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En efecto aunque parezca increíble , es  posible  hoy en día construirse por uno mismo un potente amplificador de audio 2.1   por  muy poco dinero (12€)  ,  con la ventaja de que incluso gran parte de la electrónica ya estará montada y probada, de modo que  sólo necesitaremos hacer las conexiones de  alimentación,   así como cablear los conectores de entrada y salida.

En esta ocasión ,vamos a ver una placa  que cuesta unos 12€ en Amazon  en la que básicamente   solo hay que alimentar  con  corriente continua DC entre  12-24 V   con una fuente conmutada actual.

Es interesante destacar usar un fuente conmutada entre 12 y 24V DC  de unos 18Amp   dada la gran intensidad necesaria,  pues sería mucho mas costoso, voluminoso e ineficiente  cubrir la alimentación con una fuente  convencional  regulada basada  en el clásico transformador con el puente de diodos , gran condensador  y el circuito   de regulación.

TPA31XXDD

Como no  podía ser de otra manera todo el circuito  gira  en torno a un CI  en este caso un CI de Texas Instruments   : la serie TPA31xxD2 T , que constituyen un  amplificador estéreo sin filtro clase D de potencia sin filtro con cancelación de AM

Esta familia de  CI son estéreo , eficiente, digital  y contienen una etapa de potencia  amplificador  de hasta 100 W / 2 Ω en configuración mono. La alta eficiencia de la TPA3130D2 le permite hacer asimimo dos  amplificadores de  15 W sin externo disipador de calor en una PCB de una sola capa. Para obtener mas potencia el modelo TPA3118D2 puede incluso usarse para hacer un amplificador de e 2 × 30 W / 8 Ω sin disipador de calor en un doble PCB de capa. Si se necesita una potencia aún mayor, TPA3116D2 llega  a  los 50 W en stereo sobre  4 Ω con un pequeño disipador de calor unido a su lado superior PowerPAD ,  como vemos en  la imagen. de arriba
El circuito avanzado de oscilador / PLL TPA31xxD2 emplea una opción de frecuencia de conmutación múltiple para evitar interferencias AM  lo cual  logra junto la  opción maestra o esclava, sincronizar múltiples dispositivos.
Los dispositivos TPA31xxD2 están completamente protegidos contra fallos  con protección contra cortocircuito y protección térmica,  así como sobretensión, subtensión y protección DC de modo que  los fallos se informan a la procesador para evitar que los dispositivos se dañen durante condiciones de sobrecarga.

Resumidamente estas las características de este CI:

• Amplio rango de voltaje: 4.5 V a 26 V
• Operación Eficiente Clase-D  gracias  a esquemas de modulación avanzada  ,consiguiendo mas del  90% de eficiencia energética combinada con bajo
  pérdidas de inactividad que reducen en gran medida el tamaño del disipador de calor.
• Múltiples frecuencias de conmutación : Cancelación AM, Sincronización maestro y esclavo ,   con frecuencias de conmutación de hasta 1,2 MHz
•  Arquitectura Power-Stage de retroalimentación con alta  PSRR  que  reduce los requisitos de la fuente de alimentación
•  Límite de potencia programable
•  Entradas diferenciales e individuales
•  Configuraciones   modo estéreo y mono con mono filtro simple3
•  La fuente de alimentación única reduce el conteo de componentes
•  Circuitos integrados de auto-protección que incluyen Sobre-tensión, bajo voltaje, sobre-temperatura, DCDetect,y cortocircuito con informes de errores
•  Rango de temperatura ambiente :-40 ° C a 85 ° C
•  Paquetes térmicamente mejorados
  – DAD (almohadilla HTSSOP de 32 pines)
  – DAP (almohadilla HTSSOP de 32 pines)

Configuración Stereo

La familia TPA31xxD2 se puede conectar en modo STEREO  permitiendo  hasta 50W de potencia de salida por cada canal

La configuración  típica usa 4 conexiones independientes para las salida de los altavoces  y dos entradas  con masa común .

Configuracion en MONO

La familia TPA31xxD2 se puede conectar en modo MONO  permitiendo  hasta 100W de potencia de salida.

Esto se  consigue conectando INPL e INNL directamente a tierra (sin condensadores), lo cual  configura el dispositivo en modo Mono durante el momento del arranque
Tambien  hay que  conectar  OUTPR y OUTNR juntos para el terminal de altavoz positivo y OUTNL y OUTPL juntos para el pin negativo

Finalmente  la señal de entrada analógica se aplica a INPR e INNR.

En el siguiente esquema vemos el circuito;

Puede descarga del  datasheet del CI en  http://www.ti.com/lit/ds/symlink/tpa3116d2.pdf

Solución comercial

Una solución 2.1 que podemos comprar ya montada   se  basa  en usar dos  CI:

•  U1 TPA3116D2 en modo maestro 400 kHz, BTL, ganancia si 20 dB, límite de potencia no implementado.
• U2 en Esclavo, ganancia del modo PBTL de 20 dB. Las entradas están conectadas para entradas diferenciales.

Es decir usamos dos CI , uno para componer la salida stereo de 50+50W     para dos canales de audio  y un segundo CI en configuración mono  para entregar un tope de potencia de 100W

El esquema del montaje es el siguinte:

Como vemos en el esquema se usan el amplificador TPA3116D2 con dos chip de amplificador digital tanto para el subwofer como cada  uno de los canales izquierdo y derecho.

