He hecho un circuito de altavoces simple. Suena (al menos para mí) sorprendentemente bueno (aunque un audiófilo probablemente gritaría en voz alta y huiría). Actualmente me he encontrado con un problema.
Para aumentar el volumen y aumentar la calidad del audio (hacer que los altavoces compartan la carga), he probado diferentes configuraciones para cuatro altavoces, paralelos a todos, serializando y paralelo dos serialed por los otros dos. Agregar altavoces en serie solo tiene un buen efecto en la calidad del audio, pero tan pronto como uso cualquiera de ellos en paralelo, la calidad del audio se vuelve notablemente más ruidosa / distorsionada. Realmente no entiendo por qué. Que esta pasando? Quiero poder conectar altavoces paralelos porque serializarlos es bueno para la calidad de audio, pero disminuye el volumen, y eso es un problema, especialmente si desea usar aún más altavoces.
Una solución "simple" sería aumentar la fuente de alimentación para poder conducirlos con voltajes más altos, pero tengo un poco de miedo de eso: P y también ejercería más presión sobre los componentes involucrados. El uso de un amplificador operacional de riel a riel podría mejorar un poco la situación, pero aún habrá una pérdida de voltaje en los BJT push-pull (supongo), y no tengo ninguna operación adecuada de riel a riel -amperios disponibles.
Es molesto que casi funcione. No necesito la mejor calidad de sonido o volumen, sino solo algo que sea algo aceptable.
Información Adicional:
- Los altavoces son de dos tipos diferentes, pero incluso si solo estoy en paralelo, solo dos altavoces idénticos aparecen el problema de ruido / distorsión (y dejo a los otros dos desconectados).
- Probablemente no sea relevante, pero mi suministro dual consta de dos verrugas de pared de 5 V.
- El amplificador operacional que estoy usando es el amplificador operacional cuádruple LM324AN . No es de riel a riel.
- Una resistencia de 100 (hasta aproximadamente 220) ohmios entre la salida inmediata del amplificador operacional derecho y tierra disminuye el ruido en todas las configuraciones. No se porque; Me topé con esto cuando conecté un cable incorrectamente: p
- Y, por cierto: no creo que el problema del ruido / distorsión provenga de los altavoces en paralelo que consumen demasiada corriente, porque el volumen no tiene un efecto pequeño. Si se tratara de un problema de suministro actual, un volumen mayor (creo) lo empeoraría mucho.
- El objetivo del primer amplificador operacional es centrar la entrada de 0 V a 5 V alrededor de GND, es decir, la salida del primer amplificador operacional es de -2.5 V a +2.5 V.
- Ambos amplificadores operacionales se suministran desde los rieles +5 V -5 V. Sin embargo, lamentablemente eso no se muestra en el esquema.
Un poco más de investigación
Bueno. Así que puse mi osciloscopio en acción y probé el voltaje antes de los altavoces (después del push-pull).
Así es como se ve con un altavoz (y sí, hay mucho ruido> 20 kHz):
Así es como se ve con dos altavoces idénticos en paralelo bajo las mismas circunstancias. El voltaje en realidad no disminuyó, pero hay una cosa extraña en la parte inferior que debe ser el ruido que escucho:
¡En la siguiente imagen es aún más notable !:
Por cierto, el segundo rastro es solo un marcador. No muestra tierra y la tierra está aproximadamente en el medio de la forma de onda.
Oh! Lamento muchísimo que el esquema estuviera equivocado en un punto crucial. ¡Tuve los comentarios después de los tirones! Me gusta esto:
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Un poco más de investigación y la solución.
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Primero, una imagen de la señal de audio en trace1 y GND en trace2 según lo solicitado. No parece estar muy sesgado por DC:
Pero aún así fue interesante echar un vistazo a cómo se veían los rieles cuando el audio era ruidoso. Esta es una imagen del riel positivo y GND. Parece ruidoso y empeora con un mayor volumen:
El riel negativo tiene el mismo volumen y es notablemente peor que el riel positivo, al menos para mis ojos (¡mi cámara lenta se desenfoca!):
Lo primero que intenté fue agregar un condensador de 1 µF entre la salida del amplificador operacional y la tierra, ¡y me sorprendió escuchar que el ruido desapareció !
Así es como se ve el riel negativo al mismo volumen, pero con el condensador agregado de 1 µF:
¡Entonces ese simple condensador de 1 µF resolvió mi problema! Gracias a todos, me habría llevado MUCHO más tiempo resolver esto sin su ayuda :)
Así es como se ve una onda sinusal después de que se agregó el condensador. Mmm, puedo mirar eso todo el día ...:
Actualizar 2016-03-09
Substituí el cambiador de nivel opamp con un condensador de película de acoplamiento 1uF AC y una resistencia de 10k ohm a GND después de ella. Realmente no noté ninguna mejora en la calidad del sonido PERO sí noté que la polarización con un condensador en lugar de la palanca de cambio de nivel opamp es más segura . Con el cambiador de nivel opamp si, por alguna razón, colocara la señal demasiado alta o demasiado baja, entonces la parte NPN o PNP de la etapa de salida push-pull tendría que llevar una carga más pesada que resultaría en un calentamiento (¡no es bueno! ) Por lo tanto, mantendré el condensador de acoplamiento de CA.
También agregué un inductor para filtrar las frecuencias PWM (~ 0.3mF), que mejoró mucho la apariencia de la curva sinusoidal.
Sin embargo, incluso con estas dos mejoras, el problema original aún surge si elimino el límite de 0.22uF entre el pin de salida opamp y GND. Aquí debajo hay imágenes que muestran una onda sinusoidal de 440Hz con y sin ese límite de 0.22uF.
