Condensador después de la referencia de voltaje "para estabilidad"

La referencia tiene un índice de deserción bajo, por lo que, como puede ver en el esquema interno (hoja de datos, página 10), se implementa como una referencia de intervalo de banda seguida de un opamp de búfer riel a riel.

Observe la polaridad de los dispositivos de salida, el PMOS está en la parte superior y el NMOS en la parte inferior, que es una etapa de salida de riel a riel.

Ambos transistores se comportan como fuentes de corriente controladas. Es posible hacer que este opamp sea estable sin un condensador en la salida, como la mayoría de los opamps, pero aquí se espera que la referencia tenga un límite en la salida.

Es difícil hacer que esta etapa de salida riel a riel (que es muy similar a un LDO) estable tanto con y sin capacitancia. Dado que los transistores de salida son fuentes de corriente controladas, el valor del límite de salida controla la ganancia de bucle abierto. También su ESR agrega un cero.

Entonces, los diseñadores se decidieron por un valor particular de capacitancia y ajustaron el circuito para ello. Si observa la sección 10 del "espectro de ruido de salida" en la parte inferior, verá que 10µF es óptimo ... esto no es un valor mágico, simplemente el diseñador sintonizó el circuito para eso.

Ahora, la página 11 de la hoja de datos brinda sugerencias sobre la selección de condensadores, por lo que también debe leerlo ...

Esto tiene que ver con la estabilidad del bucle.

No entraré en los detalles del criterio de estabilidad de Barkhausen , ya que creo que sería demasiado para esto , pero tal vez una analogía puede explicar lo que está pasando. Esto implicará una gran cantidad de términos "de mano", pero me preocupa que si entro en las matemáticas, será muy difícil de entender para alguien nuevo en el concepto.

Dentro de la referencia de voltaje, habrá algún tipo de circuito de búfer. Esta es una forma de opamp que tiene que intentar establecer la salida en el mismo valor que la entrada. De esta manera, no se extrae corriente de la referencia de voltaje real, lo que puede mejorar el rendimiento.

Ahora imagine lo siguiente: el opamp tiene algún tipo de retroalimentación, por lo que puede comparar la tensión de salida actual con la tensión de referencia. La cosa es que hay alguna forma de retraso (esta es la respuesta de fase del circuito) entre él que mide la entrada y cambia la salida.

Digamos que la salida es un poco demasiado pequeña. El opamp advierte esta diferencia e intenta aumentar el voltaje de salida. Lo hace, y ahora se da cuenta de que la salida está al mismo nivel que la entrada, por lo que intenta detener este aumento de nivel. Sin embargo, como ya dije, hay un cierto retraso entre la medición de la entrada y el cambio en la salida. En otras palabras, la salida será demasiado alta porque el opamp no puede detenerse lo suficientemente rápido. Ahora el opamp se da cuenta de que la salida es demasiado alta, por lo que intenta empujarla hacia abajo. Nuevamente, comienza a hacerlo, pero una vez que esté bien, será demasiado tarde y llegará a su nivel más bajo. Esto sigue ocurriendo una y otra vez, ¡es como si hubiera una onda en la salida! En otras palabras, no tiene un buen voltaje estable, ¡pero tiene un voltaje oscilante que constantemente sobrepasa y no alcanza! Esto es lo que llamamos inestabilidad del bucle.

Entonces, ¿dónde entra ese condensador? La clave es que la velocidad que el opamp puede empujar es su salida hacia arriba y hacia abajo. Si agrega capacitancia, debe trabajar más para empujar su salida de una manera u otra. Esto significa que no habrá exceso (o al menos se extinguirá lentamente). Ahora el opamp puede responder más rápidamente de lo que puede cambiar la salida, por lo que ya no estará retrasado constantemente haciendo que la salida oscile por encima y por debajo del voltaje de referencia.

Una referencia como su parte LT o un LDO es un sistema de control, que mide la salida y la compara con una referencia para tratar de mantener la salida a la tensión deseada. Es decir. utiliza retroalimentación.

Cada vez que tenga un sistema de control de retroalimentación, existe la posibilidad de inestabilidad. Por ejemplo, si hay suficiente retraso en la retroalimentación de la señal de salida, de modo que cuando llegue la corrección, en realidad refuerza el error, se producirá una oscilación.

En términos más rigurosos, debe observar la función de transferencia de bucle abierto, y si hay -180 grados de desplazamiento de fase cuando la ganancia se cruce a 0dB, su bucle será inestable. Su capacitor de trabajo está afectando la forma de la ganancia de bucle abierto de modo que hay suficiente "margen de fase". (La diferencia de fase a -180 grados cuando la ganancia cruza 0dB). La ESR de la tapa junto con la capacitancia crean un cero, lo que aumenta la fase y puede ser la razón de la estabilidad agregada.

Puede encontrar mucha información en la web si realiza una "teoría de control" de Google.

Por ejemplo: Teoría del control clásico

  

En el circuito, y en la hoja de datos, el dispositivo solicita un límite de 10uF   se colocará en sus salidas, pero no dice por qué

La hoja de datos dice: -

  

Un condensador de salida con un valor entre   También se requieren 2.7μF y 100μF

     

El condensador de salida tiene un efecto directo en la estabilidad, encendido   Tiempo y comportamiento de asentamiento. Elija un condensador con baja ESR para asegurar   estabilidad. Resistencia en serie con el condensador de salida (ESR)   introduce un cero en la función de transferencia de búfer de salida y podría   causar inestabilidad. La gama de 2.7μF a 100μF incluye varios tipos de   Condensadores que están fácilmente disponibles como agujero pasante y superficie.   componentes de montaje. Se recomienda mantener la ESR menor o igual a   0.1Ω. La capacitancia y la ESR dependen de la frecuencia. A frecuencias más altas cae la capacitancia y aumenta la ESR. Para asegurar estable   operación el condensador de salida debe tener los valores requeridos en   100kHz.

También hay un gráfico que muestra los efectos del aumento de ruido cuando se varía este condensador: -

Todo está allí en blanco y negro y con líneas de colores bonitos en el gráfico. Además, este es el regulador de ruido más bajo y más estable por debajo de £ 12 y usted esperaría aplicar un capacitor en la salida para garantizar que la impedancia de salida de alta frecuencia se mantenga muy baja (para mantener el ruido bajo).