Audiophiles 5V Netzteil

Musikwiedergabe über PC und Mac

Beitragvon Hans-Martin » 02.01.2016, 10:11

Hallo Hironimus,

eine kleine Modifikation auf der Leiterplatte des Pi2, nämlich geeignete Kondensatoren nahe den Versorgungsbeinchen der ICs, jeweils mit kleinen Induktivitäten entkoppelt, sowie ein Kondensator parallel zum Versorgungseingang des Pi2 halte ich für die bessere Investition als einen teuren Spannungsregler in der Entfernung.

Grüße Hans-Martin
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Beitragvon nemu » 02.01.2016, 15:53

Hall Hironimus,

Danke für Deine Arbeit. Mal Interesse halber: Was benutzt Du für eine Software zum Zeichnen der Schaltpläne? Vielleicht TinyCAD oder Eagle?

Gruß Stephan
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Beitragvon Hironimus_23 » 02.01.2016, 20:11

Hallo Stephan,

die Schaltpläne habe ich mit MS Visio gezeichnet.

Grüße,
Hironimus
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Beitragvon nemu » 03.01.2016, 00:21

Hallo Hironimus,

bei dem LT1083 handelte sich um einen "3-Terminal Adjustabel" Spannungsregel. Hier brauchst Du noch zwei Wiederstände, um die Ausgangspannung einzustellen bzw. ein Wiederstände und Poti und laut Datenblatt einen 10 uF Output-Kondensator (Tantal laut Datenblatt).

Anstatt des IN4001 würde ich einen IN4002 verwenden der ist noch etwas höher belastbar. Steht auch so in den meisten Büchern. Kann nichts Schaden...

Der LT1083 liefert maximal 7A Ausgangsstrom. Vielleicht ist dies ein bießchen viel.

TYP Ausgangsstrom
———————————————
LT1083 7,0 A
LT1084 5,0 A
LT1085 3,0 A
LT1086 1.5 A

Bei allen diesen Typen handelt es sich um Low Dropout Varianten, bei denen der Unterschied zwischen Eingangsspannung und Ausgangsspannung nur mindestens 1V betragen muss. Bei einem Trafo der 7V liefert sollte dieser besser geeignet sein wie der 7805. Da hier die Differenz zwischen Eingangs- und gewünschter Ausgangsspannung von 5V nur bei 2V liegt. Der 7805 fordert eine Dropout Voltage von mindestens 2V. Rechnet man hier die Toleranzen der Bausteine ein könnte es also knapp werden. Also entweder eine Low Dropout Variante wählen oder ein Trafo mit größerer Ausgangsspannung, also z.B mit 9V.
Die LT 1083X haben auch geringere Abweichungen von den Sollwerten - niedrigere Toleranzen - verglichen mit dem 7805.

Nach meiner Ansicht solltest Du bei einem Trafo der 7V liefert also auf jeden Fall eine Low Dropout Variante eines Spannungsregelers verwenden. Hier erscheint mir der LT1085 eine gute Wahl.

Gruß Stephan
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Beitragvon Koala887 » 03.01.2016, 10:22

Hallo Stephan,
nemu hat geschrieben:Anstatt des IN4001 würde ich einen IN4002 verwenden der ist noch etwas höher belastbar. Steht auch so in den meisten Büchern. Kann nichts Schaden...

da die Differenzspannung zwischen Ein- und Ausgang nur 2-3V beträgt, sollte es völlig egal sein, ob die Diode jetzt 50 oder 100V aushält.
nemu hat geschrieben:Bei einem Trafo der 7V liefert sollte dieser besser geeignet sein wie der 7805. Da hier die Differenz zwischen Eingangs- und gewünschter Ausgangsspannung von 5V nur bei 2V liegt.

