Можно ли ослабить шум любого переключающего блока питания, если я поставлю линейный регулятор перед выходом?

Друг сказал мне, что шум любого переключающего блока питания может быть ослаблен, если я поставлю линейный регулятор перед выходом. Это правда?

Например, если я хочу включить операционный усилитель + -12 В для усилителя, я могу использовать импульсный источник питания (SMPS), скажем, с шумовым выходом 15 В, а затем с выхода SMPS, подающего LM7812 и LM7912 .

Будут ли на выходе LM7812 и LM7912 очень низкий уровень шума по сравнению с их входами?

Если это правда, это удивительно, так как больше нет необходимости использовать трансформатор.

Действительно ли правильно, что тяжелый блок питания, использующий трансформатор для усилителей класса A и B, больше не нужен?

Да, это правда, что добавление линейного регулятора после SMPS (импульсный источник питания) уменьшит шум, но осторожность по-прежнему необходима. Результаты могут быть очень хорошими, но результат может быть не таким хорошим, как если бы использовался трансформатор с питанием от сети плюс линейный регулятор.

Рассмотрим обычный стабилизатор LM7805 5V от Fairchild. Это имеет спецификацию "отклонения пульсации" минимум 62 дБ. «Пульсация» - это шум на входе, но обычно он связан с двойным изменением частоты сети от выпрямленного и сглаженного входа сети. Это снижение шума на 10 ^ (dB_noise_rejection / 20) = 10 ^ 3.1 ~ = 1250: 1 То есть, если бы на входе было 1 Вольт "пульсации", это было бы уменьшено до 1 мВ на выходе. Однако это указано как частота 120 Гц = удвоенная частота сети США, и не приводится спецификация или график для снижения шума на более высоких частотах.

Функционально идентичный стабилизатор LM340 5V от NatSemi имеет немного лучшую характеристику (минимум 68 дБ, типичное значение 80 дБ = 2500: 1 до 10000: 1) при частоте 120 Гц.
Но NatSemi любезно предоставит график типичной производительности на более высоких частотах (нижний левый угол страницы 8).

,

Можно видеть, что для подавления пульсаций выходного напряжения 5 В до 48 дБ при 100 кГц (= 250: 1). Также можно видеть, что он падает примерно линейно на уровне около 12 дБ за десятилетие (60 дБ при 10 кГц, 48 дБ при 100 кГц). Экстраполяция этого значения до 1 МГц дает подавление шума 36 дБ при частоте 1 МГц (~ = 60: 1 шумоподавление. ) Нет гарантии, что это расширение до 1 МГц является реалистичным, но реальный результат не будет буквенным, чем этот, и должен (вероятно) не будет намного хуже.

Поскольку большинство (но не все) источники smp работают в диапазоне от 100 кГц до 1 МГц, можно предположить, что подавление шума будет порядка 50: 1 - 250: 1 в диапазоне 100-1000 кГц для частот основного шума. Однако у smps будет выходной сигнал, отличный от их основной частоты переключения, часто намного выше. Очень тонкие быстрорастущие пики, которые могут возникать на переключающих фронтах из-за индуктивности рассеяния в трансформаторах и т.п., будут меньше ослаблены, чем шум с более низкой частотой.

Если бы вы использовали smps сам по себе, вы обычно ожидали бы обеспечить некоторую форму выходной фильтрации, а использование пассивных LC-фильтров с линейным пост-регулятором повысит его производительность.

Вы можете получить линейные регуляторы как с лучшими, так и с худшими показателями подавления пульсаций, чем LM340, и вышеизложенное показывает, что две функционально идентичные ИС могут иметь несколько разные характеристики.

Устранению шума от smps очень поможет хороший дизайн. Предмет слишком сложен, чем делать что-то большее, чем упоминать его здесь, но в интернете есть много хорошего по этому вопросу (и в прошлых ответах на обмен стека). Факторы включают в себя правильное использование заземляющих плоскостей, разделение, минимизацию площади в контурах тока, не нарушая пути возврата тока, выявляя пути прохождения большого тока и делая их короткими и вдали от чувствительных к шуму частей схемы (и многое другое).

Так что - да, линейный регулятор может помочь уменьшить выходной шум smps, и он может быть достаточно хорош, чтобы позволить вам напрямую подключать усилители звука таким образом (и многие дизайнеры могут делать именно это), но линейный регулятор не является «волшебной пулей» в это приложение и хороший дизайн по-прежнему жизненно важны.

Линейный регулятор имеет ограниченную полосу пропускания, на которой он может регулироваться. Высокие частоты проходят через. Насколько хорошо регулятор подавляет частоты, можно найти в отбрасывании пульсаций. Посмотрите таблицу LM317 и найдите графики коэффициентов отклонения пульсации в зависимости от частоты:

Это зависит от тока нагрузки, входного и выходного напряжений, а также, очевидно, от того, установлен ли конденсатор на контакте Adj. Более того, он быстро падает с частотой. Большинство спецификаций сделаны на низкой частоте, поэтому он отлично работает после трансформатора (который, вероятно, будет пульсации 100 Гц или 120 Гц).

Если вы получаете типичный SMPS в наши дни, он может переключаться на несколько сотен кГц. По-видимому, LM317 с конденсатором 10 мкФ на регулировочном выводе управляет только 40 дБ на частоте 100 кГц и 20 дБ на частоте 1 МГц. Волна 1 Мп 1 В _pp все равно будет проходить сквозь пульсации 0,1 В _pp . На более высоких частотах оно будет только ухудшаться и падать до 0 дБ, что не является ни усилением, ни демпфированием.

