Güç kaynağı çıkışında gürültü ölçümü

[taydin]

1 Hz ve 20 MHz arasındaki frekans cevabına bakınca durum çok iyi değil

1 kHz ve 2 MHz arasında son derece lineer çalışıyor. O aralıkların dışında linearite bozuluyor. İşte bu noktada, frekans tepkisini ayarlamak için devrede sağa sola kondansatörler ilave etmek gerekecek. 1 kHz altını yükseltmemiz, 2 MHz üstünü düşürmemiz gerekiyor. Bunu yaparken de 1 kHz - 2 MHz arasını bozmamamız gerekiyor

 

[taydin]

Esasında 2 MHz üstü çok da kritik değil. Ama 1 kHz altı mutlaka düzelmeli, çünkü en önemli gürültü kaynağı olan ripple 100 Hz bölgesinde. Ve bu bölgede şu haliyle kazanç 2.85 dB aşağıda.

 

[taydin]

Girişteki 330 nF kuplaj kondansatörlerini 10 µF yapınca sadece 0.1 dB düşme ile 22 Hz'e kadar iniyoruz. Ama tabi simulatördeki kondansatör ideal 10 µF olan ve 20 MHz'e kadar tertemiz çalışan GERÇEK kondansatör bulmak ayrı mesele.

Girişe 90 µH bir çift bobin bağlayınca da üst frekans bölgesini biraz düzeltiyoruz. -0.7 dB ve +0.2 dB lik bir sapma oluyor üst sınırda.

 

[taydin]

Şimdi bu tasarıma bir de gürültü açısından bakalım. Kullanılan opamp'in gürültü performansı zaten çok iyi. Ama bu tasarımı çok düşük gürültülü çalışmaya müsait kılan asıl özellik, ölçümün diferansiyel olarak yapılıyor olması. Yani normal osiloskop probundaki gibi şase, canlı uç yerine, iki tane canlı uç var, ve şase yok! Opamp'in de PSRR ve CMRR değerlerinin sırasıyla -95 dB ve -96 dB olduğunu düşünürsek, bu tasarımın common mode gürültüden neredeyse hiç etkilenmeyeceğini söyleyebiliriz.

Ama tabi bunlar hep teoride Gerçek devreyi kurunca göreceğiz neler olacağını.

 

[taydin]

Öncelikle bunu bu şekliyle çalıştırmaya uğraşacağım. Eğer tanımlanan parametreler çerçevesinde çalışırsa, bir sonraki aşamada şöyle bir iyileştirme düşünüyorum:

Şu anda girişteki DC voltajı elimine etmek için bir kuplaj kondansatörü kullanıyoruz. Bu da alt frekans bölgesinde bize sıkıntı yaratıyor. Kuplaj kondansatörü yerine "offset kompanzasyonu" denen bir teknik ile DC bileşeni uzaklaştırabiliriz. Bunu binlerce dolarlık profesyonel diferansiyel problar yapabiliyor. Örneğin tam da güç kaynağı paraziti ölçümü için tasarlanmış olan 2 GHz bant genişlikli Keysight N7020A probunda bu özellik var.

Bu şekilde DC ofseti uzaklaştırdığımız zaman, sadece AC sinyal kalacak ve herhangi bir kapasitör de ortalıkta olmadığı için 0 Hz'e kadar kazanç kaybı olmadan inebileceğiz.

 

[ckocagil]

Diferansiyel amfinin (ve in-amp'in) özelliği iki farklı toprağa bağlanmış cihazı ground loop olmadan bağlayabilmesi.

Eğer ortada iki farklı toprak olmasa ve single ended bir amfi yapılabilse işler çok daha basit olacak.

Amfinin gürültü performansı için bir hedef var mı? Bu kadar geniş bir bantta (20 MHz) diferansiyel amfinin dirençleri hatırı sayılır bir gürültü kaynağı olacaktır.

 

[taydin]

Belli bir gürültü hedefi yok. Kullanılan opamp'in yeterince düşük gürültülü olacağını varsayarak gidiyorum. Direnç gürültüsünü minimize etmek için de metalfilm kullanabilirim. Fark yükselteç kazancını ayarlayan dirençlerin de değerlerini düşürebiliriz.

 

[taydin]

Evet tahmin ettiğim gibi girişteki 10 µF sıkıntı ... Bu kapasitörün verimli çalışmak için bir ümidinin olması için bir kere seramik veya film kapasitör olması lazım. Elektrolitik ile hiç denemiyorum bile.

Ama elimde 10 µF seramik veya film yok. 1 µF var

Bunlarla ayrı ayrı test yaptım. 9.76 kΩ direnç ile seri bağladım, seri devrenin uçlarına da 20 Hz - 20 MHz arasında, 200 mVpp sinüs sinyal uyguladım. Sonra da direnç üzerindeki sinyale baktım.

