Le bruit de n'importe quelle alimentation à découpage peut-il être atténué si je place un régulateur linéaire avant la sortie?

Un ami m'a dit que le bruit de toute alimentation à découpage peut être atténué si je mets le régulateur linéaire avant la sortie. Est-ce vrai?

Par exemple, si je veux alimenter un amplificateur opérationnel + -12 V pour un amplificateur, je peux utiliser une alimentation à découpage (SMPS), disons, avec une sortie bruyante de 15 V , puis à partir de la sortie SMPS alimenter un LM7812 et un LM7912 .

La sortie des LM7812 et LM7912 aura-t-elle désormais un bruit très très faible par rapport à leurs entrées?

Si cela est vrai, c'est incroyable car il n'est plus nécessaire d'utiliser un transformateur.

Est-il vraiment correct qu'une alimentation lourde utilisant un transformateur pour les amplificateurs de classe A et B n'est plus nécessaire?

Oui, il est vrai que l'ajout d'un régulateur linéaire après une SMPS (alimentation à découpage) réduira le bruit, mais il faut quand même faire attention. Les résultats peuvent être très bons, mais le résultat peut ne pas être aussi bon que si un transformateur alimenté par le secteur et un régulateur linéaire avaient été utilisés.

Considérez un régulateur LM7805 5V commun de Fairchild. Cela a une spécification de «réjection d'ondulation» de 62 dB minimum. "Ondulation" est un bruit d'entrée, mais généralement lié aux variations de fréquence du réseau deux fois par rapport à l'entrée secteur redressée et lissée. Il s'agit d'une réduction du bruit de 10 ^ (dB_noise_rejection / 20) = 10 ^ 3.1 ~ = 1250: 1 C'est-à-dire que s'il y avait 1 Volt de "ondulation" à l'entrée, cela serait réduit à 1 mV à la sortie. pourtant cela est spécifié comme étant à 120 Hz = deux fois la fréquence du secteur américain, et aucune spécification ou graphique n'est donné pour la réduction du bruit à des fréquences plus élevées.

Le régulateur fonctionnellement identique LM340 5V de NatSemi a une spécification légèrement meilleure (68 dB minimum, 80 dB typique = 2500: 1 à 10 000: 1) à 120 Hz.
Mais NatSemi fournit également un graphique des performances typiques à des fréquences plus élevées (coin inférieur gauche de la page 8).

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On peut voir que pour une réjection d'ondulation de sortie de 5 V, la baisse est de 48 dB à 100 kHz (= 250: 1). On peut également voir qu'il diminue de façon linéaire à environ 12 dB par décennie (60 dB à 10 kHz, 48 dB à 100 kHz). L'extrapolation à 1 MHz donne une réjection de bruit de 36 dB à 1 MHz (~ = réduction du bruit à 60: 1 ) . Il n'y a aucune garantie que cette extension à 1 MHz soit réaliste mais le résultat réel ne sera pas lettre que cela et devrait (probablement) pas pire.

Comme la plupart (mais pas toutes) les alimentations smps fonctionnent dans la plage de 100 kHz à 1 MHz, on peut estimer que la réjection du bruit sera de l'ordre de 50: 1 à 250: 1 dans la plage 100-1000 kHz pour les fréquences de bruit fondamentales. Cependant, les smps auront une sortie autre que leur fréquence de commutation fondamentale, souvent beaucoup plus élevée. Des pointes très fines à montée rapide qui peuvent se produire sur les bords de commutation en raison d'une inductance de fuite dans les transformateurs et similaires seront moins atténuées que le bruit de fréquence inférieure.

Si vous utilisiez un smps seul, vous vous attendriez généralement à fournir une certaine forme de filtrage de sortie et l'utilisation de filtres LC passifs avec un "régulateur linéaire" augmentera ses performances.

Vous pouvez obtenir des régulateurs linéaires avec un rejet d'ondulation à la fois meilleur et pire que le LM340 - et ce qui précède vous montre que deux circuits intégrés fonctionnellement identiques peuvent avoir des spécifications quelque peu différentes.