Это дешевый регулятор LM317, на рынке есть лучшие. LDO, как правило, не так хороши в отбрасывании пульсаций, потому что они немного менее стабильны.

В качестве альтернативы вы можете использовать LC-фильтр для подавления высокочастотных составляющих. Однако обратите внимание, что LC-фильтр имеет резонансную частоту, которая вместо этого может ослабить определенную частоту в десятки раз!

Я не вижу (если ваш регулятор не колеблется), линейный регулятор усилит шум вместо этого. Конечно, он всегда будет добавлять шум широкого спектра (температурный шум, фликкер-шум и т. Д.), Но так же как и транзисторы, резисторы, операционные усилители, диоды и т. Д.

Однако, поскольку вы говорите об аудио, я хотел бы добавить к этой конкретной ситуации:

• Операционный усилитель также имеет собственный PSRR (коэффициент подавления питания). Некоторые компоненты не имеют графиков для этого рисунка, однако это также увеличивает ваш линейный регулятор. Прецизионный операционный усилитель AD8622 имеет демпфирование около 20 дБ - 40 дБ на частоте 100 кГц. (Положительные запасы обычно лучше демпфируются, чем отрицательные).
• Если SMPS переключается выше 400 кГц, вы не возражаете / слышите шум?

Как говорит Ганс, линейный регулятор не остановит высокочастотный шум от SMPS. Вы можете фильтровать, используя пассивные элементы, такие как конденсаторы и катушки. Поскольку задействованные частоты намного выше, чем пульсации 100 Гц, от которых вы должны избавиться в классическом источнике, вам не понадобится этот большой электролитик. (Эти электролизеры должны быть большими, потому что они чаще всего являются единственным способом «регулирования» выпрямленного напряжения.)
Так что пассивное разделение - это слово. Если вы действительно хотите использовать линейный регулятор, вы можете использовать LDO, поскольку его входное напряжение не будет меняться.

Кстати, вам все еще нужен трансформатор в вашей SMPS, иначе ваш усилитель может быть шокирующим. Но вы можете сделать его намного меньше, чем классические.

Главное, что вам нужно сделать, это правильно проложить трассу. Если подключить звуковой сигнал на землю прямо рядом с ИИП, а затем линейный регулятор после этого, он не будет делать вам никакой пользы. Вам необходимо «передать» следы заземления от одной ступени к другой и подключить вашу звуковую схему к земле на выходной крышке линейного регулятора.

Провода не являются идеальными проводниками, и шумовой ток, проходящий через заземляющий узел, будет вызывать колебания напряжения. Использование флуктуирующей земли в качестве звукового ориентира означает, что флуктуации становятся частью сигнала.

Тороидальные дроссели и колпачки с низким ESR также уменьшают пульсации, которые могут быть проще для снижения на 40 дБ или более, и устраняют необходимость в регуляторе LDO.

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

Вот еще некоторая информация, поддерживающая некоторые из вариантов, которые Рассел уже подробно объяснил.

Страницу (9) художественного материала, которую я приложил, определенно стоит отметить, поскольку кривые характеристик ферритовых шариков являются еще одним превосходным фактором для высокочастотного демпфирования, но используются очень редко.

Опять же, нет волшебной пули, и феррит имеет меньшее окно полезного применения, чем обычная схема LC или RC, потому что его эффект не такой существенный, но большой эффект - это его влияние на полное сопротивление без общих побочных эффектов, связанных с двумя другими При использовании в нужном месте феррит может оказывать исключительное влияние на стабильность.

Как Питер спрашивал ранее, что касается слышимого шума, это очень верно, что фильтрация в пределах слышимой полосы частот, скажем, 20 Гц-20 кГц; может быть быстрым способом сделать блок питания очень удобным. Мы видим это в RC фильтрах в гитарных усилителях все время. По моему опыту, особенно в усилителях звуковых инструментов, это становится еще более верным, когда конечный инженер фактически является традиционным выходным трансформатором, который имеет частоту среза обычно между 20 кГц и 10 кГц, которая затем соединяется с традиционным динамиком с металлическим каркасом, и Как и в случае с гитарой, эти громкоговорители обычно имеют ослабление около 8 кГц.

Таким образом, мы начинаем поднимать бровь даже при 100 кГц шуме, не стоит усилий.

Но на практике это другая история, потому что, как мы знаем, основная частота интереса никому не способствует, и, естественно, создает собственные гармоники, простираясь вплоть до слышимого диапазона. Если основная частота по своей сути является шумом, это становится неуловимой контрольной мерой, потому что она часто включает в себя более одной основной частоты, и использование как RC, так и LC фильтров может привести к отрицательным эффектам, более изменяя «тон» шума, чем лечить это. Таким образом, вы можете увидеть, как легко эти эффекты могут создать бег на бумаге.

Таким образом, чтобы приспособиться к этому, попасть в правильный стадион иногда бывает так просто, зная характеристики Ic, которые мы выбираем, или любые неотъемлемые характеристики конструкции блока питания, которую мы выбираем. После этого, подход к шуму с равными соображениями как по звуковой частоте, так и по частотам высокого порядка может дать глубокие результаты.