Wie kommst du darauf?
Bei einer Trafospannung von 7V minus 2x Diodendurchlasspannung (ca. 0,7V) mal Wurzel2 (wir brauchen die Spitzenspannung) komme ich auf 7,9V. Bei Variante 2 sind es sogar 8,8V. Zieht man noch die Ripplespannung von sagen wir mal 100mV ab, bleibt immer noch genug Reserve. :wink:

Da die Elkos nach dem Gleichrichter nur in den Spannungsspitzen geladen werden, sollte man den Trafo auch etwas stärker auslegen. Man geht hier meist vom 1,6fachen des benötigten Ausgangsstroms aus.

Schöne Grüße
Daniel
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Beitragvon Zwodoppelvier » 03.01.2016, 10:33

Hallo miteiander,

in einem anderen Forum wurde schon einmal berichtet, daß Low-Drop-Regler unschöne Ergebnisse zeigen, wenn man sich der vom Hersteller angegebenen Dropout-Spannung nähert.
An einem LM317 konnte ich kürzlich auf der Ausgangsspannung kleinere und größere "Zacken" sehen (Oszi), die langsam verschwanden, als via Poti am Adjust-Pin die Ausgangsspannung verringert wurde.

Insofern meine Empfehlung: lieber eine nicht ganz so knappe Trafospannung verwenden bzw. die Ausgangsspannung mittels Oszi auf Freiheit von Transienten prüfen.

Viele Grüße
Eberhard
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Beitragvon nemu » 03.01.2016, 11:47

Hallo zusammen,

danke erstmal für Euren Feedback. Es macht Spaß mit Euch die Schaltung zu besprechen.

Koala887 hat geschrieben:
nemu hat geschrieben:Anstatt des IN4001 würde ich einen IN4002 verwenden der ist noch etwas höher belastbar. Steht auch so in den meisten Büchern. Kann nichts Schaden...

da die Differenzspannung zwischen Ein- und Ausgang nur 2-3V beträgt, sollte es völlig egal sein, ob die Diode jetzt 50 oder 100V aushält.

Hier hast Du recht.
Grundsätzlich sollte man bei der Dimensionierung der Diode aber nicht nur die Differenz zwischen Ausgangsspannung und Eingangsspannung des Spannungsregelers sehen. Zu berücksichtigen ist vor allem was auf der Lastseite, also hinter dem Netzteil in der Schaltung für maximale Spannungen entstehen könnten. Aber hier droht mit dem Rasperry PI wohl keine Gefahr. Ich bin hier vielleicht ein bißchen Paranoid!

Koala887 hat geschrieben:
nemu hat geschrieben:Bei einem Trafo der 7V liefert sollte dieser besser geeignet sein wie der 7805. Da hier die Differenz zwischen Eingangs- und gewünschter Ausgangsspannung von 5V nur bei 2V liegt.

Wie kommst du darauf?
Bei einer Trafospannung von 7V minus 2x Diodendurchlasspannung (ca. 0,7V) mal Wurzel2 (wir brauchen die Spitzenspannung) komme ich auf 7,9V. Bei Variante 2 sind es sogar 8,8V. Zieht man noch die Ripplespannung von sagen wir mal 100mV ab, bleibt immer noch genug Reserve. :wink:

Mir pesönlich sind die <3V zu knapp bemessen mit einem herkömmlichen 7805. Ich würde immer schauen, das ich beim 7805 über 3V Differenz liege. Die Tolleranzen des Trafos und des 7805 können sich ja ggf. auch negativ auswirken, so dass die Differenz dichter an den 2V liegt. Wie gesagt, würde ich dann lieber empfehlen eine Low Dropout Variante zu wählen oder einen größeren Trafo.

Zwodoppelvierer hat geschrieben:In einem anderen Forum wurde schon einmal berichtet, daß Low-Drop-Regler unschöne Ergebnisse zeigen, wenn man sich der vom Hersteller angegebenen Dropout-Spannung nähert.
An einem LM317 konnte ich kürzlich auf der Ausgangsspannung kleinere und größere "Zacken" sehen (Oszi), die langsam verschwanden, als via Poti am Adjust-Pin die Ausgangsspannung verringert wurde.

