mucha limpieza y detalle en el sonido (en conjunto con mis parlantes), muy bajo nivel de ruido y poca deformaciòn agregada a la señal de la etapa preexistente (el reproductor de CD o la fuente que sea), un camino relativamente corto de señal en el sistema, acople directo en la salida (por utilizaciòn de fuente partida). Me llamò la atenciòn no haber visto muchos diseños de circuitos con salida a mosfet y en clase A que usaran acople directo. La mayorìa que he visto usan capacitores importantes en el acople de salida al parlante, pero no dejan de usar capacitores (cosa que procuro evitar para que sea màs extendida la respuesta en baja frecuencia, entre otras cosas).

Un bajo nivel de ruido no es propio de esa topologia, si de amplificadores realimentados. UNa buena fuente es importante.

De todo lo que he visto en la web, creo que solo el 10% era single ended, y la mayoria con capacitores. No se cuanto vas a notar la "perdida de bajos" si es un buffer de un CD player. De todas maneras, Douglas hace referencia a distorsion en baja frecuencia por acople capacitivo.

La mìnima modificaciòn (a modo de prueba) que le hice fue puentear las resistencias de Rg de 100 ohmios para intentar verificar si hay diferencias en los agudos. Temìa alguna posibilidad de oscilaciòn pero felizmente no sucediò absolutamente nada. Si bien los cambios tècnicos son mìnimos y los resultados podrìan ser imperceptibles, me da sensaciòn al oìdo (ojo que puede ser muy subjetivo lo que digo y para nada objetivo) como que ha ganado màs dureza en los agudos o se ha vuelto menos suave. Tècnicamente, una menor constante RC, deberìa copiar mejor los flancos de las señales de alta frecuencia. C: 1600 pF aprox. y R: 100 ohmios màs una impedancia previa a determinar segùn fuente de sonido.

No hay forma de que oscile el amplificador, asi que podes sacar tranquilamente Rg. Mira lo de cascode y vas a ver que te va a ayudar.

Lo de lo subjetivo se soluciona facil, hace como yo y hace que algun hermano/amigo que no tenga idea de nada, escuche 2 versiones de algo, ponele un TDA2050 y tu ampli, y decile cual piensa que suena mejor. En mi caso, el voto "no negativo" fue para el ampli sin realimentacion global.

Es muy peligroso pero he visto diseños de hasta 20 o 24 vatios en clase A pura con previos a vàlvulas (que no me disgusta la idea) ò bjts (pero temo perder lo que gano con el mosfet).

Que es lo que perdes? Has probado el circuito con algun BJT?

Has armado algo parecido al mìo? Serìa interesante que te animes o alguien màs se anime a implementarlo y poder testearlo a fondo y poder sumar diseños a los clase A. Entiendo que son diseños que requieren de una determinada inversiòn (que para la gente que somos laburantes nos representa mucho y màs aùn aquì en Argentina) pero puedo asegurarte que dan muchas satisfacciones y compiten en calidad de conjunto con amplificadores muchìsimo màs sofisticados, aùn siendo ultrasimples.

Entre laburo y estudio estoy sin tiempo, espero en diciembre volver a armar y comparar de nuevo, por el momento, voy a ir armando la fuente.
Seguramente arme algo SE y lo pruebe con el ampli.

Metele al cascode, que vas a disminuir la capacidad de entrada, y aumentar el ancho de banda (aumentas el lugar del poco formado por la capacidad parasita)

Saludos!

