Hi, ich habe ein paar Fragen bzgl. des LM317 und hoffe das ihr mir weiterhelfen könnt, da ich dazu kein Material im Netz gefunden habe. Ich möchte hier keine Audophile Debatte vom Zaun brechen, ich frage einfach nur weil es mich interessiert und weil ich die zum Teil erhebliche Abweichung der Kondensatordimensionierung gegenüber den Datenblattangaben registriert habe. Das Datenblatt schlägt 100nF am Eingang, 1µF Tantal bzw. 25µF Aluminium Elektrolytkondensator am Ausgang und 10µF Tantal am Adj.-Eingang vor. 1. Wie erklärt sich die zum Teil erhebliche Abweichung vieler Dimensionierungen im Netz gegenüber den Datenblattangaben. Ist da tatsächlich noch geringeres Rauschen mit zu erreichen oder ist das "Quatsch"? Im Datenblatt von ST wird das Rauschen mit 0.003% bei Vi-Vo=5V und Io=1.5A angegeben. 2. Wie verhält sich das Rauschen in Abhängigkeit der Drop-Voltage? 3. Wie verhält sich das Rauschen in Abhängigkeit von Io? Hintergrund der ersten drei Fragen, kann man bei einer bekannten Last vielleicht eine eine Rauschoptimierung erzielen? Dann sind mir im Verlauf meiner Recherche einige sogenannte Clean-Up Schaltungen begegnet z.B.: http://www.wenzel.com/documents/finesse.html 4. Was ist tatsächlich von diesen Schaltungen zu halten? Mir fehlen hier irgendwie gleiche Vorraussetzungen aller Messungen, sprich gleiche Last / gleicher Strom, gleiche Drop-Voltage um die Resultate ernsthaft miteinander vergleichen zu können. Alles Veröffentlichte wirkt wenig wissenschaftlich aufgearbeitet auf mich. Wie verhält es sich unter Berücksichtigung von 2. und 3.? 5. Dann besteht die Möglichkeit zwei LM317 unmmittelbar hintereinander zu schalten (Kaskade, kaskadieren) und die PSRR zu verbessern. Wie gut ist dieser Aufbau im Vergleich zur Clean-Up Schaltung? Wie verhält es sich unter Berücksichtigung von 2. und 3.? 6. Weiterhin hatte ich eine Schaltung gefunden, bei der der Sense-Eingang eines ersten LM317 den Ausgang eines nachgeschalteten zweiten LM317 kontaktiert an dem auch die Last hängt. Quasi eine Vorregelung eines weiteren LM317. Wie stellt sich das Rauschen hier dar? Wie verhält es sich hier unter Berücksichtigung von 2. und 3.? 7. Wie gut kommt das hier veröffentlichte Spice Model der Realität nah? Beitrag "Re: LM317 in LTspice" Kann es als Grundlage für eine systematische Analyse meiner Fragen herangezogen werden? Das sind eine ganze Reihe Fragen. Wie gesagt, ich würde das Ganze etwas wissenschaftlicher beleuchtet wissen, ohne Hokus Pokus drum herum und ohne die Diskussion darüber was man davon mit seinen Ohren, die ja ohnehin logarithmisch sind, wahrnehmen kann. Ich freue mich auf eine rege und sachliche Diskussion. MFG, Timo
Ob das Sinn macht, daß wissenschaftlich zu betrachten? Die Ideenumsetzer müssen doch immer die theoretischen Gedankenblitze mit Aufwand und Erfahrung nutzbar hinbiegen. :) Eine Audio-Schaltung sollte (weitestgehend) ignorant für Welligkeiten auf der Betriebsspannung sein. Wenn nicht, ist es ein Designfehler. Kondensatoren machen Regelungen langsamer und Spannungsschwankungen kleiner. Das verhindert Mitkopplung und damit das Schwingen (Bspw.: Lastimpuls - Spannung Ein- & Ausgang sinkt, Steuerstrom steigt - was zu noch geringerer Eingangsspannung führt). Der Kondensator am Adj. z.B. fügt zum Spannungsregler noch ein bischen Spannungssteller hinzu, wodurch es noch ruhiger bzgl. (regelungsbedingtem) Rauschen auf der Ausgangsspannung wird.
