สามารถลดเสียงรบกวนของการสลับ PSU ใด ๆ ได้หรือไม่ถ้าฉันวางตัวควบคุมแบบเชิงเส้นก่อนที่จะส่งออก

เพื่อนบอกฉันว่าเสียงของการสลับ PSU ใด ๆ สามารถลดทอนถ้าฉันใส่ตัวควบคุมเชิงเส้นก่อนที่จะส่งออก มันเป็นเรื่องจริงเหรอ?

ตัวอย่างเช่นหากฉันต้องการจ่ายไฟ + -12 V op-amp สำหรับแอมป์ฉันสามารถใช้แหล่งจ่ายไฟสลับโหมด (SMPS) พูดด้วยเอาต์พุต 15 V ที่มีเสียงดังแล้วจากเอาต์พุต SMPS ป้อนLM7812 และ LM7912

เอาต์พุตจาก LM7812 และ LM7912 จะมีเสียงรบกวนต่ำมากเมื่อเทียบกับอินพุตของพวกเขาหรือไม่?

ถ้านี่เป็นเรื่องจริงมันน่าอัศจรรย์เพราะไม่ต้องใช้หม้อแปลงอีกต่อไป

ถูกต้องจริงหรือไม่ที่ PSU หนักที่ใช้หม้อแปลงสำหรับแอมป์ Class A และ B นั้นไม่จำเป็นอีกต่อไป?

ใช่มันเป็นความจริงที่การเพิ่มตัวควบคุมเชิงเส้นหลังจาก SMPS (แหล่งจ่ายไฟโหมดสวิตช์) จะลดเสียงรบกวน แต่ยังจำเป็นต้องมีการดูแล ผลลัพธ์อาจดีมาก แต่ผลลัพธ์อาจไม่ดีเท่ากับว่าใช้หม้อแปลงไฟฟ้าเมนและตัวควบคุมเชิงเส้น

พิจารณาตัวควบคุม 5V LM7805ทั่วไปจาก Fairchild สิ่งนี้มีข้อกำหนด "การปฏิเสธระลอก" ขั้นต่ำ 62 dB "Ripple" เป็นเสียงอินพุตแต่มักจะเกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนแปลงความถี่ไฟเมนสองครั้งจากอินพุตไฟเมนที่ถูกต้องและปรับให้เรียบ นี่คือการลดเสียงรบกวนจาก 10 ^ (dB_noise_rejection / 20) = 10 ^ 3.1 ~ = 1250: 1 นั่นคือถ้ามี "ripple" 1 โวลต์ที่อินพุตนี้จะลดลง 1 mV ที่เอาต์พุต อย่างไรก็ตามสิ่งนี้ถูกระบุว่าอยู่ที่ 120 Hz = ความถี่ไฟเมนสองครั้งและไม่มีการระบุหรือกราฟสำหรับการลดเสียงรบกวนที่ความถี่สูงขึ้น

ตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้า LM340 5V ที่เหมือนกันจาก NatSemiนั้นมีคุณสมบัติที่ดีกว่าเล็กน้อย (อย่างน้อย 68 dB, 80 dB ทั่วไป = 2500: 1 ถึง 10,000: 1) ที่ 120 Hz
แต่ NatSemi กรุณาแสดงกราฟของประสิทธิภาพทั่วไปที่ความถี่สูงกว่า (มุมล่างซ้ายของหน้า 8)

.

จะเห็นได้ว่าสำหรับการปฏิเสธระลอก 5V เอาท์พุทลดลงถึง48dB ที่ 100 kHz (= 250: 1) จะเห็นได้ว่ามันลดลงเป็นเส้นตรงที่ประมาณ 12 dB ต่อทศวรรษ (60 dB ที่ 10 kHz, 48 dB ที่ 100 kHz) การประมาณค่านี้เป็น 1 MHz ให้ลดเสียงรบกวน 36 dB ที่1 Mhz (~ = 60: 1 ลดเสียงรบกวน ) ไม่มีการรับประกันว่าส่วนขยายนี้เป็น 1 MHz จริง แต่ผลจริงจะไม่เป็นตัวอักษรมากกว่านี้และควร (อาจ) ไม่เลวร้ายยิ่งกว่านั้นอีก

