Klasse D versterker module oplappen

Hoi CO’ers,

Een hele tijd terug heb ik zo een klasse D versterker module gekocht (op Aliexpress of zo, ik zou het niet meer weten.)

Nu wil ik met die module mijn zelfbouw speakers gaan voeden. Bij het testen met een paar andere speakers ben ik er achter gekomen dat er toch het een en ander aan mankeert:
• De versterker ruist tenzij het kabeltje op exact de juiste manier ligt. Zou dat slecht contact van de connector kunnen zijn?
• Bij het uitschakelen van de voeding ploppen de speakers. Is dit een gevolg van de versterker of van de voeding, en kan ik dat eenvoudig oplossen?
• De versterker heeft een belachelijk hoge gain. Hier heb ik wat voor bedacht, maar voor de zekerheid zou het leuk zijn als jullie je alwetend oog hier eens over kan laten gaan.

Mijn oplossing voor de gain:

Het schema geeft aan dat de module een totale gain van 56 dB heeft.
Aan de andere kant, ik lees dat een line-level maximaal 2 Vrms geeft. Om dan 50W in 4Ohm te halen heb ik volgens mij maar een gain van 17 dB nodig. (sqrt(50*4) = 14,142 Vrms; 20*log(14,142/2) = 17 dB) Dat betekent dus dat ik 39 dB teveel gain heb. Om dit op te lossen zie ik twee mogelijkheden.
1) Als het enigszins mogelijkheid is om de koelplaat veilig te verwijderen, kan ik de mode van de TPA3116D2 wijzigen naar 20 dB gain door R3 te verwijderen en R4 te wijzigen naar 5,6 kΩ. De preamp kan ik omvormen naar een verzwakker van -3 dB door R12 en R16 te wijzigen naar 10 kΩ en R14 en R18 naar 7,08 kΩ (7,5 kΩ en 130 kΩ op elkaar gestapeld).
Als ik dan het line-signaal rechtstreeks aansluit aan C28 en C30 zou ik bij vol signaal net 50W moeten uitsturen.

2) Als het niet lukt om de koelplaat te verwijderen moet ik de preamp gebruiken als verzwakker van -19 dB. Dat zou kunnen met R12 en R16 opnieuw als 10 kΩ te nemen en R14 en R18 als 1,12 kΩ (1,3 kΩ en 8,2 kΩ op elkaar gestapeld). Dit lijkt me alleen minder voordelig omdat ik dan mijn signaal veel kleiner maak en zo problemen kan krijgen met ruis.

Klopt mijn redenering hierboven?

Nog een paar andere vragen:
Hoeveel reserve neem ik best op de voeding? Ik zit nu te denken aan een passief gekoelde SMPS van 150W (De chip doet 100W en een efficiëntie van 90%). Dan heb ik ca 26% reserve. (De module heeft 5x330 µF aan boord als afvlak capaciteit.)

Zou ik alsnog een (dit keer logaritmische) pot voor de module plaatsen om het geleverde vermogen enigszins te kunne matchen aan het nodige vermogen? Een echte preamp zit er niet direct in, en op deze manier zou ik een groter deel van de volumeregeling van bijvoorbeeld mijn computer kunnen gebruiken.

Zijn er nog dingen die ik eventueel over het hoofd heb gezien?

Bedankt voor de hulp!

Shock6805

Als je maar genoeg geinteresseerd ben, verwondert heel de wereld.

Helemaal correct, volgens mij. C28 en C30 zijn aan de krappe kant voor de laagste frequenties.

--edit3 april 11hr58 -- op de foto zie ik dat de componenten C28 en C30 bereikbaar zijn. Serieweerstand verhogen van 2k (nu) naar 10 of 20k, of nog hoger. En die feedback hoeft niet lager: er zit al 47k op de plus-ingang van de opamp (te ruisen!).--

En dat vermogen: die voeding hoef je niet te bemeten voor die 150 watt continue. Dat overleeft die versterker niet. Het is muziekvermogen; gemiddeld 30 % zou ik al een mooie aanname vinden.

