Hallo,
ich suche nach einer sehr guten +-15 Volt Spannungsregelung für einen
hochwertigen Audio-OpAmp (wie z.B.: OPA604, OPA134, OPA627, AD847SQ,
LME49710...).
Dem Spannungsregler stehen gut aufbereitete +-40V Gleichspannung zur
Verfügung.
Habe mir drei Schaltungen ausgedacht:
In der ersten sieht man eine Lösung nach Juaneda, der in einem Artikel
(direktlink: http://tech.juaneda.com/en/articles/lm317.html)
verschiedene Beschaltungen des LM317 messtechnisch wie auch klanglich
untersuchte.
In der zweiten findet ihr eine einfache Beschaltung mittels 0,5W Zener
Diode.
Und in der dritten und letzten Schaltung einen kommerziellen
Shunt-Regler von Tantlabs, dem eine 3Watt 18er-Zener-Diode vorgeschaltet
werden musste, weil der Regler laut Hersteller-Angabe eine
Eingangsspannung von maximal 36V verträgt (in unserem Fall sind es aber
40V).
Welche Schaltung erfüllt die Anforderungen einer hochwertigen
Spannungsversorgung für Audio-OPs am besten?
Aus meiner Sicht ist die LM317 Lösung die Lösung die man gehen kann.
Evt. noch ein Tiefpass nachschalten, um evt. hochfrequente Störungen zu
unterdrücken. Mindestlast beim LM beachten! Sonst schwingt er.
Siehe Datenblatt.
Max schrieb:> ich suche nach einer sehr guten +-15 Volt Spannungsregelung für einen> hochwertigen Audio-OpAmp
Das ist schon ein Widerspruch in sich. Ein "hochwertiger" Audio-OPA hat
auch eine ausreichend bis sehr hohe PSRR und braucht normal keine extrem
saubere Vcc. Es gibt aber für besondere Ansprüche auch bekannte
Schaltungen:
http://waltjung.org/PDFs/Regs_for_High_Perf_Audio_3.pdf> Welche Schaltung erfüllt die Anforderungen einer hochwertigen> Spannungsversorgung für Audio-OPs am besten?
Da die PSRR der OPA mit der Frequenz abnimmt, würde ich eine Schaltung
nehmen, die schnell ist. Normale Spannungsregler sind das nicht. Also im
Prinzip die Schaltung mit Z-Diode und Transistor.
Dann vertraue ich mal den guten Power supply rejection ratios (PSRR) der
in Frage kommenden hochwertigen OpAmps und wähle eine baulich einfache
und "schnelle" Lösung: Die Zener Diode in Kombination mit einem
Transistor.
VIELEN DANK FÜR EURE RATSCHLÄGE!
Eine Frage hab ich noch:
Meine Shunt-Lösung (Tentlabs) ist ebenso wie die
Zener-Diode-Transitor-Kombination parallel zum Verbraucher geschaltet.
Demnach müsste auch sie schnell sein. ODER?
Max schrieb:> Die Zener Diode in Kombination mit einem> Transistor.
Wenn Du das ganze noch optimieren willst:
Die besten Regel-Eigenschaften haben Z-Dioden mit ca 6.2V
-> besser 2 7,5V Z-Dioden in Reihe wie eine 15V Z-Diode.
Den Strom durch die Z-Diode >= 5mA (Rauschen).
Ein Elko an der Basis und am Emitter des Transistors und ggf. noch
jeweils 100nF zur Störunterdrückung können auch nicht schaden.
Statt des BC550 würde ich eher einen 60V Transistor verwenden.
(BC639-16)
Gruß Anja
Max schrieb:> Habe mir drei Schaltungen ausgedacht:
Irre, 3 mal Schrott.
Wie wäre es mit:
+----+
+40V --Z-Diode--+--|7815|--+-- 15V
| +----+ |
C | C
| | |
GND -----------+-----+----+
| | |
C | C
| +----+ |
-40V --Z-Diode--+--|7915|--+-- -15V
+----+
Die Z-Dioden weil 40V für die Regler doch etwas viel sind.
Aber an den Z-Dioden sollte auch nicht zu viel verballert werden, weil
man sonst zu Leistungsstarke benötigt. 8V2 würde ich vorschlagen, wenn
die nachfolgende Schaltung nicht mehr als 100mA benötigt reichen 1.3W
Typen.
Generelle Frage speziell zu meiner Shunt-Modul Lösung:
Angaben des Herstellers:
Bandbreite: > 250 kHz
Output noise: 120 nV/SqrrtHz
Output Impedance:< 40m Ohm.
input Spannung max: 36 Volt
Die Shunt-Modul Lösung hat eine vorgeschaltete 3W 18er Zener-Diode.
