Почему в техническом описании LM1117 конкретно указаны танталовые конденсаторы?

Танталовые конденсаторы в данном приложении совершенно не нужны.

• Единственной причиной для выбора тантала может быть срок службы, и это может быть разработано с алюминиевыми мокрыми электролитическими крышками. С этого момента предполагается, что время жизни было правильно рассчитано и не является проблемой.

• Использование танталового конденсатора в качестве входного конденсатора приводит к его выходу из строя в любое время, если на входной шине питания могут быть скачки напряжения от любого источника. Всплеск, превышающий номинальное значение танталового конденсатора более чем на небольшую долю, может привести к его полному разрушению в высокоэнергетической цепи, такой как эта.

• Входной конденсатор представляет собой типичный накопительный конденсатор, его номинал относительно некритичен. Тантал здесь не служит технической цели. Если желателен сверхнизкий импеданс, показано использование меньшего размера параллельной керамики.

• Выходной конденсатор НЕ является конденсатором фильтра в традиционном понимании. Его основная роль заключается в обеспечении стабильности контура для регулятора. (Например, резистор сопротивлением 10 Ом можно включить последовательно с конденсатором без ущерба для его функциональности. Никакая обычная крышка фильтра не допустит этого без ухудшения функциональности).

• Характеристики алюминиевых мокрых электролитических конденсаторов с правильной емкостью и номинальным напряжением хорошо подходят для роли выходного конденсатора. Нет причин не использовать их там. Эта цена / общие данные / техническое описание конденсатора за 7 центов будет приемлемым выбором во многих приложениях. (Применения с более длительным сроком службы могут указывать 1 2000 часов/105°C).

Техническое описание LM1117 дает четкое представление об основных и желательных характеристиках входных и выходных конденсаторов. Подходит любой конденсатор, отвечающий этим требованиям. Тантал - хороший выбор, но не лучший выбор. Факторов много, а стоимость одна. Тантал предлагает приемлемую стоимость за емкость при емкостях от 10 мкФ и выше. Выходной конденсатор в большинстве случаев «защищен» от пиков. Входной конденсатор находится под угрозой из-за «плохого поведения» других частей системы. Всплески выше номинального значения вызовут (буквально) пламенное расплавление. (Дым, пламя, шум, неприятный запах и взрыв - все это опционально -
я видел, как одна танталовая крышка делает все это по очереди :-))

Входной конденсатор

Входной конденсатор не слишком критичен, когда стабилизатор питается от уже хорошо развязанной системной шины. Под схемой на первой странице они отмечают «Требуется, если регулятор расположен далеко от фильтра источника питания», к которому можно добавить «или другой хорошо развязанный участок питания». т.е. конденсаторы, используемые для развязки, вообще могут сделать здесь еще один излишним. Выходной конденсатор важнее.

Выходной конденсатор

Многие современные высокопроизводительные регуляторы с малым падением напряжения абсолютно нестабильны в состоянии поставки. Для обеспечения стабильности контура им требуется выходной конденсатор, который имеет как емкость, так и ESR в выбранных диапазонах. Соблюдение этих условий необходимо для обеспечения стабильности при любых условиях нагрузки.

Выходная емкость, необходимая для стабильности: Стабильность требует, чтобы выходной выходной нагрузочный конденсатор был >= 10 мкФ, когда вывод Cadj не имеет дополнительного конденсатора на землю, и >= 20 мкФ, когда Cadj имеет дополнительный шунтирующий конденсатор. Более высокие емкости также стабильны. Это требование может быть выполнено с помощью алюминиевого мокрого электролитического колпачка или керамического колпачка. Так как влажные электролиты, как правило, имеют широкий диапазон допустимых отклонений (до +100%/-50%, если не указано иное), алюминиевый влажный электролит 47 мкФ обеспечит здесь достаточную емкость даже при обходе Cadj. НО он может соответствовать или не соответствовать спецификации ESR.

Выходной конденсатор ESR, необходимый для стабильности:

СОЭ - это "требование Златовласки" :-) - не много и не мало.
Требуемая СОЭ указана как

    0.3 ohm <= ESR <= 22 ohm.