Die ruis en de ligging van het kabeltje herken ik niet.

[Bericht gewijzigd door Brightnoise op 3 april 2022 12:00:00 (27%)

Hi Brightnoise,

Ik was inderdaad van zin om de serie weerstand naar 10k te veranderen. Daarmee zou de kantelfrequentie op ca 15Hz moeten komen. De kantelfrequentie van m'n speakers zou op ongeveer 55Hz moeten liggen, dus dan zit dat weer goed.
Wat is het effect van die 47k op de versterking? Ik zou de feedback lager willen hebben om te voorkomen dat ik de versterker kan oversturen met een standaard line-level signaal.

Betreffende het vermogen van de voeding: De TPA3116D2 zou continu 2x50W moeten kunnen leveren à 90% efficiëntie. Daar zou ie dus 111W voor ter beschikking moeten hebben. Ik vind het precies nogal lullig om de module te beperken met de voeding. Dus een voeding van 24V 5A lijkt mij wel een minimum. Ik weet alleen niet of ik de voeding moet overbemeten om piekstromen op te kunnen vangen. Jij bent van mening van niet lees ik?

Van de ruis zegt mijn buikgevoel dat het een slecht massa contact is tussen bron en versterker. Als ik een beetje met de kabel friemel krijg ik de module muisstil.

Als je maar genoeg geinteresseerd ben, verwondert heel de wereld.

Die 47k heeft geen invloed op de versterking en is "verdwaald" bij het kopiëren vanaf een ander schema.

En die voeding: dat vermogen is een piekvermogen en de voeding kan bij muziekweergave een stuk minder. Een gemiddeld vermogen is lager bij muziek. Of is het voor een discotheek?

Nee, het is niet voor een discotheek :+ Het leek me gewoon interessant om achter de hand te hebben. M'n speakers zouden het in theorie ook aan moeten kunnen, dus waarom niet? Zo gigantisch duur zijn die smps'en van dat vermogen toch niet. Maar als ik met veel minder vermogen toekom, moet ik me minder zorgen maken over koeling natuulijk.

Als die 47k verdwaald is, zou het dan nuttig zijn om die te verwijderen/vervangen.? Ik ben toch bezig met aanpassen, dus een weerstand meer of minder gaat het verschil niet maken. :p

Als je maar genoeg geinteresseerd ben, verwondert heel de wereld.

Volgens mij kan die 47k gewoon weg (kortsluiten). En die volger (1 maal) voegt niets toe aan wat die eerste opamp uitgang kan leveren.

Laat allemaal lekker zitten; de echte beperkingen zitten ergens anders!

Sine

Moderator

Ik volg niet helemaal waarom ze die opamps er uberhaupt in hebben zitten met die wazige bias constructie?

Dat kon ook wel eens de bron van je uitschakelplop zijn.

Ik snap de preamp ook niet helemaal. Zoals ik in mijn berekeningen al aangaf maakt die de al te grote gain alleen maar groter. Echter het verwijderen van dat ic lijkt me moeilijker dan een paar weerstandjes te vervangen. Vandaar dat ik em laat zitten. (ik heb hoegenaamd geen ervaring met smd. Ik laat dingen met meer dan twee poten dus liever voor wat ze zijn. :p )
Langs de andere kant, als dat die plop veroorzaakt, heb ik misschien geen keuze, toch als ik het netjes wil oplossen?

Als je maar genoeg geinteresseerd ben, verwondert heel de wereld.

