Kann das Rauschen eines Schaltnetzteils gedämpft werden, wenn ich den Linearregler vor den Ausgang stelle?

Ein Freund sagte mir, dass das Rauschen eines Schaltnetzteils gedämpft werden kann, wenn ich den Linearregler vor den Ausgang stelle. Ist das wahr?

Wenn ich beispielsweise einen + -12 V-Operationsverstärker für einen Verstärker betreiben möchte, kann ich ein Schaltnetzteil (SMPS) verwenden, beispielsweise mit einem verrauschten 15 V-Ausgang, und dann vom SMPS-Ausgang einen LM7812 speisen und ein LM7912 .

Wird der Ausgang von LM7812 und LM7912 jetzt im Vergleich zu ihren Eingängen sehr, sehr rauscharm sein?

Wenn dies zutrifft, ist dies erstaunlich, da kein Transformator mehr benötigt wird.

Ist es wirklich richtig, dass ein schweres Netzteil mit einem Transformator für Verstärker der Klassen A und B nicht mehr benötigt wird?

Ja, es ist richtig, dass das Hinzufügen eines Linearreglers nach einem SMPS (Schaltnetzteil) das Rauschen verringert, aber dennoch Vorsicht geboten ist. Die Ergebnisse können sehr gut sein, aber das Ergebnis ist möglicherweise nicht so gut, als ob ein netzbetriebener Transformator plus Linearregler verwendet worden wäre.

Betrachten Sie einen gängigen LM7805 5V-Regler von Fairchild. Dies hat eine "Welligkeitsunterdrückungs" -Spezifikation von mindestens 62 dB. "Welligkeit" ist ein Eingangsrauschen, das jedoch normalerweise mit den zweifachen Netzfrequenzschwankungen des gleichgerichteten und geglätteten Netzeingangs zusammenhängt. Dies ist eine Rauschunterdrückung von 10 ^ (dB_noise_rejection / 20) = 10 ^ 3,1 ~ = 1250: 1. Wenn am Eingang 1 Volt "Welligkeit" vorhanden wäre, würde dies am Ausgang auf 1 mV reduziert. Es wird jedoch angegeben, dass dies bei 120 Hz = der doppelten Netzfrequenz der USA liegt, und es wird keine Spezifikation oder Grafik für die Rauschreduzierung bei höheren Frequenzen angegeben.

Der funktionsidentische 5-V-Regler LM340 von NatSemi hat eine etwas bessere Spezifikation (mindestens 68 dB, typisch 80 dB = 2500: 1 bis 10.000: 1) bei 120 Hz.
NatSemi bietet jedoch auch eine grafische Darstellung der typischen Leistung bei höheren Frequenzen (linke untere Ecke von Seite 8).

.

Es ist zu erkennen, dass bei 5 V die Welligkeitsunterdrückung bei 100 kHz (= 250: 1) auf 48 dB abfällt . Es ist auch zu sehen, dass es bei ungefähr 12 dB pro Dekade (60 dB bei 10 kHz, 48 dB bei 100 kHz) linear abfällt. Wenn Sie dies auf 1 MHz extrapolieren, erhalten Sie eine Rauschunterdrückung von 36 dB bei 1 MHz (~ = 60: 1 Rauschunterdrückung ). Es gibt keine Garantie dafür, dass diese Erweiterung auf 1 MHz realistisch ist. nicht viel schlimmer sein.

Da die meisten (aber nicht alle) smps-Versorgungen im Bereich von 100 kHz bis 1 MHz arbeiten, kann man davon ausgehen, dass die Rauschunterdrückung im Bereich von 100-1000 kHz für Grundrauschfrequenzen in der Größenordnung von 50: 1 bis 250: 1 liegt. Smps haben jedoch eine Ausgabe mit einer anderen als ihrer grundlegenden Schaltfrequenz, die oft viel höher ist. Sehr dünne, schnell ansteigende Spitzen, die an Schaltflanken aufgrund einer Streuinduktivität in Transformatoren und ähnlichem auftreten können, werden weniger gedämpft als Rauschen mit niedrigerer Frequenz.

Wenn Sie ein Smps alleine verwenden, würden Sie normalerweise erwarten, eine Form der Ausgangsfilterung bereitzustellen, und die Verwendung von passiven LC-Filtern mit einem linearen "Post-Regler" erhöht die Leistung.

Sie erhalten Linearregler mit einer besseren und einer schlechteren Welligkeitsunterdrückung als der LM340 - und die obigen Ausführungen zeigen, dass zwei funktionsidentische ICs unterschiedliche Spezifikationen haben können.