L'élimination du bruit des smps sera grandement facilitée par une bonne conception. Le sujet est trop complexe que d'en faire plus que de le mentionner ici, mais il y a beaucoup de bien sur ce sujet sur Internet (et dans les réponses précédentes d'échange de pile). Les facteurs incluent l'utilisation appropriée des plans de masse, la séparation, la réduction de la zone dans les boucles de courant, la non-rupture des chemins de retour de courant, l'identification des chemins de flux de courant élevés et leur maintien à courte distance des parties sensibles du bruit du circuit (et bien plus encore).

Donc - oui, un régulateur linéaire peut aider à réduire le bruit de sortie des smps et il peut être assez bon pour vous permettre d'alimenter les amplificateurs audio directement de cette façon (et de nombreuses conceptions peuvent le faire), mais un régulateur linéaire n'est pas une "balle magique" dans cette application et un bon design sont toujours essentiels.

Un régulateur linéaire a une bande passante limitée sur laquelle il peut réguler. Les hautes fréquences passent. La qualité du régulateur amortit les fréquences dans le rejet d'ondulation. Recherchez une fiche technique LM317 et recherchez des graphiques des taux de rejet d'ondulation en fonction de la fréquence:

Cela dépend du courant de charge, des tensions d'entrée et de sortie et apparemment aussi si vous mettez un condensateur sur la broche Adj. De plus, il chute rapidement en fréquence. La plupart des spécifications sont faites à basse fréquence, donc cela fonctionne parfaitement après un transformateur (qui est susceptible d'être une ondulation de 100 Hz ou 120 Hz).

Si vous obtenez un SMPS typique de ces jours, il peut basculer à plusieurs centaines de kHz. Apparemment, un LM317 avec un condensateur de 10 uF sur la broche de réglage ne gère que 40 dB à 100 kHz et 20 dB à 1 MHz. Une ondulation de 1 MHz 1 V _pp passerait quand même comme une ondulation de 0,1 V _pp . Aux fréquences plus élevées, cela ne fera qu'empirer et tomber à 0 dB, ce qui n'est ni amplification ni amortissement.

Il s'agit d'un régulateur LM317 bon marché, il y en a de meilleurs sur le marché. Les LDO ne sont généralement pas aussi bons dans le rejet d'ondulation en raison de leur nature d'être un peu moins stable.

Alternativement, vous pouvez utiliser un filtre LC pour amortir les éléments haute fréquence. Notez cependant qu'un filtre LC a une fréquence de résonance, qui peut plutôt atténuer une certaine fréquence des dizaines de fois!

Je ne vois pas (à moins que votre régulateur oscille) un régulateur linéaire amplifierait le bruit à la place. Bien sûr, cela ajoutera toujours un bruit à large spectre (bruit de température, bruit de scintillement, etc.), mais il en sera de même des transistors, des résistances, des amplis-op, des diodes, etc.

Cependant, parce que vous parlez d'audio, je voudrais ajouter à cette situation spécifique:

• Un ampli-op a également son propre PSRR (rapport de rejet d'alimentation). Certains composants n'ont pas de graphiques pour cette figure, mais cela ajoute également à votre régulateur linéaire. Un ampli-op de précision AD8622 a un amortissement d'environ 20 dB à 40 dB à 100 kHz. (Les fournitures positives sont généralement mieux amorties que les fournitures négatives).
• Si un SMPS passe au-dessus de 400 kHz, cela vous dérangerait-il / entendait-il le bruit?

Comme le dit Hans, un régulateur linéaire n'arrêtera pas le bruit HF d'un SMPS. Vous pouvez filtrer si avec des passifs comme des condensateurs et des bobines. Parce que les fréquences impliquées sont beaucoup plus élevées que l'ondulation de 100 Hz dont vous devez vous débarrasser dans une alimentation classique, vous n'aurez pas besoin de cette grosse électrolyse. (Ces électrolytes doivent être gros car ils sont le plus souvent le seul moyen de "réguler" la tension redressée.) Le
découplage passif est donc le mot. Si vous voulez vraiment utiliser un régulateur linéaire, vous pouvez utiliser un LDO car sa tension d'entrée ne variera pas.