Ik heb het voorbeeld uit de datasheet al diverse keren gebruikt, werkt uitstekend...
(bovenste is een stereo en onderste een mono versie)

Arco - "Simplicity is a prerequisite for reliability" - hard-, firm-, en software ontwikkeling: www.arcovox.com

Het schema uit de datasheet komt ook redelijk goed overeen met het schema van het bordje. Hier en daar zijn de makers wat gierig geweest (het laatste deel van EMI C-RC snubber ontbreekt en de ontkoppel caps van 1nF en 100nF ontbreken bij de pinnen 17, 18, 19, 31 en 32). Alleen zit er voor dat deel dus nog een preamp gebouwd om een of andere vage reden.
Als het voorbeeld uit de datasheet het goed doet, dan zitten alle problemen dus waarschijnlijk in dat preamp gedeelte. Da's jammer, want ik weet niet of ik dat ic er af krijg met mijn eenvoudige soldeerbout. :p

Als je maar genoeg geinteresseerd ben, verwondert heel de wereld.
Henry S.

Moderator

Aan beide kanten van het ic veel soldeertin toevoegen, en vervolgens om en om de tin smelten. Met het puntje van een breekmesje wip je het ic een beetje op. Deze dan beetpakken met een pincet en de tin weer om en om laten smelten.

73's de PA2HS - ik ben een radiohead, De 2019 CO labvoeding.

Dat valt misschien nog wel mee. Ik heb toch 3 van die bordjes, als ik er eentje verpest heb ik nog twee pogingen. :+
De vrijgekomen pads kan ik dan gebruiken om gewone through hole weerstanden op te solderen. Dan moet ik niet wachten tot mijn setje SMD-weerstanden is aangekomen. :)
6,2k tussen C28 en C3 en 15k tussen C3 en gnd zou mij mooi die -3dB verzwakking moeten geven en komt samen met de ingangsimpedantie van het ic (20k) ongeveer uit op de standaard 10k van een line-signaal. Heb ik dat goed?

Als je maar genoeg geinteresseerd ben, verwondert heel de wereld.

Wanneer je last hebt van een teveel aan versterking, (wat ik ergens had gelezen) zou je R14 en R18 kunnen vervangen van 20k naar 2k2.
20k en 2k zijn geen standaard waarden, zodat ik 2k2 volgens de E12 reeks gebruik.
Die eerste opamp versterker gaat dan van 20dB (!) versterking, wat erg veel is naar 6dB wat op zich voldoende moet zijn (eigenlijk nog teveel is).
Het is vreemd dat dit ontwerp zoveel versterking gebruikt en ik vraag me af of de ontwerper van dit schema wel helemaal wakker was.

"tijd" is een interpretatie van een bepaald moment op een bepaalde schaal. Het begin van tijd is ontstaan na het begin van het universum. Buiten het universum bestaat er geen tijd, het is slechts een dimensie.

Ik heb zo'n vermoeden dat de ontwerper wel wakker was, maar met de verkeerde ideeën aan het ontwerpen was. Zou het niet kunnen dat die versterking er in zit zodat het lijkt alsof de versterker veel harder kan? Als die bij een minimaal volume al snoei hard gaat, lijkt het voor de gemiddelde leek waarschijnlijk alsof ie nóg veel harder kan. Al is dat natuurlijk niet waar. Bij het minste meer zal de module overstuurd worden.

Ik ga bij de eerste van m'n 3 module proberen om die pre-amp er al eens tussenuit te vissen en vervangen door een spanningsdeler van -3dB. Dan zou de versterking van het hele bordje nog maar op 33dB moeten zitten. Dit is nog steeds teveel, ik heb maar 17dB nodig, maar al veel behapbaarder. Als m'n bestelling SMD-weerstanden aankomt ga ik proberen om ook de versterking van het IC terug te draaien van 36 naar 20dB. Dan zou ik juist moeten zitten.

Als ik die kapot doe kan ik op de anderen nog steeds de minder ingrijpende opties proberen. :)

Als je maar genoeg geinteresseerd ben, verwondert heel de wereld.

Vrijdag avond is er tijd om te knutselen, dus is er een update:

Het is niet bepaald de mooiste aanpassing, maar ze doet wel wat ik er van verwacht. Als ik nu m'n laptop aansluit, zit ik bij vol open pots ongeveer op half volume voor een goed volume uit de speakers. Ik zit dus zelfs te twijfelen of ik de versterking van het ic nog terug zou draaien.
De spanningsdeler doet nu -2,88dB.