Su pequeño tamaño, da alta eficiencia con  características de alta potencia.

Es de destacar la calidad  de materiales empleados en la placa : condensadores de Philip, Thomson, ruby. potenciómetros Taiwan calidad sellados, CI original TPA3116D2, dispositivos de chips SMD, etc y que son capaces de dar estabilidad a largo plazo.

POr su tipo dealimentación, también es muy adecuado para dispositivos que funcionan con baterías, tales como motocicletas, coches, coches eléctricos, y así sucesivamente.

El  condensador de filtro principal es 4700 uf 35 v, pero para la amplificación de potencia al usar un chip de limitación, este amplificador puede aceptar sólo desde 12v hasta 24 v DC de alimentación y asi  el condensador  trabajará en buenas condiciones.

Alimentación del circuito

En cuanto los requisitos de suministro de energía para el TPA3116D2 consisten en un suministro de mayor voltaje para alimentar la salida  etapa del amplificador de altavoz. Varios reguladores en chip están incluidos en el TPA3116D2 para generar voltajes necesarios para el circuito interno de la ruta de audio. Es importante tener en cuenta que los reguladores de voltaje  que se han integrado se dimensionan solo para proporcionar la corriente necesaria para alimentar el circuito interno.

Los pines externos se proporcionan solo como un punto de conexión para  condensadores de derivación fuera de chip para filtrar el suministro.
La conexión de circuitos externos a estas salidas del regulador puede reducir el rendimiento y dañar el dispositivo. La fuente de alta tensión, entre 4.5 V y 26 V, suministra la circuitería analógica (AVCC) y la potencia etapa (PVCC). El suministro de AVCC alimenta LDO interno, incluido GVDD. Esta salida LDO está conectada a
pines externos para fines de filtrado, pero no deben conectarse a circuitos externos. (la salida de GVDD LDO  ha sido dimensionado para proporcionar la corriente necesaria para las funciones internas pero no para la carga externa)

Dada las características  de estos CI  ,por tanto podemos alimentarlos  con batería 12 o 24V   o bien una fuente conmutada de 12-24V de al menos 15 Amp ( con un consumo  máximo típico 7.5 Amp)

A la hora de hacer las  conexiones , solo necesitamos conectar la alimentación externa de 19V  de 6Amp    mayor o igual que 120W     bien por el jack de 5.5mm -2.1(2.5) con masa al negativo) o bien a la ficha de conexiones que hay justo al lado del conector de alimentación ( mucho cuidado con equivocarse  de polaridad)

Una buena solución es optar por una fuente de alimentación de ordenador portatil de 120W(recomendable al menos de 20V como por ejemplo las de ordenadores HP)

Conexiones

La conexiones del circuito no pueden ser mas simples  ya que la placa en si mismo ya integra los controles individuales de los tres amplificadores  de forma individualizada

Los conectores de los altavoces simplemente los conectaremos a las salidas en  la regleta marcada como BASS, OUTL  y OUTR

Aunque pueda parecer relevantes , también aquí se debe respetar escrupulosamente la polaridad de las conexiones a los altavoces pues si uno se equivoca   los altavoces funcionaran en contrafase.

La potencia de salida de los caanles  izquierda y derecha es 50WX2 (max) y la salida de subwoofer de 100 w (max), la eficiencia puede llegar por encima de 90%

Los canales izquierdo y derecho de rango completo, con 24 v tensión de aliementacion pueden  conducir altavoces de 3-16 ohmios (es decir  una gama muy amplia

En el caso del  subwoofer si se alimenta el montaje con 24 v  puede conducir un subwoofer, único dee  impedandia  entre 2-16 ohm

Respecto la entrada de audio es stereo bien por un jack de 3 1/2″ stereo  o bien con un conector   macho  que hay junto al propio jack. SE puede usar  como preamplificacion  dos NE5532DD OP-amp  pues , puede dar una calidad de sonido de ALTA FIDELIDAD

Respecto a los tres potenciómetros :

1. El de la izquierda es el control de volumen estéreo (sólo para el ajuste de los canales izquierdo y derecho)
2. El central es el control de volumen del Subwoofer
3. El control de volumen derecho es global (para 3 canales de ajuste)

Respecto al acabado de la caja , ni decir tiene que queda sujeto a la creatividad de cada persona, como por ejemplo reciclando alguna caja de antiguo equipo obsoleto , integrada en los propios altavoces  o por ejemplo impresa en 3D….¿se anima  a construir su propio amplificador de audio?

Las características de este modulo son:

•  Tensión de alimentación: DC  12-24 V
• Chip: TPA3116 *
• Tipo 2 Cadena de 3: Channels (canal derecha, canal derecha, subwoofer)
• Potencia de salida: 50 *1 *2 RMS subwoofer    sobre  8 ohmios
• Gama respuesta en frecuencia: 14-100 KHz
• SNR 100dB de frecuencia: conmutación: 1,2 MHz
• Tamaño PCB  100 cm *70 *%2F 30 mm **3,94 2,75 1,18in (la + W H)
  1 *2,1 canales bordo de amplificador de audio