Amplificator clasa D cu MAX9709

[Mircea]

Mai mult ca sa vad ce iese am facut acest amplificator cu MAX9709. Am urmat schema din kit-ul de evaluare de pe site-ul Maxim.Nu m-a interesat sa obtin un aplificator cu distorsiuni de 0,00001%, ci doar sa vad cum functioneaza o clasa D, strict din punct de vedere randament termic.Pot posta schema si PCB (daca intereseaza pe cineva), dar informatia de baza e aici:http://www.maximintegrated.com/en/products/analog/audio/MAX9709.html/tb_tab0Cum nu pot lucra in 4 straturi, l-am facut in 2, incercand pe cat posibil sa respect aranjamentul din kit-ul de evaluare. Unele piese sunt de marimi diferite si asta a contat in conceptia PCB-ului. Am optat pentru varianta cu filtre pe iesiri, dar am posibilitatea sa le si ignor. Modul stereo, cu protectia termica conectata pe intrarea de shut-down.L-am atacat cu maximum 1.8Vpp si 1kHz. Sursa de semnal este cea realizata de Roman Black, deci una sintetizata de un PIC. Am un oscilator Wien (d-ala cu bec) in lucru.La peste 1.5Vpp ii aduc iesirea in clipping (peste 30Vpp) si incepe sa se incalzeasca chipul peste nivelul de suportabilitate al buricului degetului . Cu toate ca-i mult sub 25W.O sa-l testez si 20-20kHz doar ca sa vad cum se comporta.Testele (vezi pozele mai jos) sunt facute cu 1Vpp ca sa am 18Vpp la iesire corespunzand amplificarii programate de 25dB. Chipul este usor caldut la 18Vpp iesire, fiind cam 5W pe 8 ohm (rezistiv). Chipul are pad-ul cositorit de planul de masa (pe spatele PCB-ului). Cum nu puteam sa-l lipesc (mod manual), am gaurit PCB-ul exact sub chip si am umplut cu fludor pana am ajuns la folia de cupru de pe spatele PCB-ului.Consuma cam 420mA la 18,5V alimentare asimetrica, pe un singur canal, in conditiile de mai sus.E primul meu "D" si deci imi pun intrebari cand vad 200kHz de amplitudine 300mV pe iesire. Mai grav este fara filtru, avand acel semnal de 38.8Vpp. Oare ii dauneaza difuzorului?Uite cum arata iesirea, cu intrarea in scurt si sarcina de 8 ohm conectata, inainte de filtrul de iesire:Si dupa filtru:Iesirea cu intrarea 1Vpp (1kHz):Si zoom pe forma de unda de 1kHz:Poze cu amplificatorul:

Edited December 30, 2014 by thunderer

[zal]

Nu merge lipită în plus o bucată de tablă de cupru sau alamă sub integrat? Atît cît să nu atingă alte trasee. Iar pe integrat merge un radiator de la memoriile video. Nu merge filtrat mai mult semnalul la ieşire?

[Mircea]

Pot lipi pe spate un radiator, fiind planul de masa. Vreau sa-l aduc in protectie termica intai. Iesirea de protectie actioneaza pinul de shut-down. Sper sa nu crape la cat am lipit la el.Cred ca se poate face ceva pe iesirea aia. Am folosit exact schema din kitul de evaluare. Nu ma asteptam sa vad cei 200kHz acolo. Sincer sa fiu, nici n-aveam idee cum ar fi trebuit sa arate iesirea cu intrarea in scurt. D-aia am si intrebat pe forum.Am mai facut ceva teste intre timp. Este foarte liniara iesirea de la 50Hz pana pe la 8-9kHz, apoi scade cam 10% pe la 10kHz, culminand cu scadere de 60% la 20kHz. O sa public informatia in noul An (in atenuare in dB). In plus, il apuca incalzirea dupa 10kHz chiar daca nu maresc semnalul de intrare.

[zal]

Depind rezultatele şi de ce înţelege firma prin ''PC/HiFi Audio Solutions''.

[Mircea]

Revin cu teste noi.

 

Raspuns in frecventa. Am aplicat semnal sinusoidal de 0.42Vrms cat sa iasa 5,03Vrms la iesire (cam 3W cu racirea ca in pozele de mai sus). In pofida incercarilor mele sa obtin amplificarea de 25dB, tot in jur de 22dB imi da. Renunt sa inteleg de ce...

 

Iata cum raspunde la semnal sinusoidal.