>Hintergrund der ersten drei Fragen, kann man bei einer bekannten Last >vielleicht eine eine Rauschoptimierung erzielen? Die einfachste Rauschoptimierung wäre das Ersetzen der gepimpten LM317-Konstrukte durch etwas besseres (z. B. LT1763 )
Hier hat einer analysiert, wie der LM317 zu weniger Rauschen zu bewegen ist http://www.tnt-audio.com/clinica/regulators_noise2_e.html
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>Das Datenblatt schlägt 100nF am Eingang, 1µF Tantal bzw. 25µF Aluminium >Elektrolytkondensator am Ausgang und 10µF Tantal am Adj.-Eingang vor. Das sind die Mindetswerte. >1. Wie erklärt sich die zum Teil erhebliche Abweichung vieler >Dimensionierungen im Netz gegenüber den Datenblattangaben. Ist da >tatsächlich noch geringeres Rauschen mit zu erreichen oder ist das >"Quatsch"? Steht doch im Datenblatt, siehe Anhang: Der Ausgangswiderstand verkleinert sich und Laständerungen können um so besser ausgeregelt werden, je größer der Cap am Ausgang ist. Auf das Rauschen hat das allerdings kaum Einfluß. Was das Rauschen angeht: Üblicherweise werden OPamp-Schaltungen mit diesen Reglern versorgt. OPamps haben eine sehr große Betriebsspannungsunterdrückung. Ein LT1028 zeigt mehr als 60dB PSRR bei 20kHz. 0,003% von 15V sind rund 450µVeff im Band bis 10kHz, also rund 4,5µV/SQRT(Hz). Dieser Wert durch 1000, wegen der PSRR, sind 4,5nV/SQRT(Hz). Dieses Rauschen erscheint, auf den Eingang des LT1028 bezogen, vom LM317 zu kommen. Ein LM317 mit Bypass-Cap erzeugt aber ein Rauschen, das rund 10 mal kleiner ist. Macht 0,45nV/SQRT(Hz) auf den Eingang des LT1028 bezogen. Das ist schon nur noch rund die Hälfte des Eigenrauschens des LT1028 von 0,85nV/SQRT(Hz). Wegen der geometrischen Addition von Rauschquellen erhöht der LM317 also das Rauschen des LT1028 um nur 1dB. Spendiert man jetzt dem LT1028 noch ein RC-Glied in der Spannungsversorgung von 100R und 100µF, erhält man eine zusätzliche Dämpfung des Rauschens von rund Faktor 200. Damit ist das vom LM317 erzeugte Rauschen rund 380 mal kleiner als das Eigenrauschen des LT1028. Du siehst also, daß das Rauschen von Spannungsreglern üblicherweise keinen Einfluß auf das Signalrauschen hat, korrektes Schaltungsdesign vorausgesetzt.
Kai Klaas schrieb: > Du siehst also, daß das Rauschen von Spannungsreglern üblicherweise > keinen Einfluß auf das Signalrauschen hat, korrektes Schaltungsdesign > vorausgesetzt. Mit solchen Aussagen wäre ich sehr vorsichtig. Jetzt ersetze deinen OpAmp mal durch einen Transistor, es soll ja Leute geben die noch immer mit diesen Dingern arbeiten :) Dabei sei es egal ob Bipolar oder FET, dann war es das mit der PSRR.
branadic schrieb: > Dabei sei es egal ob Bipolar oder FET, dann war es das mit der PSRR. Nicht unbedingt. Dem Einfluss kann man auch dort entgegenwirken. Angefangen vom RC-Glied in der Versorgungsspannung, über den diskreten Differenzverstärker bis hin zum aktiven Arbeitswiderstand.