 

[diegomj1973]

Metele al cascode, que vas a disminuir la capacidad de entrada, y aumentar el ancho de banda (aumentas el lugar del poco formado por la capacidad parasita)

Saludos![/QUOTE]

Hola Juanma!:

Estuve mirando algunas páginas donde se menciona lo del efecto Miller en mosfet (aparte de las que me sugeriste). Parecería que este efecto tiene influencia principalmente en etapas en source común donde hay inversión de fase y algo de ganancia. He visto en Borbelyaudio lo siguiente en su apartado sobre "source follower": The input capacitance is low because
it is not augmented by the Miller effect. Con todo esto, me da la sensación entonces, que la capacidad que encuentro (1600 pF en mi caso) no es del todo correcta para tomar como capacidad de entrada. Estuve leyendo detenidamente las capacidades interelectródicas del mosfet y muy probablemente lo que sucedió es que tomé Ciss como tal, pero sin considerar que resulta "suma" de dos capacidades (bajo determinadas condiciones del electrodo de salida, el drain). Me llamaba poderosamente la atención en las simulaciones con el Workbench que el corte en alta frecuencia sucedía bastante más alto de lo que yo personalmente calculaba, pero como eran simulaciones me contentaba con que probablemente los modelos que el simulador utilizaba diferían del mío y por eso es que estimaba una menor respuesta en alta que los de la simulación. Otra cosa que veo que debe atenuar el efecto de cualquier capacidad del electrodo de entrada (en un source follower) es la existencia de la fuente de corriente constante en el terminal de source (en mi circuito) que, reflejada al gate, hace que aún una capacidad importante de entrada no influya mucho en la respuesta en alta frecuencia. En las pruebas a oído del sistema no me "cerraba lógicamente" como es que respondía tan bien en los agudos. Creo que en las pruebas de escucha cualquiera puede darse más o menos cuenta (a oído) cuando un sistema corta digamos a 6 KHz o máximo 8 KHz (en lugar de más de 16 KHz) producto de una impedancia de salida de la fuente de sonido alta. La atenuación en los agudos en estos casos es muy evidente, cosa que yo no lo notaba.

Concluyendo, tengo que analizar como queda el circuito equivalente para alta frecuencia de mi circuito para poder calcular mucho más acertadamente la frecuencia en alta del sistema.

Otro dato curioso que vi es que las capacidades interelectródicas pueden verse moduladas por las tensiones del mosfet. Habrá que analizar.

 

[diegomj1973]

Buscando en la web encontré un curioso circuito de power follower de un diseñador italiano (Andrea Ciuffoli con su Power Follower 99c) en el cual modifica la conexión tradicional de la salida al parlante para tomarla entre drain y source en lugar de source y 0V. Esto le permite drenar verdadera corriente constante de la fuente de alimentación aún no inyectando señal de entrada al circuito. En síntesis, le permite reducir el requerimiento de la fuente de alimentación (altos requerimientos de corriente de alimentación durante breves períodos de tiempo producidos por la variación de señal de entrada al seguidor). Analicé y simulé esto en mi circuito y verifiqué que el requerimiento de corriente constante de la alimentación sólo es válido en la parte negativa (LM7908) mientras que en la parte positiva (LM7808) la corriente puede variar con la señal de entrada (una señal alterna superpuesta sobre una señal continua). Debería analizar que tan efectivo puede resultar el LM7808 para responder a rápidas exigencias de corriente variando de acuerdo a una señal de entrada. ¿Se podrá mejorar sus prestaciones agregando algún elemento adicional en torno al regulador?.

Después, otra cosa que este diseñador implementa es un multiplicador de capacidad para la alimentación en base a mosfet (implementación no propia sino de Technics). Muy novedoso para evitar el uso de bipolares en darlington!!!. Incluso comenta que al utilizar menos capacidad de filtrado global (el de entrada) "ensucia" mucho menos el espectro de audio con los altos picos de corriente dados en la carga de altas capacidades de filtrado. Usa sólo 3300 uF para un consumo de 3A!!!!.

Usa un fusible de protección para el parlante que queda fuera del circuito de señal de salida!!.

Implementa estabilizado térmico para la fuente de corriente constante.

La entrada de señal la aplica entre gate y drain!!. Discrepo en su especificación de capacidad de entrada ya que dice tener 1450 pF y viendo las especificaciones del IRFP150 me dispuse a analizar y simular la frecuencia de corte superior del circuito y verifiqué que la capacidad de entrada puede ser bastante menor (en torno a los 285 pF aprox. con Rg de 100 ohmios) ya que creo que lo que "ve" la entrada no es la capacidad de gate a source sino la de gate a drain que suele ser bastante menor e incluso en los datasheet me coincide aprox. lo que calculo con las gráficas para una tensión de drain a source de alrededor de 18 a 20V (mitad de tensión de alimentación de 37 a 40V aprox.).