Insofern meine Empfehlung: lieber eine nicht ganz so knappe Trafospannung verwenden bzw. die Ausgangsspannung mittels Oszi auf Freiheit von Transienten prüfen.

Danke für den Hinweis. Dies habe ich gerade noch mal nachgelesen. Dies scheint wohl ein generelles Problem zu sein, ist aber wohl bei Low Dropout Reglern besonders ausgeprägt. Da habe ich wieder was gelernt! :wink:

Noch einen schönen Sonntag

Stephan
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Beitragvon Hans-Martin » 03.01.2016, 19:26

Hallo,
der von Daniel (meldano) vorgeschlagene Trafo hat mit 25 VA, 2x 7 V, je 1785 mA hinreichend Reserve und die Rechnung von Daniel (Koala887) macht man zwangsläufig vorher, ggf. auch nur überschlägig, denn im Leerlauf ist die Spannung höher, denn Vollast wird mit Pi2 niemals erreicht. Vermutlich bleibt die Stromaufnahme im Bereich noch unter 15% dessen, was der zitierte Trafo nominal hergibt. Ich favorisiere aus vielen Gründen eindeutig Lösung/Bild 2, und da erwarte ich in der Praxis ständig über 9V= am Eingang des 7805, in der Spitze sogar um 11V=.
Ein noch größerer RK-Trafo wird zugleich eine größere Wicklungskapazität haben, die mehr Netzstörungen einkoppelt, aber der größere Kern verspricht zusammen mit den ultraschnellen Dioden bessere Ladung der Elkos.

Bild
Um 2 Aspekte zu verdeutlichen, habe ich die Kondensatoren am Spannungsregler mit kurzen Beinen gezeichnet und die Verschaltung der Sekundärwicklung anders dargestellt.
Der Kondensator im Pi2 nach der Steckverbindung passte in dieses Schaltbild nicht mehr mit herein.
Grüße Hans-Martin
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Beitragvon Hironimus_23 » 14.01.2016, 20:05

Hallo Zusammen,

im letzten Post hatte Hans-Martin noch ein paar kleine Verbesserungen in das Schaltungsdesign gebracht, ich denke damit sind wir am Ziel angekommen, ein Netzteil zu skizzieren, das für relativ „schmales“ Geld ( < 50€) in audiophilen Ketten gute Dienste verrichten kann.

Da ich mittelfristig den Einsatz eines weiteren Streamers auf Raspberry-Basis plane und somit ein weiteres Netzteil benötigen werde, werde ich mich am Bau von zwei Netzteilen versuchen. Das eine werde ich mit dem Spannungsregler LM 7805 2A und das andere mit dem Spannungsregler LT 1085 CT-5 (Fixed) 3A bauen.

Anschließend werde ich die beiden Netzteile einem Hörtest unterziehen, mal sehen (hören), ob ich Unterschiede wahrnehmen kann. Dazu nochmal eine Frage an die Experten: Da ich kein Oszilloskop besitze, überlege ich einen pot. Ripple auf der Ausgangsspannung des Netzteils mit meinem digitalen Multimeter zu messen. Wenn ich mit einem kleinen Wechselspannungsbereich (AC) an den Ausgangsbuchsen messe, müsste doch der Eingangskondensator des Multimeters den Gleichspannungsanteil abfallen lassen, so dass ich nur noch den überlagerten Wechselspannungs-Rippel messe !? Ist meine Überlegung richtig ? Wenn ja, könnte ich mit dem digitalen Multimeter den ggf. unterschiedlichen Ripple beider Netzteile messen.

Hier nochmals zusammengefasst die beiden Schaltpläne für beide Varianten sowie die Bauteileliste mit einer Preisabschätzung. Ggf. möchten auch Andere diese Teile nachbauen.

