Стабилизаторы напряжения являются важнейшими блоками устройств телекоммуникации. В настоящее время для формирования напряжения питания микросхем и отдельных узлов радиоэлектронной аппаратуры получили распространение импульсные и компенсационные стабилизаторы. У каждого из них есть свои преимущества и недостатки и только совместное их применение позволяет получить напряжение питания с требуемым КПД, уровнем пульсации и допустимым уровнем шума.
Неоспоримым преимуществом импульсных стабилизаторов напряжения (DC/DC преобразователей) является их высокий коэффициент полезного действия. Кроме того, эти стабилизаторы позволяют как понижать, так и повышать входное напряжение. Они позволяют получать отрицательное напряжение из положительного входного напряжения. Основным недостатком импульсных стабилизаторов напряжения является высокий уровень помех на его выходе. Кроме того, импульсные стабилизаторы обычно используют в своем составе индуктивности. Пример схемы импульсного стабилизатора, повышающего напряжение гальванического источника питания до +5 В, приведен на рисунке 1.
Рисунок 1. Схема повышающего импульсного стабилизатора напряжения, собранного на микросхеме L6920
Компенсационные стабилизаторы обладают низким уровнем помех и достаточно низким уровнем шума. Однако эти стабилизаторы имеют низкий КПД, так как ток на входе и на выходе этого вида стабилизаторов практически одинаков. Мощность на регулирующем элементе этого стабилизатора рассеивается в виде тепла. Первые виды компенсационных стабилизаторов обладали достаточно большим минимальным падением напряжения, необходимым для правильной работы стабилизатора. Так, разность напряжений на входе иностранной микросхемы 7805 или отечественной микеросхемы КР142ЕН5 и ее выходом должна была быть не менее 2,5 вольт.
В настоящее время разработаны стабилизаторы напряжения с низким падением напряжения (LDO). Они позволяют без проблем получить необходимое напряжение из более высокого исходного напряжения. Сейчас без LDO стабилизаторов невозможно представить работу GPS приемников, смартфонов, радиостанций или спутниковых систем связи. Достижение высоких эксплуатационных параметров усилителей радиочастоты (LNA), опорных генераторов, синтезаторов частот или смесителей требует тщательного подхода к разработке систем питания телекоммуникационных устройств.
В современных телекоммуникационных системах обычно применяется широкий набор аналоговых и цифровых микросхем. Для своей работы они требуют применения различных источников питания. Часто предъявляются высокие требования к уровню пульсаций, шумов и других паразитных колебаний на выходе источника питания. Соответственно необходимо уделять особое внимание при выборе конкретной схемы стабилизатора напряжения. На рисунке 2 приведено классическое последовательное включение импульсного и компенсационного LDO стабилизатора напряжения.
Рисунок 2. Схема последовательного включения импульсного и LDO стабилизатора
При таком соединении стабилизаторов высокий КПД схемы питания обеспечивается применением импульсного стабилизатора (DC/DC преобразователя), а LDO стабилизатор уменьшает уровень шумов и помех. Компенсационный стабилизатор напряжения с низким падением напряжения можно выполнить либо на МОП транзисторах, либо при использовании биполярного транзистора в схеме с общим эмиттером. Схема LDO стабилизатора с регулирующим p-МОП транзистором приведена на рисунке 3
Рисунок 3. Схема LDO стабилизатора с регулирующим МОП транзистором
Подобным же образом может быть реализована схема с n-МОП транзистором. Она показана на рисунке 4
Рисунок 4. Схема LDO стабилизатора с регулирующим n-МОП транзистором
Такие схемы широко использует фирма Texas Instruments. Следует отметить, что в этом случае и усилитель ошибки, сравнивающий выходное напряжение стабилизатора с опорным и источник опорного напряжения, тоже выполняется на МОП транзисторах.
В качестве примера LDO стабилизатора, выполненного на биполярном транзисторе на рисунке 4 приведена схема компенсационного стабилизатора фирмы Analog Devises LT3045.
Рисунок 5. Схема LDO стабилизатора с регулирующим биполярным транзистором
В этой схеме на транзисторе происходит падение напряжение между коллектором и эмиттером. Оно редко бывает больше 0,2 В. В стабилизаторах типа 7805 падение напряжения определялось падением напряжения на двух эмиттерных переходах и выходном каскаде усилителя ошибки, что составляло значение порядка двух вольт.
Обратите внимание, что источник опорного напряжения в этой схеме представляет собой сопротивление, на которое подаётся
ток с выхода стабилизатора тока
Очень важно то, что стабилизатор напряжения за счет отрицательной обратной связи способен в значительной степени подавлять помехи, в том числе пульсации напряжения питающего напряжения. В качестве примера такой способности на рисунке 6 приведена зависимость коэффициента подавления пульсаций от частоты для микросхемы LT3045.
Рисунок 6. График коэффициента подавления пульсаций на выходе LDO стабилизатора
Так как LDO стабилизаторы охвачены отрицательной обратной связью, то при их применении следует позаботиться о стабильности работы устройства. Для обеспечения стабильности работы в широком диапазоне частот на выходе должен применяться керамический конденсатор большой емкости с малым эквивалентным сопротивлением и индуктивностью. Для этого часто кондененсатор большой ёмкости, обладающий большой паразитной индуктивностью, шунтируется высокочастотным конденсатором малой ёмкости.
Дата последнего обновления файла 20.12.2020