Lo que me arroja dudas es la alimentación no estabilizada ni regulada que usa. Creo que se podría probar implementando un multiplicador seguido de un regulador para mejorar sus prestaciones de polarización fija.

Saludos y espero les interese el pequeño aporte.

 

[Fogonazo]

Buscando en la web encontré un curioso circuito de power follower de un diseñador italiano (Andrea Ciuffoli con su Power Follower 99c) en el cual modifica la conexión tradicional de la salida al parlante para tomarla entre drain y source en lugar de source y 0V. ...........

¿ Que tal si publicas el esquema ?

 

[diegomj1973]

¿ Que tal si publicas el esquema ?

Hola Fogonazo:

Si. Disculpame.

Me olvidé de adjuntarlo!.

Por favor, fijate si lo que planteo acerca de la capacidad de entrada está correcto. De lo contrario, te pediría me desburres.

¿Creés que los reguladores positivos (LM7808) en mi diseño pueden responder bien a transitorios de corriente de alimentación exigidos por una rápida variación de la señal de entrada? Agradecería me lo comentes.

Saludos

 

[diegomj1973]

Aca les traigo una simulación lo más aproximada de mi diseño para verificar teóricamente la distorsión armónica total, el espectro de distorsión (Fourier) y la función de transferencia (Bode de amplitud y fase).

Los valores de distorsión armónica total con una carga nominal resistiva pura de 8 ohmios y una señal de entrada de 2 V rms y 1 KHz de onda senoidal pura resultan en aproximadamente 0,45 %, con predominancia del segundo armónico.

Verifiqué que la THD se puede reducir a aproximadamente 0,14 % aumentando la corriente de drain de 0,5 A a 1 A (No me resulta posible lograrlo por el momento por la disipación actual y los disipadores disponibles). Otros valores de THD en función de Idrain: 0,07 % para 1,5 A.

La distorsión de 2da armónica está en el orden de los -66,95 dB, aumentando muy levemente a partir de los 10 KHz (0,5 A).

La distorsión de 3era armónica cae por debajo de los -97 dB. Sólo hay una subida leve a partir de los 10 KHz (0,5 A).

Saludos

PD: disculpen que suba las capturas de pantalla del Electronics Workbench en formato .zip ya que el formato que me exige "Foros de Electrónica" me complicaba la resolución de vista de las mismas.

Disculpen, pero la distorsión que escribí de 2da y 3era armónica están especificadas para una corriente de drain de 1 A en lugar de 0,5 A. En el gráfico adjunto de Distorsión figura la correcta para una I de drain de 0,5 A (que es algo mayor).

Gracias

La THD del diseño de Ciuffoli está aproximadamente en 0,026 % para similares condiciones de carga y señal de entrada pero con una corriente de drain de 2,8 A y una alimentación de 37 V aproximadamente (consumo y disipación algo excesivos).

La distorsión para el diseño de Ciuffoli de 2da armónica cae a -80 dB y la de 3era a -120 dB.

 

[diegomj1973]

Les acerco una tabla de análisis de mi diseño para distintas impedancias de carga:

Para no adjuntar foto de tabla, se las presento de la siguiente forma en donde el orden de los encabezados (arriba hacia abajo) coincide con el orden de las columnas (izquierda hacia derecha):

Impedancia de carga (ohmios)
Distorsión armónica total (%)
2a Armónica (f = 1 Hz)
2a Armónica (f = 16 KHz)
3a Armónica (f = 1 Hz)
3a Armónica (f = 16 KHz)
Impedancia de salida (ohmios)
Damping factor

32 0,024 -82,273 -81,931 -116,133 -112,845 0,401 79,745
16 0,101 -69,781 -69,605 -99,797 -99,428 0,396 40,367
12 0,185 -64,846 -64,676 -92,737 -92,460 0,393 30,523
8 0,451 -58,087 -57,919 -82,891 -82,637 0,387 20,679
6 0,927 -53,440 -53,273 -76,073 -75,821 0,381 15,757

Para impedancias de carga menores a 6 ohmios los niveles de distorsión armónica total crecen por encima del 1 %, no siendo recomendable utilizar el diseño con corrientes de drain de 0,5 A. Se debería aumentar la corriente de drain por encima de 0,5 A para mantener bajos niveles de distorsión.