Zoals Sine al vermoedde is de plop samen met het ic verdwenen. Ruisen doet de module echter nog wel. Bijgevoegd zit een opname van de ruis. Het volume van de ruis is schijnbaar ongevoelig voor het volume van de input en ongevoelig voor de stand van de potmeters op de module.

ruis.mp3

Wat is de grootste kanshebber voor deze ruis?

Als je maar genoeg geinteresseerd ben, verwondert heel de wereld.

't Is een Class D versterker, die ruisen normaliter niet...
Doen beide kanalen dat?

Arco - "Simplicity is a prerequisite for reliability" - hard-, firm-, en software ontwikkeling: www.arcovox.com

Ja. En beide even hard moest dat uit maken. Ik heb ook al geprobeerd om met een draadje de ingang naar de massa kort te sluiten, dat biedt geen soelaas.

De voeding zou ik ook durven uitsluiten. Momenteel hangt ie aan een SMPS, maar ik heb de module ook al aan de labvoeding gehangen en dan komt er ook ruis uit.

[edit]
Ik heb net de connector, pots en mijn aanpassing een keer overgeslagen en C3 kortgesloten naar de massa. Dan is de ruis wel weg. Kan ik daar uit besluiten dat de massa verbinding van de pot/connector/spanningsdeler dan niet goed is?
[/edit]

[Bericht gewijzigd door Shock6805 op 8 april 2022 22:47:03 (29%)

Als je maar genoeg geinteresseerd ben, verwondert heel de wereld.

zit ik bij vol open pots ongeveer op half volume voor een goed volume uit de speakers. Ik zit dus zelfs te twijfelen of ik de versterking van het ic nog terug zou draaien.

Teveel aan versterker is dan toch niet zo erg zolang je maar ergens een volume knop hebt om de boel te regelen?

Ik heb zo'n vermoeden dat de ontwerper wel wakker was, maar met de verkeerde ideeën aan het ontwerpen was.

In het originele ontwerp kon je toch ook van nul naar maximaal regelen met de volume dus wat is het probleem dan?

IK denk zomaar dat de module ook is ontworpen voor de meest zachte uitgangen van veel audio aparaten. Maar het had wel handig geweest als er gewoon bv een draadbrug of jumper aanwezig was waarmee je het eerste IC kan uitschakelen/ by-passen. Dat bv de ontwerper zelf alleen een oude telefoon heeft gebruikt met een heel erg zwakke uitgang en dacht als het op deze telefoon werkt dan werkt het ook voor andere zaken.

[Bericht gewijzigd door benleentje op 8 april 2022 23:02:00 (10%)

Frederick E. Terman

Honourable Member

Een wonderlijk spectrum, met die gaten. Klik= groter.

(Of heb je een microfoon - je telefoon? - voor de luispreker gebruikt om dit op te nemen? Dan komen de gaten gewoon door reflecties in de kamer. De telefoon zou ook de scherpe flank bij 17 kHz verklaren.)

Ik weet het antwoord niet. Bij een 'ruisende' versterker gaat het vaak om een oscillerende versterker, maar hier lijkt dat niet het geval (afgezien natuurlijk van het D-principe zélf).

Keramisch, kalibratie, parasitair: woordenlijst.org

De opname is inderdaad gemaakt door de mic van m'n telefoon zo dicht mogelijk tegen de tweeter te houden (uit de tweeter kwam de meeste ruis), dus dat zal inderdaad daar van komen.

@benleentje:
Wat extra versterking voor zachte bronnen kan ik geloven, maar oordoppen nodig hebben met de pot ongeveer 10° open en het volume van de bron op minimum lijkt me toch lichtelijk overdreven.
Testen met een telefoon is imho ook een van de laatste stappen. Ik zou eerst rekenen met de gegevens uit de datasheet, dan testen met een signaal van bv 1Vrms uit een signaal generator en dan als dat signaal ongeveer overeen komt met wat je had uitgerekend pas testen met iets waar ook echt muziek uit komt.

