NPN线型稳压器接电容不稳定的原因

R88

我仿真类似7805之类的NPN稳压器，发现输出电容对稳定性有影响，理论上说影响应该不大，但是仿真结果却不同，下面是仿真图：


仿真过程发现改变负载的大小，会对稳定性有影响，下面是50欧负载和500欧负载的增益图：




看出负载与输出电容形成的极点显现出来了，但是理论上射随的输出阻抗很小，应该不存在这个极点不知道什么原因？

下面是书中给的典型图，也没有这个极点：

R88

下面仿真了LDO的图，大家能从中看出为何对LDO有ESR的要求了，下面是仿真图：



下面是没有加入ESR的情况，看出移相早已大于180度了：



下面加入0.5的ESR，看出fc的时候裕度很好了，但是注意fc之前，会发生条件稳定，应该尽量避免：



当然还有其他的补偿方法，这就是有些LDO不需要对输出电容的要求（实际也是要求的，只不过厂家一般告诉你可以使用陶瓷电容），下面的一副图是对输出可调的一种补偿：




不过我可以明确的告诉你，这幅图是错误的，如果是跨导运放公式是对的，但是sch不对，因为跨导运放不是这样补偿的。如果是普通运放，那么公式又不对。。

还有一种办法就是在误差运放上做手脚，不过对于集成稳压器，我们一般看不见他的引脚，所以就不说了。。

R88

对于ESR的大小，有的手册是有一个范围的，原因是太大，带宽太大，管子寄生参数形成的高频极点会起作用。。

对于我一楼的问题，把三极管换成理想的了，所以看不到。。

对于ESR太小，会与高频极点作用，结果没啥用了。。结合陶瓷电容的压电效应和铝电解的温度特性，所以选择起来还是挺麻烦的。。

对于一楼的问题，我感觉是不是需要Q6的基极对地需要加个什么呢？

enovo2468

R88 发表于 2014-4-5 09:04
对于ESR的大小，有的手册是有一个范围的，原因是太大，带宽太大，管子寄生参数形成的高频极点会起作用。。
...

没看明白怎么选电容

gzhuli

极点是Q7引起的，这里电平转换应该用共基。

gzhuli

还有你输出并不是射随，复合管极性是由Q8决定的，等效于PNP输出级，是共射的。

xinfa190

标记 一下，慢慢看

zm6605

。。。。看不懂

R88

gzhuli 发表于 2014-4-5 19:14
极点是Q7引起的，这里电平转换应该用共基。

电平转换是Q8，那是共基，而且那个极点随负载变化，并不是固定的，Q7怎么会引起呢？

R88

gzhuli 发表于 2014-4-5 19:17
还有你输出并不是射随，复合管极性是由Q8决定的，等效于PNP输出级，是共射的。 ...

最终输出不是射随么？PNP输出级后面不又有两个射随么，最终整个那一坨是个共集啊。。。

R88

enovo2468 发表于 2014-4-5 15:28
没看明白怎么选电容

看手册，手册上有值的要求。。还可以做瞬态测试，看振铃多少。

R88

gzhuli 发表于 2014-4-5 19:17
还有你输出并不是射随，复合管极性是由Q8决定的，等效于PNP输出级，是共射的。 ...

您说那个应该是与功率器件及驱动有关的极点，即功率极点：


这里面说的P2就是一楼的最后一图中的P2

gzhuli

R88 发表于 2014-4-5 23:16
电平转换是Q8，那是共基，而且那个极点随负载变化，并不是固定的，Q7怎么会引起呢？ ...

Q8发射极接正电源，交流等效为接地，明显是共射，怎么说是共基？
Q5 Q6叫达灵顿对管你应该已经知道了，把Q5 Q6看成一个NPN，再和Q8合起来叫西克对管，也叫互补达灵顿对管，所以Q5 Q6 Q8一整坨是一个超高放大倍数的PNP接成共射，前面还要再来一级Q7共射，开环增益不亚于一个运放了，想稳定都难。

R88

gzhuli 发表于 2014-4-5 23:42
Q8发射极接正电源，交流等效为接地，明显是共射，怎么说是共基？
Q5 Q6叫达灵顿对管你应该已经知道了，把 ...