mhh schrieb: > Nicht unbedingt. Dem Einfluss kann man auch dort entgegenwirken. > Angefangen vom RC-Glied in der Versorgungsspannung, über den diskreten > Differenzverstärker bis hin zum aktiven Arbeitswiderstand. Danach wurde hier aber gar nicht gefragt. Auf die eigentlichen Fragen ist noch niemand direkt eingegangen. Den genannten Link kenne ich auch, allerdings wirkt auch das eher als Spielerei denn systematischer Untersuchung. Zu den eigentlichen Fragen weiß ich selbst leider auch nicht wirklich etwas zu sagen. Mir ist allerdings auch keine Abhandlung bekannt, bei der systematisch die einzelnen Einflüsse, nach denen hier gefragt worden ist, behandelt worden sind. Eine Empfehlung auf einen anderen Baustein ist jedoch wenig hilfreich, wenn konkret nach dem LM317 gefragt wurde.
branadic schrieb: > Danach wurde hier aber gar nicht gefragt. Ist ja auch nur eine Einlassung auf Deine Aussage, mehr nicht. :) branadic schrieb: > Auf die eigentlichen Fragen > ist noch niemand direkt eingegangen. Eigentlich schon (auch von Dir): nichts bekannt bzw. nicht sinnvoll. Auch ein Negativbescheid ist ein Bescheid. ;) Wer eine Babypopoglatte Spannung (für was auch immer) braucht, macht es anders als mit einem wissenschaftlich untersuchtem LM317 (wo es auch noch kleine herstellerabhängige Unterschiede gibt).
>Danach wurde hier aber gar nicht gefragt. Also, das Rauschen kommt von der Bandgap-Referenz und wird im Verhältnis des Spannungsteilers hochverstärkt. Der Bypaß-Cap verhindert diese Verstärkung. Welchen Einfluß sollte da wohl die Drop-Spannung oder der Ausgangsstrom haben?? Außerdem kann der TE das ja selbst in 20min schnell nachmessen, wenn ihm soviel daran gelegen ist. >Eine Empfehlung auf einen anderen Baustein ist jedoch wenig hilfreich, >wenn konkret nach dem LM317 gefragt wurde. Das Problem ist, daß der TE wieder mal mit keinem Wort erwähnt, was er überhaupt vor hat.
Timo schrieb: > Ich > möchte hier keine Audophile Debatte vom Zaun brechen, ich frage einfach > nur weil es mich interessiert und weil ich die zum Teil erhebliche > Abweichung der Kondensatordimensionierung gegenüber den > Datenblattangaben registriert habe. Klingt für mich nach grundsätzlicher Fragestellung ohne konkrete Anwendung. Soll es ja auch geben.
Ich habe mir das Spice Model mal angeschaut und festgestellt dass das Rauschen nicht korrekt wiedergegeben wird. Es ist etwa Faktor 20 zu klein im Vergleich zu meinem quick&dirty Aufbau und dem was ich daran messen konnte. Ich habe die Schaltung nach ST-Datenblatt auf 2,5V dimensioniert (R1=R2=240R) und am Ausgang einen 50R Widerstand als Last gehängt. Dann mit meinem Rauschverstärker nach AN83 das Rauschen im Bereich 10Hz - 100kHz gemessen und komme auf ~155nV/sqrt(Hz) @ 1kHz --> 49µVrms. Das deckt sich auch mit den Datenblattangaben von typ. 0.003%, was bei 2,5V Ausgangsspannung 75µVrms für die gewählte Ausgangsspannung bedeutet. Spice gibt mir für die gleiche Dimensionierung etwa 11,9nV/sqrt(Hz) @ 1kHz aus. Damit ist Frage 7 zumindest beantwortet.
Das Rauschverhalten des LM317 dürfte übrigens ähnlich dem LM396 sein, Seite 8 links oben: http://offer-shem.narod.ru/data/lm/lm196.pdf >Spice gibt mir für die gleiche Dimensionierung etwa 11,9nV/sqrt(Hz) @ >1kHz aus. Vielleicht rechnen die mit einer anderen Bandbreite?
