Audio Circuit - Versorgungsrauschen

Ich entwerfe ein Effektpedal (für Gitarre, Mikrofon, Bass usw.), das auf der Bühne verwendet werden soll.

Der Effekt hat mehrere Stufen, von denen keine für diese Frage wirklich von Bedeutung ist, außer einer Stufe mit hoher Verstärkung.

Ich entscheide, welche Art von Versorgung ich für dieses Pedal verwenden werde. Meine Idee ist es, es einfach und klein zu halten, also möchte ich es mit einer externen Gleichstromversorgung machen, aber hier kommt die Falle.

In der Schaltung befindet sich eine Röhre, eine typische 12AX7-Doppeltriode, sodass die Heizung bereits 12 V - 150 mA benötigt.

Ok, ich denke an eine typische 12V - 500mA Versorgung, um sicher zu sein, ABER! Ich möchte 20 bis 30 VDC für den Rest der Schaltung verwenden. Ich wollte vermeiden, einen Transformator mit mehreren Wicklungen zu verwenden, deshalb habe ich mir Folgendes ausgedacht:

Ich dachte an eine einfache Lösung mit einem Step-up, das mit einem 555-Timer gebaut wurde, um diese 12 VDC zu verdoppeln, und holte mir sogar einen einfachen Switcher-IC. Ich habe es gefunden:

Ich habe mich für die 555-Schaltung entschieden, weil sie einfach ist, billig ist und nicht viel Strom (<20 mA) liefern muss und weil ich momentan keinen Switcher-IC zur Hand habe.

Die Schaltung funktionierte wie ein Zauber (änderte C2 und C3 auf 470 uF und änderte R1, R2 und C1 auf 4 k7, 22 k und 390 pF, um bei etwa 70 kHz zu arbeiten, weit über der hörbaren Frequenz und niedrig genug, um einfache Komponenten wie 4148 Dioden zu verwenden Wenn R1 100 Ohm war, wie die Schaltung sagt, wird es wahrscheinlich in Brand gesetzt). Ich ging voran und baute das Pedal auf ein Steckbrett.

Insgesamt hat es ziemlich gut funktioniert, bis auf (was jeder hier schon vermutet hat) ... LÄRM. Half Way Gain Stage Pot, erstaunlich verstärktes Versorgungsrauschen.

Maßnahmen zur Lösung des Problems:

• Direkt neben dem Ausgang der Versorgung eine Fe-Perle und dann ein passives zweistufiges Tiefpassfilter (mit einer Grenzfrequenz von 0,3 Hz).
• Auf jedem IC Vcc Pin befindet sich eine kleine 100pF Kappe gegen Masse.

Ich bekomme immer noch Geräusche mit einer Verstärkung von 1/2 und höher (viel weniger als zuvor, Sie könnten das Pedal jetzt tatsächlich benutzen, aber ich hasse Geräusche).

Nach all dieser Erklärung möchte ich zwei Fragen stellen:

Erstens: Kann ich diese Art von Rauschen möglicherweise beseitigen, wenn es um eine Schaltversorgung für Audio geht, vielleicht mit einem besseren Filter oder etwas mit einfachen Komponenten, oder muss ich für diese Art von Rauschen zurück zum alten Transformator + Linearregler laufen? Anwendung? (was ich wirklich nicht tun möchte)

Zweitens: Wenn es darum geht, diese Art von Geräten auf der Bühne zu verwenden, gibt es normalerweise viele Störquellen (elektromagnetische Störungen, Erdschleifen usw.). Ist ein Transformator + Regler mehr oder weniger immun gegen diese Art von Rauschen als eine Schaltversorgung? Bitte erkläre

Vielen Dank, Grüße.

EDIT: Ich habe die Schaltfrequenz gesenkt, wie von @Jhon D empfohlen. Sie arbeitet bei 30 kHz. Das Geräusch kam nur ein bisschen runter, ein bisschen scheint es immer noch. Um einige Kommentare zu verdeutlichen, sind die Dioden 1N4148 und die Transistoren BC337 und sein Komplement. Sie konnten also nicht diejenigen sein, die den Lärm verursachen, zumindest nicht in Bezug auf die Arbeitsfrequenz.

Ich gebe Ihnen zwei Bilder, zuerst die 24VDC-Schiene. Höllisch

Jetzt ist der Ausgang des Pedals mit NO-Eingang (Eingang ist geerdet), Volume = Max und Gain = max.