Rauschunterdrückung von smps wird durch gutes Design stark unterstützt. Das Thema ist zu komplex, als es hier zu erwähnen, aber es gibt viel Gutes zu diesem Thema im Internet (und in früheren Stapelaustauschantworten). Zu den Faktoren gehören die ordnungsgemäße Verwendung von Masseebenen, die Trennung, die Minimierung der Fläche in Stromschleifen, das Unterbrechen von Stromrückleitungspfaden, das Erkennen von Pfaden mit hohem Stromfluss und deren Kurzschluss und Entfernung zu rauschempfindlichen Teilen des Stromkreises (und vielem mehr).

Also - ja, ein linearer Regler kann dazu beitragen, das Smps-Ausgangsrauschen zu reduzieren, und er ist möglicherweise gut genug, um Audioverstärker auf diese Weise direkt mit Strom zu versorgen (und viele Konstruktionen tun möglicherweise genau das), aber ein linearer Regler ist kein "Wundermittel" Diese Anwendung und gutes Design ist immer noch von entscheidender Bedeutung.

Ein Linearregler hat eine begrenzte Bandbreite, auf der er regeln kann. Hohe Frequenzen werden durchgelassen. Wie gut ein Regler Frequenzen dämpft, zeigt die Welligkeitsunterdrückung. Schlagen Sie in einem LM317-Datenblatt nach und suchen Sie nach Diagrammen, in denen das Verhältnis der Welligkeitsunterdrückung zur Frequenz angegeben ist:

Es hängt vom Laststrom, den Eingangs- und Ausgangsspannungen und anscheinend auch davon ab, ob Sie einen Kondensator an den Adj-Pin anschließen. Außerdem fällt es mit der Frequenz schnell ab. Die meisten Spezifikationen werden bei niedrigen Frequenzen vorgenommen, sodass sie nach einem Transformator (bei dem es sich wahrscheinlich um eine Welligkeit von 100 Hz oder 120 Hz handelt) einwandfrei funktionieren.

Wenn Sie heutzutage ein typisches SMPS erhalten, kann es bei mehreren hundert kHz schalten. Anscheinend schafft ein LM317 mit einem 10-uF-Kondensator am Einstellstift nur 40 dB bei 100 kHz und 20 dB bei 1 MHz. Eine 1-MHz-1-V- _pp- Welligkeit würde immer noch als 0,1-V- _pp- Welligkeit herauskommen. Bei höheren Frequenzen wird es nur schlechter und fällt auf 0 dB ab, was weder eine Verstärkung noch eine Dämpfung darstellt.

Dies ist ein billiger LM317-Regler, es gibt bessere auf dem Markt. LDOs sind in der Regel nicht so gut in der Welligkeitsunterdrückung, weil sie etwas weniger stabil sind.

Alternativ können Sie einen LC-Filter verwenden, um das Hochfrequenzmaterial zu dämpfen. Beachten Sie jedoch, dass ein LC-Filter eine Resonanzfrequenz hat, die stattdessen eine bestimmte Frequenz zehnmal dämpfen kann!

Ich kann nicht sehen (es sei denn, Ihr Regler oszilliert), dass ein linearer Regler stattdessen das Rauschen verstärkt. Sicher, es fügt immer Rauschen mit breitem Spektrum hinzu (Temperaturrauschen, Flimmerrauschen usw.), aber auch Transistoren, Widerstände, Operationsverstärker, Dioden usw.

Da es sich jedoch um Audio handelt, möchte ich Folgendes zu dieser speziellen Situation hinzufügen:

• Ein Operationsverstärker hat auch ein eigenes PSRR (Power Supply Rejection Ratio). Einige Komponenten haben keine Diagramme für diese Figur, dies trägt jedoch auch zu Ihrem Linearregler bei. Ein AD8622 Präzisions-Operationsverstärker hat eine Dämpfung von ca. 20 dB - 40 dB bei 100 kHz. (Positive Lieferungen sind in der Regel besser gedämpft als negative Lieferungen).
• Wenn ein SMPS über 400 kHz schaltet, würden Sie das Rauschen stören / hören?

Wie Hans sagt, stoppt ein Linearregler das HF-Rauschen eines SMPS nicht. Sie können mit passiven Elementen wie Kondensatoren und Spulen filtern. Da die beteiligten Frequenzen viel höher sind als die 100-Hz-Welligkeit, die Sie in einem klassischen Netzteil beseitigen müssen, benötigen Sie nicht so viel Elektrolyse. (Diese Elektrolyte müssen groß sein, weil sie meistens die einzige Möglichkeit sind, die gleichgerichtete Spannung zu "regulieren".)
Passive Entkopplung ist also das Wort. Wenn Sie wirklich einen Linearregler verwenden möchten, können Sie einen LDO verwenden, da dessen Eingangsspannung nicht variiert.

