一位朋友告诉我，如果我在输出之前放置线性稳压器，任何开关电源的噪声都可以减弱。真的吗？
例如，如果我想为放大器的 +-12 V 运算放大器供电，我可以使用开关模式电源 (SMPS)，例如，具有嘈杂的 15 V 输出，然后从 SMPS 输出为LM7812 供电和一个 LM7912。
与输入相比，LM7812 和 LM7912 的输出现在是否具有非常低的噪声？
如果这是真的，那就太神奇了，因为不再需要使用变压器了。
不再需要为 A 类和 B 类放大器使用变压器的重型 PSU 真的正确吗？
如果我在输出之前放置线性稳压器，是否可以减弱任何开关 PSU 的噪声？
电器工程
电源
开关模式电源
2022-01-20 18:33:20
4个回答
是的，在 SMPS（开关模式电源）之后添加线性稳压器确实会降低噪声，但仍然需要小心。结果可能非常好，但结果可能不如使用电源供电变压器和线性稳压器那样好。
考虑一个来自 Fairchild的通用LM7805 5V 稳压器。这具有最小 62 dB 的“纹波抑制”规范。“纹波”是输入噪声，但通常与整流和平滑电源输入的两倍电源频率变化有关。这是 10^(dB_noise_rejection/20) = 10^3.1 ~= 1250:1 的噪声降低，也就是说，如果输入端有 1 伏的“纹波”，则输出端会降低到 1 毫伏。然而，这被指定为 120 Hz = 美国电源频率的两倍，并且没有给出更高频率下降噪的规范或图表。
NatSemi的功能相同的LM340 5V 稳压器在 120 Hz 时具有稍好的规格（最小 68 dB，典型值 80 dB = 2500:1 至 10,000:1）。
但 NatSemi 还提供了更高频率下的典型性能图表（第 8 页左下角）。
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可以看出，对于 5V 输出，纹波抑制在 100 kHz (=250:1)时降至48dB。还可以看出，它以大约每十倍频 12 dB 的速度线性下降（10 kHz 时为 60 dB，100 kHz 时为 48 dB）。将其外推至 1 MHz 可在 1 Mhz 处提供 36 dB 噪声抑制（~= 60:1 降噪。）无法保证此扩展至 1 MHz 是现实的，但实际结果不会比这更准确，应该（可能）不会差很多。
由于大多数（但不是全部）smps 电源工作在 100 kHz 至 1 MHz 范围内，因此可以推测在 100-1000 kHz 范围内的基本噪声频率的噪声抑制率约为 50:1 至 250:1。然而，smp 将在其基本开关频率以外的频率下输出，通常要高得多。由于变压器中的漏感和类似情况，可能在开关边沿上出现非常细的快速上升尖峰，其衰减程度低于低频噪声。
如果您单独使用 smps，您通常会期望提供某种形式的输出滤波，并使用带有线性“后置稳压器”的无源 LC 滤波器将提高其性能。
与 LM340 相比，您可以获得具有更好和更差纹波抑制的线性稳压器 - 以上显示了两个功能相同的 IC 的规格可能有所不同。
良好的设计将极大地帮助消除 smps 的噪声。这个主题太复杂了，这里只提一下，但互联网上有很多关于这个主题的好东西（以及过去的堆栈交换回复）。因素包括正确使用接地层、分离、最小化电流回路中的面积、不破坏电流返回路径、识别高电流流动路径并保持它们短路并远离电路的噪声敏感部分（等等）。
所以 - 是的，线性稳压器可以帮助降低 smps 输出噪声，它可能足以让您以这种方式直接为音频放大器供电（并且可能许多设计就是这样做的），但线性稳压器并不是“灵丹妙药”这个应用程序和良好的设计仍然至关重要。
线性稳压器的调节带宽有限。高频通过。在纹波抑制中可以找到调节器对频率的抑制效果。查找 LM317 数据表并搜索纹波抑制比与频率的关系图：
它取决于负载电流、输入和输出电压，显然还取决于您是否在 Adj 引脚上放置了一个电容器。此外，它在频率上迅速下降。大多数规格都是在低频下制作的，因此它在变压器后完美工作（可能是 100 Hz 或 120 Hz 纹波）。
如果您获得当今的典型 SMPS，它可能会以数百 kHz 的频率切换。显然，在调整引脚上带有 10 uF 电容器的 LM317 在 100 kHz 时只能管理 40 dB，在 1 MHz 时只能管理 20 dB。当 0.1 V pp纹波输出时， 1 MHz 1 V pp纹波仍会通过。在更高的频率下，它只会变得更糟并下降到 0 dB，这既没有放大也没有阻尼。
这是一个便宜的 LM317 稳压器，市场上有更好的。LDO 通常在纹波抑制方面没有那么好，因为它们的性质不太稳定。
或者，您可以使用 LC 滤波器来抑制高频成分。但是请注意，LC 滤波器具有谐振频率，它可能会衰减某个频率数十倍！
我看不到（除非您的调节器正在振荡）线性调节器会放大噪声。当然，它总是会增加广谱噪声（温度噪声、闪烁噪声等），但晶体管、电阻器、运算放大器、二极管等也会如此。
但是，因为您在谈论音频，所以我想补充一下具体情况：
- 运算放大器也有自己的 PSRR（电源抑制比）。某些组件没有此图的图表，但这也增加了您的线性稳压器。AD8622 精密运算放大器在 100 kHz 时的阻尼约为 20 dB - 40 dB。（正电源通常比负电源阻尼更好）。
- 如果 SMPS 切换到 400 kHz 以上，您会介意/听到噪音吗？
正如 Hans 所说，线性稳压器不会阻止 SMPS 的 HF 噪声。您可以使用电容器和线圈等无源器件进行过滤。因为所涉及的频率远高于 100Hz 纹波，所以您必须在经典电源中消除，您不需要那么大的电解液。（这些电解器必须很大，因为它们通常是“调节”整流电压的唯一方法。）
所以被动去耦就是这个词。如果你真的想使用线性稳压器，你可以使用LDO，因为它的输入电压不会变化。
顺便说一句，你的 SMPS 中当然还需要一个变压器，否则你的放大器可能会给你带来震撼的体验。但是你可以让它比经典的小很多。
您需要做的主要事情是正确路由您的跟踪。如果您将音频信号连接到 SMPS 旁边的地，然后在此之后使用线性稳压器，这对您没有任何好处。您需要将接地迹线从一个阶段“流水线化”到下一个阶段，并将您的音频电路连接到线性稳压器输出端的接地。
电线不是完美的导体，通过接地节点的噪声电流会导致电压波动。使用波动的地面作为音频参考意味着波动成为信号的一部分。