Amplificador d'àudio per a rockola

De wikijoan
Salta a la navegació Salta a la cerca

Introducció

La primera rockola que faig fa servir un monitor de camp proper comercial de 70W. Però la idea és fer els meus propis amplificadors d'àudio, i aquest serà l'espai per a discutir.

A part de l'amplificador pròpiament dit, la rockola necessitarà 12V (efectes led, ventilador?), i 5V (per a la Raspberry). La idea de construir-se un amplificador (i en teoria abaratir costos) ha de passar per poder aconseguir transformadors de prou potència i voltatge que em surtin de ganga, i aconseguir extreure d'aquest transformador el corrent de 12V i 5V, amb la qual cosa soluciono la part de l'alimentador dual 12V/5V que necessitava per diferents màquines. És a dir, aprofitant que he d'alimentar un amplificador a 18/24V, puc aprofitar per solucionar tot el tema de l'alimentació 12V/5V.

Ara bé, com es discuteix més avall, la solució d'alimentar l'electrònica a 12V i la RPi a 5V no és evident.

Amplificador estereo de 60W con TDA2050

Amp 60w 14.jpg

article:

En el pdf tinc per imprimir la PCB llesta per a planxar.

Allò interessant d'aquest circuit és que amb un diode zener de 12V i una resistència de 470 ohm ja tinc la font de 12V que necessito per als led i per al possible ventilador.

Aleshores, amb un LM7805 ja puc obtenir la tensió de 5V que necessita la Raspberry Pi.

Quan hagi muntat el circuit i hagi aconseguit uns altaveus adients es podrà valorar la qualitat del so d'aquest amplificador. En l'article es comenta que l'amplifcador dóna un bon so, però millor si es fa una equalització software. Si això no fos possible i no donés un bon rendiment, l'amplificador es pot millorar amb un control de volum i tons. Dos possibles projectes:

Important llegir aquesta part:

ES INDISPENSABLE la utilización de un buen disipador y en muchos casos también se debe usar un ventilador (cooler) adicional. Los circuitos integrados producen gran calor debido al esfuerzo que hacen para amplificar el sonido. Por esta razón NUNCA encienda su amplificador sin antes haber colocado correctamente el disipador.
Los circuitos integrados van asegurados al disipador mediante tornillos con tuerca. También deben ir aislados del disipador, utilizando aislantes de mica y pasamuros.
Los pasamuros son unas pequeñas piezas de plástico que aíslan el tornillo del disipador y del integrado.
La necesidad de aislar los integrados se debe a que la parte de atrás del integrado es –Vcc, es decir voltaje negativo. Si no aislamos los integrados, es muy fácil hacer un corto con sólo tocar el disipador con tierra o el polo común.

El potenciòmetre per controlar el volum ha de ser de 10K o 20K.

Aconsejamos usar parlantes entre 100W a 150W de potencia para este amplificador, con una impedancia de 8 Ohmios. El tamaño en pulgadas, es a gusto del usuario. Recomendamos de 8 a 12 pulgadas.

nota: l'amplificador és de 60W, i aleshores allò recomanable és utilitzar altaveus de com a mínim 100W (llegit en algun lloc ell perquè, però la idea és que els altaveus no poden anar estressats).

Si vull construir en una sola placa l'amplificador de 60W amb el control de tons, l'article està aquí:

Ara bé, en aquest cas no s'ha utilitzat un transformador amb TAP central, sinó un transformador de 18V (només dos calbes, 0 i 18V). Amb la configuració de doblador de tensió aconseguim convertir la tensió a directe obtenint 24V. En aquest projecte el ventilador de 12V s'alimenta directament dels 18V alterns del secundari del transformador (no passa res). Però el que no té aquest projecte són els 12V de contínua que a mi m'interessen per fer els LEDs i baixar a 5V per a la RPi. Per tant, si vull 12v i 5V necessito una altra font d'alimentació, o bé agafar els 24V que sí que tinc i baixar-los a 12V amb un zencer o un LM7812, però això s'ha de fer, no està en aquest circuit.

