UltraLow Noise Linear Voltage Regulator

Masih Draft

Karena banyaknya variasi skema, maka sedang saya usahakan versi yang simpel.

Dan PCB sebaiknya berjalur pendek (harus pakai double layer), bagaimana nanti saja, saat saya senggang.

Mukadimah

Dasarnya adalah dari metoda Finesse Voltage Regulator dari Wenzel. Metoda dari Wenzel menggunakan Active noise cancelling dengan resistor sensing di jalur output regulator, jadi supaya optimal, sirkuitnya harus di tuning berdasarkan besarnya arus output. Jika arus outputnya terlalu variatif, misal untuk amplifier headphone, hasilnya akan kurang optimal.

Kemudian seorang anggota DIYaudio (Elvee) membuat inovasi, alih-alih menggunakan resistor pada jalur output, dia membuat sirkuit Active noise cancelling-nya diinjeksi ke bagian feedback (pin adjust) IC regulator LM317 (sebagai virtual ground). Sehingga sirkuit Active noise cancelling-nya tidak perlu dituning berdasarkan arus output, dan noise dari LM317 lenyap dan hanya noise dari transistor Active noise cancelling-nya yang dominan, yang mana biasanya noise dari satu buah transistor biasanya sangat-sangat rendah. PSRR dari LM317 juga meningkat.

Sirkuitnya dia beri nama "LV's Denoiser / D-noizator". Dan ada juga pengembangan lanjutannya dia beri nama "LV's NoNoiser", tapi LV's NoNoiser punya konstanta waktu start yang terlalu lama, jadi tidak akan saya bahas/rakit, karena saya tidak mau menunggu tegangan output mencapai maksimal/stabil setelah lebih dari ½ menit. Keburu rokok habis baru bisa denger musrik musik 😅.

Jadi, regulator ini sangat cocok untuk suplai rangkaian Tone Control, Equalizer, Buffer seperti B1, Preamp, Headphone amp, Tuner radio, dsb. yang memerlukan arus rendah.

Prinsip Kerja Active Noise Cancelling

Sirkuit LV Denoizer

Deskripsi komponen

Pengaturan tegangan output adalah sama seperti LM317 biasa, (R2/R1+1)x1.25V. Silakan ganti nilai R2 untuk tegangan output yang berbeda, atau gunakan trimpot 5k untuk R2.

C6 originalnya (dari LV's Denoiser) adalah 220µF, untuk penggunaan audio, nilai C6 tidak perlu setinggi itu. Dengan nilai C6 yang tinggi, sirkuit Active Noise Cancelling-nya bisa mengoreksi noise hingga ke frekuensi yang sangat rendah (katakanlah 0.1Hz), itu diperlukan jika sirkuitnya akan digunakan untuk instrumen ukur presisi atau alat medis. Untuk penggunaan audio, C6 tidak perlu terlalu tinggi karena konstanta waktunya akan terlalu lama, alias, saat baru dinyalakan waktu untuk mengisi C6 akan terlalu lama sehingga tegangan outputnya juga merangkak naiknya juga lama.

R3 menyetel arus kolektor Q1. Nilai R3 sebaiknya diganti jika digunakan untuk tegangan output lain, supaya arus kolektor Q1 tetap disekitar 10mA, tapi tidak perlu terlalu presisi juga. Minimum 5mA sepertinya masih OK.

R4 digunakan untuk menyetel tegangan pada kolektor Q1 sekitar ¼ (seper-empat) hingga ⅓ (seper-tiga) dari tegangan output. Misal tegangan output IC regulatornya dibuat rendah, katakanlah 5V, minimum tegangan di kolektor Q1 adalah 1.3V supaya Q1 tetap bekerja dengan baik. Jika Anda menggunakan transistor lain untuk Q1, maka nilai R4 juga kemungkinan perlu diubah, karena beda transistor beda karakter hFE-nya, ada yang tinggi, ada yang rendah. Semakin rendah hFE dari transistor yang digunakan, maka semakin rendah nilai R4 yang diperlukan.

Q1 sebaiknya gunakan yang punya hFE tinggi dan noise figure-nya rendah. Kalau bisa gunakan yang base-current-nya 100mA ke atas (cek datasheet). Karena saat baru menyala, muatan di C8 masih kosong, jadi (lonjakan) arus yang masuk ke base Q1 bisa terlalu besar dan dapat merusak Q1. Disipasi Q1 seharusnya rendah, jadi tidak perlu menggunakan transistor besar. Hindari menggunakan transistor lambat, seperti TIP31C, MJE340, dsb.

R5 berfungsi untuk membatasi lonjakan arus yang masuk ke base Q1. Seperti dijelaskan sebelumnya, saat baru menyala arus yang masuk ke Q1 bisa sangat tinggi. Semakin tinggi nilai R5, semakin kecil lonjakan arus yang masuk base Q1, jadi lebih aman. Tapi, R5 tidak perlu terlalu tinggi karena noisenya juga ikut naik. Lagi pula, saat baru menyala, tegangan output juga seharusnya masih merangkak naik, tidak langsung penuh/maksimum, karena pada C6 juga masih mengisi muatan. Untuk output sekitar 15V, R5 bisa gunakan nilai dari 22-47Ω.

C7 untuk menjaga impedance Q1 (10~100nF) dan D7 untuk melindungi Q1.

R6 sebagai beban minimum jika regulator tidak terhubung ke apa pun. Gunakan resistor 1k ½W. Jika ingin menggunakan resistor ¼W, ganti nilainya ke 1k5~2k2. Jika tegangan output berubah, maka gunakan nilai yang supaya arus yang dimakan R6 lebih besar dari 1mA. IR6 = VOUT/R6.

C8 mengambil sampel noise dari output LM317. Semakin besar nilainya makin rendah frekuensi noise yang dapat masuk/diproses Q1. Tapi juga C8 tidak perlu terlalu besar, konstanta waktunya akan menjadi terlalu lama.

C9 gunakan elco standar saja, tidak perlu tipe Low ESR. Biasanya LM317 tidak menyukai kapasitor Low ESR.

C1-C4 biasanya tidak diperlukan untuk penggunaan audio. Jika regulator akan digunakan untuk keperluan transmitter radio, silakan gunakan C1-C4 untuk meminimalisir ringing maupun noise dari dioda bridge.

Versi Simetris #1 (Dual LM317)

Versi Simetris #2 (LM317+LM337)

Harap di ingat bahwa LM337 bukanlah replika/mirror dari LM317, maka ia tidak mempunyai spek yang sama persis seperti LM317 (Sama halnya dengan misalnya L7812 dan L7912).

Kemungkinan Anda akan mendapatkan sedikit perbedaan performa pada PSRR, regulasi tegangan dsb. antara sisi positif dengan sisi negatif.

Versi 5V

Saya sedang perlu power supply untuk Headphone Amp TDA1308. PSRR IC ini tidak bagus, jadi kalau menggunakan supply yang rendah noise dan bebas ripple akan sangat berguna. Suplainya hanya 5V, jadi saya akan membuat ini. Barangkali ada yang perlu tegangan segitu juga (misal untuk MP3 decoder), bisa mengikuti nilai resistor seperti berikut.

Perbandingan Ripple Rejection dan Output Noise

Output Noise LM317 Standard

Output Noise LV Denoizer 15V

Output Noise LV NoNoiser

PSRR LM317 Standard

PSRR LV Denoizer

PCB