¿Se puede atenuar el ruido de cualquier fuente de alimentación conmutada si pongo un regulador lineal antes de la salida?

Question

Un amigo me dijo que el ruido de cualquier fuente de alimentación conmutada se puede atenuar si pongo un regulador lineal antes de la salida. ¿Es eso cierto?

Por ejemplo, si quiero alimentar un op-amp de +-12 V para un amplificador, puedo utilizar una fuente de alimentación conmutada (SMPS), digamos, con una salida ruidosa de 15 V y luego de la salida SMPS alimentan un LM7812 y un LM7912 .

¿La salida de LM7812 y LM7912 tendrá ahora un ruido muy bajo en comparación con sus entradas?

Si esto es cierto, es increíble, ya que no hay necesidad de utilizar un transformador más.

¿Es cierto que ya no se necesita una fuente de alimentación pesada con transformador para amplificadores de clase A y B?

Answer 1

Un regulador lineal tiene un ancho de banda limitado en el que puede regular. Las frecuencias altas pasan de largo. Lo bien que un regulador amortigua las frecuencias se encuentra en el rechazo del rizado. Consulte la hoja de datos de un LM317 y busque gráficos de la relación de rechazo del rizado en función de la frecuencia:

Depende de la corriente de carga, los voltajes de entrada y salida y aparentemente también si pones un condensador en el pin Adj. Además, disminuye rápidamente con la frecuencia. La mayoría de las especificaciones se hacen a baja frecuencia por lo que funciona perfectamente después de un transformador (que es probable que sea una ondulación de 100 Hz o 120 Hz).

Si se adquiere una SMPS típica de estos días, puede conmutar a varios cientos de kHz. Aparentemente, un LM317 con un condensador de 10 uF en la patilla de ajuste sólo consigue 40 dB a 100 kHz y 20 dB a 1 MHz. A 1 MHz 1 V _pp la ondulación seguiría pasando como 0,1 V _pp ondularse. A frecuencias más altas sólo empeorará y caerá a 0 dB, lo que no es amplificación ni amortiguación.

Este es un regulador LM317 barato, hay mejores en el mercado. Los LDO normalmente no son tan buenos en el rechazo del rizado debido a su naturaleza de ser un poco menos estables.

También puedes utilizar un filtro LC para amortiguar las altas frecuencias. Sin embargo, ten en cuenta que un filtro LC tiene una frecuencia de resonancia que puede atenuar una determinada frecuencia decenas de veces.

No veo (a menos que tu regulador esté oscilando) que un regulador lineal amplifique el ruido en su lugar. Claro, siempre añadirá ruido de amplio espectro (ruido de temperatura, ruido de parpadeo, etc.), pero también lo harán los transistores, resistencias, opamps, diodos, etc.

Sin embargo, como estás hablando de audio, me gustaría añadir algo a esa situación específica:

• Un op-amp también tiene su propia PSRR (relación de rechazo de la fuente de alimentación). Algunos componentes no tienen gráficos para esta cifra, sin embargo esto se añade a su regulador lineal también. Un op-amp de precisión AD8622 tiene alrededor de 20 dB - 40 dB de amortiguación a 100 kHz. (Las alimentaciones positivas suelen estar mejor amortiguadas que las negativas).
• Si una SMPS conmuta por encima de 400 kHz, ¿le molestaría/oiría el ruido?

Answer 2

Como dice Hans, un regulador lineal no detendrá el ruido de alta frecuencia de una SMPS. Usted puede filtrar si con pasivos como condensadores y bobinas. Como las frecuencias implicadas son mucho más altas que la ondulación de 100Hz de la que tienes que deshacerte en una fuente clásica, no necesitarás electrolíticos tan grandes. (Estos electrolíticos tienen que ser grandes porque son la mayoría de las veces la única manera de "regular" la tensión rectificada).
Así que desacoplamiento pasivo es la palabra. Si realmente quieres usar un regulador lineal puedes usar un LDO ya que su tensión de entrada no varía.

BTW, usted todavía necesita un transformador en su SMPS por supuesto, de lo contrario su amplificador puede ser una experiencia chocante. Pero puedes hacerlo mucho más pequeño que los clásicos.

Answer 3

Lo principal que tienes que hacer es encaminar bien las trazas. Si conectas tu señal de audio a tierra justo al lado de la SMPS, y luego tienes un regulador lineal después de esto, no te servirá de nada. Tienes que "canalizar" las trazas de tierra de una etapa a la siguiente, y conectar tu circuito de audio a la tierra en la tapa de salida del regulador lineal.

Los cables no son conductores perfectos, y una corriente ruidosa que pase por un nodo de tierra hará que la tensión fluctúe. Utilizar una toma de tierra fluctuante como referencia de audio significa que las fluctuaciones pasan a formar parte de la señal.

Answer 4

Los choques torroidales y los casquillos bajos del ESR también reducen la ondulación que puede ser más simple reducir 40 db o más y elimina la necesidad del regulador de LDO.

Answer 5

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

aquí hay más información que respalda algunas de las opciones que Russell ya ha explicado con excelente detalle.

La página (9) del artículo que he adjuntado es digna de mención, ya que las curvas características de las perlas de ferrita son otra excelente consideración para la amortiguación de altas frecuencias, pero muy rara vez se utilizan.

De nuevo, no es una solución mágica, y la ferrita tiene una ventana más pequeña de aplicación útil que un circuito LC o RC común porque su efecto no es tan drástico, pero lo más importante es su efecto sobre la impedancia sin los efectos secundarios comunes asociados con las otras dos opciones, y utilizado en el lugar correcto, la ferrita puede tener un efecto excepcional sobre la estabilidad.

Como Peter preguntó antes, con respecto al ruido audible, es muy cierto que el filtrado dentro de una banda de frecuencia audible, digamos 20hz-20khz; puede ser una forma rápida de hacer una fuente de alimentación muy utilizable. Vemos esto en los filtros RC en amplificadores de guitarra todo el tiempo. En mi experiencia, especialmente en los amplificadores de instrumentos de audio, esto sólo se hace más cierto cuando el final>>ingeniero, es de hecho un transformador de salida tradicional que tiene una frecuencia de corte generalmente entre 20khz-10khz, que luego se acopla a un altavoz de marco metálico tradicional, y como es el caso de la guitarra, estos altavoces son comúnmente atenuados para tener un corte de alrededor de 8Khz.

Así que empezamos a levantar la ceja incluso a 100khz de ruido, no vale la pena el esfuerzo.

Pero en la práctica es otra historia, porque como sabemos la frecuencia fundamental de interés tiende a no hacer ningún favor a nadie y naturalmente crea armónicos de sí misma, extendiéndose hasta el rango audible. Si la frecuencia fundamental es intrínsecamente ruido, esto se convierte en una medida de control difícil de alcanzar, porque a menudo incluye más de una frecuencia fundamental, y el uso de filtros RC y LC puede tener efectos negativos al cambiar el "tono" del ruido más que tratarlo. Por lo tanto, se puede ver lo fácil que estos efectos pueden crear una carrera alrededor en el papel.

Así que para tener en cuenta esto, a veces puede ser tan fácil conocer las características de la Ic que elijamos, o cualquier característica inherente al diseño de la fuente de alimentación que elijamos. A partir de ahí, hay que asegurarse de abordar el ruido con las mismas consideraciones tanto en la frecuencia audible, y las frecuencias de alto orden pueden dar resultados profundos.