Espero les interese.

 

[diegomj1973]

Dado lo que había comentado acerca de la variación de corriente en la salida del regulador positivo de tensión (LM7808) con las variaciones de la señal de audio de entrada al amplificador de corriente de mi diseño, se me ocurrió agregar un capacitor electrolítico de unos 1000 uF (entre la salida del regulador positivo y el terminal de 0 V) para atender más eficazmente las rápidas demandas de corriente que se puedan dar debido a las rápidas variaciones de la señal de audio de entrada al sistema. No veo muy conveniente aumentar esa capacidad por encima de ese valor (1000 uF) para no sobrecargar la salida del regulador. No puedo aún verificar las posibles mejoras por falta de instrumental adecuado a esos fines. Estimo que tiene que haber una mejora, principalmente con las señales del límite superior del rango audible.

Después se agregó un par de perfiles de aluminio más a los disipadores existentes ya que conforme va aumentando la temperatura ambiente veo necesario aliviar un poco a los semiconductores montados en ellos. Los dos perfiles en L que se agregaron tienen 15 cm de largo por unos 8 cm x 8 cm y de unos 3 mm de espesor, cada uno. Aún así, todo sigue bastante caliente después de 15 minutos de encendido el sistema.

Estoy indagando si los pequeños capacitores snubber que se suelen colocar en paralelo a cada diodo del puente rectificador pueden dar resultados medibles y verificables al oído. Hay mucha tela al respecto y muy poco en concreto. Algunos dicen que mal implementado puede incluso empeorar las cosas; otros, en cambio, afirman que es beneficioso. Yo no lo puedo afirmar aún si es positivo o negativo. Si alguien dispone de estudios serios en este tema, agradecería lo comente y comparta. No he implementado nada al respecto en mi diseño.

 

[Dr. Zoidberg]

Estoy indagando si los pequeños capacitores snubber que se suelen colocar en paralelo a cada diodo del puente rectificador pueden dar resultados medibles y verificables al oído. Hay mucha tela al respecto y muy poco en concreto. Algunos dicen que mal implementado puede incluso empeorar las cosas; otros, en cambio, afirman que es beneficioso. Yo no lo puedo afirmar aún si es positivo o negativo. Si alguien dispone de estudios serios en este tema, agradecería lo comente y comparta. No he implementado nada al respecto en mi diseño.

Es complicado encontrar mucha información sobre ese tema específico...y como decís, hay mucho chanterío dando vueltas. Recuerdo haber leído una descripción interesante del problema en el libro de Douglas Self "Audio Power Amplifier Design Handbook", pero lo mas relevante de lo que querés tratar no tiene que ver con el audio sino con la EMI, ya que lo que genera la "conmutación" de los diodos es RF...tanto más cuanto mas alta es la corriente que circula...y parece que poniendo capacitores de 100nF zafás bastante, pero el problema no es audible...

 

[diegomj1973]

Estuve investigando, mediante numerosas simulaciones, qué parámetros afectan la THD y la composición de la distorsión en mi diseño y llegué a verificar que aumentando hasta determinados valores la corriente de drain la THD disminuye, pero aumentando aún más la corriente llega a un punto donde comienza nuevamente a aumentar la THD. Parece indicar que hay un punto "óptimo" donde la THD es mínima. Todo esto lo hice para las mismas condiciones de tensión de señal de entrada (2 Voltios RMS) y f = 1 KHz y una misma carga nominal de salida (normalmente 8 ohmios). No llegué aún a verificar por simulaciones qué parámetros afectan la composición de la distorsión (si es mayormente la característica intrínseca de transferencia del mosfet ó del mosfet más todos sus componentes asociados). Otra cosa que me falta verificar mediante simulaciones es si cambiando de dispositivos (mosfet) bajo las mismas condiciones estáticas de polarización arrojan distintas medidas de THD y composición de la distorsión.

