Fuente de ruido de audio a bajo volumen: placa BlueTooth Mini Amp

Todavía estoy aprendiendo algunas de estas cosas. Esta es la primera vez que realmente uso un osciloscopio en algunas décadas. Recogí una pequeña placa amplificadora de audio solo bluetooth. Produce una gran cantidad de potencia, 40 vatios/canal a altavoces de 4 ohmios. Utiliza un chip amplificador de audio TPA3116. La placa requiere una entrada de 18 a 24vDC.

Amplificador de audio BlueTooth

Desafortunadamente, escucho mucho ruido no deseado a niveles de volumen bajos o cuando hay una pausa en una canción. Es bastante irritante. Es más que un simple ruido blanco.

Así que estoy tratando de averiguar si mi fuente de alimentación está causando el problema. Estoy usando una vieja fuente de alimentación conmutada para computadora portátil Compaq, alrededor del año 2000. La fuente de alimentación produce 19v, 3amps. Aquí hay un rastro de la energía de esa fuente, bajo carga y se muestra la placa de audio.

Seguimiento del osciloscopio de la potencia de entrada

En ese rastro, la división de tiempo se establece en 1 microsegundo. La división vertical se establece en 0,5v/div.

No estoy seguro de la mejor manera de probar esto. ¿Construir un filtro y ver qué sucede?

Si quisiera filtrar esa onda, ¿qué tipo de diseño de filtro usaría? ¿Alguna pista sobre cómo dimensionar los componentes para manejar la corriente / potencia adecuada? Muchas gracias.

Actualización: Así que tomé prestada una fuente de alimentación de banco de amigos. Era de muy buena calidad e incluía una pantalla actual (así como un limitador de corriente). Inicialmente lo configuré a 20 voltios CC, luego lo conecté al amplificador bluetooth. Uh-oh... Obtuve una pantalla casi idéntica a la anterior. El pico a pico no era tan alto (solo 0.5v) pero la forma de la curva y la división de tiempo eran idénticas. Ah, y noté que el medidor de amperios registró 0.1 amperios durante el estado estable de audio normal. No hubo cambios en el ruido no deseado a bajo volumen.

Mientras jugaba un poco con el volumen del audio, me sorprendió ver que el trazo se expandía en altura durante los ritmos fuertes o la parte alta de la música. Esto me hizo pensar... con el osciloscopio, solo estoy tomando la medida de un sistema. ¿Quién puede decir que el rastro que estoy viendo no representa la fuente menos la carga del amplificador de audio? (Sé que esas no son exactamente las palabras correctas, pero creo que entiendes mi significado...)

Así que volví a mi fuente de alimentación original. Agregué una resistencia de 1/4 de vatio y 3,28 K ohmios en la salida (6 mAmps). El rastro de salida parece casi una onda sinusoidal, con una altura de voltaje pico a pico de 0,040 voltios y un ciclo a 285 KHz. Eso parece mucho más razonable como la salida de CC para una fuente de alimentación conmutada alrededor de 2000CY.

fuente de alimentación / carga de resistencia

Entonces, mi conclusión ahora es: no creo que la fuente de alimentación esté induciendo el ruido de audio no deseado en absoluto. Creo que está saliendo del procesamiento de la señal del diente azul en la unidad. Sospecho que el diseño de la placa es mediocre. Veo tableros casi idénticos a la venta, con condensadores adicionales en ellos (¿mejora de diseño, fase 2?) ... Suspiro.

actualización, 15 de enero de 2016 @ruminant1 eres mi héroe. Mucho mejor. No es perfecto, pero ha mejorado mucho. Muchas gracias.Corrección del filtro @rumiant1

Te recomiendo ver los videos del eevblog para medir el ruido de la fuente de alimentación
Al ser un amplificador de clase D , bien podría ser el propio amplificador el que haga el ruido. Consulte irf.com/technical-info/appnotes/an-1071.pdf para obtener más información que Wikipedia.
Podría intentar filtrar el suministro, pero la imagen del osciloscopio no parece ruido SMP. Si desea filtrar, construya un filtro LC con una tapa grande y un inductor pequeño para brindar una baja impedancia de salida, haga que la frecuencia de corte sea baja, como 1khz.
@MadHatter, ¿puede justificar lo que dice acerca de que los amplificadores de clase D no son sensibles al ruido en los rieles de alimentación?
@Andy, también conocido como no, no puedo, pensé que una salida de onda cuadrada pwm sería intolerante al ruido en su mayor parte ... Pero su respuesta tiene sentido, así que asumiré que es correcta.
Acabo de terminar el video de 40 minutos en youtu.be/Edel3eduRj4 Interesante, y obviamente no lo estoy haciendo exactamente perfecto. No estoy seguro de que eso haga una gran diferencia en esta situación. Diré que mi sospecha es que el ruido aquí proviene del circuito Bluetooth, preamplificador. La razón por la que digo eso es que he visto la misma placa que tengo, con condensadores adicionales ubicados entre el módulo bluetooth y la entrada al amplificador de clase D. (¿Sospecho que la fase de diseño 2?)
Una prueba rápida sería alimentarlo con una batería para confirmar o descartar el ruido de la fuente de alimentación.

