Super Low Noise Regulator basado en LM317

Esto que les acerco está en su etapa de experimentación y corroboración. Lo he concebido después de ver a muchos sostener por distintos foros que este tipo de reguladores (al igual que algunos fijos, como el 7815) podrían no resultar del todo aptos para aplicaciones exigentes de audio de baja señal o en algunos tipos de conversores A/D de alta resolución. Posiblemente, en su configuración más conocida dada por los fabricantes, tenga limitaciones. Existen varios artículos interesantes de Walt Jung al respecto.

La idea consiste en agregar solo 4 componentes adicionales al esquema básico, para que en principio, nuestro LM317 adquiera características interesantes para dejarlo de ver con cierto desprecio (cosa que no es mi caso).

Hasta ahora, buena parte de lo simulado, previsto en los cálculos y esperado en la práctica, se están dando según lo esperado. Lo más importante es que al incorporar una etapa de alta ganancia, no provoca oscilaciones ni necesidades de compensación alguna (que fué lo que principalmente busqué que se diera). Así, se podría implementar universalmente, sin necesidad de adaptar a cada layout particular con celdas RC a prueba y error.

Aquí va el esquema y su contraparte que sugiere el fabricante:

Esquema SLNR.png

Como pueden ver, consiste en reubicar el condensador de 10 uF y agregar 2 resistencias, 1 transistor de señal y 1 diodo. Se elimina la resistencia original de programación del voltaje de salida (la que podría ser un potenciómetro o trimpot), salvo justo coincida con el valor a colocar entre colector y base del transistor agregado (la que ajustará ahora parte de nuestro voltaje de salida).

Aquí van las posibles curvas de PSRR vs. Frecuencia de ambas variantes, para que sean comparadas:

PSRR vs. Frecuencia SLNR.png

Como pueden ver, las posibles mejoras no serían despreciables a la frecuencia fundamental de rectificación (100 Hz para mi zona), manteniendo importante margen de mejora en el resto del espectro.

Luego, simulé tanto ripple de entrada, como de salida:

Ripple de entrada SLNR.png

Si bien la curva que se muestra es verde, la curva roja resulta coincidente en la posición con la de la verde, de modo que implique que ambos circuitos puedan compararse a similar ripple de entrada, viendo solo diferencias en el ripple de salida.

Ahora, el ripple de salida:

Ripple de salida SLNR.png

Como pueden ver, el ripple del SLNR resultaría bastante menor al estándar.

Ahora, lo más importante, las corroboraciones con osciloscopio y tester del esquema estándar (lo cual es predecible):

20210131_223018.jpg

En el osciloscopio se puede ver que el ripple de entrada tiene prácticamente 4 V pico a pico y el de salida no es posible evaluar con precisión por la resolución de mi instrumento y debida al espesor del trazo.

Las mediciones con tester fueron relativamente acercadas a las de simulación.

Ahora, las mismas mediciones, pero en el SLNR:

20210131_221114.jpg

Como podría apreciarse, se percibe mejora, a pesar de la zona de baja resolución de mi instrumento. Una cosa que noté es una clara mejor estabilidad de trazo, aún acercando la mano a la maraña de cables del circuito montado en protoboard, que en la versión estándar mostraba cierta sensibilidad.

Ahora, el paso que sigue es hacer una FFT, para lo cual voy a esperar a reconfigurar mi querida placa de sonido en la nueva CPU que me tocó comprar ante la muerte imprevista de la CPU que estaba acostumbrado a manejar a diario hasta este 4 de Enero pasado :mad::mad::mad:.

Por lo demás, creo que va encaminado a buen puerto el engendro.

Debo agregar que parte de este concepto ya hay quienes lo han probado exitosamente tanto en Rumania como en Alemania, solo que en esos otros esquemas fueron necesarias ciertas compensaciones RC. Lo que les estoy mostrando aún no lo han testeado quienes llevaron a cabo por mí las otras pruebas con instrumental que no dispongo ni dispondré, aunque creo que es posible prescindir de las compensaciones y arribar a un diseño posterior mucho más sencillo como el que estoy ahora presentando.

JfgumVj.png

cOkzFm9.png

El SLNR tendría otras ventajas, que vamos a ir contando en la medida que se vayan verificando fehacientemente.
 
