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Amplificador Audio
PWM
Un día
navegando por la tienda de Aliexpress encontré un circuito
amplificador que prometía mucho:
AMPLIFICADOR DE POTENCIA DE Audio
estéreo Digital TPA3110 XH-A232, placa de 30W + 30W, 2,0
canales, CC de 8-26V, 3A, C6-001
Los que tenemos unos años, y hemos realizado algún que otro
amplificador de audio, sabemos que debemos colocar disipadores
para proporcionar esa potencia, y según el anuncio no hacía
falta, o servía uno pequeño.
Mis dudas eran muchas hasta que lo probase, además su precio no
llegaba a 3€ con portes.
Una vez pedido y recibido, lo probé.
Me sorprendió lo pequeño que era el el circuito junto con el
disipador. Lo alimenté todo con un alimentador de 12V procedente
de un viejo módem, y cual fue mi sorpresa lo bien que sonaba, y
lo poco que se calentaba a una potencia considerable. Tenía que
averiguar el misterio del circuito.
El misterio es que era un: Stereo Amplifier Family Class-D
.
Se transforma la señal de audio en una señal digital PWM ,
con una frecuencia alta, entre 200KHz y 500KHz.
En la salida al altavoz se coloca un filtro de alta
frecuencia para solo dejar pasar el componente de audio.
Si solo se quiere utilizar una sola alimentación, se utiliza
un puente en H.
Con la conmutación rápida conseguimos que la
perdida en calor sea muy baja, cuando la I es alta, el V es baja
y a la inversa. Además al utilizar transistores MOS conseguimos
una menor caída de tensión, y por lo tanto una perdida en calor
mínima.
Mi intención en este proyecto es realizar algo parecido con
componentes normales.
Lo primero es realizar una onda en forma de diente de sierra de
una frecuencia de alrededor de 200KHz
Para este trabajo no me he complicado mucho, utilizo un 555.
He de decir que en el circuito final, he eliminado la linealidad
de la onda, eliminando la parte de la corriente constante,
transistor y zéner. Aunque afecta a linealidad de la onda, no es
demasiado apreciable al oído.
Para generar la onda PWM debemos comparar la onda de diente de
sierra con la señal de audio, y para esto utilizamos un
amplificador operacional del tipo comparador. He probado con un
integrado LM324, pero no funciona, este tipo de integrados está
preparado para funcionar a frecuencias de audio, pero al
intentar comparar señales de frecuencias de 200KHz no lo hace
bien, debido a los circuitos de realimentación interna.
Para comparar las señales he utilizado el CHIP LM393.
El circuito final queda de la siguiente forma.
La señal PWM controla un transistor tipo Darlington, que a su
vez hace sonar el altavoz a través de un filtro LC.
El circuito funciona, pero como solo funciona en una sola parte
de la onda, el consumo es grande si no se ajusta muy bien.
Debemos ajustar el ancho de la onda al mínimo, sin que se
produzca distorsión.
Ahora utilizaremos un punte en H . Para este propósito
utilizamos el
CHIP MX1616 , preparado para motores.
Utilizamos un inversor 4049 para invertir las señales del puente
en H .
Aquí ya ajustamos la onda para que en modo reposo, los periodos
alto y bajo sean iguales.
Circuito de pruebas montado.
El resultado es bastante bueno sin demasiados ajustes, y los
componentes no se calientan.
Los que tenemos algunos años, nos parece asombroso este tipo de
amplificadores, además de hacernos ver que la electrónica tiene
muchos caminos para conseguir un propósito.
Saludos.
Juan Galaz
Bibliografía:
https://es.wikipedia.org/wiki/Amplificador_Clase_D
http://www.electronicworld.com.mx/uncategorized/circuito-generador-de-senal-pwm-con-amplificadores-operacionales/
http://hifi.vije.net/classd/Site/Aaron_site/clased_PWM/amplificador_de_clase_d_en_modo_pwm_mx.html
https://www.maximintegrated.com/cn/design/technical-documents/app-notes/3/3977.html
http://electgpl.blogspot.com/2019/04/amplificador-de-audio-clase-d.html