Это чрезвычайно широкое и необычное требование. Даже весьма скромные пульсации тока в этом конденсаторе вызовут гораздо большие, чем допустимые, колебания напряжения. Понятно, что они не ожидают высоких пульсаций тока и что роль конденсатора в первую очередь связана со стабильностью контура, а не с контролем шума как такового. Обратите внимание, что регуляторы «старой школы», такие как, например, LM340 / LM7805, часто не имеют выходного конденсатора или, возможно, 0,1 мкФ. Например , в техническом описании LM340 здесь говорится: «** Хотя для стабильности не требуется выходной конденсатор, он помогает переходным характеристикам (при необходимости используйте 0,1 мкФ, керамический диск)».

Для соответствия этой спецификации не требуется танталовый конденсатор.
Влажный алюминиевый конденсатор с легкостью соответствует этим требованиям. Вот некоторые типичные новые максимальные ESR для новых алюминиевых мокрых электролитических конденсаторов. Первая группа — это конденсаторы, которые могут использоваться на практике в этом приложении в нижней части диапазона емкостей. 10 мкФ, 10 В составляют примерно половину допустимого ESr - возможно, немного близко для комфорта на протяжении всего срока службы. Вторая группа - это то, что можно было бы использовать с обходом Cadj и можно было бы использовать в любом случае - ESR далеко от пределов в обоих направлениях. Третья группа — это конденсаторы, выбранные так, чтобы приблизиться к нижнему пределу (и они получат более высокое сопротивление = лучше с возрастом). 100 мкФ 63 В раздвигает нижний предел, но здесь нет необходимости использовать 63-вольтовую часть, и с возрастом она станет выше (= лучше). .

• 10 мкФ, 10 В - 10 Ом
  10 мкФ, 25 В - 5,3 Ом

• 47 мкФ , 10 В - 2,2 Ом
  47 мкФ, 16 В - 1,6 Ом 47 мкФ, 25 В, 1,2 Ом

• 470 мкФ, 10 В - 024 Ом 220
  мкФ, 25 В - 0,23 Ом
  100 мкФ, 63 В - 0,3 Ом

В даташите на LM1117 написано

• 1.3 Выходной конденсатор

  Выходной конденсатор имеет решающее значение для поддержания стабильности регулятора и должен соответствовать требуемым условиям как по минимальной емкости, так и по ESR (эквивалентному последовательному сопротивлению).

  Минимальная выходная емкость, необходимая для LM1117, составляет 10 мкФ, если используется танталовый конденсатор. Любое увеличение выходной емкости просто улучшит стабильность контура и переходную характеристику.

  ESR выходного конденсатора должен находиться в диапазоне от 0,3 Ом до 22 Ом. В случае регулируемого регулятора при использовании CADJ требуется большая выходная емкость (22 мкФ, тантал).

СОЭ имеет решающее значение

ДОБАВЛЕНО - примечания

SBCasked:

Я столько раз это читал - "поддерживать стабильность регулятора".
Что может быть примером нестабильного регулятора?
Будет ли выходной сигнал колебаться с высокой пульсацией или быть неопределенным, или что именно произойдет?

Нестабильность регулятора, по моему опыту (и, как и следовало ожидать), приводит к колебаниям регулятора с высоким уровнем и часто высокочастотным сигналом на выходе и напряжением постоянного тока, измеренным с помощью измерителя без среднеквадратичного значения, которое кажется стабильным постоянным током при неправильное значение.

Ниже приведены комментарии о том, что вы можете увидеть в типичных обстоятельствах. Фактические результаты сильно различаются, но это руководство.
Посмотрите на выход с помощью осциллографа, и вы можете увидеть, например, полусинусоиду 100 кГц амплитудой от сотен мВ до нескольких вольт при номинальном выходном напряжении 5 В постоянного тока.