BTW, vous avez toujours besoin d'un transformateur dans votre SMPS bien sûr, sinon votre ampli peut être une expérience choquante. Mais vous pouvez le rendre beaucoup plus petit que les classiques.

La principale chose à faire est d'acheminer correctement vos traces. Si vous connectez votre signal audio à la terre juste à côté du SMPS, puis disposez d'un régulateur linéaire après cela, cela ne vous fera aucun bien. Vous devez «canaliser» les traces de masse d'une étape à la suivante et connecter vos circuits audio à la terre au niveau du capuchon de sortie du régulateur linéaire.

Les fils ne sont pas des conducteurs parfaits, et un courant bruyant traversant un nœud de terre fera fluctuer la tension. L'utilisation d'une masse fluctuante comme référence audio signifie que les fluctuations font partie du signal.

Les selfs Torroidal et les bouchons Low ESR réduisent également l'ondulation, ce qui peut être plus simple pour réduire 40 dB ou plus et élimine le besoin d'un régulateur LDO.

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

voici quelques informations supplémentaires soutenant quelques-unes des options que Russell a déjà expliquées en détail.

La page (9) de l'illustration que j'ai jointe mérite certainement d'être notée, car les courbes caractéristiques des billes de ferrite sont une autre excellente considération pour l'amortissement à haute fréquence, mais sont très rarement utilisées.

Encore une fois pas de solution miracle, et la ferrite a une plus petite fenêtre d'application utile, puis un circuit LC ou RC commun parce que son effet n'est pas aussi drastique, mais le grand point à retenir est son effet sur l'impédance sans les effets secondaires communs associés aux deux autres. et utilisé au bon endroit, la ferrite peut avoir un effet exceptionnel sur la stabilité.

Comme Peter l'a demandé plus tôt, concernant le bruit audible, il est très vrai que le filtrage dans une bande de fréquence audible, disons 20hz-20khz; peut être un moyen rapide de rendre une alimentation très utilisable. On le voit tout le temps dans les filtres RC des amplis guitare. D'après mon expérience, en particulier dans les amplificateurs d'instruments audio, cela ne devient plus vrai que lorsque l'ingénieur final est en fait un transformateur de sortie traditionnel qui a une fréquence de coupure généralement comprise entre 20 kHz et 10 kHz, qui se couple ensuite à un haut-parleur à cadre métallique traditionnel, et comme c'est le cas pour la guitare, ces enceintes sont généralement atténuées pour avoir une coupure de l'ordre de 8Khz.

Nous commençons donc à hausser les sourcils même à 100 kHz de bruit, cela ne vaut pas la peine.

Mais dans la pratique, c'est une autre histoire, car comme nous le savons, la fréquence fondamentale d'intérêt n'a tendance à favoriser personne et crée naturellement des harmoniques d'elle-même, s'étendant tout le long de la plage audible. Si la fréquence fondamentale est intrinsèquement du bruit, cela devient une mesure de contrôle insaisissable, car elle inclut souvent plus d'une fréquence fondamentale, et l'utilisation de filtres RC et LC peut avoir des effets rebutants en modifiant la "tonalité" du bruit plus le traiter. Ainsi, vous pouvez voir avec quelle facilité ces effets peuvent créer une course sur papier.

Donc, pour s'adapter à cela, entrer dans le bon stade peut parfois être aussi simple de connaître les caractéristiques de l'Ic que nous choisissons, ou toutes les caractéristiques inhérentes à la conception de l'alimentation que nous choisissons. Après ce point, s'assurer d'approcher le bruit avec des considérations égales à la fois dans la fréquence audible et dans les fréquences d'ordre élevé peut donner des résultats profonds.