TL431 : La post-combustion

[bobflux]

J'ai besoin de quelques alims locales (3v3, 1v2) avec un bruit moyennement faible (genre 100µV max), une impédance pas trop élevée (genre 10 mOhm), utilisant le moins de capas de découplage possible, pour pas cher.

J'aurais aussi besoin d'un 3v3 avec un bruit de quelques µV et une impédance la plus faible possible (et linéaire). Ah oui, le Vcore (1.2V, 100mA) viendra in fine de la même alim que le 3v3 fignolé, il serait donc bel et bon que les saletés ne coulent pas trop d'une alim dans l'autre.

Donc, pourquoi pas un TL431. Ce qui est bien avec les régulateurs shunt c'est que ça shunte... si on l'alimente avec une source de courant, la consommation est constante, je devrais donc pouvoir éviter que mes différentes alims locales reviennent polluer mon alim principale.

Oui, mais le TL431, il a une impédance de sortie toute pourrie (0.1 ohm), et un bruit moyennement moyen à moins de lui adjoindre un gros condensateur...
(ici mesuré sur une bande passante d'environ 1 Hz à 100 kHz) :

			C=0		C=470µF
NCP431 (ON)		2000 µV		
AP431 (Diodes)		1200 µV		
TL431 (OnSemi)		680 µV		33 µV
TL431 (NXP)		650 µV		28 µV
LM431 (Fairchild)	470 µV		28 µV
Court-circuit		5 µV (bruit du préampli seul)

Je me dis, bon, Tropique il te fait ça avec 2 transistors... Et si je mettais un gros booster à post-combustion derrière le TL431 ?

Un petit coup de Spice, et :

TL431-booster-schematic.png

Il y a deux boucles de feedback imbriquées.

La boucle externe, lente, passe par le TL431 et la grosse capa de filtrage, qui définit le pôle et filtre le bruit HF. Le TL431 apporte la précision de la tension de sortie, on peut choisir la version qu'on veut en fonction de la tolérance voulue.

La boucle interne, rapide, passe par les 3 transistors. C'est un suiveur à gain unitaire... La capa de sortie donne le pôle dominant, pour que ce soit stable il faut plus de 100µF et une ESR/ESL raisonnablement faible (genre 10mOhm et 5nH, donc une capa polymère à 50cts).

Implémentation en mode UGLY :

TL431-Booster.jpg

Le bruit en sortie, 20µV RMS, même bande passante que précédemment... mesuré à la louche...

Mesure d'impédance de 1 Hz à 60 MHz : c'est conforme à la simulation... exactement la même tronche que dans spice...

TL431BOOST - Output Z vs Frequency.jpg

Un petit test en impulsion, le courant dans le régulateur shunt est pulsé de 23mA à 40mA avec un 555, trace bleue... sortie du régulateur en jaune :

TL431Boost-Transient.png

Le plus petit calibre de l'oscillo a du mal à voir ce qu'il se passe... d'ailleurs il se passe pas grand chose... (NB : ne pas regarder les valeurs RMS, l'oscillo inclut son propre bruit dedans)

Voilà, je voulais juste partager ce petit machin.

Bon, par contre ça consomme pas mal, si le courant dans le chunt passe en-dessous de 15-20mA, un des transistors décroche. Je n'ai pas enquêté dessus plus profondément vu que j'ai eu l'idée de ce truc ce matin, il y a probablement moyen d'affiner le schéma...
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[invite35dbb7e4]

le TL431 est une merveille parfois oubliée par les plus jeunes.

comment fais -tu la mesure d'impédance?

a++

[bobflux]

comment fais -tu la mesure d'impédance?

a++

Carte son pour la BF et analyseur de réseau pour la HF

[invite35dbb7e4]

... intéressant, je présume que tu as une interface pour la carte son et le soft qui va bien : c'est quoi ? c'est du fait maison?
sinon ton analyseur c'est quoi?
A++

[A voir en vidéo sur Futura]

[bobflux]

La carte son est une E-MU 0202 USB. Elle monte à 192ksps et la bande passante correspond, donc elle permet de mesurer jusqu'à 90 kHz. Le bruit est, disons correct pour le prix, mais plus élevé au-dessus de 40 kHz. J'ai cherché des softs pour faire ce genre de mesures, rien trouvé d'utilisable, donc j'en ai codé un en python, un truc très spartiate en ligne de commande... il faudrait que j'opensource le code, ça pourrait servir. Pour mesurer les impédances, j'utilise la sortie casque pour injecter du courant dans le truc à tester, et les préampli micro pour mesurer, le machin de test, c'est 4 capas et 2 résistances, en gros. Comme c'est en stéréo, une seule mesure donne toutes les infos sur un quadripôle. Malheureusement, le gros défaut de cette carte est qu'elle n'est pas compatible linux, j'ai donc dû me coltiner windows. La diaphonie n'est pas très bonne sur la sortie casque, donc impossible de mesurer le PSRR d'un régulateur (sauf ceux qui ont un PSRR tout pourri), donc la stéréo n'est pas si utile finalement.

L'analyseur de réseau, c'est un N2PK, un produit très artisanal (développé par des amateurs, tu peux acheter la carte montée mais pour la mise ne boîtier c'est ton problème). Il ne monte pas très haut en fréquence (50 kHz-60 MHz), par contre les performances sont gigantesques, ce truc a une dynamique de 120 dB, donc aucun problème pour mesurer des impédances dans les milliohms...

Le logiciel qui va avec est sympa, il sauve les résultats en fichier texte, donc facile à retraiter pour coller sur le même graphe les mesures de la carte son et de l'analyseur. Si tu regardes la courbe d'impédance (la bleue) tu verras qu'elle est en deux parties. Ca se raccorde bien.

Sinon, je pourrais remplacer le TL431 par un LDO 3v3 à faible bruit. Mais il faut un LDO avec une entrée de feedback, donc un ajustable. L'inconvénient du TL431 c'est qu'on ne peut pas filtrer sa référence interne. Sur certains LDO, on peut. Il faut que j'enquête.

[bobflux]

La suite :

En fait, ça marche aussi bien sans la grosse capa de sortie de 470µF, juste un 10µF CMS X7R.