Можно ли уменьшить шум любого импульсного БП, если перед выходом поставить линейный стабилизатор?

Да, добавление линейного регулятора после SMPS (импульсного источника питания) действительно уменьшит шум, но осторожность все же необходима. Результаты могут быть очень хорошими, но результат может быть не таким хорошим, как если бы использовался трансформатор с питанием от сети и линейный регулятор.

Рассмотрим обычный стабилизатор LM7805 5V от Fairchild. Он имеет характеристику «подавление пульсаций» минимум 62 дБ. «Пульсация» — это шум на входе, но обычно связанный с удвоенными отклонениями частоты сети от выпрямленного и сглаженного входного сигнала сети. Это уменьшение шума на 10 ^ (дБ_шумоподавление/20) = 10 ^ 3,1 ~= 1250:1. То есть, если бы на входе был 1 вольт «пульсаций», это было бы уменьшено до 1 мВ на выходе. Однако это указано как 120 Гц = удвоенная частота сети в США, и не приводится никаких спецификаций или графиков для снижения шума на более высоких частотах.

Функционально идентичный стабилизатор LM340 5V от NatSemi имеет несколько лучшие характеристики (минимум 68 дБ, типичный 80 дБ = от 2500:1 до 10000:1) на частоте 120 Гц.
Но NatSemi также любезно предоставила график типичной производительности на более высоких частотах (нижний левый угол страницы 8).

.

Видно, что для выходного напряжения 5 В подавление пульсаций снижается до 48 дБ на частоте 100 кГц (= 250:1). Также видно, что он линейно падает примерно на 12 дБ за декаду (60 дБ на 10 кГц, 48 дБ на 100 кГц). Экстраполяция этого значения на 1 МГц дает подавление шума на 36 дБ на частоте 1 МГц (~= шумоподавление 60:1 ). Нет гарантии, что это расширение до 1 МГц является реалистичным, но реальный результат не будет буквальным, чем этот, и должен (вероятно) быть не намного хуже.

Поскольку большинство (но не все) источников питания smps работают в диапазоне от 100 кГц до 1 МГц, можно предположить, что подавление шума будет порядка от 50:1 до 250:1 в диапазоне от 100 до 1000 кГц для основных частот шума. Тем не менее, smps будут иметь выходную частоту, отличную от их основной частоты переключения, часто намного выше. Очень тонкие быстро нарастающие всплески, которые могут возникать на фронтах переключения из-за индуктивности рассеяния в трансформаторах и т.п., будут меньше ослаблены, чем низкочастотный шум.

Если вы используете smps отдельно, вы, как правило, ожидаете некоторую форму выходной фильтрации, а использование пассивных LC-фильтров с линейным «пост-регулятором» добавит его производительности.

Вы можете получить линейные стабилизаторы как с лучшим, так и с худшим подавлением пульсаций, чем LM340, и вышеизложенное показывает, что две функционально идентичные ИС могут иметь несколько разные характеристики.

Устранению шума от смпс очень поможет хороший дизайн. Тема слишком сложна, чтобы упоминать ее здесь, но на эту тему в Интернете много полезного (и в прошлых ответах на обмен стеками). Факторы включают в себя правильное использование заземляющих плоскостей, разделение, минимизацию площади в токовых петлях, отсутствие разрывов обратных путей тока, определение путей протекания сильного тока и сохранение их короткими и вдали от чувствительных к шуму частей схемы (и многое другое).

Итак, да, линейный регулятор может помочь уменьшить шум на выходе smps, и он может быть достаточно хорош, чтобы позволить вам напрямую питать аудиоусилители таким образом (и многие конструкции могут делать именно это), но линейный регулятор не является «волшебным средством» в это приложение и хороший дизайн по-прежнему жизненно важны.

Линейный регулятор имеет ограниченную полосу пропускания, которую он может регулировать. Пропускаются высокие частоты. Насколько хорошо регулятор гасит частоты, определяется подавлением пульсаций. Посмотрите техническое описание LM317 и найдите графики зависимости коэффициента подавления пульсаций от частоты:

Это зависит от тока нагрузки, входного и выходного напряжения и, по-видимому, также от того, поместите ли вы конденсатор на вывод Adj. Более того, она быстро падает по частоте. Большинство спецификаций сделаны на низкой частоте, поэтому он отлично работает после трансформатора (который, вероятно, будет пульсацией 100 Гц или 120 Гц).

Если у вас есть типичный SMPS в наши дни, он может переключаться на несколько сотен кГц. По-видимому, LM317 с конденсатором 10 мкФ на регулировочном выводе обеспечивает только 40 дБ на частоте 100 кГц и 20 дБ на частоте 1 МГц. Пульсации 1 МГц 1 В _pp по-прежнему будут проходить как пульсации 0,1 В _pp на выходе. На более высоких частотах он будет только ухудшаться и опускаться до 0 дБ, что не является ни усилением, ни демпфированием.

Это дешевый регулятор LM317, на рынке есть и лучше. LDO, как правило, не так хороши в подавлении пульсаций из-за того, что они немного менее стабильны.