Respuestas (3)

Estaba teniendo el mismo problema. Intenté algunas estrategias de puesta a tierra en vano. Luego miré las notas de aplicación para el amplificador TPA3116 de Texas Instruments y noté que recomiendan desacoplar capacitores de al menos 100uF cerca de los pines de alimentación en ambos extremos del chip . Estas mayúsculas están ausentes en este tablero.

Mirando alrededor de eBay, noté uno que tampoco tiene los límites grandes en el TPA3116, pero tiene un límite de 10uF en el pin de alimentación del amplificador operacional . Tenía uno por ahí, así que lo soldé entre la resistencia junto a la que se encuentra y el plano de tierra y ahora considero que el amplificador se puede usar.

Usé una tapa de 10uF 16V porque eso es lo que tenía. El tablero en eBay usa un límite de 50V. Debido a que el amplificador operacional funciona a 5V, parece una exageración.

Probablemente agregaré los límites recomendados en el TPA3116 para ver si puedo reducir el poco ruido restante y tal vez ayudar un poco a los bajos.

Para mayor claridad, aquí hay una foto de la gorra que agregué:foto de gorra añadida

Los cables son mi intento fallido de resolver el problema conectando directamente el amplificador operacional y las tierras del módulo bluetooth a la tierra TPA3116.

Otros han notado el mismo problema, incluso cuando funcionan con baterías .

Por cierto, hay un video de YouTube de un tipo que demuestra el mismo problema de ruido usando baterías ( youtube.com/watch?v=VcBvq4gztns ), por lo que el problema no se origina en la fuente de alimentación. Estoy alimentando el mío con un viejo suministro de computadora portátil.
Arreglé el formato y agregué los enlaces por ti. Una vez que obtenga más repeticiones, no tendrá el problema. Buen hallazgo en las tapas que faltan.
Basado en los dos tableros, el que tiene la tapa es claramente una nueva revisión para solucionar un problema como este. Observe las vías de tierra adicionales para una mejor gestión del calor, el regulador DPAK más robusto a la derecha en lugar de un pequeño sot-89. Está repleto de "Subestimamos la primera vez".
Gracias por la limpieza. Noté las vías de tierra adicionales (pero no el regulador más robusto). Cuando encontré la otra placa, comenté que debería haber comprado esa en primer lugar porque solo costaba unos cuantos dólares más que la que tenía. Sin embargo, no me arrepiento porque aprendí bastante en el viaje.
Estaba completamente al tanto de las diferentes placas anunciadas y supuse que los filtros eran la etapa dos. Desafortunadamente, los vendedores están usando fotos de la fase dos y enviando partes de la fase uno. Su artículo enviado claramente no es como se anuncia, por lo que reciben una marca negra de mi parte. Le planteé el problema a un par de vendedores, y NINGUNO de ellos respondió que tiene tableros de fase dos disponibles, a cualquier precio. O bien no contestan, o te dicen que son solo partes de la fase uno.
@ruminant1 Me encantaría realizar la actualización, pero no está del todo claro dónde coloco el capacitor. ¿Está diciendo que debería usar la almohadilla 'sur' de esa cuarta resistencia desde la derecha y la almohadilla gnd cerca de la huella de la almohadilla 10K como mis puntos de soldadura? ¿Polaridad del condensador de qué manera?
Los extremos sur de las resistencias cuatro y cinco (desde la derecha) están conectados entre sí, por lo que puede usar cualquiera de ellos. El extremo negativo de la tapa va a cualquier parte de la pieza sólida de cobre en la que están impresas las etiquetas de resistencia. La única razón por la que el mío está tan a la izquierda es que también pasé un cable a través de la vía y lo soldé al metal en la parte delantera y trasera como parte de la operación. Todavía me sentía paranoico acerca de los terrenos en ese momento pero, en retrospectiva, dudo que sea útil.
Debido a que el extremo norte de la resistencia cuatro está conectado a tierra, supongo que podría simplemente colocar la tapa en la resistencia, con el extremo negativo hacia el norte.
@ruminant1 Eso funcionó muy bien. Gracias por los esfuerzos de depuración. Diré que apesto soldando dispositivos de montaje en superficie. y no soy mucho mejor con una pistola de pegamento caliente. (Vea la imagen en la parte inferior de la publicación original...) Terminé usando un límite de 10uF 50V porque estaba disponible.
Soy ingeniero; Para mí, cualquier solución que funcione es hermosa. (Sin embargo, este fue un gran alcance para mí porque soy un ingeniero aeroespacial, no un EE). Estoy muy feliz de haber podido ayudar.
@ruminant1 Eres famoso. Es oficial. Ahora estoy viendo su corrección en los nuevos anuncios de eBay para este producto. Lo menos que podrían hacer es darte crédito. Nota: el círculo rojo resaltado es mío...