Erstens: Kann ich diese Art von Rauschen möglicherweise beseitigen, wenn es um eine Schaltversorgung für Audio geht, vielleicht mit einem besseren Filter oder etwas mit einfachen Komponenten, oder muss ich für diese Art von Rauschen zurück zum alten Transformator + Linearregler laufen? Anwendung? (was ich wirklich nicht tun möchte)

Nun, ich habe vielleicht übersehen, was Ihre ursprüngliche Quelle für die 6-12V ist. Aber in Bezug auf die Hochspannungsversorgung, NEIN ... müssen Sie nicht zu einer Brute-Force-Versorgung zurückkehren. Das Rauschen kann beseitigt oder zumindest minimiert werden. Aber ich habe mich ziemlich oft mit solchen Dingen beschäftigt, und hier ist, worauf Sie Lust haben.

1. Die Tatsache, dass Sie Frequenzen hören, die weit unter Ihrer ursprünglichen Oszillatorfrequenz von 70 kHz liegen, deutet in der Tat auf parasitäre Schwingungen hin. Die schlechte Nachricht ist, dass es in Ihrer Schaltung mit hoher Verstärkung möglicherweise Instabilitätspunkte gibt, die jedes Mal, wenn ein starkes "Impulssignal" angelegt wird, für kurze Zeit bei 400 kHz "klingeln". Wenn also "Hash" -Rauschimpulse von Ihren 70 kHz kontinuierlich die Impulse über die Versorgungsleitungen liefern, ist der "ausgelöste" Parasit immer da. Die schlechte Nachricht dort ist, dass Sie feststellen können, dass selbst mit den beiden isolierten Netzteilen bestimmte Musiksignalbedingungen dazu führen können, dass dieselben Parasiten ihren hässlichen Kopf aufrichten.

2. Es ist immer noch möglich, dass 400 kHz oder andere parasitäre Frequenzen in Ihrem Booster-Schaltkreis erzeugt werden. Sie können sehr klein sein, so dass Sie sie nicht auf dem Oszilloskop sehen, aber Sie haben gesagt, dass Sie es mit einer Schaltung mit hoher Verstärkung zu tun haben. Ich habe kürzlich mit einem vorgefertigten variablen "Boost-Regler" gearbeitet, dessen interner Oszillator etwa 170 kHz betrug, und hatte immer noch ein schreckliches "Hashing-Rauschen" (eher wie weißes Rauschen als ein einzelner Ton "in meiner Zielschaltung). Aber die Prinzipien der Ausbreitung Das Rauschen ändert sich nicht. Sie sind im Grunde genommen elektrisch, breiten sich über die Stromversorgungskabel selbst aus und sind magnetisch, breiten sich durch die Luft aus und strahlen von den Stromversorgungskabeln aus. Wenn Ihr Zielkreis JEDE Induktivität hat, kann diese Strahlung eine sein großes Ärgernis. Um es zu reduzieren, Sie können beginnen, indem Sie dem Ausgang Ihrer Schaltversorgung ein PI-Filter hinzufügen, das aus einem Nebenschlusskondensator, gefolgt von einer Reiheninduktivität und einem weiteren Nebenschlusskondensator besteht. Wenn die Versorgungsleitungen, die den 555-Stromkreis speisen, eine beliebige Länge haben, müssen Sie möglicherweise auch dort einen Induktor hinzufügen. Die Kondensatoren sollten schnell und mit niedrigem ESR-Wert sein, wie z. B. metallisierte Polypropylenfolien. Es ist schwierig, die perfekten Werte zu bestimmen, und selbst wenn Sie dies tun, müssen sie fast immer weiter optimiert werden. Ein guter Ausgangspunkt wäre jedoch 100 uH für den Serieninduktor und 1 uF für die Kappen. Das sollte zumindest die elektrischen und magnetischen Quellen zumindest hörbar reduzieren. Wenn jedoch die Magnetfeldübertragung tatsächlich Teil des Problems ist, müssen Sie möglicherweise die zusätzlichen Schritte ausführen, um die Versorgungsleitungen zu einem verdrillten Paar zu machen und sie von Induktivitäten in Ihrem Audiokreis fernzuhalten. In einigen Fällen vergrößern Sie den Abstand zwischen Ihrem 555-basierten Netzteil und dem Audiokreis. Während die meisten IC-Hersteller auf die schnellstmögliche Umschaltung ihrer ICs drängen, können Sie in diesem Fall einige Kopfschmerzen verlieren, wenn Sie auf eine langsamere Version des 555 umsteigen. Wenn die Anstiegsgeschwindigkeit einen Oszillator im Multi-Modus aufbauen kann Megahertz-Bereich, dann können diese Flanken selbst bei einer langsameren Taktrate Probleme verursachen.