เนื่องจากส่วนใหญ่ (แต่ไม่ใช่ทั้งหมด) อุปกรณ์ smps ทำงานในช่วง 100 kHz ถึง 1 MHz ที่หนึ่งสามารถยืนยันว่าการปฏิเสธเสียงจะอยู่ในลำดับ 50: 1 ถึง 250: 1 ในช่วง 100-1000 kHz สำหรับความถี่เสียงพื้นฐาน อย่างไรก็ตาม smps จะมีเอาต์พุตที่นอกเหนือจากความถี่การสลับพื้นฐานซึ่งมักจะสูงกว่ามาก แหลมที่เพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วบางมากซึ่งอาจเกิดขึ้นบนขอบสวิตช์เนื่องจากการเหนี่ยวนำการรั่วไหลในหม้อแปลงและที่คล้ายกันจะลดทอนน้อยกว่าเสียงความถี่ต่ำ

หากคุณใช้ smps ด้วยตัวเองคุณมักจะคาดหวังว่าจะให้รูปแบบการกรองเอาท์พุทบางรูปแบบและการใช้ตัวกรอง LC แบบพาสซีฟที่มีตัวควบคุมโพสต์เชิงเส้น "" จะเพิ่มประสิทธิภาพให้กับมัน

คุณสามารถรับตัวควบคุมเชิงเส้นที่มีการปฏิเสธระลอกคลื่นที่ดีกว่าและแย่กว่า LM340 - และด้านบนแสดงให้คุณเห็นว่า IC ที่เหมือนกันสองหน้าที่สามารถมีคุณสมบัติที่แตกต่างกันบ้าง

การกำจัดเสียงรบกวนจาก smps จะได้รับการช่วยเหลืออย่างมากจากการออกแบบที่ดี กระบวนการย่อยนั้นซับซ้อนเกินกว่าจะทำมากกว่าที่กล่าวถึงที่นี่ แต่มีดีมากในเรื่องนี้บนอินเทอร์เน็ต (และในการตอบกลับสแต็กแลกเปลี่ยนที่ผ่านมา) ปัจจัยต่าง ๆ รวมถึงการใช้ระนาบกราวน์อย่างเหมาะสมการแยกการลดพื้นที่ในลูปปัจจุบันไม่ทำลายเส้นทางการส่งคืนปัจจุบันการระบุเส้นทางการไหลของกระแสสูงและทำให้พวกมันสั้นและห่างจากส่วนที่ไวต่อเสียงรบกวนของวงจร

- ใช่ตัวควบคุมเชิงเส้นสามารถช่วยลดเสียงรบกวนของเอาต์พุต smps และมันอาจจะดีพอที่จะให้คุณใช้เครื่องขยายเสียงพลังเสียงโดยตรงด้วยวิธีนี้ (และอาจมีหลายแบบที่ทำเช่นนั้น) แต่ตัวควบคุมเชิงเส้นไม่ใช่ แอปพลิเคชั่นนี้และการออกแบบที่ดียังคงมีความสำคัญ

ตัวควบคุมเชิงเส้นมีแบนด์วิดท์ที่ จำกัด ซึ่งสามารถควบคุมได้ ความถี่สูงถูกส่งผ่าน ความถี่ของตัวควบคุมลดลงได้ดีเพียงใดในการปฏิเสธระลอกคลื่น ค้นหาแผ่นข้อมูล LM317 และค้นหากราฟอัตราส่วนการปฏิเสธระลอกคลื่นเทียบกับความถี่:

ขึ้นอยู่กับโหลดปัจจุบันแรงดันขาเข้าและขาออกและถ้าคุณใส่ตัวเก็บประจุบนขาปรับ ยิ่งไปกว่านั้นมันจะลดลงอย่างรวดเร็วที่ความถี่ ข้อมูลจำเพาะส่วนใหญ่ทำที่ความถี่ต่ำดังนั้นจึงทำงานได้อย่างสมบูรณ์แบบหลังจากหม้อแปลงไฟฟ้า (ซึ่งมีแนวโน้มว่าจะเป็น 100 Hz หรือ 120 Hz Ripple)

หากคุณได้รับ SMPS ทั่วไปของวันนี้อาจเปลี่ยนที่หลายร้อย kHz เห็นได้ชัดว่า LM317 พร้อมตัวเก็บประจุ 10 ยูเอฟบนพินปรับจะจัดการ 40 dB ที่ 100 kHz และ 20 dB ที่ 1 MHz 1 MHz 1 V _pp ripple จะยังคงผ่านเป็น 0.1 V _pp ripple ออก ที่ความถี่ที่สูงขึ้นจะยิ่งแย่ลงและลดลงเหลือ 0 dB ซึ่งไม่มีการขยายหรือลดการหน่วง

นี่คือตัวควบคุมราคาถูกของ LM317 มีตัวเลือกที่ดีกว่าในตลาด โดยทั่วไปแล้ว LDO นั้นไม่ดีในการปฏิเสธระลอกเนื่องจากลักษณะของการมีเสถียรภาพน้อยกว่าเล็กน้อย

หรือคุณอาจใช้ฟิลเตอร์ LC เพื่อทำสิ่งที่มีความถี่สูง อย่างไรก็ตามโปรดทราบว่าตัวกรอง LC มีความถี่การสั่นพ้องซึ่งอาจลดทอนความถี่ที่แน่นอนหลายสิบเท่าแทน!