Notwendig wegen der maximalen Input-Spannung von 36 Volt.
Wegen des 180 Ohm Zener-Vorwiderstands versaue ich mir dabei jedoch die
kleine Output Impedanz des Moduls.
Auf der Suche nach einer Lösung habe ich einen Transistor nachgeschaltet
(siehe Anhang), so dass nun die Kriterien einer guten
Spannungsversorgung (=> geringes Rauschen und ein geringer Widerstand im
Ausgang) erfüllt sein dürften?
Was sagt Ihr dazu? Gibt es irgendeinen Pferdefuß den ich übersehen habe?
Sofern das Modul wirklich so wenig Rauschen haben sollte, machst Du es
mit dem nachgeschalteten Transistor wieder deutlich schlechter.
Allgemein wären hier Kleinleistungstransistoren wie BD139 angebrachter,
wegen des kleineren Basisbahnwiderstandes.
Allgemein sind Kondensatoren schon sehr gut für saubere Spannungen. Das
Rauschen ist dann grob durch den Wechselstromwiderstand bei der
entsprechenden Frequenz abzuschätzen. ( 1 kOhm entspricht etwa 4
nV/Wurzel(Hz); 250 Ohm etwa 2 nV/Wurzel(Hz), also proportional
Wurzel(R) )
BTW: Vergiss die Schutzdioden nicht.
Gruß
Nimm die klassische 7815/7915 Lösung.
OPVs haben oft 80dB und mehr Betriebsspannungsunterdrückung, d.h. selbst
1V Brummen auf der VCC wirst Du nicht mehr hören.
+----+
+40V --Diode--Z-Diode--+--|7815|--+-- 15V
| +----+ |
C | C
| | |
GND ------------------+-----+----+
| | |
C | C
| +----+ |
-40V --Diode--Z-Diode--+--|7915|--+-- -15V
+----+
Die Lösung finde ich auch am besten. Würde allerdings noch zwei normale
Dioden einschalten, um gegen eventuell auftretende falsche Polaritäten
zu schützen.
Max schrieb:> Angaben des Herstellers:> Bandbreite: > 250 kHz> Output noise: 120 nV/SqrrtHz> Output Impedance:< 40m Ohm.> input Spannung max: 36 Volt
Ich weiß nicht warum Du an dem Teil so hängst, wo doch gar nicht bekannt
ist was innen tatsächlich vorhanden sind.
die 40mOhm gelten mit Sicherheit nicht bei 250 kHz sondern nur bei DC.
Die gelten auch nur für alle Bauteile innerhalb des Regelkreises.
Die Z-Diode am Eingang darf also keinen Einfluß haben.
Max schrieb:> Was sagt Ihr dazu? Gibt es irgendeinen Pferdefuß den ich übersehen habe?
Klar: der Transistor ist nicht innerhalb des Regelkreises.
-> die Ausgangsimpedanz verschlechtert sich um Bahnwiderstand / hfe
Gruß Anja
Anja schrieb: Die Ausgangsimpedanz verschlechtert sich um den
Bahnwiderstand / hfe.
OK.
Aber, das hast Du in der von Dir weiter oben favorisierten Lsg. mit zwei
7,5er Zender-Dioden in Kombination mit einem Transistor doch auch.
Wenn also das Rauschverhalten und die Ausgangsimpedanz die beiden
entscheidenden Auswahl-Kriterien sind, dann wäre die kommerzielle
Tentlabs-Shunt Lösung sowohl mit Transistor als auch ohne besser als die
2*7,5er Zener Lösung mit Transistor. Vorausgesetzt natürlich die Angaben
des Herstellers stimmen.
Gruß,
Max
Z-Dioden liefern doch ein recht starkes Rauschen, sind ja als
Rauschquellen verwendbar. Für hohe Ansprüche, in
Parallelstabilisatoren, würde ich sie nicht verwenden.
Die Lösung 7815/7915 mit vorgeschalteten Z-Dioden kommt mir am
sinnvollsten vor.
Bei sehr hohen Ansprüchen könnte man mit Zusatzbeschaltung (Tiefpass,
Stützkondensatoren direkt am OPAmp usw.) die Daten der Schaltung noch
etwas verbessern.
