Amplificador de Audio Clase D Experimental Discreto



En esta nota traeré un amplificador de audio en Clase D realizado completamente con componentes discretos, si bien no es lo mas recomendable, la idea de este proyecto es netamente educativa para comprender el funcionamiento de un amplificador Clase D y montar un pequeño circuito experimental que funciona correctamente con una potencia reducida (también una tensión y corriente reducida, en nuestra practica el consumo de fuente ha sido menor a los 500mW - 5.5V).
Este circuito podríamos dividirlo en dos bloques:
1) El generador de diente de sierra
2) El comparador
En base a estos dos bloques generaremos una salida PWM
Básicamente y resumiendo un poco todo, no es mas que un generador PWM de ciclo de trabajo variable en función a la tensión de entrada (en este caso el audio).
Entonces si logramos modificar el ciclo de trabajo con el audio, entonces tenemos todo resuelto ya que luego el PWM sera aplicado a una etapa de potencia capas de alimentar un pequeño parlante.
Podremos ver en el vídeo que la generación de PWM y la variación del ciclo de trabajo dependiente del audio es correcta, por ende el rendimiento y potencia de salida son trabajo de la etapa de potencia (driver FET, MOSFET de salida y circuito LC), es decir, si contamos con un buen driver FET casi que tendríamos todo resuelto pero en este caso no tengo ninguno por ello he utilizado el 4011 como inversor para mejorar un poco la señal, entonces desde aquí es donde veremos que la potencia de salida no es muy grande, pero es solo por este motivo.



El circuito propuesto posee como generador de PWM un 555 para generar una señal diente de sierra que se logra mediante una fuente de corriente constante en base al transistor PNP, esta fuente de corriente constante cargara el capacitor forzando la curva del mismo a que sea una recta. De esta manera obtendremos una buena señal de diente de sierra. 
Luego nos encontramos con el comparador donde usaremos un LM393 pero podría ser cualquier otro comparador (Recomiendo que sea un comparador y no un amplificador porque la velocidad de respuesta es mucho mayor en el comparador).
De esta manera nos quedara la entrada no inversora donde ingresaremos el audio, que por un problema de niveles de tensión hemos amplificado un poco con el LM386 (pero esto depende de que nivel de amplitud ingresen), Al mismo tiempo tenemos un potenciometro de ajuste de "offset" para la señal de entrada. 
Con este potenciometro le diremos al circuito que tan arriba o abajo se encuentra la señal de audio en el comparador, esto nos dará como resultado mas o menos variación en el PWM lo cual influye directamente en el nivel de señal PWM de salida y por ende en el recorte de la señal de audio produciendo una posible distorsión. Se recomienda ajustar este potenciometro al mismo momento en el que se esta reproduciendo audio para realizar el ajuste audible.
Luego encontraremos un circuito digital 4011, son compuertas NAND, no es necesario que sean estas compuertas, en realidad solo necesitamos inversores o compuertas NOT, pero como tenia este integrado a mano convertí las NAND en NOT.
Esto es necesario por dos motivos, primero porque necesitamos una salida Q y otra !Q (negada), entonces de aquí la utilidad de estas compuertas, pero a su vez también nos servirá como "driverFET" de bajo costo, aunque no reemplaza un verdadero driverFET pero funciona.
Luego de estos, directamente tenemos la salida TotemPole con los dos NMOS de potencia (no es necesario que sean de potencia, realmente no calientan ni consumen mucha corriente). 
Por ultimo tendremos el filtro LC que podremos calcular en función de la frecuencia del 555.
En mi caso el 555 se encuentra oscilando a unos 42kHz


19 comentarios:

  1. Hola Sebas. Me encantan todos estos circuitos con audio.

    ¿Qué integrados driver FET específicos usarías?

    ¿Se podría usar como driver FET un NPN y un PNP push-pull, o no hay gran diferencia en comparación con 4011?

    Gracias y saludos.

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    1. Hola buen dia!
      Justo ayer me ha llegado un pedido de LCSC con 3 tipos diferentes de driverfet que voy a hacer en varios videos!
      Podes usar un pushpull pero la verdad es que lo ideal es usar un driverfet...
      Saludos

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    2. Hola de nuevo Sebas.

      De estos drivers FET ¿cuál utilizarías para el amplificador Clase D?
      IR2103
      IR2110
      IR2111

      Gracias y saludos.

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    3. Podes usar cualquiera, aunque el IR2111 es mas simple y trabajas solo con PWM.
      Tengo que hacer el video de la review de los driverfet. quiero terminar la carga electronica para seguir con eso, sinceramente... tengo que subir dos videos por semana para hacer todo lo que quiero, pero no me da el tiempo la verdad
      Saludos!

