Mengapa regulator tegangan drop-out rendah (LDO) tidak stabil?

Regulator LDO yang didasarkan pada transistor tipe-P tampaknya menjadi bentuk yang disukai dari regulator tegangan linier hari ini, tetapi saya terus mendengar tentang bagaimana saya harus memilih kapasitor keluaran dengan hati-hati untuk menjamin stabilitas. Regulator drop-out yang lebih tinggi dengan transistor tipe-N tampaknya tidak memiliki masalah ini. Apa yang menyebabkan LDO kurang stabil? Apakah itu transistor tipe-P? Perbedaan yang lebih kecil antara dan ? Kedua? Atau sesuatu yang lain sama sekali? Dan mengapa ESR dari kapasitor keluaran sangat penting?$V_{in}$$V_{out}$

LDO adalah loop kontrol. Dan seperti semua loop kontrol, selalu ada ruang untuk ketidakstabilan.

Jadi, bagaimana Anda membuat loop kontrol stabil?

1. Anda memberikan margin fasa yang cukup (perbedaan fasa dari saat gain melintasi sumbu 0 dB dan 180.
2. Kemiringan plot loop terbuka harus -20db / dec saat melintasi sumbu 0dB
3. Berikan margin keuntungan yang cukup

Jika Anda melihat respons loop terbuka tipikal dari LDO, itu mungkin terlihat seperti ini

Ada sejumlah kutub.

1. Galat amp tiang - kutub karena amplifier
2. Tiang muat - tiang karena kapasitor dan beban keluaran
3. Kutub parasit - biasanya di dalam elemen pass (tidak ditunjukkan dalam gambar ini).

Ada juga satu nol di gambar ini.

1. ESR Zero - nol karena kapasitor output

Jika Anda melihat titik 2 dari loop stabil, dikatakan bahwa kemiringannya harus -20db / dec.

Nah, bagaimana jika ... nol itu tidak pernah ada. Itu berarti kemiringan ketika mengenai 0db, adalah -40db (karena dua kutub sebelumnya). Ketidakstabilan.

Menambahkan nol sebelum sumbu 0db, membuat sistem stabil.

Cara termudah untuk menambahkan nol ke sistem adalah melalui ESR dari kapasitor. Anda perlu kapasitor, jadi Anda membunuh dua burung dengan satu batu di sini.

ESR penting, karena ESR mengendalikan penempatan nol. Itu harus cukup rendah sehingga Anda bisa mendapatkan -20db / dec ketika Anda melewati sumbu 0db tetapi cukup rendah sehingga gain di bawah 0 dB sebelum kutub berikutnya (biasanya karena parastik).

" Regulator drop-out yang lebih tua dengan transistor tipe-N tampaknya tidak memiliki masalah ini. "

Jawabannya adalah sebagai berikut: Transistor tipe-npn yang digunakan sebagai elemen kontrol dioperasikan dalam konfigurasi kolektor-umum (potensi kolektor harus lebih tinggi daripada emitor). Sebaliknya - seperti yang ditunjukkan pada gambar (disediakan oleh efox29) - tipe pnp memiliki resistansi kolektor (pembagi tegangan) dan berfungsi sebagai penguat emitor pembalik dengan gain. Oleh karena itu, non-inv. input opamp terhubung ke rantai pembagi (untuk gain loop negatif total).

Itu berarti: Transistor npn dengan resistor emitor bekerja sebagai pengikut emitor dengan gain non-pembalik kurang dari satu (dan terminal input opamp pembalik harus digunakan). Mengenai stabilitas, penting untuk menyadari bahwa, oleh karena itu, total gain loop jauh lebih kecil jika dibandingkan dengan kasus pnp. Sebagai akibatnya, masalah stabilitas berkurang (atau bahkan hilang). Namun, sebagai kerugian, gain loop yang lebih kecil mengurangi sifat pengatur dari keseluruhan LDO.