Zasilanie na LM317/337 vs niestabilizowane

J.Jerry · 3 Czerwca 2020

W międzyczasie zrobiłem trochę więcej pomiarów zasilaczy. Dobrze jest mieć niskie szumy, ale jeszcze lepiej mieć niską impedancje, ponieważ przy impulsowym poborze prądu napięcie zasilacza będzie się zmieniało synchronicznie z poborem prądu przez układ np. kilka opampów. Żeby obejść problem należy odpowiednio prowadzić masy i zadbać o minimalną impedancje linii zasilania. Można też zmniejszyć prądy sygnałów stosując większe wartości rezystorów obciążenia i w pętlach sprzężenia zwrotnego.

Jak impedancja wpływa na wahania napięcia zasilacza pokażę na przykładzie.

Zasilacz o impedancji 0,01 Om w całym pasmie, szumy 100mikroV. Zasilacz obciążony prądem 10mA 100Hz. Spadek napięcia to 0,01x0,01=0,0001V=100mikroV o ile ktoś ma taki dobry zasilacz.

Od razu napiszę, że jeszcze nie zmierzyłem jak to się przekłada na zakłócenia sygnału, ale że na moje uchą są różnicę miedzy zasilaczami, tylko trzeba ustalić co o tym decyduje.

Pomierzyłem kilka zasilaczy żeby sprawdzić jaka jest ich impedancja przy różnych częstotliwościach i jest to więcej niż 0,01 Om. Zależy to od nie tylko od układu i typu podzespołów, ale i od prowadzenia ścieżek. Ma znaczenie kondensator na wyjściu stabilizatora.

Ukryta Zawartość

Zaloguj się, aby zobaczyć treść.

Zaloguj się, aby zobaczyć treść (możliwe logowanie za pomocą )

J.Jerry · 3 Czerwca 2020

W tabelce pomiary impedancji. Obciążeniem zasilacza był opamp zasilany pojedynczym napięciem z kondensatorem 10uF przy nogach. Do opampa podłączyłem sygnał sinus i obciążyłem rezystorem 10Om.

Ukryta Zawartość

Zaloguj się, aby zobaczyć treść.

Zaloguj się, aby zobaczyć treść (możliwe logowanie za pomocą )

Wyniki pokazują słabe i mocne strony zasilaczy. Akumulatory nie wypadły najlepiej, ale zakłócenia były bardzo stabilne prawdopodobnie z powodu niskich szumów.

Wrzucę jeszcze jedną tabelę z wyliczoną średnią impedancja. Każdy zasilacz się załapał, wygrał 317, potem dioda Zenera i trzy akumulatory li Iion połączone w szereg. Akumulatory mogą być o niższej impedancji, te mają ok. 70mOm.

Ukryta Zawartość

Zaloguj się, aby zobaczyć treść.

Zaloguj się, aby zobaczyć treść (możliwe logowanie za pomocą )

Ukryta Zawartość

Zaloguj się, aby zobaczyć treść.

Zaloguj się, aby zobaczyć treść (możliwe logowanie za pomocą )

Ukryta Zawartość

Zaloguj się, aby zobaczyć treść.

Zaloguj się, aby zobaczyć treść (możliwe logowanie za pomocą )

**Lech36** · 4 Czerwca 2020

16 godzin temu, J.Jerry napisał:

Dobrze jest mieć niskie szumy, ale jeszcze lepiej mieć niską impedancje, ponieważ przy impulsowym poborze prądu napięcie zasilacza będzie się zmieniało synchronicznie z poborem prądu przez układ np. kilka opampów.

A wiesz że najwyżej sklasyfikowany przez ASR wzmacniacz pracuje w klasie H? A to jest klasa AB z kluczowaniem napięcia zasilania w zależności od chwilowej potrzeby. Jak widać wzmacniaczowi nie przeszkadza zmiana chwilowa wartości napięcia pod wpływem chwilowego obciążenia. Dalej dobra konstrukcja nie traci swoich wybitnych właściwości. Tak że bez przesady z tą potrzebą zapewnienia sztywnego zasilania.

Ukryta Zawartość

Zaloguj się, aby zobaczyć treść.

Zaloguj się, aby zobaczyć treść (możliwe logowanie za pomocą )

16 godzin temu, J.Jerry napisał:

Od razu napiszę, że jeszcze nie zmierzyłem jak to się przekłada na zakłócenia sygnału, ale że na moje uchą są różnicę miedzy zasilaczami, tylko trzeba ustalić co o tym decyduje.

