Важность выбора конденсаторов для LDО стабилизатора

Важность выбора конденсаторов для LDО стабилизатора

Конденсаторы, как и другие электронные компоненты схем, обладают рядом недостатков, отрицательно, сказывающихся на работе электронных приборов. В число паразитных параметров входят: эквивалентное сопротивление последовательного включения (ESR), эквивалентная последовательная индуктивность (ESL), с емкостью напрямую связанной с напряжением. Их чувствительность к механическому влиянию плохо сказывается на качестве работы.

Определить параметры конденсаторов для линейного стабилизатора, представляется самым важным этапом выбора, влияющим на его работу. Если к выбору конденсатора отнестись с недолжным вниманием, есть риск получить ряд неприятных моментов в работе схеме.

1. Неустойчивость схемы;
2. Высокий, превышающий допустимый, уровень шума;
3. Чрезмерно большое потребление тока;
4. Сокращение долговечности;
5. Непредсказуемые факторы в работе самого устройства.

Разновидность конденсаторов в зависимости от технологических параметров

Существует большой выбор моделей конденсаторов с различными формами, размерами и показателями, дающими возможность осуществить правильный выбор к любым потребностям.

Для диэлектрика, в конструкции конденсатора используют: масло, стекло, воздушную прослойку, бумагу, полимеры и металлические окислы. Специфические параметры диэлектрика, его технологические свойства влияют на области использования. Для стабилизаторов напряжения применяют тип конденсаторов с многослойной керамикой, с танталом, с электролитом твердого типа и из алюминия.

Керамические конденсаторы, многослойные

Рис. №1 Многослойный керамический конденсатор, структура.

Небольшие габариты и низкие показатели EDR и  ESL. Их недостатки – температурное влияние на значение емкости конденсатора, наличие постоянного напряжения смещения, значительная амплитуда переменного напряжения. Диэлектрик обладает пьезоэлектрическим характером, что является причиной появления трансформации механической вибрации и ударов в электрический шум, до нескольких единиц микровольт.

Генераторы, управляемые напряжением VCOs схемы ФАПЧ и усилители мощности, работающие в радиочастотном диапазоне очень чувствительны к шумам на питающих шинах. Дрожание фазы, амплитудная модуляция искажают изображение. Компьютерные томографы и ультразвуковые сканеры, как следствие работают с искажением картинки. Шум представляет опасность для всех аналоговых схем на слабых сигналах. Керамические конденсаторы весьма популярны для радиосхем в электронных устройствах, благодаря малым габаритам и невысокой цене, нужно только оценивать побочный эффект, который они могут принести.

Танталовые конденсаторы с твердым наполнителем

Рис.№2 Танталовые конденсаторы.

Независимость от температуры, от напряжения смещения, от вибрации – существенный плюс их конструкции. Использование вместо двуокиси марганца полимерного электролита со способностью проводить ток, повышает способность противодействия токовым броскам, поэтому отпадает нужда в использовании токоограничивающего резистора. Снижается ESR. Значимым показателем выбора является допустимое напряжение, температура рабочего состояния и значение ESR.

Танталовые конденсаторы с невысоким ЕSR стоят на порядок дороже, но могут считаться незаменимыми для электронных схем, их ток утечки выше чем ток утечки керамических конденсаторов, поэтому они  не рекомендованы к применению в слаботочных схемах. Они чувствительны к температуре в процессах при пайке, нельзя использовать конденсаторы с твердым электролитом более чем в трех монтажных операциях. Это сказывается на надежности.

Алюминиевые конденсаторы, электролитические

Рис. №3. Алюминиевые электролитические конденсаторы.

Большие размеры и худшие показатели EDR и ESL, большой ток утечки, незначительный срок службы, всего до нескольких тысяч часов работы – основные их недостатки. В конструкции используется электролит, изготовленный на основе органических полупроводников, катод из алюминиевой фольги. Эти особенности улучшают ESR  Большинство типов конденсаторов рассчитано на воздействие температуры до 125оС.

Конденсаторы OS-CON с сухим электролитом крупнее обычных имеют худшие показатели ESR по сравнению с керамическими и танталовыми конденсаторами, но обладают качеством отсутствия пьезоэффекта и применяются в устройствах, где необходим низкий уровень шума.

Выбор конденсаторов выхода для схем LDO стабилизаторов

Подобные устройства работают с керамическими конденсаторами малых габаритных размеров, с там условием, что им характерны низкие показатели ESR, ESL. Этот параметр влияет на показатели устойчивости петли обратной связи стабилизатора. Лучше всего применять конденсаторы, емкость, которых от 1 мкФ и ESR до 1 Ом. От этих показателей зависит реакция стабилизатора на изменение тока нагрузки. Петля обратной связи отличается полосой пропускания с узкими границами, не подходящими для большого сигнала, вследствие этого функцию поставщика тока нагрузки берет сам конденсатор. Он может пропустить достаточный ток, приводящий к провалу напряжения до 80 мВ. Если повысить значение емкости до 10 мкФ, снижается значение переходного процесса.

Рис..№ 4.Сравнительная таблица.

Входной блокировочный конденсатор – основные свойства

Размещение в схеме конденсатора емкостью 1 мкФ между входом питающего напряжения и заземляющим контактом понижает воздействие на топологическую схему печатной платы. Особенно это необходимо, если подводящий проводник обладает, при относительно большой длине, высоким сопротивлением выхода, питающего источника. Емкость конденсатора на входе увеличивается, если на выходе устанавливают конденсатор емкостью выше 1 мкФ.

Необходимые требования к входным и выходным конденсаторам

Учет рабочей температуры и показатель рабочего напряжения стабилизирующего устройства, важное действие при  выборе конденсатора на выходе и входе. Керамические конденсаторы подойдут к стабилизаторам многих типов, они характеризуются нюансами поведения при изменении  показателей температуры и напряжения. Для 5-вольтовых устройств применяют конденсаторы с диэлектрикам Х5R и X7R, напряжением 6,3 – 10 В. Напряжение и габариты конденсатора влияют на зависимость емкости от величины рабочего напряжения. Чем они больше, тем меньше на них влияет напряжение смещения.

Гарантией сохранности характеристик LDO является четкое представление об их качествах и нюансах конструкции. Особенно это видно в случаях с повышенным требованием к степени шума, дрейфу и целостности сигнала.

Пишите комментарии, дополнения к статье, может я что-то пропустил. Загляните на карту сайта, буду рад если вы найдете на моем сайте еще что-нибудь полезное.