ฉันไม่เห็น (ยกเว้นว่าตัวควบคุมของคุณกำลังสั่น) ตัวควบคุมเชิงเส้นจะขยายเสียงแทน แน่นอนว่ามันจะเพิ่มคลื่นความถี่เสียงกว้าง (เสียงอุณหภูมิเสียงวูบวาบ ฯลฯ ) แต่จะมีทรานซิสเตอร์ตัวต้านทานตัวต้านทาน opamps ไดโอด ฯลฯ

อย่างไรก็ตามเนื่องจากคุณกำลังพูดถึงเรื่องเสียงฉันต้องการเพิ่มในสถานการณ์เฉพาะดังกล่าว:

• op-amp มี PSRR ของตัวเอง (อัตราส่วนการปฏิเสธแหล่งจ่ายไฟ) เช่นกัน ส่วนประกอบบางอย่างไม่มีกราฟสำหรับรูปนี้อย่างไรก็ตามสิ่งนี้จะเพิ่มไปยังตัวควบคุมเชิงเส้นของคุณเช่นกัน op-amp แม่นยำ AD8622 มีประมาณ 20 dB - 40 dB ที่ 100 kHz (โดยทั่วไปวัสดุสิ้นเปลืองมักจะมีความชื้นที่ดีกว่าวัสดุสิ้นเปลืองเชิงลบ)
• หาก SMPS สลับมากกว่า 400 kHz คุณจะรังเกียจ / ได้ยินเสียงหรือไม่

อย่างที่ฮันส์กล่าวตัวควบคุมเชิงเส้นจะไม่หยุดเสียง HF จาก SMPS คุณสามารถกรองได้ถ้ามีพาสซีเช่นตัวเก็บประจุและคอยส์ เนื่องจากความถี่ที่เกี่ยวข้องนั้นสูงกว่าระลอก 100Hz มากคุณจึงต้องกำจัดอุปทานที่คลาสสิกคุณจึงไม่ต้องการอิเล็กโทรไลต์ขนาดใหญ่ (อิเล็กโตรไลติกเหล่านี้จะต้องมีขนาดใหญ่เพราะส่วนใหญ่มักเป็นวิธีเดียวในการ "ควบคุม" แรงดันไฟฟ้าที่แก้ไขแล้ว)
ดังนั้นการแยกส่วนแบบพาสซีฟจึงเป็นคำ หากคุณต้องการใช้ตัวควบคุมแบบเชิงเส้นคุณสามารถใช้LDO ได้เนื่องจากแรงดันไฟฟ้าขาเข้าจะไม่เปลี่ยนแปลง

BTW คุณยังคงต้องการหม้อแปลงใน SMPS ของคุณแน่นอนมิฉะนั้นแอมป์ของคุณอาจเป็นประสบการณ์ที่น่าตกใจ แต่คุณสามารถทำให้มันเล็กกว่าคลาสสิกมาก

สิ่งสำคัญที่คุณต้องทำคือกำหนดเส้นทางการติดตามของคุณอย่างถูกต้อง หากคุณเชื่อมต่อสัญญาณเสียงของคุณกับกราวด์ติดกับ SMPS แล้วมีตัวควบคุมเชิงเส้นหลังจากนี้มันจะไม่ทำอะไรให้คุณดีนัก คุณต้อง "ไปป์ไลน์" กราวด์กราวด์จากสเตจหนึ่งไปยังสเตจต่อไปและเชื่อมต่อวงจรเสียงของคุณกับกราวด์ที่เอาท์พุทแคปของตัวควบคุมเชิงเส้น

สายไฟไม่ได้เป็นตัวนำที่สมบูรณ์แบบและกระแสที่มีเสียงดังผ่านโหนดพื้นจะทำให้แรงดันไฟฟ้ามีความผันผวน การใช้พื้นที่ที่มีความผันผวนเนื่องจากการอ้างอิงเสียงของคุณหมายถึงความผันผวนนั้นเป็นส่วนหนึ่งของสัญญาณ