В зависимости от параметров обратной связи вы можете получить низкочастотные колебания, достаточно медленные, чтобы их можно было увидеть как вариации на измерителе постоянного тока, и вы можете получить больше похожие на мегагерцовые сигналы.
Я ожидаю:
(а) очень медленные изменения с большей вероятностью будут иметь большую амплитуду (поскольку это предполагает, что система гоняется за своим хвостом таким образом, что она почти находится в регуляции, и что корректирующая обратная связь не приводит ее быстро в норму). линия, и
(b) колебания уровня МГц более склонны быть ниже обычной амплитуды, поскольку это предполагает, что скорость нарастания пути усиления является основным фактором скорости отклика, НО все может случиться.

Кроме того, как именно ESR вступает в игру здесь?
Наивный прохожий вроде меня ожидал бы, что более низкое последовательное сопротивление будет лучше.

Интуитивное и логическое не всегда совпадают.
Регулятор по сути является усилителем мощности с обратной связью.
Если обратная связь в целом отрицательна, система стабильна и на выходе постоянный ток.
Если чистая обратная связь контура положительна, вы получаете колебание.
Общая обратная связь описывается передаточной функцией, включающей задействованные компоненты. Вы можете взглянуть на устойчивость с точки зрения, например , критериев устойчивости Найквиста или (связанного) отсутствия полюсов в правой полуплоскости и всех полюсов внутри единичного круга или ... ах! Достаточно сказать, что обратная связь от выхода к входу не усиливает колебание и что слишком большое или слишком маленькое сопротивление может привести к общему усилению, если рассматривать его как часть общей системы.
Просто, полезно .
Только немного сложнее - хороший
Sueful - обмен стеками

Полезный

Много связанных картинок

И последнее замечание: вы ссылались на большое напряжение пульсаций на крышке (даже для малых токов) как на неотъемлемую проблему из-за небольшого размера? (т.е. Vc = интеграл тока по емкости?)

Они говорят: «…0,3 Ом <= ESR <= 22 Ом…»
Если у вас ESR, скажем, 10 Ом, то каждый мА пульсаций тока вызовет изменение напряжения на конденсаторе на 10 мВ. 10 мА пульсаций тока = 100 мВ колебаний напряжения, и вы будете очень недовольны своим регулятором. Активный стабилизатор может уменьшить эту пульсацию, но хорошо, если конденсатор фильтра не усугубляет проблему, которую вы хотите решить.

Я нашел интересную ссылку в техническом описании TI LM3940 (от 5 до 3,3 В LDO).

Танталы были выбраны, потому что Электролитические могут увеличить их ESR до 30 раз при очень низких температурах.
Можно подключить небольшой тантал параллельно большому электролиту, если стоимость является проблемой.

ПРЕДЕЛЫ ESR: ESR выходного конденсатора вызовет нестабильность контура, если оно слишком высокое или слишком низкое. Допустимый диапазон отношения ESR к току нагрузки показан на рис. 19. Очень важно, чтобы выходной конденсатор соответствовал этим требованиям, иначе могут возникнуть колебания.
Рисунок 19. Пределы СОЭ
Важно отметить, что для большинства конденсаторов ESR указывается только при комнатной температуре. Тем не менее, проектировщик должен убедиться, что ESR не выходит за указанные пределы во всем диапазоне рабочих температур данной конструкции. Для алюминиевых электролитических конденсаторов ESR увеличится примерно в 30 раз при снижении температуры с 25°C до -40°C. Этот тип конденсатора не подходит для работы при низких температурах. Твердотельные танталовые конденсаторы имеют более стабильный ESR при изменении температуры, но они дороже, чем алюминиевые электролитические. Иногда используется экономичный подход, заключающийся в параллельном соединении алюминиевого электролита с твердым танталом, при этом общая емкость делится примерно на 75/25%, причем алюминий имеет большее значение. Если два конденсатора соединены параллельно, эффективное ESR равно параллели двух отдельных значений.

Электролитики имеют плохие высокочастотные характеристики по сравнению с танталами. С ценой на тантал в наши дни я бы рекомендовал использовать один из ваших электролитов с небольшим керамическим конденсатором параллельно - скажем, 100 нФ. Это зависит от того, что вы питаете, но обычно это не так критично, если пульсации и переходные характеристики не являются для вас особенно критичными.