 

Am incercat si cu semnal dreptunghiular. Sursa mea de semnal poate asa cum se vede in poze. Am avut un handicap in a-i oferi amplificatorului un semnal de 10kHz care sa arate dreptunghiular. Am testat la 1, 5 si 7kHz, dupa cum se vede mai jos.

 

1kHz

Intrare:

Iesire:

5kHz

Intrare:

Iesire:

7kHz

Intrare:

Iesire:

 

 

[zal]

Oricum, chiar dacă forma de undă la intrare e ciudată, ar fi trebuit să iasă cît de cît identic cu ce intră în amplif.

[Guest]

Deci dupa cum spuneam, o data cu cresterea frecventei, forma de unda de la iesire nu mai "respecta" originalul, adica bagi dreprunghiular, iese dreptunghiular rotunjit, tinzind spre sinusoial la peste 10-12kHz.

 

2 intrebari am, in defapt 3:

 

Ce frecventa ai la iesire inainte de bobina de filtru?  Spuneai ceva de 200kHz?

 

Ce valoare are inductanta de la iesire?

 

Ce valoare are condensatorul de dupa bobina de iesire catre masa?

[Mircea]

Aproximativ 196kHz e frecventa purtatoare.Filtrul de iesire e format din 33uH + 470nF. Ar trebui sa taie la 40kHz pe o sarcina rezistiva de 8ohm. Oricum, mai trebuie lucrat la filtru caci nu taie cum trebuie. Nu l-am pus pe difuzor inca, doar pe sarcina rezistiva.Schema (valorile componentelor) e exact cea din kitul de evaluare de la Maxim.@Zal, pai e aceeasi forma de unda, doar mai rotunjita.LE: nu ma supara raspunsul in frecventa. 14kHz la -3dB e OK la cat mai aud eu .

Edited January 12, 2015 by thunderer

[zal]

Ca să fac o glumă, e un formator de semnal sinusoidal, orice bagi la intrare e transformat în sunet curat, ceea ce nu se poate spune despre alte amplifuri.

...............

Probabil cu două - trei celule de filtrare la un prag mai sus se obţine o curbă mai bună. Sau atît poate integratul, e varianta cea mai pesimistă.

[Marian]

Initial as fi zis ca problema este o comanda deficitara a mosfetilor de pe iesire, dar nu e asa, frecventa lor este fixa, ceea ce se afecteaza este umplerea in cazul lor, daca la frecventa mica a semnalului iesirea arata cat de cat ok atunci nu la comanda mosfetilor este problema, probabil tot undeva intern, poate la diferentialul de pe intrare, oricum in nici un caz nu poate fi considerat Hi-Fi, nu atunci cand deformeaza atat de dur semnalul, e mai degraba ceva micsorat la maxim dar cu compromisuri majore la capitolul performanta...sau cel putin asta este parerea mea, eu unul nu vad ce ai putea face extern ca sa ameliorezi acele oscilograme, nu cred ca LC-ul de pe iesire ar putea deforma atat de mult semnalul.

[Mahdi]

Legat de problema termica, daca te uiti in linkul dat de tine, exista un layout de "evaluare". Acel layout este facut in 4 straturi. Eu inteleg ca tu nu ai cum sa faci acasa in 4 straturi si asta inseamna ca acest integrat nu poate fi folosit pe layouturi facute in regim amatori. Daca observi, integratul are un pad mare intre pinii de semnal. Acel pad este radiatorul integratului (cred ca stii si tu asta). Integratele SMD "de putere" se racesc prin placa. Asta inseamna ca tu ar trebui sa ai un pad pe partea pe care montesi integratul, pad pe care trebuie sa lipesti integratul, pad care ar trebui sa aiba in el multe via conectate pe un plan de racire de pe partea cealalta a pcb-ului. Tu in regim de amator nu ai cum sa faci via. Deci problema cu racirea nu prea ai cum sa o rezolvi. Incearca sa refaci layoutul, iti recomand chiar 4 straturi, inspirat din ce au facut ei pe eval board, incearca sa il faci industrial si e posibil ca si formele de unda sa se imbunatateasca.

Bafta

[nico_2010]

Aproximativ 196kHz e frecventa purtatoare.Filtrul de iesire e format din 33uH + 470nF. Ar trebui sa taie la 40kHz pe o sarcina rezistiva de 8ohm. Oricum, mai trebuie lucrat la filtru caci nu taie cum trebuie. Nu l-am pus pe difuzor inca, doar pe sarcina rezistiva.Schema (valorile componentelor) e exact cea din kitul de evaluare de la Maxim.@Zal, pai e aceeasi forma de unda, doar mai rotunjita.LE: nu ma supara raspunsul in frecventa. 14kHz la -3dB e OK la cat mai aud eu .

in primul rand felicitari pentru lucratura ingrijita.