20 Hz'de -0.9 dB gibi bir düşüş var, 20 MHz'de ise -1.5 dB gibi bir düşüş var.

İki tane paralel bağlayıp denedim, Alt frekans sınırında iyileşme oldu beklediği üzere, ama üst frekans sınırında hiçbir fark olmadı.

Belki de kabul edilebilir bir sapma. -1.5 dB sapma ile ölçüm yapabiliyor olacağız.

 

[taydin]

Genede ne olacak diye bakmak için elektrolitik ile deneyeyim dedim ve beni haksız çıkardı.

İki tane 10 µF 63 V elektrolitiği ters olarak seri bağladım ve bununla denedim.

20 Hz de +1 dB artış var, 20 MHz de kayıp -1.25 dB

Hayret yav, bir elektrolitik kondansatör nasıl oluyor da 20 MHz'i bir film veya seramik kondansatörden daha iyi geçiriyor? Bir fikri olan var mı?

 

[taydin]

Bu arada kırmızı ve gri kondansatörler arasında fark yok gibi. Gri olan çok az da olsa daha iyi sonuç verdi.

 

[Omega]

@taydin tantal elinde varsa onlarla denermisin ? Birde eğer vaktin varsa Pi filte deneyebilirmisin?
(Pi filtre yı ne kadar iyileştiriyor diye SMPS güç kaynağı çıkışında da deneyebilirsin)

 

[ckocagil]

ESL?

İki 10uF seri bağlayınca 5uF oluyor, bunu da unutmamak lazım.

 

[taydin]

ESL?

İki 10uF seri bağlayınca 5uF oluyor, bunu da unutmamak lazım.

Ama ESL artıyor iki seri kondansatörde. Sonucu kötüleştirmesi gerekiyor.

Bir de 20 MHz için ha 1 µF olmuş ha 5 µF, reaktans değeri birkaç milliohm'larda oluyor.

 

[taydin]

@taydin tantal elinde varsa onlarla denermisin ? Birde eğer vaktin varsa Pi filte deneyebilirmisin?
(Pi filtre yı ne kadar iyileştiriyor diye SMPS güç kaynağı çıkışında da deneyebilirsin)

Hmm evet tantal var elimde onunla da deneyebilirim.

Ama PI filtre burada nasıl bir fayda sağlayacak? Amacımız filtreleme değil, tam tersi, kayıpsız aynen opamp'e ulaştırmak.

 

[Omega]

Hmm evet tantal var elimde onunla da deneyebilirim.

Ama PI filtre burada nasıl bir fayda sağlayacak? Amacımız filtreleme değil, tam tersi, kayıpsız aynen opamp'e ulaştırmak.

Pardon ben ripple azaltmakla ilgili test yapıyorsun sandım.Ama Pİ filtre yapıp SMPS pow.suppl da ne kadar işe yarıyor bakılabilir

 

[taydin]

Pardon ben ripple azaltmakla ilgili test yapıyorsun sandım.Ama Pİ filtre yapıp SMPS pow.suppl da ne kadar işe yarıyor bakılabilir

Power supply'da PI filtresinin, doğrultucu çıkışındaki ripple azaltmada yararı olur. Ama ölçmemiş olmakla beraber, bunun regülatör çıkışındaki ripple'a faydasının çok sınırlı olacağını tahmin ediyorum. Artık regülatörlerin performansı çok iyi. Ama tam faydası kaç milivolt olur bilmiyorum. Gene de güzel, eğitici bir deney olur

 

[Omega]

Bu arada The Art of Electronic (3.ed.)sayfa 578 de "Capacitance Multiplier " diye bir konuda gürültünün azaltılmasını anlatıyor.
Dave de aşağıdaki videoda bunu anlatmış.Detaylı seyredemedim ama çok işe yarıyor görünüyor

Bu Art of Electronic muazzam bir kitap ,adamlar ne kadar basitçe anlatıyor.

 

[taydin]

Şimdi iki tane ters seri 10 µF tantal ile de denedim, sonuç elektrolitik ile neredeyse aynı. Düşük frekanslarda yükseltme var, yüksek frekanslarda zayıflatma.

 

[Omega]

Şimdi iki tane ters seri 10 µF tantal ile de denedim, sonuç elektrolitik ile neredeyse aynı. Düşük frekanslarda yükseltme var, yüksek frekanslarda zayıflatma.

Paralel ve tek bağlandığında dahada iyi olmuyormu? Birde o değerlermi tavsiye ediliyordu ben hatırlayamadım sığa değerini

 

[taydin]

Paralel ve tek bağlandığında dahada iyi olmuyormu? Birde o değerlermi tavsiye ediliyordu ben hatırlayamadım sığa değerini

Paralel bağlamada da neredeyse hiçbir fark göremedim.