Ni bien disponga de resultados concretos, los subo.

En la práctica, dispongo del IRF3205 y del IRF840 (que actualmente estoy usando).

¿Se podrá usar el "TRUE RTA audio analizer" para medir eficazmente y precisamente algún parámetro de los que estoy buscando? Si alguien lo usó favor comente y comparta.

Saludos y nos vemos en breve

Como primeros resultados para mi diseño encuentro:

La mínima THD obtenible para una carga nominal de 12 ohmios (luego con tiempo calcularé para otros valores más "normales" como 6, 8, 16 y 32 ohmios) y una tensión de entrada de 2 V RMS y 1 KHz es de menos de 0,003 %. Todo esto para corrientes de drain de aprox. 3,6 A que obliga a sustituir los LM7xxx por reguladores de al menos 5 A de corriente máxima admisible, sustituir el LM317T por algun mosfet configurado como fuente de corriente constante y redimensionar evidentemente los disipadores. Es un cambio prácticamente total de diseño!. Por encima de 3,6 A empieza a crecer nuevamente la THD. Se empleo modelo del IRF840. Probablemente para otros mosfet esta corriente o "punto óptimo" varíe bastante. Tener presente que la potencia en reposo del mosfet ascendería a valores de hasta 28,8 W (es decir, 8 V x 3,6 A). Actualmente está en el orden de los 4 W (8 V x 0,5 A), que junto a la potencia de los otros componentes ya es mucho para disipar!!!.

 

[diegomj1973]

La mínima THD obtenible para una carga nominal de 8 ohmios y una tensión de entrada de 2 V RMS y 1 KHz es de menos de 0,01 %. Todo esto para corrientes de drain de aprox. 4,5 A. Por encima de 4,5 A empieza a crecer nuevamente la THD. En la simulación se seteó 16 como número de armonía (aunque aumentando este valor hasta 160, por poner de ejemplo, hace que la THD resultante sea tendiente a un valor de 0,0078 %, producto de la inclusión de más términos en la ecuación resolvente).

No he probado aún que es lo que sucede si colocara dos o más mosfet en paralelo (con o sin ecualización de polarización).

 

[diegomj1973]

Aca les traigo algunos datos resultado de simulación correspondiente a mi diseño:

Ripple de fuente 168,5 mV de pico a pico antes del regulador.
Rechazo de ripple de fuente de alimentación del amplificador de corriente (medido en la salida al parlante o source del mosfet): 864,4 veces ó 58,7 dB a f = 100 Hz (correspondiente a la frecuencia fundamental de la señal de ripple en la salida del puente rectificador o entrada al regulador). Como dato adicional a f = 1 KHz es de 64,6 dB.
SVR del regulador LM7808 (Supply Voltage Rejection) 62 dB ó 1258,9 veces a f = 100 Hz para Vi entre 11,5 y 21,5 Voltios. Extraído del datasheet.
Supone entonces un ripple de salida en el regulador LM7808 de 133,8 uV de pico a pico.
Según el datasheet del LM7808 el Output Noise Voltage es 40 uV máximo.
Es decir, que el ripple de alimentación del amplificador de corriente (en cuanto a amplitudes hablando) tiene valores comparables a los de ruido propio de salida del regulador.
Con todo esto en mente, sin considerar todavía el ruido propio generado por el IRF840 y sus componentes asociados, podemos estimar que la relación de señal de salida máxima (digamos de 2 V RMS) al ripple de salida del amplificador de corriente debida a la alimentación, más el ruido propio del regulador reflejado en la salida del amplificador de corriente, puede aproximarse a los 87,2 dB. Tener presente que la salida del amplificador puede adoptar amplitudes de señal de hasta unos 4,3 V de pico máximo sin que el LM317T deje de funcionar adecuadamente (8 V menos 1,25 V menos 2,45 V necesarios para que regule el LM317T), con lo cual la relación antes mencionada puede aumentar hasta los 90.8 dB.
El ruido propio de salida del regulador LM7808 se adoptó como de valor eficáz o de un valor pico a pico de 113,1 uV.
Me queda definir aún el ruido propio del IRF840 y sus componentes asociados, incluso el del LM317T.