In al doilea rand: bobinele pe care le-ai folosit nu sunt de 33uH (marcaj 330) ci de 33mH (marcaj 333). Cred ca de aici ti se trag multe din probleme.

Spuneai ca nu obtii mai mult de 22dB amplificare. Ca urmare imi dau cu parerea (uitandu-ma pe foaia de catalog a kitului): ai conectat cumva pinul 28 la masa si pinul 29 la Vdd?

Edited January 13, 2015 by nico_2010

[Guest]

Initial as fi zis ca problema este o comanda deficitara a mosfetilor de pe iesire, dar nu e asa, frecventa lor este fixa, ceea ce se afecteaza este umplerea in cazul lor, daca la frecventa mica a semnalului iesirea arata cat de cat ok atunci nu la comanda mosfetilor este problema, probabil tot undeva intern, poate la diferentialul de pe intrare, oricum in nici un caz nu poate fi considerat Hi-Fi, nu atunci cand deformeaza atat de dur semnalul, e mai degraba ceva micsorat la maxim dar cu compromisuri majore la capitolul performanta...sau cel putin asta este parerea mea, eu unul nu vad ce ai putea face extern ca sa ameliorezi acele oscilograme, nu cred ca LC-ul de pe iesire ar putea deforma atat de mult semnalul.

 

 

Tocmai Marian, L/C-ul de pe iesire deformeaza asa de mult semnalul de pe iesire.

 

Am avut experimente, teste si chiar am facut amplificator in clasa D, de acolo se trage problema la forma semnalului de la iesire, cu timpi de crestere si cadere foarte slabi (mari).

 

Atenuarea filtrului L/C incepe cam de la 5-7-10kHz depinzind de frecventa PWM si implicit de valoarea inductantei la iesire, cu cit inductanta de iesire este mai MICA, impicit frecventa PWM mai mare, cu atit atenuarea incepe de la o frecventa mai mare, si forma semnalului de la iesire este MAI BUNA.

 

Iata aici un amplficator profesional,  cu PWM la 250kHz cum incepe si strica forma de unda o data cu cresterea frecventei de test inspre 7-10-15-20kHz, vezi de la minutul 11:30 in special la minutul 12:50

 

https://www.youtube.com/watch?v=gYSUsRi880A

 

 

 

 

in primul rand felicitari pentru lucratura ingrijita.

In al doilea rand: bobinele pe care le-ai folosit nu sunt de 33uH (marcaj 330) ci de 33mH (marcaj 333). Cred ca de aici ti se trag multe din probleme.

Spuneai ca nu obtii mai mult de 22dB amplificare. Ca urmare imi dau cu parerea (uitandu-ma pe foaia de catalog a kitului): ai conectat cumva pinul 28 la masa si pinul 29 la Vdd?

 

Nico, daca acele bobine aveau 33mH (si pe mine m-a mirat marcajul cu 333), cu condensator de 470nF, nu cred ca pe oscilograma mai avea ceva peste 5000Hz audio iar palierele erau rotunde.

[nico_2010]

Ia uitati-va ce scrie producatorul: "

"Output Filter

The MAX9709 does not require an output filter. However,

output filtering can be used if a design is failing radiated

emissions due to board layout or cable length, or the

circuit is near EMI-sensitive devices. See the MAX9709

evaluation kit for suggested filter topologies. The tuning

and component selection of the filter should be optimized

for the load. A purely resistive load (8Ω) used for lab test-

ing requires different components than a real, complex

load-speaker load."

[Mircea]

O sa pun PCB diseara (ora Canadei) si restul documentatiei. Am pad sub MAX. In mijlocul lui e o gaura de 3mm ca sa pot suda cu fludor. Astfel e lipit de pad si de planul de masa de dedesubt. D-aia si bumbul ala de fludor in mijlocul PCB. Poate am exagerat crezand ca e prea cald. Inductanta e MSS1278-333MLB de 33uH +-20%. Aceasta serie 1278 merge pana la 1mH. 28 si 29 sunt legate la Vdd.Tot nu inteleg: filtrul taie la 40kHz, de ce atata atenuare la 10kHz?