Wzmacniacz jest zabezpieczony przed takimi wahaniami. Nie mają one wpływu na to co na to co na jego wyjściu w funkcji tego co słyszy człowiek.

Ukryta Zawartość

Zaloguj się, aby zobaczyć treść.

Zaloguj się, aby zobaczyć treść (możliwe logowanie za pomocą )

Ukryta Zawartość

Zaloguj się, aby zobaczyć treść.

Zaloguj się, aby zobaczyć treść (możliwe logowanie za pomocą )

J.Jerry · 5 Czerwca 2020

W dniu 4.06.2020 o 11:07, Lech36 napisał:

Jak widać wzmacniaczowi nie przeszkadza zmiana chwilowa wartości napięcia pod wpływem chwilowego obciążenia.

Który to wykres?

W dniu 4.06.2020 o 11:07, Lech36 napisał:

Wzmacniacz jest zabezpieczony przed takimi wahaniami. Nie mają one wpływu na to co na to co na jego wyjściu w funkcji tego co słyszy człowiek.

Mierzyłem to. Napięcie spowodowane obciążeniem zasilacza zmienia swoją wartość. Potem takim zmodulowanym napięciem zasilamy opampa i część tego przedostaje się na wyjście opampa. Ile tego będzie zależy od parametru mówiącym o tłumieniu zmian zasilania w zależności od częstotliwości tych zmian. To z kolei zależy od typu opampa i prowadzeniu ścieżek zasilania.

Z moich pomiarów wynika, że jednak coś się przedostaje na wyjście opampa i ma to związek z zasilaczami. Dla 100Hz wyszło od 0,2 do 2 mikroVpp w zależności od konstrukcji zasilaczy i pojemności kondensatorów na wyjściu. Opamp ma tłumienie wg. pomiarów 67-68 dB. Dla 5 kHz mogą być inne wartości od 2 do 20 mikroVpp przy tłumieniu 40 dB wskutek niebyt dobrej konstrukcji, parametrów opampa. W rzeczywistych pomiarach miałem za małe prądy i sygnał zakłóceń był poniżej szumów.

Jeszcze sprawdzałem przy większych wahaniach zasilania przy kilku zasilaczach. Wahania były w kształcie przebiegu trójkątnego w zakresie 600-900mV i 133Hz. Opamp stłumił to o 67-68dB i na wyjściu pojawiły się zakłócenia w zakresie 250-380mikroVpp. Zasilacze inaczej zareagowały na większe obciążenie i inną charakterystykę obciążenia.

Ukryta Zawartość

Zaloguj się, aby zobaczyć treść.

Zaloguj się, aby zobaczyć treść (możliwe logowanie za pomocą )

**Grzegorz7** · 5 Czerwca 2020

Taki np. OPA227 ma PSRR około 1uV/V (około 120dB) a En poniżej 100nVpp. Kosztuje pewnie ze 20 zł.

Jak zasilanie nie dyga więcej jak 100 mV to jego wpływ jest na poziomie szumów. A jego szumy są jednymi z najniższych we wszechświecie...

A aż 100 mV żaden przeciętny wzmacniacz liniowy nie dyga.

Oczywiście to duże uproszczenie bo pozostałe elementy psują całkowity PSRR.

A taka wspólna część ścieżki po której płynie prąd zasilania i sygnał mająca tylko 1 mom spowoduje spadek napięcia przy prądzie tylko 1mA na poziomie aż 1uV. I to napięcie odniesione do wejścia przewyższa wielokrotnie parametry teoretyczne zastosowanych układów aktywnych. Same kompensowanie napięcia niezrównoważenia jeśli jest, zazwyczaj pogarsza sytuację wielokrotnie.

Ukryta Zawartość

Zaloguj się, aby zobaczyć treść.

Zaloguj się, aby zobaczyć treść (możliwe logowanie za pomocą )

**Lech36** · 6 Czerwca 2020

11 godzin temu, J.Jerry napisał:

Który to wykres?