Última edición:

Daniel Lopes

Miembro Geconocido
Ejelente aporte Don diegomj1973 , ese artificio ayuda mejorar aun mas la rejeición del ripple de la fuente , peeeero nunca pudemos olvidar de la tensión minima de entrada considerando lo ripple para un correcto funcionamento del CI , ese dato es fornido en la hoja de datos tecnicos del CI.
Generalmente esa tensión de entrada es de aomenos 3Voltios a mas que en la salida.
Alguns CIs mas elaborados ( mas conocidos como "low drop out") permiten una quieda bien menor pero eses son mas raros.
!Saludos desde Brasil !
Att,
Daniel Lopes.
 

Fogonazo

"Qualified exorcist approved by the Vatican"
Por aquí publique el trabajo de Werner Ogiers que se entretuvo en analizar varios tipos de fuentes estabilizadas.


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Ejelente aporte Don diegomj1973 , ese artificio ayuda mejorar aun mas la rejeición del ripple de la fuente , peeeero nunca pudemos olvidar de la tensión minima de entrada considerando lo ripple para un correcto funcionamento del CI , ese dato es fornido en la hoja de datos tecnicos del CI.
Generalmente esa tensión de entrada es de aomenos 3Voltios a mas que en la salida.
Alguns CIs mas elaborados ( mas conocidos como "low drop out") permiten una quieda bien menor pero eses son mas raros.
!Saludos desde Brasil !
Att,
Daniel Lopes.

Así es.

En los circuitos de pruebas que inician este thread, tuve que limitar exageradamente el filtrado de entrada a lo que tenía a mano, valor que dudo se emplearía en forma práctica como filtrado principal. Aún así, me resultó dificultoso ver algo que se despegara de la mínima resolución de mi osciloscopio.

Por ahí, solo para pruebas, me convendría aumentar a casi cerca del límite el voltaje de entrada e introducir aún menos capacidad de filtrado (como 4,7 uF o 2,2 uF), de modo de ir hasta cerca de 8 a 16 V pico a pico de ripple para similar corriente, permitiéndome llegar a ver algo con mayor resolución en la salida. De todos modos, una FFT me va a permitir visualizar mucho mejor lo que por el momento no puedo ver claramente con mi osciloscopio. En principio, están siendo muy alentadores los resultados.

Incluso, esta versión se comportaría mucho mejor que una versión Sziklai que desarrollé previamente (que es la que han medido, corroborado e implementado exitosamente unos colegas del extranjero), la cual se acopla capacitivamente a un regulador existente.

Algo interesante es que de disponer trimpot para ajustar el voltaje de salida, no estaría limitado al clásico de 5 K que mayormente se suele ver. Podrían y necesitarían emplearse valores mayores, con beneficios en un menor calor desarrollado y en una menor disipación.

Si las estimaciones no fallan, el beneficio en el PSRR sería en el orden de los 35 dB adicionales, aunque hay que medirlo.
 
Última edición:
!Wow , casi 4000 veses menor!
Att,
Daniel Lopes.

Es decir, según simulaciones, unas 50,8 veces más en 100 Hz que el PSRR logrado en la misma frecuencia pero con la configuración estándar, aunque parecería mantenerse más o menos similar diferencia en al menos todo el rango audible.

De todos modos, para verificarlo como corresponde, debo olvidarme de testear en protoboard. Tendré que armar un layout acorde a las circunstancias, cosa que odio hacer, ya que de otra forma no voy a poder sacarle todo el jugo a este engendro.
 

Daniel Lopes

Miembro Geconocido
Es decir, según simulaciones, unas 50,8 veces más en 100 Hz que el PSRR logrado en la misma frecuencia pero con la configuración estándar, aunque parecería mantenerse más o menos similar diferencia en al menos todo el rango audible.
!Estraño , hasta onde se 30dB = 1000 veses y 6dB = 4 veses , portanto 35 dB serias casi 4000 veses !
!50 veses ( lineares ) transformados en dB es = 17dB , donde 10 dB = 10 veses + 7dB = 5 veses = 17dB !
Att,
Daniel Lopes.
 

Daniel Lopes

Miembro Geconocido
Haciendo relaciones entre voltajes de ripple, 60 dB = 1000 veces.

20 x log ( Ripple de Salida / Ripple de Entrada ) = dB (daría negativo)

ó

20 x log ( Ripple de Entrada / Ripple de Salida ) = dB (daría positivo)
Entiendo , es que sienpre estoy lidando con Decibelios pero es en potenzia de RF (Wattios ) , y eso NO es lo mismo que puramente tensión.
Att,
Daniel Lopes.
 
