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

Ja, es stimmt, dass das Hinzufügen eines Linearreglers nach einem SMPS (Schaltnetzteil) das Rauschen reduziert, aber es ist dennoch Vorsicht geboten. 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 gewöhnlichen 5-V-Regler LM7805 von Fairchild. Dies hat eine "Ripple Rejection"-Spezifikation von mindestens 62 dB. "Ripple" ist Eingangsrauschen , hängt aber normalerweise mit den doppelten Netzfrequenzschwankungen vom gleichgerichteten und geglätteten Netzeingang zusammen. Dies ist eine Reduzierung des Rauschens um 10^(dB_noise_rejection/20) = 10^3,1 ~= 1250:1 Das heißt, wenn am Eingang 1 Volt "Welligkeit" vorhanden wäre, würde dies am Ausgang auf 1 mV reduziert. Dies ist jedoch mit 120 Hz = doppelte US-Netzfrequenz angegeben, und es wird keine Spezifikation oder Grafik für die Rauschunterdrückung bei höheren Frequenzen gegeben.

Der funktionsgleiche 5V-Regler LM340 von NatSemi hat eine etwas bessere Spezifikation (68 dB Minimum, 80 dB Typisch = 2500:1 bis 10.000:1) bei 120 Hz.
Aber NatSemi stellt freundlicherweise auch ein Diagramm der typischen Leistung bei höheren Frequenzen zur Verfügung (untere linke Ecke von Seite 8).

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Es ist ersichtlich, dass die Welligkeitsunterdrückung für einen 5-V-Ausgang bei 100 kHz (= 250:1) auf 48 dB abfällt. Es kann auch gesehen werden, dass es etwa linear bei etwa 12 dB pro Dekade (60 dB bei 10 kHz, 48 dB bei 100 kHz) abfällt. Die Extrapolation auf 1 MHz ergibt eine Rauschunterdrückung von 36 dB bei 1 MHz (~= Rauschunterdrückung von 60:1 ). Es gibt keine Garantie dafür, dass diese Erweiterung auf 1 MHz realistisch ist, aber das tatsächliche Ergebnis wird nicht so groß sein und sollte (wahrscheinlich) nicht viel schlimmer sein.

Da die meisten (aber nicht alle) SMPS-Netzteile im Bereich von 100 kHz bis 1 MHz arbeiten, kann man davon ausgehen, dass die Rauschunterdrückung im Bereich von 100 bis 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 von Streuinduktivitäten in Transformatoren und ähnlichem auftreten können, werden weniger gedämpft als niederfrequentes Rauschen.

Wenn Sie ein SMPS allein verwenden, würden Sie normalerweise erwarten, dass es eine Form von Ausgangsfilterung gibt, und die Verwendung von passiven LC-Filtern mit einem linearen "Nachregler" wird seine Leistung verbessern.

Sie können Linearregler mit sowohl besserer als auch schlechterer Welligkeitsunterdrückung als den LM340 erhalten - und das Obige zeigt Ihnen, dass zwei funktional identische ICs etwas unterschiedliche Spezifikationen haben können.

Die Rauschunterdrückung von SMPs wird durch gutes Design erheblich unterstützt. Das Thema ist zu komplex, um es hier nur zu erwähnen, aber es gibt viel Gutes zu diesem Thema im Internet (und in früheren Stack-Exchange-Antworten). Zu den Faktoren gehören die ordnungsgemäße Verwendung von Erdungsebenen, Trennung, Minimierung des Bereichs in Stromschleifen, Nichtunterbrechen von Stromrückpfaden, Identifizieren von Hochstromflusspfaden und Halten dieser kurz und fern von rauschempfindlichen Teilen der Schaltung (und vieles mehr).

Also - ja, ein Linearregler kann dazu beitragen, das Rauschen des SMP-Ausgangs zu reduzieren, und er kann gut genug sein, um Audioverstärker auf diese Weise direkt mit Strom zu versorgen (und viele Designs tun genau das) , aber ein Linearregler ist kein "Wundermittel". Diese Anwendung und gutes Design sind 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, lässt sich an der Welligkeitsunterdrückung ablesen. Schlagen Sie ein LM317-Datenblatt nach und suchen Sie nach Diagrammen des Welligkeitsunterdrückungsverhältnisses gegen die Frequenz:

Es hängt vom Laststrom, den Eingangs- und Ausgangsspannungen ab und anscheinend auch davon, ob Sie einen Kondensator auf den Adj-Pin legen. Außerdem fällt sie schnell mit der Frequenz ab. Die meisten Spezifikationen werden bei niedriger Frequenz vorgenommen, sodass sie nach einem Transformator (der wahrscheinlich eine Welligkeit von 100 Hz oder 120 Hz hat) perfekt 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 durchgehen . Bei höheren Frequenzen wird es nur noch schlimmer und fällt auf 0 dB ab, was weder Verstärkung noch Dämpfung ist.

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

Alternativ könnten 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 um das Zehnfache dämpfen kann!

