Visszacsatolt regulátorok
A visszacsatolt tápstabilizátorok (regulátorok) – az erősítőkhöz hasonlóan – rendelkeznek sávszélességgel és nyílt hurkú erősítéssel, ami a tápzajelnyomásért és a kis kimeneti impedanciáért felelős. Ezek végesek, így erősítésük magasabb frekvenciák felé kisebb. A stabil működés érdekében nem ritkán már a hangfrekvenciás tartományban elkezd esni az erősítésük, ennélfogva emelkedik a kimeneti impedanciájuk (7. ábra).
Hirdetés
A frekvenciával növekvő kimeneti impedancia induktív jelleget kölcsönöz a stabilizátornak, ami így a kimenetére kötött kapacitással LC-rezgőkört alkot. Amennyiben a rezgőkör csillapítása szubkritikus, a rezonancia nem cseng le belátható időn belül: a kimeneti feszültség hosszan hullámzik, mintha gerjedne a regulátorunk, ezzel sziszegő, hars, bántó magas hangokat eredményezve.
7. ábra. A közkedvelt LM317 soros regulátor kimeneti impedanciája a frekvencia függvényében. Az eszköz effektív induktivitása kb. 5 uH (Cadj = 0 esetén); ez az érték tipikusnak mondható, hasonlóval találkozunk az alábbi IC-k esetében is: LM117, LM338, 78XX, 79XX. LM317 + Cadj = 10 uF esetén már csak 0,5 uH az effektív induktivitás, és az egész hangfrekvenciás tartományban kellően alacsony a kimeneti impedancia (ám nem egyenletes!). Figyeljük még meg, mekkora dropout és áramterhelés mellett mérték az adatlapi görbéket!
8. ábra. Ezt az ábrát nézni kell egy darabig, mire rájövünk, mennyire praktikus is ez a koordináta-rendszer. Az ívelt görbe egy 90 uH-s induktivitás impedanciamenete, az egyenes egy 47 uF-os kondenzátoré, a szaggatott pedig az eredőjük: csillapítás hiányában éles rezonanciapont látható (forrás)
Hogy a 8. ábrán látható rezonanciához hasonlókat elkerüljük a regulátor effektív induktivitása és a kimenetére kötött kondenzátor(ok) között, a rendszert megfelelően csillapítani kell. Ezt praktikusan a kondenzátorral sorba kötött ún. damping ellenállással valósíthatjuk meg. Kiszámítását egy példán keresztül nézzük meg: LM317 vagy 78XX (5 uH) kimenetén egy 1000 uF-os kondenzátorral! Az LC-kör impedanciája gyök(L/C), esetünkben gyök(5 uH/1000 uF) = 0,07 ohm.
Ekkora soros ellenállás kritikus csillapítást jelentene: a rendszer jósági tényezője (Q = (LC impedancia)/csillapítás) ez esetben egységnyi. Ideális csillapítást Q < 0,7-es értéknél kapunk, preferáltan Q = 0,4-nél: ez egy jó kompromisszum a kellő csillapítottság (lassúság) és a megfelelő tranziensviselkedés (gyorsaság, rövid beállási idő) között. Ehhez gyök(L/C)/0,4 értékű ellenállás szükséges, esetünkben 0,07 ohm/0,4 = 0,18 ohm. Vagyis 0,2 ohmot kössünk sorba a kondenzátorral!
A damping ellenállás értéke nem kritikus, de azért törekedjünk Q = 0,1...0,7 értékre! A dampingba beleszámít a kondenzátor ESR-je is, melynek tipikus értéke low-ESR elkónál 0,02–0,3 ohm, olcsóbb elkonál akár 1 ohm, MLCC esetében 0,02–0,03 ohm, tantálkondenzátornál 0,1–1 ohm; szükség esetén erre is figyeljünk és nézzük meg az adatlapot, mielőtt megspóroljuk az ellenállást! Pl. LM317 és Cadj = 10 uF esetén 0,05 ohmot kössünk sorba az 1000 uF-os kondenzátorral, ha low-ESR kondit használunk!
Végül említsük még meg a rendszer rezonanciafrekvenciáját, ami 1/(2 * pi * gyök (L * C)): itt fog oszcillálni a regulátorunk, ha nem csillapítjuk megfelelően. A példa szerint a rezonanciafrekvencia 1/(2 * 3,14 * gyök (0,5 uH * 1000 uF)) = 6,6 kHz. Ha az impedanciacsúcs eléri a 0,8 ohmot (ez reális), az 8 ohmos hangszórónál MI = –20 dB-t jelent. 20-szoros erősítés mellett az MIjel = 6 dB. Ha PSR 6,6 kHz-en 66 dB (mint pl. a közkedvelt LM1875 esetében), akkor MT = –60 dB, vagyis 0,1%.
Ez nagyobb az adatlapban specifikált 0,02%-nál, ráadásul egyetlen éles rezonanciacsúcsról beszélünk, amely időben hosszan elnyúlik: hatása így jóval természetellenesebb, mintha egyenletes 0,1%-os torzításunk lenne a teljes spektrumban, amely időben követi a jelet. Most már értjük, miért szól jobban a Gainclone erősítő stabilizálatlan tápról!
Az LM117 adatlapja különben tantálkondenzátort ajánl a kimenetre, nem véletlenül. Ezt a részt pedig meghivatkozza az LM317 adatlapja is. Ha nem szeretnénk számolgatni, megtehetjük, hogy mielőtt használatba veszünk egy integrált stabilizátort, elolvassuk az adatlapját. A táblázatok és grafikonok alatti szöveges rész általában kitér a kimeneti kondenzátorra, illetve néha grafikusan is megadják a biztonságos tartományt (9. ábra).
9. ábra. A kimeneti kondenzátor ESR értékének biztonságos tartománya az LM2941-es LDO adatlapjáról
A folytatásban megnézzük a capacitance-multipliert, a K Multipliert és a Salas tápot, valamint a CompositeAmp-ot, a CompositeAmp v3.0-t és még néhány erősítőt.
bkercso
A cikk még nem ért véget, kérlek, lapozz!
