Чому стабілізатори не дружать із керамічними конденсаторами

Зараз натрапив на цікавий апноут від TI, в якому розповідають, чому стабілізатори з низьким падінням напруги (LDO) не дружать із керамічними конденсаторами. Короткий переказ із купою відсеб'ятини — під катом.

конденсатор
Щоб усім стало зрозуміло, про що йдеться, коротко нагадаю, як виникає «збудження» у системах із зворотним зв'язком. Уявимо, що сигнал від виходу ОУ до його негативного входу затримується більше ніж на пів періоду на деякій частоті (на будь-якій із частот, де посилення системи більше 1), тоді коли підсилювач видає на вихід 1, на вхід приходить -1, і навпаки Коли видає на вихід -1, на вхід отримує 1. Ось і виходить такий собі генератор.

Cхема типового LDO має такий вигляд:

дружать

Сенс у тому, що в ній є два полюси (полюс — це те, що «уповільнює» сигнал): полюс, який утворює вихідний конденсатор (Cout) із навантаженням та полюс, який утворює інтегратор (Ccomp) на внутрішньому ОУ. Два полюси достатньо для того, щоб схема стала генератором.

Так, Ccomp потрібний для того, щоб обмежити смугу пропускання ОУ. Якщо вона буде надто широкою, то доведеться боротися з додатковими полюсами, які живуть вище за частотою, наприклад, з полюсом, пов'язаним із затвором вихідного транзистора

Для того щоб схема працювала стабільно, ці полюси потрібно компенсувати, для цього сигнал потрібно «прискорити» (або ввести нуль). Для цього зазвичай використовують прискорюючий конденсатор, на схемі це Cff. Проблема з ним у тому, що чим ближче напруга стабілізації стабілізатора до опорного, тим менше резистор, який працює в парі з конденсатором, що прискорює, і, тим більше потрібен сам конденсатор. Зрештою такий конденсатор виявляється складно.зробити на кристалі, а зовнішні конденсатори ставити моветон, тому, потрібен інший «прискорювач» сигналу.

Такий «прискорювач» є, і це ESR (паразитний опір) вихідного конденсатора. ESR не дає вихідному конденсатору заряджатися і з'їдати сигнал, тим самим, прискорюючи його (вносячи нуль).

Так ось, у танталових конденсаторів ESR близько 500мОм, і це ідеально підходить для стабілізації стабілізатора. ESR керамічних конденсаторів — близько 5мОм, і через це нуль виходить дуже високочастотний і ніяк не впливає на стабільність стабілізатора. За що боролися, то й напоролися.

Як вирішити цю проблему? Та дуже просто, не сподіватися на нуль вихідного конденсатора, а внести свій:

стабілізатори

Раніше це не робили просто тому, що керамічних конденсаторів великої ємності просто не було. Але зараз вони почали масово застосовуватися і виник цілий клас стабілізаторів, який так і називають Ceramic Stable LDO.

Наприклад кілька стабілізаторів, які працюють з керамікою:

  • TLV1117LV - спеціальна версія класичного 1117. Звичайний 1117 не працює з керамікою, сам із цим стикався.
  • MCP1702
  • LP2985
До речі, тут порушується правило «що більше, тим краще», так улюблене всіма нами. Для стабільності необхідно ставити конденсатор мінімальної можливої ​​ємності. Мінімальна ємність зазвичай вказується в даташитах, але через погану температурну стабільність керамічних конденсаторів, її варто збільшити в двоє і ставити найближчий номінал.