NOTA. Per fer el circuit amb preamplificador tinc bàsicament dues possibilitats. Mirar el fitxer /home/joan/projectes/rockola/amplificador/llegir.txt.

Els últims condensadors abans dels altaveus (els de la xarxa Zobel) han de ser de poliéster, doncs els ceràmics poden introduir soroll:

Some ceramic capacitors are "microphonic" and produce noises in high gain audio circuits.
Some ceramic capacitors change their value when the voltage changes which causes low frequency distortion in audio circuits.

La red de Zobel es una red compuesta por una resistencia y un condensador en paralelo con el altavoz diseñada para compensar el efecto inductivo de éste. El condensador de la xarxa de Zobel ha de ser de poliéster per tal de què no introdueixi soroll en l'etapa final, que és crítica.

He muntat l'amplificador i funciona correctament, a l'espera de provar-ho amb uns bons altaveus. Ho he provat amb l'altaveu del monitor EUSONIC i funciona correctament, amb una bona qualitat (o una qualitat suficient). La clau en aquest circuit està en utilitzar un altaveu prou potent. Aquest que tinc no tinc la potència, però per fer-se la idea té un conus de 15cm, i la bobina són 10cm de diàmetre i 4cm de fondo (una bona bobina). Amb un sol canal sona potent, amb dos canals doncs el doble de potent.

Alimentar la RPi: 5V amb un LM7805 o alternatives

En aquesta placa tinc els +-12V que em donen els diodes Zener. Aquests +12V serveixen per alimentar el ventilador i tots els efectes de llum de 12V que van amb la rockola. Necessito 5V per alimentar la Raspberry Pi, aprofitant de què el transformador dóna bastanta chicha.

El muntatge amb un LM7805 és senzill, però és millor preveure els forats on aniran els components editant el fitxer a imprimir amb el GIMP.

Es necessita el LM7805 i 2 condensadors de 0,33u i 0,1u. Jo els he utilitzat ceràmics, i en comptes de 0,33u només tenia 0,22u, i ha funcionat correctament. Dóna 5V estables, i no es calenta. Clar que per veure si es calenta o no li hauria de col.locar la carrega d'alimentar la RPi. El resultat és que NO alimenta la RPi. Potser s'han de posar condensadors electrolítics en comptes de ceràmics. (TBD).

Alternatives: mirar el fil:

o d'altres.

Un regulador linial com ara el 7805 consumeix corrent i dissipa potència, per la qual cosa no és la millor solució (tot i que hauria de funcionar). És com la solució clàssica i antiga, quan la millor solució és un switching regulator. Una possibilitat són els conversors de 12V/5V dels cotxes, que precisament fan la conversió a 5V amb un switching regulator. La sortida USB es pot aprofitar, o bé pelar el connector per connectar directament els pins.

Una altra possibilitat és un stepdown DC-DC convertor que compleixi els requeriments. Els requeriments de la RPi són 5V-1A, és a dir, uns 5W.

Finalment he comprat aquest step down converter:

És un LM2596 Convertidor de Voltaje DC-DC 1.25V-35V Step Down Arduino, basat en el xip LM2596. Es pot regular la tensió de sortida a 1.25V-35V, amb la condició que l'entrada sigui 1.5V superior. La tensió de sortida es regula mitjançant un tornillo.

Més informació i videos en aquest enllaç:

Aquí es llegeix com el LM2596 suporta fins a 3A, suficient per a la RPi.

Finalment he connectat el step-down (buck) converter i tampoc funciona. No té prou chicha per alimentar la RPi. Connectant el step-down converter directament a la font d'alimentació de laboratori que tinc sí que funciona. Per tant, no funcionava ni la prova que havia fet amb el LM7805 ni ara tampoc, i per tant he de treure unes quantes conclusions.