Los amplificadores de clase D son conocidos por tener un rechazo de la fuente de alimentación realmente pobre. Básicamente, los FET en la etapa de salida "golpean" cerca de los rieles de alimentación y cualquier cosa en esos rieles de alimentación se superpone a la salida de onda cuadrada Y, para empeorar las cosas, la forma de onda de conmutación PWM en realidad modula el ruido de la fuente de alimentación hasta la banda base y oye Presto, el ruido de 100 kHz a 10 MHz (o donde sea) aparece de repente a través de los altavoces. Se llama rectificación síncrona pero básicamente es un mezclador de conmutación como un modulador de anillo. Aquí hay una imagen que puede ayudarlo a entender: -

ingrese la descripción de la imagen aquí

Imagine que el trazo verde es el ruido de la fuente de alimentación y el trazo rojo es el PWM. El rastro azul (significativamente ampliado) es lo que resulta debido a la mezcla de conmutación y, debería poder ver que tiene una frecuencia significativamente más baja que el PWM o el ruido de la fuente de alimentación. Eventualmente, a medida que la frecuencia de "ondulación" de la fuente de alimentación y la frecuencia PWM comienzan a coincidir, se obtiene una frecuencia de pulso de audio. Pero dado que hay una gran cantidad de ancho de banda que se puede mezclar con el audio, siempre hay algo silbando en las frecuencias de audio.

Un inductor en serie con la clasificación de corriente adecuada en paralelo con una resistencia de 47 ohmios y un condensador a tierra generalmente detiene mucho de esto. Pero para hacer el trabajo correctamente, necesita más información sobre su fuente de alimentación y una mejor idea sobre el ruido en sus disparos de alcance.

OK, ¿quién es el sabio que me vota?
¿Es @usuario65652?
obviamente un amplificador de clase D fanboi
Jejeje @PlasmaHH

La mejor manera de filtrar un SMPS de 15 años es comprar uno nuevo. Y si realmente planea usarlo para audio, preste atención a su hoja de datos. Como el ruido ondulado y demás. Consulte ¿Se puede alimentar un circuito de audio con una fuente de alimentación conmutada?

Y sí, primero querrá averiguar qué componente es el principal culpable de este ruido alegre. No sé si necesita baterías de automóvil solo para esto ... si el ruido es audible en niveles bajos de potencia, no necesita subir el amplificador al máximo. Si tiene algún suministro lineal (LM317, etc.), podría ser suficiente para resolver esto.

Y con respecto a la ondulación, ¡0.7V es mucho! Apuesto a que SMPS no era así cuando era nuevo. Las fuentes de alimentación de las computadoras portátiles se calientan bastante, por lo que las tapas se secan sustancialmente. 15 años es casi suficiente para que las tapas con clasificación 85C se sequen fuera de las especificaciones, incluso sin uso, es decir, a temperatura ambiente. Podría intentar repararlo reemplazando sus tapas. Se convierte en un proyecto en sí mismo.

¿No es la misma sugerencia que conectar dos baterías de automóvil en serie para realizar la prueba?
Mira la escala vertical de arriba. Esa ondulación tiene una altura de 0,7 voltios. Probablemente esté bien para una computadora portátil del año 2000 con batería, no es ideal para un circuito de audio. Ese chip LM317 se ve muy bien, simplemente no tengo ninguno aquí. Francamente, lo de las dos baterías parece una prueba fácil.
@zipzit: para alguien que tiene un oscopia a mano, es bastante extraño no tener un suministro de laboratorio (o al menos una variante improvisada) a mano. Pero si tiene las baterías (incluso las de UPS tendrían muchos amperios), por supuesto, esa es una forma de eliminar una variable/desconocida.
Me acabo de dar cuenta en la fotografía de arriba, hay un LM317k en la placa amplificadora. ¿No implica eso que usar un LM317 entre la fuente de alimentación y la placa amplificadora no será fructífero, que el ruido en cuestión proviene de otro lugar?
@zipzit: No creo que alimente el amplificador a través de eso. No recibiría suficiente corriente. Además, tu foto es demasiado borrosa para que yo lea alguna ficha. Ah, sí, veo que está marcado en la serigrafía. Eso es probablemente bueno para medio amperio tal vez. Intente rastrear el circuito y vea si el LM317 alimenta el TPA o solo el módulo BLE.
Yo también estoy sorprendido. La hoja de datos de National Semiconductor muestra que el LM317K en paquete TO-3 tiene una carga de diseño de 1,5 amperios.
@zipzit: tenga en cuenta que también usan un CMOS y un clon chino de LM358, el SGM358 . Ese chip solo funciona con 5.5 V como máximo, por lo que usan el LM317 para bajar/derivar un riel de voltaje para eso como mínimo. El TPA31xx necesita un pico de alrededor de 7.5A, por lo que de ninguna manera extrae toda su potencia a través de eso.
Fuente de ruido de audio a bajo volumen: placa BlueTooth Mini Amp
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