Torroidal chokes และแคป ESR ต่ำยังช่วยลดระลอกคลื่นซึ่งอาจจะง่ายกว่าในการลด 40 เดซิเบลหรือมากกว่าและไม่จำเป็นต้องควบคุม LDO

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

นี่คือข้อมูลเพิ่มเติมที่สนับสนุนตัวเลือกบางส่วนที่รัสเซลอธิบายไว้ในรายละเอียดที่ดีเยี่ยมแล้ว

หน้า (9) ของบทความที่ฉันได้แนบมานั้นเป็นสิ่งที่ควรค่าแก่การสังเกตเนื่องจากคุณลักษณะของเส้นโค้งของเฟอร์ไรต์เป็นอีกหนึ่งการพิจารณาที่ยอดเยี่ยมสำหรับการทำให้หมาด ๆ ด้วยความถี่สูง แต่ไม่ค่อยมีใครใช้

อีกครั้งที่ไม่มีกระสุนวิเศษและเฟอร์ไรต์มีหน้าต่างขนาดเล็กของแอปพลิเคชั่นที่มีประโยชน์จากนั้นวงจร LC หรือ RC ทั่วไปเพราะผลของมันไม่รุนแรง แต่การถอดออกครั้งใหญ่ก็คือผลกระทบต่ออิมพีแดนซ์โดยไม่มีผลข้างเคียงทั่วไป ตัวเลือกและใช้ในสถานที่ที่เหมาะสมเฟอร์ไรท์สามารถมีผลกระทบต่อเสถียรภาพที่ยอดเยี่ยม

ดังที่ Peter ถามไว้ก่อนหน้านี้เกี่ยวกับเสียงที่ได้ยินมันเป็นความจริงอย่างมากที่การกรองภายในย่านความถี่เสียงพูด 20hz-20khz อาจเป็นวิธีที่รวดเร็วในการทำให้แหล่งจ่ายไฟใช้งานได้อย่างมาก เราเห็นสิ่งนี้ในตัวกรอง RC ในกีต้าร์แอมป์ตลอดเวลา จากประสบการณ์ของฉันโดยเฉพาะอย่างยิ่งในเครื่องขยายเสียงนี้จะเป็นจริงมากขึ้นเมื่อวิศวกร >> ในความเป็นจริงเป็นหม้อแปลงเอาท์พุทแบบดั้งเดิมที่มีความถี่ตัดออกโดยทั่วไประหว่าง 20khz-10khz ซึ่งคู่กับลำโพงกรอบโลหะแบบดั้งเดิมและ ดังเช่นกรณีของกีตาร์ลำโพงเหล่านี้มักถูกลดทอนเพื่อให้มีการตัดประมาณ 8Khz

ดังนั้นเราจึงเริ่มยกคิ้วแม้กระทั่งที่เสียง 100khz ไม่คุ้มกับความพยายาม

แต่ในทางปฏิบัติมันเป็นเรื่องที่แตกต่างกันเพราะเมื่อเรารู้ว่าความถี่พื้นฐานของความสนใจมีแนวโน้มที่จะไม่มีใครช่วยเหลือและสร้างความสามัคคีของตัวเองตามธรรมชาติขยายไปจนถึงช่วงเสียง หากความถี่พื้นฐานมีสัญญาณรบกวนโดยเนื้อแท้สิ่งนี้จะกลายเป็นมาตรการควบคุมที่เข้าใจยากเพราะบ่อยครั้งจะมีความถี่พื้นฐานมากกว่าหนึ่งครั้งและการใช้ทั้งตัวกรอง RC และ LC สามารถทำให้เอฟเฟ็กต์เปลี่ยนโดยเปลี่ยน "เสียง" ของเสียงได้มากกว่า รักษามัน ดังนั้นคุณจะเห็นได้ว่าเอฟเฟกต์เหล่านี้สามารถสร้างการวิ่งบนกระดาษได้ง่ายเพียงใด

ดังนั้นเพื่อรองรับสิ่งนี้การเข้าไปใน ballpark ที่ถูกต้องบางครั้งก็ง่ายพอที่จะรู้ลักษณะของไอซีที่เราเลือกหรือลักษณะโดยธรรมชาติของการออกแบบแหล่งจ่ายไฟที่เราเลือก หลังจากจุดที่ทำให้แน่ใจว่าจะเข้าใกล้กับการพิจารณาเสียงเท่ากันทั้งในความถี่เสียงและความถี่สูงเพื่อสามารถให้ผลลัพธ์ที่ลึกซึ้ง