Si alguien opina que puede agregarse algo o corregir cálculos o suposiciones, bienvenido.

 

[diegomj1973]

Para corregir: En el cálculo anterior de la "relación de señal..." olvidé agregar los 58,7 dB de rechazo de fuente de alimentación del mismo amplificador de corriente.

Saludos

Los correctos valores de relación serían de 145,9 dB y 149,6 dB respectivamente.

El rechazo al ripple de la alimentación negativa (LM7908) visto en la salida del amplificador de corriente es de 68,4 dB. Es 9,7 dB mayor al rechazo de ripple de la alimentación positiva (LM7808). Esto implica atender mayormente al diseño del filtrado del regulador positivo más que al del negativo.

A modo de pruebas de simulación, el rechazo al ripple de alimentación visto en la salida del amplificador de corriente (tanto para la alimentación positiva como para la negativa) aumenta en aproximadamente 6 dB a partir de frecuencias de ripple por encima de 100 Hz hasta frecuencias comparables al límite superior del espectro del rango audible (16 KHz). Luego, hay una pequeña reducción del rechazo al ripple, para frecuencias bastantes más altas (digamos 100 KHz).

Algunas fotos de las últimas modificaciones. El agregado de una aleta disipadora adicional (que ya había comentado anteriormente) y el agregado del capacitor de 1000 uF en la salida del LM7808.

Producto de las simulaciones descubrí que agregando un capacitor de alrededor de 2,2 uF en paralelo a la resistencia de 1K8 (en la red de polarización fija de gate) se reduce la PSRR del amplificador de corriente de mi diseño en aprox. 8,6 dB; todo esto sin prácticamente alterar el parámetro de THD e incluso mejorando muy ligeramente la distorsión de 2da. armónica y la 3era. principalmente en la banda baja de frecuencia (entre 1 y 100 Hz). Valores de capacidad menores o mayores a 2,2 uF hacen que el rechazo sea tendiente a los valores antes dados (58,7 dB). Todo esto lo estaré implementando en la práctica en breve. Luego, comento resultados.

 

[diegomj1973]

A raíz de distintas pruebas de simulación en mi diseño encontré que para, por ejemplo, cuando Vi = 2 V RMS; fi = 1 KHz; Impedancia nominal parlante = 12 ohmios (los que actualmente estoy usando, es decir, 2 x 6 ohmios cada uno en serie); la THD puede reducirse a 0,057 % de los 0,185 % originales haciendo solo un par de modificaciones de valores de componentes:

-La resistencia R3 marcada en mi esquema como de 200 K (dos de 100 K en serie en mi circuito) se modifica a 270 K.
-El capacitor C21 y C22 (5,6 uF + 100 nF en paralelo, es decir, 5,7 uF en total) se reemplazan por uno solo de 47 nF, con lo que la frecuencia de corte inferior a -3dB aumenta a 12,37 Hz (que si bien puede resultar un poco alta, la podemos tomar como aceptable aún). Esto mejora sensiblemente la distorsión de 2da. armónica a -108.7 dB (1 Hz) y -80.4 dB (16 KHz) y la de 3era. armónica a -157,4 dB (1 Hz) y -84.8 dB (16 KHz)

Pronto estaré implementando estos cambios en el circuito

Espero comentarios de quienes lo hayan podido implementar

Saludos

 

[diegomj1973]

