23/01/14

O problema do Monoblocus Magnus

Desenhar um amplificador com topologia paralela não é fácil, ainda para mais utilizando integrados LM3876. Primeiro, é preciso assegurar que o ganho em malha fechada dos dois integrados é igual e que a carga à saída é repartida de forma equilibrada. Em seguida é necessário fazer os testes em placa de ensaio para confirmar se tudo funciona devidamente. Mesmo assim, não é certo que tudo corra bem. Neste caso, e apesar do sucesso nos testes anteriores, a implementação em placa de circuito impresso não funcionou como era suposto.

Depois de montada a placa, resolvi testá-la numa situação real. Ligando apenas o transformador e a respectiva alimentação, verifiquei que os dissipadores dos integrados aqueciam bastante em alguns segundos, isto sem carga e sem fonte de sinal. Com o altifalante e a fonte de sinal ligados, o som saía limpo mas só durante poucos minutos, antes da protecção térmica dos LM3876 começar a actuar. Após muita análise, percebi que o problema residia numa oscilação de alta frequência que só acontecia quando as saídas dos integrados estavam acopladas através dos resistores R9 e R14. Medindo a diferença de tensão entre as saídas dos integrados com um osciloscópio, constatei que a oscilação apresentava uma frequência e amplitude variáveis, com valores rondando 80KHz e 2Vpp respectivamente.

Oscilação medida no osciloscópio. A forma de onda representa a diferença de tensão entre as saídas dos integrados.

A solução, que aliás me foi sugerida por um amigo, envolve somente a adição de dois condensadores: um em paralelo com R6 e o outro em paralelo com R11. Estes condensadores diminuem o ganho para as altas frequências e, efectivamente, suprimem a oscilação. Após alguns testes, verifiquei que quaisquer condensadores com valor entre 68 e 100pF resolviam o problema sem diminuir demasiado a resposta em frequência do amplificador. Devo no entanto fazer notar que, ao aplicar condensadores de 68pF, ainda detectei uma oscilação residual com 5mVpp de amplitude.

Placa modificada. Note os condensadores soldados em paralelo com os resistores na malha de realimentação.

Nova medição da diferenca de tensão entre as saídas dos integrados, após a modificação. A oscilação foi eliminada.

Posso especular que o sucesso dos testes em placa de ensaio possa ter sido de alguma forma sustentado pelas capacitâncias parasitas da mesma. Na altura assumi que as condições de um circuito montado numa placa de ensaio seriam piores do que as do circuito na placa final. Mas dada a topologia paralela do amplificador e o layout particularmente "difícil" da placa final, aconteceu precisamente o oposto.

Exposto o problema do projecto actual, irei lançar uma revisão em breve que soluciona o problema de oscilação deste amplificador. Entretanto, caso tenha construído este projecto, sugiro que solde condensadores de 82pF directamente nos terminais de R6 e R11 para suprimir a oscilação. Os condensadores devem ser de mica (silver mica) ou cerâmicos do tipo NP0 (C0G), com tolerância de 1%.

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