Ik heb voor de gein net ook even met mijn platenspeler getest. Als ik die zonder preamp in m'n huidige versterker steek, komt er bij maximum volume geluid van het niveau 'achtergrond muziek' uit. Bij zo'n onveranderde module komt er bij de potmeter op halve stand eigenlijk al te veel geluid uit om nog aangenaam te luisteren. Het signaal niveau van een MM-element vind ik nu niet een goede referentie om een versterker op te ontwerpen.

[Bericht gewijzigd door Shock6805 op 8 april 2022 23:26:59 (24%)

Als je maar genoeg geinteresseerd ben, verwondert heel de wereld.

van een MM-element vind ik nu niet een goede referentie om een versterker op te ontwerpen.

IK wou ook zeker niet zeggen dat het goed is, ik kan in mijn fantasie alleen wel iets bedenken waarom de ontwerpen dat zo heeft gedaan. Maar ik zei ook dat als ik dat had ontworpen voor een breed doel dat ik ook iets van een draadbrug, jumper of toegankelijkheid tot de gain van de chip zelf had toegevoegd, zodat je de preamp aan en uit kan zetten, op 0 dB of omzeilen en de gain van hoofdchip makkelijk kan aanpassen.

Maar ik begrijp nu wel wat je bedoelt met teveel versterking dit is wel heel erg overdreven ik dacht dat het maar een beetje teveel was, maar dat is zoals je het nu hebt. ben niet zo thuis in dB's

EgbertG

Golden Member

Vorig jaar heb ik met discrete componenten een klasse D amp gemaakt en deze ruist ook bij afwezigheid van ingangssignaal.

Had t zelf gegooid op jitteren van de 400 Khz clock ...

Laatst een DDS gemaakt met een TPA3116D2, geen hoorbare ruis...

Arco - "Simplicity is a prerequisite for reliability" - hard-, firm-, en software ontwikkeling: www.arcovox.com

De mysteries blijven zich opstapelen. Mijn boek met SMD-weerstanden is aangekomen, dus ik kon de mode van het ic aanpassen. Voor dat ik daar aan wou beginnen leek het mij een goed idee om de versterking van het huidige bordje eens na te meten. Hieronder mijn werkwijze:

- Met een laptop heb ik een toon van 440Hz en 880Hz gemaakt. (ik heb beide apart getest)
- De spanning van dat signaal heb ik gemeten aan de loper van de linkse volume potmeter met een keysight U1242B (die zou volgens het datablad zonder problemen op die frequentie moeten kunnen meten.)
- De spanning over de speaker (bij gebrek aan een dummyload) heb ik gemeten met een fluke 85 (die zou ook op die frequenties moeten kunnen meten volgens de datasheet die ik kon vinden)

Het resultaat met verschillende signaal spanningen tussen 20mV en 90mV is altijd ongeveer 25dB. Hier zit ik weer in de knoop. Ik heb de koelplaat van het ic gevezen, en met de weerstanden die er onder zitten zou ik inderdaad in de +36dB modus moeten zitten. En mijn spanningsdeler die ik er op heb gesoldeerd zou ongeveer 3dB moeten verzwakken. Ik had dus verwacht een versterking van 33dB te zien?

Met de ruis ben ik ook nog niet verder. Mijn edit uit een van m'n vorige posts werkt nog steeds. Als ik het knooppunt van C3 en m'n spanningsdeler kortsluit naar de voedingsmassa dan is de ruis helemaal weg. De 55k (gemeten waarde) die er door de spanningsdeler tussen zit is dan weer niet voldoende om de ruis weg te halen. (Deze test is gedaan zonder dat er iets aangesloten was aan de connector waar de potmeters aan zitten.) Zou het kunnen dat 55k te veel is? Zou het interessant zijn om de spanningsdeler een factor 10 kleiner te maken?

Als je maar genoeg geinteresseerd ben, verwondert heel de wereld.
EgbertG

Golden Member

Klein RC filter aan de ingang om alles boven 15 Khz of zo te dempen?