Übrigens, Sie brauchen natürlich noch einen Transformator in Ihrem SMPS, sonst könnte Ihr Verstärker ein schockierendes Erlebnis sein. Aber Sie können es viel kleiner machen als die klassischen.

Die Hauptsache, die Sie tun müssen, ist, Ihre Spuren richtig zu leiten. Wenn Sie Ihr Audiosignal an den Boden verbinden sich direkt neben dem SMPS und dann einen linearen Regler haben nach diesem, wird es nicht Sie etwas Gutes tun. Sie müssen die Erdungsspuren von einer Stufe zur nächsten "leiten" und Ihre Audioschaltung an der Ausgangskappe des Linearreglers mit der Erde verbinden.

Drähte sind keine perfekten Leiter und ein rauschender Strom, der durch einen Masseknoten fließt, führt zu Spannungsschwankungen. Wenn Sie einen schwankenden Untergrund als Audio-Referenz verwenden, werden die Schwankungen Teil des Signals.

Torroidaldrosseln und niedrige ESR-Kappen reduzieren auch die Welligkeit, was einfacher sein kann, um 40 dB oder mehr zu reduzieren, und eliminieren die Notwendigkeit eines LDO-Reglers.

http://cds.linear.com/docs/en/application-note/an101f.pdf

Hier finden Sie weitere Informationen zu einigen der Optionen, die Russell bereits ausführlich erläutert hat.

Seite (9) des Artikels, den ich beigefügt habe, ist auf jeden Fall erwähnenswert, da die Kennlinien von Ferritperlen eine weitere hervorragende Überlegung für die Hochfrequenzdämpfung darstellen, aber nur sehr selten verwendet werden.

Auch hier gibt es kein Wundermittel, und Ferrit hat ein kleineres nützliches Anwendungsfenster als ein herkömmlicher LC- oder RC-Schaltkreis, da sein Effekt nicht so drastisch ist, aber der große Nachteil ist sein Effekt auf die Impedanz ohne die üblichen Nebenwirkungen, die mit den anderen beiden verbunden sind Wenn Ferrit an der richtigen Stelle eingesetzt wird, kann es einen außergewöhnlichen Einfluss auf die Stabilität haben.

Wie Peter zuvor in Bezug auf das hörbare Rauschen gefragt hat, ist es sehr richtig, dass das Filtern innerhalb eines hörbaren Frequenzbandes, beispielsweise 20 Hz - 20 kHz, erfolgt. kann ein schneller Weg sein, um ein Netzteil sehr brauchbar zu machen. Wir sehen dies die ganze Zeit in RC-Filtern in Gitarrenverstärkern. Nach meiner Erfahrung, insbesondere bei Audio-Instrumenten-Verstärkern, wird dies erst zutreffender, wenn der Endingenieur tatsächlich ein traditioneller Ausgangstransformator ist, dessen Grenzfrequenz im Allgemeinen zwischen 20 kHz und 10 kHz liegt und der dann mit einem traditionellen Metallrahmen-Lautsprecher gekoppelt wird Wie bei Gitarren werden diese Lautsprecher normalerweise auf einen Cutoff von ca. 8 kHz gedämpft.

Also fangen wir an, die Augenbrauen auch bei 100 kHz Lärm anzuheben, was die Mühe nicht wert ist.

In der Praxis ist dies jedoch eine andere Geschichte, da die fundamentale Frequenz des Interesses bekanntlich niemanden bevorzugt und auf natürliche Weise Harmonische von sich selbst erzeugt, die sich bis in den hörbaren Bereich erstrecken. Wenn die Grundfrequenz inhärent Rauschen ist, wird dies zu einer schwer fassbaren Kontrollmaßnahme, da sie so oft mehr als eine Grundfrequenz enthält und die Verwendung von RC- und LC-Filtern zu abschreckenden Effekten führen kann, indem der "Ton" des Rauschens häufiger geändert wird behandle es. So können Sie sehen, wie einfach diese Effekte auf dem Papier herumlaufen können.

Um dem Rechnung zu tragen, kann es manchmal so einfach sein, die Eigenschaften des von uns gewählten Ic oder die inhärenten Eigenschaften des von uns gewählten Netzteildesigns zu kennen. Nach diesem Punkt sicher zu machen mit dem gleichen Überlegungen zu nähern Rauschen sowohl in der hörbaren Frequenz, und die hohen Frequenzen , um profunde Ergebnisse geben können.