Übrigens, hier ist ein wenig bekannter Trick ... Wenn Sie eine gewöhnliche Siliziumdiode in Ihre 555-Oszillatorschaltung einbauen, so dass die Anode mit Pin 7 und die Kathode mit Pin 6 verbunden ist, können Sie dazu gelangen ein nahezu perfektes Tastverhältnis von 50%, wobei sowohl R1 als auch R2 den gleichen Wert haben! Ich weiß nicht, warum dieser Trick so selten veröffentlicht wird, aber er funktioniert. Sie können dann mit verschiedenen Schaltfrequenzen spielen, indem Sie einfach den Zeitkondensator wechseln.

Nun zu diesem Teil ...

Zweitens: Wenn es darum geht, diese Art von Geräten auf der Bühne zu verwenden, gibt es normalerweise viele Störquellen (elektromagnetisch, Erdschleifen usw.). Ist ein Transformator + Regler mehr oder weniger immun gegen diese Art von Rauschen als eine Schaltversorgung? Bitte erkläre

Es wird wirklich keinen großen Unterschied machen, wenn überhaupt. Wenn Sie mit Ihrem aktuellen Versorgungs-Setup in eine ruhige Situation geraten und sich das physische Setup auf der Bühne nicht ändert, ist jedes zusätzliche Rauschen, das Sie zum Zeitpunkt der Aufführung erhalten, wahrscheinlich auf eine andere Quelle zurückzuführen. An Veranstaltungsorten gibt es eine ganze Reihe von Problemen, und das größte Problem im Zusammenhang mit Stromversorgungen sind "Erdschleifen". Diese treten auf, wenn die Stromversorgungen von zwei oder mehr separaten Geräten es irgendwie ermöglichen, dass kleine Mengen von 50/60 Hz Wechselstrom ihre "Erdungs" -Punkte erreichen. Wenn das Gerät dann an verschiedene Wechselstromquellen angeschlossen wird, die sogar einige Volt voneinander entfernt sind, leitet die Erdungsabschirmung in allen Verbindungskabeln den Wechselstrom von einem Gerät zum anderen und koppelt das "Brummen" direkt in Ihren Audiostream. Um nicht zu diesem Problem beizutragen, Es ist wichtiger, die Leckage zwischen Ihrer Wechselstromquelle durch Ihre Stromversorgungskomponenten zu verstehen, die an das gekoppelt werden kann, was Sie sich erhofft haben. Isolation ist der Schlüssel. Sie würden niemals einen Versorgungskreis verwenden wollen, der irgendwo keine Transformatorisolation hatte, bevor Sie an das Wechselstromnetz kamen. Und es tut nie weh, so viele Geräte wie möglich an dieselbe Steckdosenleiste anzuschließen, die von einer einzigen Wechselstromquelle gespeist wird.

Und dann gibt es natürlich abgestrahltes elektromagnetisches Rauschen. Arbeiten Sie irgendwo in der Nähe einer 10.000-Volt-Leuchtreklame? Die Aufnahme von solchen Geräuschen kann durch Ihr Netzteil nicht unterstützt werden. Nur eine angemessene Abschirmung und in einigen Fällen "Nulling" -Techniken (wie z. B. Brummen) können Ihnen helfen, diese Kopfschmerzen zu lindern.

Viel Glück Mann!

Ich bin nur ein Bastler. Ich sollte damit anfangen. Ich habe kein Elektronik-Training. Ich lese und versuche, aus meinen Fragen in diesem Thema zu lernen. Was ich also anbieten werde, basiert auf meiner mageren Vorstellung, woher dieses Problem kommen könnte, und nicht auf der Erfahrung, einen Dickson-Multiplikator wie diesen herzustellen.

Ein offensichtlicher Gedanke, der mir bei der Betrachtung Ihrer Oszilloskopspur der Stromversorgungsleistung einfiel, war die Induktivität. Ich erwähnte es in einem meiner Kommentare und dachte dann, dass es mit der Transistordiffusionskapazität und einer Induktivität zusammenhängen könnte (es ist dort ein Hochfrequenz-Hash). Aber ein anderer Gedanke kam mir in den Sinn und ich beschloss, es mit LTspice zu testen, um zu sehen, ob es könnte Ihre Ergebnisse replizieren. Und das kann es. Ich habe nur hinzugefügt$100\:\textrm{pH}$der Serieninduktivität zu Ihren Kondensatoren. Das war alles was es brauchte. Ich komme herum$400\:\textrm{mV}$ Spitze-Spitze-Schwingungen mit einer Last von $1\:\textrm{mA}$die allmählich nachlassen. Hinzufügen von nur ein wenig Serienwiderstand (z.$1\:\textrm{m}\Omega$) um diese zu dämpfen und es wird ziemlich nah.