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Anbei die Beantwortung weiterer deiner Fragen, Timo. Zunächst die Messung des Eigenrauschens des Messverstärkers, dann die Messung an Schaltung1 mit der Frage nach dem Einfluss der Drop-Voltage. Wie zu erwarten war hat diese keinen Einfluss. Dann die Frage, kann man durch eine Kaskadierung das Rauschen verbessern. Auch hier wie zu erwarten war, nein, lediglich die PSRR wurde dadurch verbessert, am Rauschen ändert sich nichts. Da ich die Schaltungen aus einem Labornetzteil (PPS 5330) gespeist habe sieht man hier auch keine Verbesserung. Damit wären auch Fragen 2 und 5 mit Messungen belegt beantwortet. Diese Clean-Up Schaltung kann ich wegen nicht vorhandener Bauteile nicht nachstellen.
Saubere Arbeit, Branadic! Hat denn der Laststrom des LM317 Einfluß auf das Rauschen? Wahrscheinlich darf man nur kurz messen, um Chiperwärmungen zu vermeiden... >Diese Clean-Up Schaltung kann ich wegen nicht vorhandener Bauteile nicht >nachstellen. Diese funktionieren in der Tat. Einige sind aber nicht an beliebigen Lasten stabil. Ein anderer Nachteil ist, daß sie mit einem aktiven Spannungsteiler arbeiten, also immer einen ohmschen Serienwiderstand benötigen. An diesem finden natürlich Spannungsabfälle durch Versorgungsströme statt, die die Verwendung wohl immer nur in Verbindung mit nur einer einzigen Verstärkerstufe gestatten. Da Versorgungsströme außerdem extremen Klirr enthalten können (in Klasse-AB eingestellte Transistorstufen), hat der Spannungsabfall noch andere Nachteile. Es muß also in jedem Fall mit einer großen Kapazität nachgearbeitet werden, um die klirrenden Wechselspannungsanteile zu mininmieren. Dann hat man so etwas wie ein gepimptes RC-Glied, das aber nicht uneingeschränkt stabil ist. Da aber schon das nackte RC-Glied das Rauschen enorm verringern kann, siehe meine Berechnung oben, beläßt man es in der Regel bei einem normalen RC-Glied und verwendet keine zusätzliche Clean-up-Schaltung.
mhh schrieb: > Eine Audio-Schaltung sollte (weitestgehend) ignorant für Welligkeiten > auf der Betriebsspannung sein. Wenn nicht, ist es ein Designfehler. An Timos Stelle würde ich eher direkt das Rauschen der Audioschaltung messen. Und zwar einmal mit dem LM317 und einmal mit direkter Batterieversorgung. Wenn es da einen signifikanten Unterschied gibt, könnte man immer noch überlegen, ob man die LM317-Schaltung optimiert. Gruss Harald
Kai Klaas schrieb: > Saubere Arbeit, Branadic! > > Hat denn der Laststrom des LM317 Einfluß auf das Rauschen? > Wahrscheinlich darf man nur kurz messen, um Chiperwärmungen zu > vermeiden... Danke für die Blumen Ich hoffe Timo ist diese Aufarbeitung wissenschaftlich genug. Manchmal ist man tatsächlich besser beraten gewisse Dinge einfach mal praktisch auszuprobieren, zu bestätigen oder gar zu widerlegen, statt sich nur mit theoretischen Überlegungen und Datenblattangaben herumzuschlagen. Wir wissen alle das hin und wieder auch Datenblattangaben geschönt oder von anderen Herstellern einfach übernommen werden. Das mit dem Laststrom könnte ich noch mal "untersuchen". Bei den Clean-Up Schaltungen habe ich keine praktischen Erfahrungen, werde mich daher mit Äußerungen zurück halten, kann die Argumentation jedoch gedanklich nachvollziehen. Mir sind natürlich auch die divesen Veröffentlichungen zu Spannungsversorgungen aus dem audiophilen Bereich bekannt (Sulzer, Jung und wie sie alle heißen) und natürlich auch der Schabernack der teilweise um den LM317 herum getrieben wird. Praktisch nachvollzogen habe ich davon bisher aber nichts. Tatsächlich sind aber einige Messungen am LM317 im Netz in Frage zu stellen.