Nie znam dokładnie zasady działania klasy H (to ten AHB2 z testu wyżej), czy zmiana napięcia zasilania następuje cały czas płynnie czy tylko po przekroczeniu jakiegoś progu. W "Wirles Word" był kiedyś artykuł prezentujący budowę wzmacniacza końcowego o mocy 250 W w którym zmiana zasilania była płynna, ale nie wiem czy to na pewno jest zasada klasy H. Nigdy mnie ten temat nie interesował na tyle żeby się w niego wgłębiać, zawsze stosowałem rozwiązania możliwie najprostsze a klasa H do takich nie należy. A co do zasilania to zauważyłem że w fabrycznych końcówkach mocy jak napięcie na stopniach sterujących jest bez stabilizacji to wtedy obowiązkowo potrzebne są źródła prądowe zasilające wejściowe wzmacniacze różnicowe a jak zasilanie stopnia wejściowego jest stabilizowane to tych źródeł się nie stosuje. Wzmacniacz końcowy ma strukturę wzmacniacza operacyjnego więc przez analogię w w-o powinno być tak samo.

Ukryta Zawartość

Zaloguj się, aby zobaczyć treść.

Zaloguj się, aby zobaczyć treść (możliwe logowanie za pomocą )

**Grzegorz7** · 6 Czerwca 2020

Klasa G podnosi napięcie końcówek gdy sygnał wyjściowy (amplituda) zaczyna zbliżać się do napięcia zasilania. Wówczas włączane są napięcia wyższe na końcówkę. Jak widać klasa D zmniejsza moc strat w końcówce. Napięcia niższe i wyższe dostarcza zasilacz.

Klasa H to rozwinięcie klasy G .

Wzmacniacz H podnosi napięcie zasilania sam sobie dopiero gdy przebieg wyjściowy zaczyna być wystarczająco duży. Zasadniczo realizowane jest to przez tzw. pompy ładunku. Był taki scalak TDA1562 do wzmacniaczy samochodowych, dawał 70 W przy 14,4 V na obciążeniu 4 omy.

Ukryta Zawartość

Zaloguj się, aby zobaczyć treść.

Zaloguj się, aby zobaczyć treść (możliwe logowanie za pomocą )

J.Jerry · 7 Czerwca 2020

W dniu 6.06.2020 o 00:03, Grzegorz7 napisał:

Taki np. OPA227 ma PSRR około 1uV/V (około 120dB) a En poniżej 100nVpp. Kosztuje pewnie ze 20 zł.

Jak zasilanie nie dyga więcej jak 100 mV to jego wpływ jest na poziomie szumów. A jego szumy są jednymi z najniższych we wszechświecie...

A aż 100 mV żaden przeciętny wzmacniacz liniowy nie dyga.

Oczywiście to duże uproszczenie bo pozostałe elementy psują całkowity PSRR.

Z testowanych zasilaczy jeden miał poniżej 10mV.

Pomierzyłem swój docelowy wzmacniacz na akumulatorach, masę do generatora 555 obciążającego zasilanie podłączyłem na masie sygnałowej, a następnie w punkcie doprowadzenia zasilania. Odległość od obu punktów kilka centymetrów, wyniki pomiaru impedancji różniły się o 4 mOm, ale ciekawsze jest, że w drugim przypadku zakłócenia zasilania 133 Hz nie przenosiły się na wyjście wzmacniacza. W pierwszym przypadku delikatnie modulowały szum, opamp to JRC 4680D. Gdyby zastosować lepszy układ mógłby zamaskować złe prowadzenie masy. Może to jest dobry pomysł na sprawdzanie projektów żeby stosować opampy o małym PSRR na czas pomiarów.

Ukryta Zawartość

Zaloguj się, aby zobaczyć treść.

Zaloguj się, aby zobaczyć treść (możliwe logowanie za pomocą )

J.Jerry · 16 Czerwca 2020

Już miałem zakończyć poszukiwanie najlepszego zasilacza, ponieważ brzmienie obydwu wzmacniaczy jest zadowalające, choć nieco inne. Być może z powodu nieco innych elementów, wartości elementów i prowadzenia zasilania, ponieważ same zasilacze są bardzo podobne w działaniu. Tak wyglądają wahania napięcia na wyjściu po obciążeniu generatorem prostokąta.

Ukryta Zawartość

Zaloguj się, aby zobaczyć treść.

Zaloguj się, aby zobaczyć treść (możliwe logowanie za pomocą )

W tym zestawieniu MC317 zachowuje się inaczej.

Zasilacze na diodach zenera i akumulatorach po dołożeniu kilkudziesięciu tysięcy mikroF w wyższych zakresach częstotliwości pokonały LM317. Na razie.

Żeby zakończyć temat postanowiłem dołożyć 317 12 000mikroF żeby wyrównać szansę i parametry oczywiście uległy poprawie. Potem zmieniłem MC317 na LM317 i wykonałem pomiary z których wynika, że taki zasilacz jest jednak lepszy niż akumulatorowy, czy na diodach Zenera - poczułem się nieco rozczarowany. Potem znalazłem jakiś test najlepszych zasilaczy gdzie mój zasilacz na LM317 dopiero wypada blado.