He implementado en mi circuito del amplificador de corriente todas las implementaciones de mejora resultado de las simulaciones por computadora que no supongan cambios radicales de diseño y debo afirmar positivamente que los cambios se notan evidentes al oído (no solo los míos sino a los de mi esposa, como invitada "crítica no técnica") principalmente en la gama media de frecuencias donde las voces toman su total protagonismo. Las voces, si bien originalmente me cautivaban aún más que frente a comparativas con el amplificador JLH utilizando los mismos parlantes, debo afirmar que ahora son extremadamente limpias (EVA CASSIDY, HAYLEY WESTENRHA, EMMA SHAPLIN, etc.) y me cuesta dicernir de una voz en vivo. Por los graves, puede que de acuerdo a los bafles con los que estoy auditando, no resulten muy impactantes y secos más sabiendo que el damping factor está en torno a los 30 (12 ohmios de impedancia nominal de parlantes y unos aprox. 0,4 ohmios de Z out). Noto algo de variantes tímbricas del amplificador con distintos tipos de parlantes probados.

Los cambios hechos son:

-Capacitores snubber en puentes rectificadores (no verificado con instrumental adecuado si producen mejoras de algún tipo, ya sean audibles, de RF, etc. etc.). De capricho, nomás.

-Capacitor de 1000 uF en paralelo a la salida del LM7808. No verificado con instrumental aún. Debiera bajar los tiempos de un rápido suministro de corriente adicional de alimentación positiva al amplificador producto de que la corriente en el rail positivo varía conforme a la señal de audio de entrada. La corriente de alimentación positiva es de un valor medio de 500 mA más algo superpuesto variable de acuerdo a la señal de audio de entrada. Para esa señal superpuesta es que coloco ese capacitor.

-Capacitor de 2,2 uF + 100 nF (en paralelo estos dos) en paralelo a la resistencia de 1K8. No verificado con instrumental aún.

-Aumento de la resistencia de 200 K a 270 K y cambio de C21 y C22 por un único capacitor de 47 nF. Muy recomendable y muy notorios los cambios (a oído y no solo propios!). Empiezo a entender porqué en muchos foros internacionales daban radical importancia a los valores y tipos de capacitores de paso de señal. Saqué un electrolítico y un cerámico en paralelo por otro que se utilizaba en un circuito de RF (no me pregunten qué tipo de capacitor es!), pero lo tenía a mano y del valor que precisaba y realmente se nota la diferencia.

-Agregado de una aleta en L a los disipadores. Todo sigue muy caliente todavía y para mi disgusto!. ¿Porqué no se puede conseguir disipadores grandes en las casas de electrónica en Argentina?. ¿Es que nadie hace circuitos de alta potencia acá?. UHMMMM.

 

[diegomj1973]

Como resumen y cierre de mi diseño les acerco una tabla con valores de distorsión armónica total simulado a varias frecuencias del espectro para el diseño final (con las modificaciones implementadas), para Vi = 2V RMS y carga de 12 ohmios nominales:
Frecuencia (Hz) Distorsión armónica total (%)
1.6 0,311
4.0 0,301
10.0 0,250
16.0 0,209
40.0 0,537
100.0 0,565
160.0 0,370
400.0 0,105
1000.0 0,0568
1600.0 0,0582
4000.0 0,0607
10000.0 0,0614
16000.0 0,0617
40000.0 0,0633
100000.0 0,0719
160000.0 0,0856

Espero comentarios de quien lo haya podido implementar y así discutir técnicamente su desempeño, que creo en lo personal es muy bueno, principalmente en la década comprendida de la voz (400 Hz a 4000 Hz) e incluso en la parte alta del espectro.

Estoy buscando info acerca de la conveniencia o no de usar mosfet de compuerta lateral en lugar de mosfet de compuerta vertical. Si alguien dispone de info confiable les agradecería subirla para compartirla y discutirla. Parecería a primera vista que los mosfet de compuerta lateral son hechos principalmente para aplicaciones de audio, (ojo, por lo muy poco que pude leer y entender sobre este tema).

Gracias y Feliz Año 2011!!!!

 

[diegomj1973]

Aca les dejo unas curvas obtenidas por simulación de THD en función de la frecuencia para distintas impedancias nominales de carga para el circuito por mi diseñado y con todas las implementaciones de mejoras comentadas.