Variante mit LM 7805:
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Variante mit LT 1085 CT-5 (Fixed):
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Freundliche Grüße und nochmals vielen Dank für die vielen und fundierten Beiträge, :cheers:
Hironimus
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Beitragvon Hans-Martin » 15.01.2016, 00:22

Hallo Hironimus,
grundsätzlich ist die Idee mit dem Wechselspannungsmeter richtig, aber manche Multimeter zeigen auch bei AC fälschlicherweise einen Gleichspannungsanteil mit an. Ein Koppelkondensator könnte helfen.
Wenn dir ein Oszilloskop fehlt, kann mit dem Kondensator (Beispiel 6,8uF in Reihe mit dem Eingang und 10kOhm nach Masse) auch über eine Soundkarte ein Ripple auf dem PC-Schirm dargestellt werden, Audacity starten und aufzeichnen.
Die Bandbreite und die Darstellung beschränken sich allerdings auf den Audiobereich.
Grüße Hans-Martin
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Beitragvon lukivision » 15.01.2016, 13:55

Hallo Hironimus,

ganz herzlichen Dank für Deine Mühe! Das gilt genauso auch an alle anderen, die an der Entwicklung mitgearbeitet haben und ihre Kenntnisse eingebracht haben. Jetzt bin ich mal auf den Vergleich gespannt. Für solche Sachen liebe ich dieses Forum.

Luki
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Beitragvon modmix » 15.01.2016, 14:36

Hans-Martin hat geschrieben:Audacity starten und aufzeichnen.

Das kostenlose AudioMeter: Test program to measure band limited RMS of audio signals with a sound card zeigt auch das Spektrum:

Bild

Mit einer geeigneten Soundkarte (z.B. EMU 0202) bis etwa 90 kHz.

Mehr:
Der Artikel von Thomas Baier im Funkamateur 10/11 2014 .
HamRadio 2014 Vortrag (deutsch)
Einsatz von Soundkarten
Rauschmessungen am Spannungsregler

hth
Ulli
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Beitragvon Hans-Martin » 15.01.2016, 18:03

modmix hat geschrieben:Rauschmessungen am Spannungsregler

Hallo Ulli,
interessante Lektüre...
man sieht, dass ein RC-Glied (wie es in ähnlicher Form auch eine resistive Zuleitung zwischen Netzteil und Kondensator bei der Anwendung) das Rauschen signifikant reduzieren kann, allerdings gemessen ohne Last und mit Last - ja mit welcher Last?
Über deren Art findet sich keine Aussage, anzunehmen ist ein Lastwiderstand. Was aber passiert, wenn ein Kleincomputer angeschlossen wird, der mit weit höherer Taktfrequenz ständige Lastwechsel produziert?

Im 5V Netzteil schließen sich 3 Ohm/1000uF aus, denn bei 1A Laststrom wäre ein Spannungsabfall von 3V zu erwarten, bei 0,1 Ohm noch 0,1V. Die Lastwechsel hinter dem Widerstand erzeugen mehr Rauschen als der Regler, wenn nicht bei der Last gepuffert wird.
Da erscheinen mir puffernde Kondensatoren unmittelbar bei den Chips wichtiger als zusätzliche Entrauschungsmaßnahmen im externen Netzteil.
Gewisse Rauschanteile bleiben angesichts der Kabelinduktivität dann auf der Strecke.
Grüße Hans-Martin
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Beitragvon lukivision » 27.01.2016, 17:34

Hallo Hironimus!

Weil ich so ein neugieriger Typ bin: kannst Du schon Zwischenergebnisse posten?

Luki
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Beitragvon Hironimus_23 » 30.01.2016, 14:35

Hallo Luki,

bin zur Zeit anderweitig stark eingebunden und somit noch nicht zum Bau gekommen, selbst das Hören kommt zur Zeit zu kurz :( .

Ich werde berichten,wenn die Teile fertig sind.

Viele Grüße,
Hironimus
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