Ich kann nicht sehen (es sei denn, Ihr Regler oszilliert), dass ein Linearregler stattdessen das Rauschen verstärken würde. Sicher, es wird immer Breitbandrauschen (Temperaturrauschen, Flimmerrauschen usw.) hinzufügen, aber auch Transistoren, Widerstände, Operationsverstärker, Dioden usw.

Da Sie jedoch über Audio sprechen, möchte ich zu dieser speziellen Situation Folgendes hinzufügen:

• Ein Operationsverstärker hat auch sein eigenes PSRR (Power Supply Rejection Ratio). Einige Komponenten haben keine Diagramme für diese Zahl, aber dies trägt auch zu Ihrem Linearregler bei. Ein AD8622-Präzisions-Operationsverstärker hat eine Dämpfung von etwa 20 dB - 40 dB bei 100 kHz. (Positive Versorgungen werden typischerweise besser gedämpft als negative Versorgungen).
• Wenn ein SMPS über 400 kHz schaltet, würden Sie das Rauschen stören/hören?

Wie Hans sagt, wird ein Linearregler das HF-Rauschen eines SMPS nicht stoppen. 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 einer klassischen Versorgung loswerden müssen, benötigen Sie keine so großen Elkos. (Diese Elkos 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 seine Eingangsspannung nicht variiert.

Übrigens, Sie brauchen natürlich immer noch einen Transformator in Ihrem SMPS, sonst könnte Ihr Verstärker eine schockierende Erfahrung sein. Aber Sie können es viel kleiner machen als die klassischen.

Das Wichtigste, was Sie tun müssen, ist, Ihre Spuren richtig zu verlegen. Wenn Sie Ihr Audiosignal direkt neben dem SMPS an Masse legen und danach einen Linearregler haben , nützt Ihnen das nichts. Sie müssen die Massespuren von einer Stufe zur nächsten "leiten" und Ihre Audioschaltung an der Ausgangskappe des Linearreglers mit Masse verbinden.

Drähte sind keine perfekten Leiter, und ein verrauschter Strom, der durch einen Erdungsknoten fließt, verursacht eine Spannungsschwankung. Wenn Sie einen schwankenden Boden als Audioreferenz verwenden, werden die Schwankungen Teil des Signals.

Torroidal-Drosseln und Low-ESR-Kappen reduzieren auch die Welligkeit, die möglicherweise einfacher auf 40 dB oder mehr reduziert werden kann, und eliminieren die Notwendigkeit eines LDO-Reglers.

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

Hier sind einige weitere Informationen, die einige der Optionen unterstützen, die Russell bereits ausführlich erläutert hat.

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

Wieder keine Wunderwaffe, und Ferrit hat ein kleineres Fenster für nützliche Anwendungen als eine herkömmliche LC- oder RC-Schaltung, da seine Wirkung nicht so drastisch ist, aber der große Vorteil ist seine Wirkung auf die Impedanz ohne die üblichen Nebenwirkungen, die mit den anderen beiden verbunden sind Optionen und an der richtigen Stelle eingesetzt, kann Ferrit einen außergewöhnlichen Einfluss auf die Stabilität haben.

Wie Peter zuvor gefragt hat, ist es in Bezug auf hörbares Rauschen sehr wahr, dass das Filtern innerhalb eines hörbaren Frequenzbands, sagen wir 20 Hz-20 kHz; kann eine schnelle Möglichkeit sein, ein Netzteil sehr brauchbar zu machen. Wir sehen dies ständig bei RC-Filtern in Gitarrenverstärkern. Meiner Erfahrung nach wird dies insbesondere bei Audio-Instrumentenverstärkern nur dann wahrer, wenn der Endingenieur tatsächlich ein herkömmlicher Ausgangstransformator ist, der eine Grenzfrequenz im Allgemeinen zwischen 20 kHz und 10 kHz hat, der dann an einen herkömmlichen Lautsprecher mit Metallrahmen gekoppelt wird, und Wie bei der Gitarre werden diese Lautsprecher üblicherweise auf eine Grenzfrequenz von etwa 8 kHz gedämpft.

Also fangen wir an, selbst bei 100-kHz-Rauschen die Augenbraue zu heben, was die Mühe nicht wert ist.

Aber in der Praxis ist es eine andere Geschichte, denn wie wir wissen, tut die interessierende Grundfrequenz niemandem einen Gefallen und erzeugt ganz natürlich Obertöne, die sich bis in den hörbaren Bereich erstrecken. Wenn die Grundfrequenz von Natur aus 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 abschreckende Wirkungen haben kann, indem der "Ton" des Rauschens mehr geändert wird Behandlung. So können Sie sehen, wie leicht diese Effekte auf dem Papier herumlaufen können.

Um dies zu berücksichtigen, kann es manchmal so einfach sein, in den richtigen Bereich zu kommen, wenn man die Eigenschaften des von uns gewählten ICs oder die inhärenten Eigenschaften des von uns gewählten Netzteildesigns kennt. Wenn Sie nach diesem Punkt darauf achten, Rauschen mit gleichen Überlegungen sowohl in der hörbaren Frequenz als auch in den Frequenzen hoher Ordnung anzugehen, können Sie tiefgreifende Ergebnisse erzielen.