In diesem ersten Bild habe ich die Kondensatoren so modifiziert, dass sie Parasiten aufweisen $100\:\textrm{pH}$ der Serieninduktivität und $1\:\textrm{m}\Omega$ des Serienwiderstands und hielt die Last von $1\:\textrm{mA}$::

Aber in diesem zweiten Bild habe ich genau die gleiche Schaltung verwendet, aber die Last auf geändert $10\:\textrm{mA}$ Damit Sie die Auswirkung einer zusätzlichen Belastung auf die Schaltungsantwort sehen können:

Diese Bilder reproduzieren nicht den Rest des Rauschens, das Sie auch sehen. Dies ist aber sozusagen eine Reinraumsimulation. Jede reale Schaltung nimmt auch Dinge aus der Umgebung auf. Abschirmung kann hier ein wenig helfen. Besser umgehen, noch mehr. Dies führt also zu den eigentlichen technischen Problemen.

Ich denke, @pipe hat Recht mit der Verwendung dieses Angebots. Es ist knorrig (Fachbegriff, hehe). Sie könnten daran denken, die Induktivität im Schaltteil der Schaltung zu reduzieren. Sehr kurze Leads. Das Hinzufügen von verlustbehafteten Perlen kann einigen helfen, da sich die Frequenzen in dem Bereich befinden, in dem sie möglicherweise etwas Nützliches bewirken. Es ist schwierig, solche hochfrequenten Dinge loszuwerden, da sie alle Spurenkapazitäten durchlaufen. Es muss also im Keim erstickt werden. Das Hinzufügen eines Kondensators mit niedriger Induktivität am Ausgang kann ebenfalls hilfreich sein. Hinzufügen eines sorgfältig konstruierten$\pi$Filter (oder zwei) können ebenfalls helfen. Ich bin mir nicht sicher, ob ich einen Linearregler hinzufügen soll, da ich mir nicht vorstellen kann, dass er die Geschwindigkeit hat, auf diese zu reagieren. Ich würde mich also darauf konzentrieren, eine passive Filterlösung zu finden, um dies zu beseitigen, bevor es weitergeht.

Aber in erster Linie, wenn Sie wirklich darauf bestehen, diesen Dickson-Multiplikator in Form zu bringen, müssen Sie sich auf wirklich gute Layout-Praktiken konzentrieren und alles straffen. Wenn Sie die Details herausfinden können, lohnt es sich, zu SMT zu gehen, da dies Ihre Parasiten noch weiter reduziert. Aber das lohnt sich nur, wenn Sie vor diesem Schritt etwas Vernünftiges bekommen können. Und Sie müssen wirklich sicherstellen, dass Sie Ihr Bestes getan haben, um alle Kabel so kurz wie möglich zu halten und so viele Kabel zu verwenden, wie Sie möchten. Ich denke, ich würde versuchen, dies zu beseitigen und schwere Kupferdrähte zu verwenden, nur um zu sehen, ob ich näher kommen könnte.

Ich habe keine Ahnung, wie sich dies auf die folgenden von Ihnen verwendeten Schaltkreise auswirkt und wie sich dies dann in Tönen oder nur in Geräuschen niederschlägt, die Sie hören. Aber die Tatsache, dass Sie Dinge mit einem anderen Netzteil getestet haben und festgestellt haben, dass die Probleme im Großen und Ganzen verschwinden, sagt, dass dieses Zeug irgendwie mit genug Energie im Audio zusammenbricht, damit Sie es hören können.

Ich denke, ein guter EE kann möglicherweise bessere Vorschläge machen, vorausgesetzt, Sie möchten diese Dickson-Multiplikatorarchitektur weiterhin verwenden. Ich denke aber, dass sie auch eine völlig andere Topologie und Herangehensweise vorschlagen könnten. In diesem Fall müssen Sie ihnen Spezifikationen geben, wie Ihre Last aussieht, welche Art von Welligkeit Sie akzeptieren können und bei welchen Frequenzen, welche Art von Last- und Versorgungsregelung Sie unterstützen müssen und vieles mehr. Sie haben beispielsweise noch keine Angaben dazu gemacht, wie viel Strom verbraucht wird. Das wird für jedes spezifische Design benötigt.

Wenn Sie eine externe Wechselstromversorgung ("Wandwarze") verwendet haben, können Sie den Wechselstrom problemlos wieder auf eine hohe Spannung für den Stromkreis der Feuerlöschflasche bringen. Und natürlich erzeugen Sie alle positiven (oder negativen) Gleichspannungen, die im Rest der Schaltung benötigt werden. Ich habe den kleinen Transformator aus einer Wandwarze genommen, um "rückwärts" zu verwenden, um intern sicher eine Hochspannung zu erzeugen, aber extern eine Niederspannungs-Wechselstromversorgung zu verwenden.