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    4. Gracias Sebas. Sin prisas, somos pacientes, jejeje.
      Iba a hacer un pedido de alguno de ellos, pero todos son en lotes de 10 uds, y tampoco quería comprar a lo loco para luego tenerlo arrimado en un cajón.
      Esperaré a que subas el vídeo para comprar el más adecuado o quizás el más versatil.

      Muchas gracias y saludos.

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    5. Bueno, creo que ya tengo que hacer este video!, aparte para auspiciar un poco a LCSC, por suerte no son tan perseguidores como PCBWay que me volvian loco.
      Saludos.

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  2. Hola, se puede usar 7404 en lugar de 4011 ?, gracias.

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    1. Hola, si claro, solo he utilizado ese porque es el que tenia, pero en definitiva estaba construyendo compuertas NOT.
      Saludos

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  3. Hola amigo me encantan tus vídeos súper adictivos abordando este tema, saludos desde Guatemala y de ante mano gracias por tu timepo.

    Quiero consultarte algo en el circuito del ampli clase D que desarrollaste lo estoy replicando pero resulta que el MOSFET con la la entrada del gate no negada (el que se conecta el Drean a 5 voltios) se está calentando un poco eso y el de la entrada del gate negada no.? Que podrá ser y además tengo una salida muy distorsionada será por el filtro LC de salida?

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    1. Hola analizando el circuito creo que el MOSFET de la parte baja no funcionaria. Para que funcione se debería conectar el parlante a un virtual ground (no se si este es el término correcto) esto se hace con dos electrolíticos en serie, en este caso desde +5v a ground, y en el punto medio de estos se conectaría.
      Si me equivoco que alguien me lo corrija ya que no soy un experto en la materia, solo tocó de oído jeje.
      Por otra parta muy bueno el canal y gracias por los aportes y dedicación. Saludos.

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  4. muy interesante aprtendi mucho hoy una consulta quiero hacer un amplificador subwoferr para mi auto que funcione a 12 vcc talves tienes algun diagrama de antemano gracias

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  5. Hola no es mejor que el Oscilador este en una frecuencia mas alta, para que se escuche mejor ? muy bueno la explicación.

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  6. Excelentemente explicado ; sobretodo por como esta desarrollado y la posibilidad de usar un tl494 o irs2092 . lo bueno seria que que diseñes uno que pueda ser lo mas sencillo posible , tanto el circuito como el pcb y con la posibilidad para diferentes tensiones de alimentación , en función de la potencia que pueda obtenerse .solo faltaría agregarle en lo posible ;y mas si cumple con calidad HI-FI , una salida para auriculares , de 8 a 32 ohms

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  7. Buenas noches,
    como hizo para la calcular la frecuencia de la señal diente de sierra?
    que formula utilizo?

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  8. Hola ...alguna se puede potenciar??? me gustaria una v2

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  9. Recién descubro este blogspot, muy bueno!!👏🏼👏🏼
    Llevo 20 años trabajando en Electrónica y los últimos 8 dedicándome a la reparación de potencias clase D (Taramp's, SounDigital, etc)
    Mi duda pasa por comprender un aspecto teórico que se traspola a la práctica, y está en el circuito LC de salida.

    ¿Por qué al variar la inductancia o la Capacidad varía también la corriente de reposo del amplificador, obligando a usar una bobina de inductancia concreta y capacidad concreta para cada amplificador? Y sin embargo al realizar ensayos en emuladores, como el everycircuit no se aprecian esos cambios en el consumo.

    Espero se entienda mi duda.

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  10. Hola!!! desde el año pasado que miro tus videos y son espectaculares. Entiendo poco de electrónica desde lo teórico, pero puedo leer los esquemáticos (conecto todo sin protoboard). Quería hacer un preamp para electret con alimentación de baterías Cr2032 de 3v, no tenés un diagrama para esa alimentación?

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  11. Hola Sebas.. tengo una incógnita.. poseo un amplificador clase D. (Es lo que llamamos potencia de audio,pero según lo que pude ver y por manuales de servicio es un clase d en fin).
    Lo tengo ahí acobachado pero quisiera ponerlo en marcha fuera del vehículo. El tema es que es una amplificador de unos 2000w (boss serie chaos 1000),una bestia. Tiene un fusible de protección de 80 amp. Así que a lo que quiero llegar es a esto.. que opinas.. llegar a diseñar una fuente switching 12v 80 amperes. Sería algo viable? O busco otra forma que me recomendarías, mil gracias

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  12. Hay quiero corregir algo del mensaje anterior ... quise poner que era una potencia de automovil... identifique que es un clase D

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