Primer de tot entendre com funciona un regulador amb diode Zener:

i d'aquí es veu la importància del càlcul del valor de les resistències i de la potència que ha de dissipar la resistència Rs i el mateix diode Zener. En el meu esquema hi ha unes resistències de 470 ohms que limiten el corrent i que fa que no engegui la RPi. Bàsicament, el càlcul diu que si jo tinc 24V i el vull baixar a 12V, amb una resistència de 470 ohms la corrent vindrà limitada a: (24-12)/470 = 0,025A = 25mA, quan el que consumeix la RPi són uns 750mA (variable). Per tant, és totalment lògic que no arrenqui la RPi.

En el projecte els 12V es volen per alimentar un petit ventilador, i ja anava bé aquest valor de resistència. D'altra banda, a Diotronic em van preguntar de quina potència havia de ser el diode Zener, i vaig dir algo com de propòsit general, i evidentment la resposta és incorrecta.

Per tant, anem a fer els càlculs correctament (seguint el link).

Una fuente de voltaje de 24 voltios (24V és el que tinc a la sortida del transformador, rectificat) debe alimentar una carga con 12 Voltios, que consume una corriente que varía entre 750 mA. (miliamperios)(750 mA és el consum de la RPi. A més a més la idea és també el consum dels LEDs, d'aquí a que m'interessava els 12V). Se escoge un diodo zener de 12 voltios 

- Cálculo de Rs: Rs = (24-12) / (1.1x0,75) = 14 ohms
- Cálculo de la potencia del diodo zener: PD = [(24 - 12) / 15] x 12 = 9,6 watts.

S'ha d'escollir la potència del diode zener més propera

- Potencia de Rs: Un cálculo adicional es la potencia del resistor Rs. Este se hace con la fórmula: P = I^2 x R. Ver Potencia en una resistencia (ley de Joule)

Los datos actuales son: I (max) = 0,75 amperios y Rs = 14 Ohmios. Aplicando la fórmula, PRs = 0,75^2 x 14 = 7,8 Watts. Esto significa que a la hora de comprar este resistor deberá ser de 8 Watts o más.

Per tant, estem parlant d'una resistència Rs i un diode que han de dissipar molta potència, i això no és viable (mirar per ex Farnell).

Per tant, aquesta solució no és viable. Per al cas del DC-Dc buck converter la potència no és problema, doncs admet una corrent de 2A en tot el rang de conversions, i en principi no hi ha problemes de dissipació d'energia doncs és un switched regulator, que vol dir que la conversió de voltatges és molt eficient:

LM2596
Input voltage:4.5-40V
Output voltage:1.5-35V(Adjustable)
Output current: Rated current is 2A, maximum 3A(Additional heat sink is required)

Alimentar la RPi II. Possible solució (TBD)

La pregunta és: Per què vull els 12V? Els 12V els vull per alimentar els efectes de LED i els xips de l'electròncia dels efectes de LED. D'acord, podem conservar aquesta part amb un valor de resistència i diode Zener ben calculats amb valors raonables. I la RPi?

La idea és que puc fer servir el DC-DC buck converter convertint directament els 24V a 5V. Ha de funcionar doncs el xip LM2596 aguanta fins a 2-3A i mirant les especificacions no hi ha res que digui que no es pugui convertir directament de 24V a 5V. El problema que hi havia en fer això en un regulador linial com el 78LM05 (dissipació d'energia), en aquest cas no hi ha de ser perquè és un regulador intel.ligent (switched regulator). S'ha de provar.

Recordem que l'objectiu final és aconseguir alimentar l'amplificador de so, tota l'electrònica i la RPi a partir d'un transformador que sigui potent (i la potència m'interessa perquè en les rockoles vull una chicha d'àudio que en les màquines de marcianitos no em cal).

Comprar transformadors

on comprar transformadors a Barcelona?

C./ Pallars, 84-88. 4º, 5ª
Tel.: (93) 309 56 53
Mail: info@sabersl.com 

Comprar altaveus

on comprar altaveus?

per ebay buscar altavoces 8 polzades o 20cm


creat per Joan Quintana Compte, abril 2015