我看错了，小信号是从B输出，E接地，是共射。

Q5，Q6，Q8虽然极性由PNP决定，但是最终输出级是个射随啊---即交流小信号等效C接地，B输入小信号。。这里不起阻抗变换作用了？？

虽然管子多增益大，1/B很小--引起的振荡也是由于高频极点引起的振荡，我现在的仿真图除了运放本身的低频极点还有一个低频极点，难道如您所说Q5，Q6，Q8PNP，表现的特性跟LDO一样了？但是书中给的图也是这样的简图。。

R88

gzhuli 发表于 2014-4-5 23:42
Q8发射极接正电源，交流等效为接地，明显是共射，怎么说是共基？
Q5 Q6叫达灵顿对管你应该已经知道了，把 ...

哈哈，我把那两路反相三极管去掉了，现在是最简单的射随了，但是从增益的曲线看出还受输出负载的影响，下面是sch：



50和500欧负载：





看出形成的极点成倍数关系的，大约在十倍频中间靠左面一点。。。啊啊。。

R88

gzhuli 发表于 2014-4-5 19:14
极点是Q7引起的，这里电平转换应该用共基。

大师说这里用共基，我想不到此处用共基，电路应该怎么画（基极接地，小信号从射极输入）。。

marshallemon

想学习这方面的DD，但不知道什么书上会讲这些，容性负载稳定，零点，极点……，望LZ明示

475627406

负载在反馈环中，肯定会受负载影响。
Npn稳压器极点产生在输出端，在输出就容易补偿。

R88

marshallemon 发表于 2014-4-6 07:53
想学习这方面的DD，但不知道什么书上会讲这些，容性负载稳定，零点，极点……，望LZ明示 ...

TI有个一系列文档就是讲这个的。。还有自动控制原理方面的书。。

virginlulu

看过ns的pdf，7805类的传统稳压器内部是主极点补偿（输出电阻小，极点频率高，适合主极点补偿），单位增益稳定，负载电容不用太在意；ldo需要零点补偿，对负载电容的esr有要求，按照datasheet来吧，准ldo介于二者之间，负载电容相对宽松，但是也要补偿

wsm80828

做个记号

gzhuli

R88 发表于 2014-4-6 21:26
TI有个一系列文档就是讲这个的。。还有自动控制原理方面的书。。

TI的文档我认为是有错误的，TI文档中描述的NPN稳压器：


实际上LM78xx手册中的内部电路是这样的（我加了标注）：


对比TI的图和LM78xx的图，LM78xx达灵顿输出前那个PNP是电流镜的一部分，作为下面共射放大的集电极负载，而不是从基极输入信号的共射放大。
从上图可以看到，LM78xx是标准的 差分误差放大器 -> 电流源负载的共射放大器 -> 射随扩流输出 结构，其中差分放大器一般只有20dB左右的增益，而后面的共射放大的增益至少60dB，因此用开环增益超过100dB并且内部已经做了主极点补偿的运放来模拟差分放大级，然后再插入一个共射放大，显然并不能反映真实的情况。

virginlulu

向gzhuli严谨态度致敬

R88

virginlulu 发表于 2014-4-6 22:01
看过ns的pdf，7805类的传统稳压器内部是主极点补偿（输出电阻小，极点频率高，适合主极点补偿），单位增益 ...

对啊，对于我楼上的图，很多人都用过，但是改变负载时，有个极点在一直变化。。



输出的等效图，因为Ri很小，所以负载可以忽略，这个极点应该值很高的。但是仿真却不是如此。

R88

gzhuli 发表于 2014-4-6 23:56
TI的文档我认为是有错误的，TI文档中描述的NPN稳压器：

那我改成这样了，实际还受负载阻值的影响：


而且15楼那种最简图，居然也受负载影响，真蒙了。。

gzhuli

R88 发表于 2014-4-8 11:57
那我改成这样了，实际还受负载阻值的影响：

肯定是受负载影响的。
我觉得你对线性稳压器的认识有误区。NPN稳压器只是“不需要输出电容来稳定”，并非“任意输出电容都能稳定”，而PNP稳压器则是“需要带一定ESR的输出电容提供环路稳定性”。
也就是说，NPN稳压器其实不应该带输出电容，在一定的输出电容和负载组合条件下是有可能不稳定的，你去看看7805手册，建议的输出电容都是0.1uF，没有10uF 100uF的。
而PNP稳压器在没有输出电容或输出电容ESR不合适的情况下本身就是不稳定的，同时在一定的输出电容和负载组合条件下依然有可能不稳定，因此输出电容是需要根据负载来计算的。
我做过测试，78L05输出接22~47uF铝电解，10mA左右轻载，上电就会起振。7805因为Ro较小，没78L05那么容易起振，不过特定条件下还是有可能不稳定的。