Allerdings bin ich der Meinung, das führt schon in den Bereich der
Audio-Esoterik, wenn man bei diesen hochwertigen OpAmps eine
Stabilisierung mit 78xx/79xx noch verbessern will.
rio71 schrieb:> hier mal die dämpfung vor und nach dem pi-filter an nem schaltnetzteil
Ein PI-Filter ist hin und wieder was sehr gutes:
In den 1960-er Jahren hatte man ja noch keine elektronischen Regler,
aber man mußte unbedingt an Telefonanlagen eine absolut saubere brumm-
und rauschfreie Spannung im Hör- und Sprechkreis haben. Telefontechnik
ist ja auch Audio. Das schaffte man auf ganz simple Weise auch schon nur
mit der Kette Netztrafo, Brückengleichrichter, Elko, Drossel, Elko. Am
ersten Elko wurde die noch brummende Betriebsspannung für die
Relaisschaltungen abgenommen, am zweiten die fein gesiebte Spannung.
Allerdings gigantische Drossel mit mehreren Henry. Die Resonanzfrequenz
des PI-Filters legte man ungefähr auf 1/10 Netzfrequenz, und die beiden
Elkos sind gleich. Dadurch, daß ein PI-Filter auch ein Schwingkreis ist,
hat man aber bei Lastwechseln sehr leichte abklingende Überlagerungen
der Resonanzfrequenz. Bei Schaltnetzteilen mit höheren Frequenzen
reduzieren sich aber die Bauteildimensionen enorm, weil Omega auch noch
quadratisch im Siebfaktor vor kommt. Als junger Mann, der noch
ausgezeichnet hörte, war ich ja als Servicemann mit dem Kopfhörer an den
Netzteilen, und da war schon hörbar nichts mehr. Der Prüfkopfhörer geht
bei 24V nicht hoch, vertrug sogar Netzspannung, hat einen
Trennkondensator als Gleichstromsperre. Er ist ein wunderbares
Fehlersuchgerät, bestimmt auch in Audioanlagen.
An der Knacklautstärke bei Anlegen der Prüfspitze konnte man akustisch
eine Spannung schätzen, und danach das, was auf der Leitung abläuft.
Später in PSPICE simulierte ich diesen PI-Filter noch mal, da sieht man
die Mächtigkeit.
In der Elektronikentwicklung verwendeten wir sie auch zur
Stör-Entkopplung einzelner Funktionsgruppen Inseln auf einer Platine,
das war dann SMD-Hühnerfutter.
Man sollte es bei der Audioanlage nicht übertreiben, einiges an
Fanatismus gehört dort sicherlich in den Bereich Religion.
Max schrieb:> verschiedene Beschaltungen des LM317 messtechnisch wie auch klanglich> untersuchte.
was will man da "klanglich" untersuchen?
Entweder ich bin brummfrei oder nicht. Und: die Schaltung braucht
geringen Innenwiderstand und ein lineares Regelverhalten, damit das, was
bei Belastung in der Versorgung "nachgibt" linear zur Belastung ist und
ein Sin wieder ein Sin produziert.
G.Nervter schrieb:> Max schrieb:>> verschiedene Beschaltungen des LM317 messtechnisch wie auch klanglich>> untersuchte.> was will man da "klanglich" untersuchen?> Entweder ich bin brummfrei oder nicht.
Die Dinger haben doch 60dB Line- und Load-Rejection. Sonst schaltet man
zwei in Serie, z.B. erst einen 7824, dann den 7815, oder entsprechend
die 317-er, und hat schon 120dB.
Dann fasse ich mal den Konsens der Beiträge zusammen:
Hochwertige OPAmps haben eine hohe Power Supply Rejection Ratio (PSRR).
So dass die Anforderungen an eine hochwertige Spannungsversorgung
weniger auf Seiten der Rauschens und mehr auf Seiten der Schnelligkeit
(parallele Spannungsregelung) festgelegt werden sollte.
So dass im Ergebnis eine 2*7,5er Zener Diode in Kombination mit dem
BD139 (wegen des kleinen Basisbahnwiderstandes) eine sehr gute Wahl
darstellen könnte.
Alternativ wurde die klassischen 78.. 79.. ins Spiel gebracht in
Kombination mit den üblichen vor und nachgeschalteten Kondensatoren. Und
das obwohl bei der hohen Versorgungs-Eingangsspannung von 40 Volt eine
vorgeschaltete Zener-Diode erforderlich wäre.
Die 78..79.. Regulierung hat ein passables und wesentlich besseres
Rauschverhalten als die Zener-Dioden-Lösung. Weitere rauschmindernde
Maßnahmen für die Op-Amp Spannungsversorgung seien Aufgrund der guten
PSRR-Werte heutiger hochwertiger OP-Amps unnötig.