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Also, kurze Rückmeldung. Hab die Messung mit 25mA und 50mA durchgeführt, kann dabei jedoch keinen Unterschied feststellen. Will ich die Messung mit 100mA durchführen ist der Rauschverstärker (A=80dB) schon übersteuert, hier steigt also das Rauschen so stark an, dass ich nicht mehr vernünftig messen kann. Mein zweiter Rauschverstärker mit A=60dB ist zur Zeit nicht einsatzbereit.
>Also, kurze Rückmeldung. Hab die Messung mit 25mA und 50mA durchgeführt, >kann dabei jedoch keinen Unterschied feststellen. Wäre denn das Rauschen vom Laststrom stark abhängig, wäre das ein Zeichen von erheblicher Unlinearität der Regelschaltung des LM317. Deswegen glaube ich eher nicht, daß der Laststrom eine gravierende Rolle spielt.
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Kai Klaas schrieb: > Wäre denn das Rauschen vom Laststrom stark abhängig, wäre das ein > Zeichen von erheblicher Unlinearität der Regelschaltung des LM317. Das hat mich auch nicht in Ruhe gelassen, also habe ich die Schaltung noch einmal auf 25R Last zurückgelötet und erneut gemessen. Keine Ahnung was das vorhin war, aber jetzt sehe ich auch zwischen 100R und 25R keinen Unterschied, was die Aussage bestätigt.
>Das hat mich auch nicht in Ruhe gelassen, also habe ich die Schaltung >noch einmal auf 25R Last zurückgelötet und erneut gemessen. Keine Ahnung >was das vorhin war, aber jetzt sehe ich auch zwischen 100R und 25R >keinen Unterschied, was die Aussage bestätigt. Mensch, machst du dir eine Mühe. Vielen Dank, von meiner Seite!
Kai Klaas schrieb: > Mensch, machst du dir eine Mühe. Vielen Dank, von meiner Seite! Jetzt halt mal die Socken still ;) eine solche Messung macht sich doch fast von allein. Die Auswertung (PSD von 100 Messreihen bilden und über diese mitteln) erfolgt ebenalls einigermaßen automatisiert, sodass der Hauptteil der Messung in der Vorbereitung der eigentlichen zu untersuchenden Schaltung besteht. Außerdem hatte ich die Bauteile gerade da und etwas Zeit.
Herzlichen Dank für die ausführliche Analyse. Ich war einige Tage unterwegs, darum kann ich mich erst heute melden. Jetzt wäre es natürlich schön am praktischen Beispiel zu sehen, was diese Bereinigungsschaltungen zu leisten vermögen. Auch gut zu wissen, dass das Spice Model nicht zur Rauschanalyse taugt. Vielleicht hat ja jemand ein geeigneteres Spice Model des LM317?
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Das anhängende Spice Model des LM317 passt vom Rauschverhalten besser zu meinen Messungen (vergleiche LM317-Schaltung2-2.5V.png und Laststrom.png weiter oben). Jetzt war ja die Frage, welchen Einfluss diese Bereinigungsschaltungen haben. Da das Model die Realität hinreichend gut wiedergibt verwende ich es für diese Fragestellung und habe eine Simulation mit LM317 bei 15V Ausgangsspannung mit und ohne CleanUp-Schaltung aufgesetzt (LM317-CleanUp.png). Das Ergebnis ist dann in CleanUp-Einfluss.png dargestellt. Welchen Einfluss die CleanUp-Schaltung nimmt ist sicherlich ersichtlich.
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