Ukryta Zawartość

Zaloguj się, aby zobaczyć treść.

Zaloguj się, aby zobaczyć treść (możliwe logowanie za pomocą )

Ukryta Zawartość

Zaloguj się, aby zobaczyć treść.

Zaloguj się, aby zobaczyć treść (możliwe logowanie za pomocą )

J.Jerry · 16 Czerwca 2020

Wiadomo, że od sposobu pomiaru zależy wynik, więc trudno porównywać wyniki z różnych źródeł. W tabeli znalazł się również LM317 z całkiem dobrymi wynikami. W innym miejscu internetu znalazłem sporo słabsze pomiary LM317 - bardziej zbieżne z moimi. Jest to niestety sytuacja normalna. LM317 ma impedancje zależną od prądu obciążenia - czym więcej prądu tym niższa impedancja no i stosuje się różne pojemności kondensatorów, prowadzenie zasilania, grubość przewodów. Jeden z mierzonych zasilaczy ma przy 100Hz 15mikroOm, a LM317 prawie 3 mOm, a mój pomiar to 8 mOm i to po zmianie kabli na grubsze z większymi elektrolitami - jestem parę mOm do przodu. Może powinienem na przyszłość dolutować przewody grubości kilku mm2 przekroju.

Zasilacze sieciowe na diodach zenera oraz akumulatorowe mają odpowiednio 78 i 54 mOm. Jakoś lepiej sobie radzą przy wyższych częstotliwościach, ale i tak nie są lepsze od LM317. Przy 10kHz są porównywalne, jeśli chodzi o impedancje.

W tej sytuacji nieciekawej postanowiłem zbudować kolejny zasilacz.

Ukryta Zawartość

Zaloguj się, aby zobaczyć treść.

Zaloguj się, aby zobaczyć treść (możliwe logowanie za pomocą )

J.Jerry · 16 Czerwca 2020

Dobry zasilacz powinien składać się ze stabilnego nie szumiącego źródła napięcia. Zastosowałem TL431 z filtrem RC na wejściu i wyjściu. Potrzebny jest też dobry opamp w celu tłumienia tętnień i robienia niskiej impedancji. Na początek wziąłem TL072, ale są lepsze np. JRC4580D. Opamp zasilany poprzez filtr RC 39 Om i 2,2mF. Do tego tranzystor BD139 i zasilacz gotowy. Do zasilania użyłem stabilizowanego zasilacza warsztatowego o dosyć słabych parametrach.

Zasilacz tym razem okazał się udaną konstrukcją i pokazał lepsze parametry niż mój zasilacz na LM317. Niestety nie znam dokładnych danych z powodu zbyt słabych parametrów szumowych wzmacniacza pomiarowego. Na TL072 jeszcze coś widać w wyższych zakresach, ale na innych opampach jak np. 4580D w całym zakresie 100-10kHz nic nie widać. Impedancja przy 100Hz jest poniżej 5mOm, przy 10kHz poniżej 18mOm - obciążenie sinus.

Przy obciążeniu prostokątem wyniki są jeszcze lepsze, ale tutaj dużo zależy od pasma wzmacniacza pomiarowego - wyszło od 1,5 do 5,5 mOm w zależności od prądu obciążenia i pojemności elektrolita na wyjściu zasilacza 220-1220 uF. W porównaniu do LM317 z elektrolitem wyjściowym 470uF i podobnym obciążeniu jest to różnica 10 - krotna przy pojemności 220uF...mimo niezbyt grubych przewodów.

Ukryta Zawartość

Zaloguj się, aby zobaczyć treść.

Zaloguj się, aby zobaczyć treść (możliwe logowanie za pomocą )

J.Jerry · 17 Czerwca 2020

Pomiary zasilaczy na LM317 z większym Cadj=180uF polimerowy serii SVP. Obciążeniem jest wzmacniacz na opampie zasilany pojedynczym napięciem. Wzmacniacz dostaje sygnał, podaje sygnał 200mVpp na wyjście obciążone rezystorem 10 Om, czyli płynie prąd 20mApp. Obliczona impedancja to wahania napięcia na wyjściu zasilacza podzielone przez prąd 20mApp.

Ukryta Zawartość

Zaloguj się, aby zobaczyć treść.