Daniel la diferencia entre dBv y dBm !!!!, tu eres un técnico de radio donde siempre se usan los dBm en cambio en líneas telefónicas o señales de amplitud expresadas en V o multiplos/submultiplos se usan los dBv
 
Después de verificar que no cuento con un slot de soporte en mi nueva CPU para mi vieja y querida placa de sonido Audigy, es que me puse a lidiar con el sonido que viene integrado en la motherboard y su limitado soporte (carece de muchas funcionalidades, las que antes yo contaba).

Para dejar más o menos agradable los ajustes de sonido, tuve que renegar un rato, alimentando el mic de medición en forma externa, ya que antes empleaba la alimentación de la propia placa de sonido.

Por suerte, todo quedó aceptable, aunque no me conforma del todo no disponer ahora un ecualizador en el núcleo de Windows, para terminar de corregir pequeñas alinealidades que no alcanzo a ajustar del todo con el ecualizador físico externo.

En relación al SLNR, me dispuse a medir primero el circuito básico (sin el agregado del transistor de señal y demases), quitando ó el condensador de 1 uF, ó el de 10 uF, ó ambos. Cabe aclarar que me estoy refiriendo a los condensadores en torno al LM317, a excepción del de filtrado de entrada (el dispuesto antes del regulador).

Resultaron las siguientes mediciones a la salida del regulador:

Circuito básico sin condensadores:

LM317 sin condensadores.jpg

Circuito básico con condensador de 10 uF:

LM317 con 10 uF.jpg

Circuito básico con condensador de 1 uF:

LM317 con 1 uF.jpg

Circuito básico con condensadores de 10 uF y 1 uF:

LM317 con 10 uF y 1 uF.jpg

Fuí colocando en secuencia las distintas gráficas, para que se puedan apreciar más claramente los efectos de cada elemento insertado en el espectro.

Ahora, la misma secuencia pero con milivoltímetro true RMS:

Circuito básico sin condensadores:

LM317 sin condensadores (Voltimeter).png

Circuito básico con condensador de 10 uF:

LM317 con 10 uF (Voltimeter).png

Circuito básico con condensador de 1 uF:

LM317 con 1 uF (Voltimeter).png

Circuito básico con condensadores de 10 uF y 1 uF:

LM317 con 10 uF y 1 uF (Voltimeter).png

Por último, se vuelve a repetir la secuencia, pero con osciloscopio (para ver la respuesta temporal y la "forma" del ruido):

Circuito básico sin condensadores:

LM317 sin condensadores (Scope).jpg

Circuito básico con condensador de 10 uF:

LM317 con 10 uF (Scope).jpg

Circuito básico con condensador de 1 uF:

LM317 con 1 uF (Scope).jpg

Circuito básico con condensadores de 10 uF y 1 uF:

LM317 con 10 uF y 1 uF (Scope).jpg

Próximamente, se hará lo mismo, pero con el SLNR.
 

Adjuntos

  • LM317 sin condensadores (Voltimeter).png
    LM317 sin condensadores (Voltimeter).png
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Aunque todavía no he pasado el SLNR del protoboard a una PCB acorde, me dispuse a medir (obviamente, que todas las lecturas toman mucho ruido, por la parva de cables que hacen de antenas).

SLNR:

SLNR (Scope).jpg

SLNR (Voltimeter).png

Si bien se puede medir una mejoría en relación al esquema básico, debo montar todo en una PCB "como la gente" para arribar a mejores resultados, ya que puedo verificar solo alrededor de 6 dB de beneficio con el engendro casi al aire y con cables diseminados por todos lados.

Seguiremos trabajando...

Solo acomodando unos cables, sigue bajando:

SLNR mínimamente acomodado.png
 
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Hola genios...ayuda a un principiante...
donde tendría que colocar el trimpot para ajustar el voltaje ?

Entre el colector y la base del transistor de señal. Recuerda que habrá dispersión en la estimación del voltaje de salida, debida a los parámetros de los cuales el voltaje de salida es función, salvo tengas medidos los parámetros del transistor que vayas a emplear.
 
Entre el colector y la base del transistor de señal. Recuerda que habrá dispersión en la estimación del voltaje de salida, debida a los parámetros de los cuales el voltaje de salida es función, salvo tengas medidos los parámetros del transistor que vayas a emplear.

Aquí paso una forma de agregar un trimpot y una resistencia para ajustar el voltaje de salida, en función del transistor BC550.

SLNR Esquema.png

SLNR.png
 
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