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Respuestas:
Su amplificador tiene una impedancia de salida fija y oscilación de voltaje finito. Para obtener la mayor potencia, la impedancia de carga debe coincidir con la impedancia de salida. Dos altavoces en paralelo tienen la mitad de la impedancia de un altavoz. Aparentemente, esto es demasiado bajo para que su amplificador funcione correctamente.
Probablemente sus suministros "wallwart" se están derrumbando bajo el pesado drenaje de dos altavoces en paralelo. El voltaje de suministro más bajo hace que la banda muerta de aproximadamente 1,5 V en su salida sea una fracción mayor de la distorsión general, lo que aumenta significativamente. No dice qué tipo de opamps está utilizando, aparte de que no son de riel a riel. El voltaje de suministro puede colapsar hasta el punto donde queda poca región activa entre la banda muerta en la salida y el rango de salida del opamp final.
Además, las partes de su circuito no tienen sentido y podrían reemplazarse fácilmente por un mejor diseño:
Tras una inspección más cercana, parece que está cambiando de nivel para compensar que la señal de entrada se centre alrededor de 2.5 V. Esto es simplemente una tontería.
No puedes escuchar a DC. Incluso el audio "HiFi" solo baja a 20 Hz. La forma obvia de lidiar con las compensaciones de CC de entrada es acoplar la señal de CA. Deshágase de todas las tonterías a la izquierda de la entrada positiva del segundo opamp. Reemplácelo con una tapa de 1 µF en serie seguida de una resistencia de 10 kΩ a tierra.
Aquí está su circuito básico con los puntos obvios mencionados anteriormente fijos:
Tenga en cuenta que esto es más simple y funcionará mejor.
Hay formas de reducir significativamente la banda inactiva de la etapa final. Dos diodos es un enfoque muy común.
Lo que suelo hacer es usar un par de transistores más en la etapa de salida para obtener una ganancia de 2. La etapa anterior solo tiene que conducir a ± la mitad del rango de suministro. Eso evita la necesidad de un opamp de riel a riel, que generalmente no está disponible a ± 12 V o más en el que desea ejecutarlos.
Agregado en respuesta a las trazas de alcance
Tienes incluso más problemas de los que crees.
Su circuito oscila bajo carga, casi con seguridad al retroalimentar a través de las fuentes de alimentación. Debería haber mencionado explícitamente esto, pero eso es lo que C3 y C4 en mi circuito están destinados a prevenir. Prueba el circuito que publiqué. Utiliza principalmente las mismas partes, pero debería funcionar mejor.
También puede ver evidencia de la banda muerta de la etapa de salida en el seguimiento del alcance. Una vez más, incluir la etapa de salida en el aspecto de retroalimentación ayudará con esto, aunque no lo solucionará.
Ahora veo que el opamp es un LM324. Esa no es una buena opción para el audio. Usaría un TL07x con suministros de ± 12 V como mínimo. Eso probablemente significará transistores de salida más robustos, posiblemente con disipadores de calor.
Una vez que lo haga funcionar, puedo mostrarle cómo obtener más oscilación de voltaje y menos banda muerta desde la etapa de salida, pero una cosa a la vez. Eso sería para una nueva pregunta de todos modos.
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Me gusta que haya aplicado una buena técnica / lógica de solución de problemas eléctricos aquí. Desafortunadamente, sin embargo, su lógica perdió un punto destacado.
Al conducir transductores de audio dinámicos (altavoces con imanes y bobinas de voz), su amplificador debe tener una impedancia de fuente más baja que la carga que está manejando.
La cantidad que la impedancia de la fuente del amplificador alcanza por debajo de la impedancia de carga de los altavoces se denomina " factor de amortiguación " en el mundo del audio profesional en referencia a la capacidad del amplificador para conducir el altavoz con precisión mientras que la corriente adicional disponible (y directamente capacidad relacionada para combatir el "hundimiento" del voltaje) lucha (amortigua) los efectos del aire en movimiento y las vibraciones externas, etc. tratando de distorsionar el movimiento de la bobina móvil.
Para ejecutar de manera efectiva 4 altavoces no coincidentes desde su salida sin freír ninguno de los altavoces y sin causar una distorsión grave, realmente necesitará agregar 3 pentagramas de salida final más en paralelo al que tiene ahora. Luego, puede conectar cada altavoz a su propia salida. Esto logrará la mayor capacidad de volumen / voltio que desea obtener al poner en paralelo los altavoces, evitando soplar su amplificador extrayendo demasiada corriente y soplando el altavoz con la impedancia más baja porque la mayor parte de la potencia fluiría a través de él si los altavoces estuvieran todo en paralelo en un canal.
- - - - - - - - - - Added Schematic - - - - - - - - - -Aquí hay un esquema de un circuito, utilizando la mayoría de sus componentes existentes, combinando paso bajo / paso alto en la entrada de audio para eliminar el desplazamiento de CC y el ruido ultrasónico PWM. Además, incluye salidas de unidad de altavoz paralelas, junto con los condensadores de desacoplamiento de Olin entre las fuentes de alimentación y gnd, así como el desacoplamiento del LM324AN.
Nota: Definitivamente sería mejor conducir cada unidad de inserción / extracción desde una salida opamp separada, con su propio circuito de retroalimentación, pero eso requeriría 2 LM324AN más (el cable usa la alimentación de 1OUT para ejecutar las 4 secciones de "salida final", con cada "salida final" cableada como OpAmps 3 y 4 a 1 altavoz por par OpAmp)
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