Zaloguj się, aby zobaczyć treść (możliwe logowanie za pomocą )

Obciążenie pobiera za mało prądu, żeby zmierzyć impedancje zasilacza na opampie dla 100 i 1kHz. Od 5Khz widać wyraźną przewagę zasilacza na opampie od 3 do 10 razy lepiej od LM317

Ukryta Zawartość

Zaloguj się, aby zobaczyć treść.

Zaloguj się, aby zobaczyć treść (możliwe logowanie za pomocą )

Ukryta Zawartość

Zaloguj się, aby zobaczyć treść.

Zaloguj się, aby zobaczyć treść (możliwe logowanie za pomocą )

J.Jerry · 18 Czerwca 2020

Kolejne pomiary zasilacza na opampie, ale zamiast kilkunastu miliamper jest 100mApp na każdym zakresie częstotliwości. Podbiłem sygnał i uruchomiłem dwa opampy. Większe obciążenie zasilacze pokazuje go w lepszym świetle - nawet LM317 obciążony większym prądem pokaże mniejszą impedancje. Już tego LMa nie mierzyłem, bo już pokazał w moim i innych testach, że do najlepszych nie należy, najgorszy też nie jest w odpowiedniej aplikacji.

Pomiary impedancji niestety można mierzyć na różne sposoby i wychodzą różne wyniki. W jednym pomiarze zastosowali obciążenie 150mA stałe + 50 mA zmienne. Ja mam prawie to samo, bo 100mApp to 50mAp, a w rms to jeszcze mniej, więc można powiedzieć, że warunki są podobne. Niestety większy 5x prąd obciążenia z powodu małej impedancji niewiele pomógł, ale wymyśliłem żeby sprawdzić modulacje szumu w drugim pomiarze po prawej, czyli jeśli szum bez obciążenia jest 5, a z obciążeniem 6, to oznacza zakłócenia 1. Tak wiec po lewej wzrost szumu z 5 do 6 oznacza, że obliczam impedancje z 6, a po prawej z 1. W rzeczywistości było łatwiej np. 60 z szumem 40 bez szumu.

Ukryta Zawartość

Zaloguj się, aby zobaczyć treść.

Zaloguj się, aby zobaczyć treść (możliwe logowanie za pomocą )

I tak to wygląda - całkiem dobry wynik, choć są lepsze zasilacze np. przy 100Hz schodzą poniżej 0,1 mOma. Pewnie można dać lepszego opampa i będzie lepiej, ale ważna jest również stabilność. Miałem przez moment problem z wahaniami napięcia, które czasem się nasilały i malały ale były, zmiana wartości elementów czasem pomagała, a czasem szkodziła. W końcu wyszło, że winny był potencjometr montażowy wpadający w wibracje i styk zmieniał minimalnie rezystancje - pomogła wymiana na rezystory.

Ukryta Zawartość

Zaloguj się, aby zobaczyć treść.

Zaloguj się, aby zobaczyć treść (możliwe logowanie za pomocą )

Ukryta Zawartość

Zaloguj się, aby zobaczyć treść.

Zaloguj się, aby zobaczyć treść (możliwe logowanie za pomocą )

J.Jerry · 22 Czerwca 2020

Kolejne uaktualnienie pomiarów.

Ukryta Zawartość

Zaloguj się, aby zobaczyć treść.

Zaloguj się, aby zobaczyć treść (możliwe logowanie za pomocą )

Sprawdziłem rożne warianty połączeń zasilacza oraz wartości elementów. W tym wariancie połączeń kondensator wyjściowy CL nie powoduje znaczącego polepszenia parametrów, więc nie ma takiego pomiaru w zestawieniu. Sprawdziłem jak zachowa się impedancja zasilacza po dodaniu obciążenia rezystorem, czyli zwiększy się udział składowej stałej obciążenia. Z rezystorem 150 Om impedancja spadła kilka razy zwłaszcza przy małym poborze prądu. To też pokazuje w jaki sposób można stworzyć korzystne warunki do pomiaru i uzyskać lepsze wyniki. Tych parametrów nie ma sensu już poprawiać, są już wystarczającą dobre, że nawet ciężko to mierzyć.

Ukryta Zawartość

Zaloguj się, aby zobaczyć treść.

Zaloguj się, aby zobaczyć treść (możliwe logowanie za pomocą )

Ukryta Zawartość

Zaloguj się, aby zobaczyć treść.

Zaloguj się, aby zobaczyć treść (możliwe logowanie za pomocą )