Auf die etwas langsamere Reaktionszeit infolge der Schaltung gegenüber
der Zener Variante und der Shunt Lösung wurde nicht eingegangen.
Keiner der Forumsbeiträge ging auf die LM337-317 Lösung ein. Und das
obwohl hier eine vorgeschaltete Zener Diode nicht erforderlich wäre.
Die kommerzielle Shunt-Lösung fanden quasi alle beitragenden für
unverhältnismäßig und daher auch für unnötig, bei hochwertigen OPAmps.
Diese bietet eine schnelle als auch ausgesprochen rauscharme Lösung. Die
Kombination aus vorgeschalteter Zener Diode (wegen der zu hohen
Eingangsspannung) mit Vorwiderstand, bietet in punkto Schnelligkeit und
Rauschverhalten keine Beeinträchtigung.
Max schrieb:> Die 78..79.. Regulierung hat ein passables und wesentlich besseres> Rauschverhalten als die Zener-Dioden-Lösung.
Hallo,
das halte ich für ein Gerücht.
Z-Dioden eignen sich deshalb für Rauschgeneratoren weil sie ein
breitbandiges (ideales) Weißes Rauschen liefern. Das heißt aber nicht
gleichzeitig daß sie besonders viel davon liefern.
Ich habe mal eine 6V8 Z-Diode mit 1K Vorwiderstand ans Oszi gehalten.
-> weniger als 0.2mVpp Ausschlag bei 20MHz Bandbreite sichtbar.
Das meiste davon dürfte allerdings HF-Einstrahlung sein.
Der LM7815 ist mit 90uV(effektiv)/VO bis 100kHz angegeben (Fairchild).
Bei 15V VO ergibt dies 1350uV effektiv bzw. ca 8mVpp.
Gruß Anja
Max schrieb:> So dass im Ergebnis eine 2*7,5er Zener Diode in Kombination mit dem> BD139 (wegen des kleinen Basisbahnwiderstandes) eine sehr gute Wahl> darstellen könnte.
Nix Z-Diode. Die rauscht.
Lieber mal die Datenblätter durchforschen.
Schließlich gibt es nicht nur die Allzweckregler wie 78xx,79xx, LM317,
LM377 sondern auch speziell auf Rauscharmut oder Präzision hin
optimierte Typen.
Vom Rauschen her ist der 7815 / 7915 auch nicht besser als eine
Zenerdiode mit genügend Strom. Die Schaltung mit Zenerdiode / Transistor
sollte aber noch einen Kondensator / Elko von der Basis nach GND (und
ggf. einen extra Widerstand vor der Basis) haben, und damit wird es dann
besser als der 78xx.
Wenn überhaupt ist das Rauschen bei höheren Frequenzen wichtig (PSRR der
OPs wird da kleiner), und da kann der extra Kondensator viel helfen - da
geht es dann auch unter 10 nV/Wurzel(Hz).
Die Schwäche der Schaltungen mit Transistor am Ausgang (und ohne
Rückkopplung) ist die relativ hohe Ausgangsimpedanz, vor allem bei
geringer Stromentnahme. Der Transistor sollte wegen der Leistung schon
etwas größer (wenigstens BD137) sein. So schlimm ist das mit der
Ausgangsimpedanz aber auch nicht: man halt wie bei einer Diode im
wesentlichen 26 mV geteilt durch den Strom - also etwa 1 Ohm bei 26 mA,
dazu kommt dann noch der transistorinterne Emitterwiderstand.
Einen besseren Regler, mit kleinem Rauschen und niediger
Ausgangsimpedanz könnte man ggf. etwa mit einem LM723 aufbauen - für
Audio ist das aber übertrieben. Das "Shuntregler" Modul ist eher eine
spezielle Lösung für einen 1:1 Ersatz einen 7815 - sonst eher nicht so
toll.
Max schrieb:> Dann fasse ich mal den Konsens der Beiträge zusammen:>> Hochwertige OPAmps haben eine hohe Power Supply Rejection Ratio (PSRR).> So dass die Anforderungen an eine hochwertige Spannungsversorgung> weniger auf Seiten der Rauschens und mehr auf Seiten der Schnelligkeit> (parallele Spannungsregelung) festgelegt werden sollte.
Dafür sind Stützkondensatoren direkt am OpAmp und mindestens ein Elko >=
100 µF ausreichend.
> So dass im Ergebnis eine 2*7,5er Zener Diode in Kombination mit dem> BD139 (wegen des kleinen Basisbahnwiderstandes) eine sehr gute Wahl> darstellen könnte.