В качестве альтернативы вы можете использовать LC-фильтр для демпфирования высокочастотного материала. Обратите внимание, однако, что LC-фильтр имеет резонансную частоту, которая вместо этого может ослабить определенную частоту в десятки раз!

Я не вижу (если только ваш регулятор не колеблется), вместо этого линейный регулятор будет усиливать шум. Конечно, он всегда будет добавлять шум широкого спектра (температурный шум, фликер-шум и т. д.), но то же самое будет с транзисторами, резисторами, операционными усилителями, диодами и т. д.

Однако, поскольку вы говорите об аудио, я хотел бы добавить к этой конкретной ситуации:

• Операционный усилитель также имеет свой собственный PSRR (коэффициент ослабления источника питания). Некоторые компоненты не имеют графиков для этого рисунка, однако это также добавляет к вашему линейному регулятору. Прецизионный операционный усилитель AD8622 имеет затухание около 20–40 дБ на частоте 100 кГц. (Положительные запасы обычно лучше демпфируются, чем отрицательные).
• Если SMPS переключается выше 400 кГц, вы не возражаете/слышите шум?

Как говорит Ханс, линейный регулятор не остановит ВЧ-шум от SMPS. Вы можете отфильтровать его с помощью пассивных элементов, таких как конденсаторы и катушки. Поскольку задействованные частоты намного выше, чем пульсации 100 Гц, от которых вы должны избавиться в классическом источнике питания, вам не понадобятся такие большие электролиты. (Эти электролиты должны быть большими, потому что они чаще всего являются единственным способом «регулировать» выпрямленное напряжение.)
Итак, пассивная развязка — это слово. Если вы действительно хотите использовать линейный регулятор, вы можете использовать LDO , так как его входное напряжение не будет меняться.

Кстати, вам, конечно, все еще нужен трансформатор в вашем SMPS, иначе ваш усилитель может быть шокирующим. Но вы можете сделать его намного меньше, чем классические.

Главное, что вам нужно сделать, это правильно проложить трассы. Если вы подключите свой аудиосигнал к земле прямо рядом с SMPS, а затем после этого подключите линейный регулятор, это не принесет вам никакой пользы. Вам нужно «перенаправить» дорожки заземления от одного каскада к другому и подключить аудиосхему к земле на выходной крышке линейного регулятора.

Провода не являются идеальными проводниками, и шумовой ток, проходящий через заземляющий узел, вызовет колебания напряжения. Использование колеблющейся земли в качестве эталона звука означает, что колебания становятся частью сигнала.

Торроидальные дроссели и конденсаторы с низким ESR также уменьшают пульсации, которые проще уменьшить на 40 дБ и более, и устраняют необходимость в регуляторе LDO.

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

вот еще немного информации, подтверждающей несколько вариантов, которые Рассел уже объяснил в мельчайших подробностях.

Страница (9) статьи, которую я приложил, определенно заслуживает внимания, так как кривые характеристик ферритовых колец являются еще одним отличным фактором для демпфирования высоких частот, но используются очень редко.

Опять же, нет волшебной палочки, и феррит имеет меньшее окно полезного применения, чем обычная LC- или RC-схема, потому что его влияние не так сильно, но большой плюс - это его влияние на импеданс без общих побочных эффектов, связанных с двумя другими. вариантов и при правильном использовании феррит может оказать исключительное влияние на стабильность.

Как ранее спрашивал Питер относительно слышимого шума, очень верно, что фильтрация в пределах слышимой полосы частот, скажем, 20 Гц-20 кГц; может быть быстрым способом сделать блок питания очень пригодным для использования. Мы постоянно видим это в RC-фильтрах в гитарных усилителях. По моему опыту, особенно в усилителях для аудио-инструментов, это становится более верным только тогда, когда конечный инженер на самом деле представляет собой традиционный выходной трансформатор с частотой среза, как правило, между 20–10 кГц, который затем соединяется с традиционным динамиком в металлическом корпусе, и как и в случае с гитарой, эти динамики обычно аттенюированы, чтобы иметь отсечку около 8 кГц.

Таким образом, мы начинаем поднимать бровь даже при шуме 100 кГц, не стоящем усилий.

Но на практике все обстоит иначе, потому что, как мы знаем, интересующая основная частота никому не приносит пользы и естественным образом сама создает гармоники, простирающиеся до слышимого диапазона. Если основная частота по своей сути является шумом, это становится неуловимой мерой контроля, потому что очень часто она включает более одной основной частоты, а использование как RC-, так и LC-фильтров может иметь неприятные последствия, изменяя «тон» шума более чем на лечить это. Таким образом, вы можете видеть, как легко эти эффекты могут создать беготню на бумаге.

Таким образом, чтобы приспособиться к этому, иногда бывает так же просто, как выбрать правильный ориентир, зная характеристики выбранной нами микросхемы или любые неотъемлемые характеристики конструкции источника питания, которую мы выбираем. После этого, убедившись, что подход к шуму с одинаковым вниманием относится как к слышимой частоте, так и к частотам высокого порядка, может дать важные результаты.