ACK. Aber vorgeregelt betreiben. z. B. an 24 V.
>> Alternativ wurde die klassischen 78.. 79.. ins Spiel gebracht in> Kombination mit den üblichen vor und nachgeschalteten Kondensatoren. Und> das obwohl bei der hohen Versorgungs-Eingangsspannung von 40 Volt eine> vorgeschaltete Zener-Diode erforderlich wäre.
Die solltestes Du auch beim LM337-317 verwenden. Der geht zwar
nominell bis 40 V, aber: am Anfang ist die Ausgangsspannung 0, so dass
Du bei 40 V an der absoluten Grenze bist und außerdem zur Verteilung der
Wärme.
> Die 78..79.. Regulierung hat ein passables und wesentlich besseres> Rauschverhalten als die Zener-Dioden-Lösung.
Ausdrücklich nein. Spannungsregler sind auf wenig Eigenverbrauch
optimiert. Wenig Strom heißt mehr Rauschen.
> Weitere rauschmindernde> Maßnahmen für die Op-Amp Spannungsversorgung seien Aufgrund der guten> PSRR-Werte heutiger hochwertiger OP-Amps unnötig.
Dennoch für Op-Amp Spannungsversorgung: ACK.
> Auf die etwas langsamere Reaktionszeit infolge der Schaltung gegenüber> der Zener Variante und der Shunt Lösung wurde nicht eingegangen.
Siehe oben Kondensatoren und Elkos
> Keiner der Forumsbeiträge ging auf die LM337-317 Lösung ein. Und das> obwohl hier eine vorgeschaltete Zener Diode nicht erforderlich wäre.
Ich finde die LM337-317 Lösung besser, insbesondere weil das
Regelverhalten durch den Kondensator am Ref-Eingang verbessert werden
kann.
> Die kommerzielle Shunt-Lösung fanden quasi alle beitragenden für> unverhältnismäßig und daher auch für unnötig, bei hochwertigen OPAmps.> Diese bietet eine schnelle als auch ausgesprochen rauscharme Lösung.
Da habe ich mich wohl vorher verlesen. 120nV/Wurzel Hertz ist ganz
normal, die dürfte ein 317 auch haben. Das wären im Audio-Bereich etwa
17 µV.
Gruß
Ich bin mit dem LM317 immer gut gefahren.
Man sollte aber auch das, was von links kommt nicht unbeachtet lassen.
Gerade aus dem Netz und dem Gleichrichter kann man sich Müll einfangen.
Ich war zu faul zum selber Zeichnen, deswegen der Scann, sorry
Der Schaltplan dürfte aber bekannt sein.
Gruß
Thomas
PS: die Sicherung F1 würde ich vor dem Netzfilter platzieren,
oder eine zweite Sicherung verwenden.
>Das ist schon ein Widerspruch in sich. Ein "hochwertiger" Audio-OPA hat>auch eine ausreichend bis sehr h>ohe PSRR und braucht normal keine extrem>saubere Vcc.
Genau. Ein zusätzliches RC-Glied (10...100R, 10...100µ) in der jeweilgen
Versorgungsspannungsleitung kann dann jegliches Rauschen und jeglichen
Ripple (100Hz, Ripple aufgrund der Laststromänderungen der anderen
OPamps) so vollkommen unterdrücken, daß sie oft erheblich unter dem
Eigenrauschen des Opamp liegen. Sogar für höchste Anwendungen ist dann
ein popelige 78xx/79xx-Lösung mehr als ausreichend.
Problematisch sind lediglich selbst gebaute, hochverstärkende Vorstufen,
in denen keine Maßnahmen zur Erhöhung der PSRR getroffen wurden, also
Vorstufen ohne Konstantsromquellen und solche Sachen. Auch
hochverstärkende "single supply" Schaltungen, bei denen das Rauschen der
Versorgungsspannung direkt oder nur leicht gefiltert in den Signalweg
eingekoppelt wird, brauchen besonders rauscharme Versorgungsspannungen.
Kai Klaas schrieb:> Ein zusätzliches RC-Glied (10...100R, 10...100µ) in der jeweilgen> Versorgungsspannungsleitung kann dann jegliches Rauschen und jeglichen> Ripple (100Hz, Ripple aufgrund der Laststromänderungen der anderen> OPamps) so vollkommen unterdrücken, daß sie oft erheblich unter dem> Eigenrauschen des Opamp liegen
Anstatt dem Pi-Glied mit L geht auch eines mit R, nur geht hier Omega
nicht mehr zum Quadrat in den Siebfaktor ein.
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