Рисунок ниже, показывает упрощённую структуру типичного ЛС с регулируемым выходом. Выходное напряжение (V_OUT)- продукт напряжения опорного источника и усиления по постоянному току усилителя ошибки с замкнутой петлей обратной связи: V_OUT = V_R × (1+R1/R2), где (1+R1/R2) ‑ усиление по постоянному току с замкнутой цепью обратной связи. При этом, усиление шума равно усилению по пост току.

Линейный стабилизатор, в котором точка обратной связи доступна, позволяет снизить общий выходной шум путем снижения усиления шума.

Рисунок. Источники шума в упрощенной блок схеме ЛС с регулируемым выходом.

Добавление простой RC цепи снижает выходной шум ЛС, одновременно улучшая подавление влияния источника питания и отклика ЛС на изменяющуюся нагрузку. Цепь, состоящая из R3 и C1, ограничивает усиление по переменному току усилителя ошибки. Для уверенности в стабильности, в случае если регулятор обладает низким запасом по фазе или не стабильностью на частоте единичного усиления, выберите R3 таким, чтобы установить усиление на высокой частоте близким к 1,1. Для снижения шума вида 1/f выберите C1 для установки нижней частоты «нуля» ниже, чем 10 Гц. С цепью, снижающей шум, усиление по переменному току близко к единице в большей части полосы частот, в результате шум источника опорного напряжения и шум усилителя усиливаются до меньших значений.

С этой цепью, уровень шума значительно снижается в полосе между 20 Гц и 2 кГц. На частотах больше «нуля», созданного R1 и C1, эта характеристика, при наличии цепи подавления, близка к аналогичной характеристике уровня шума при единичном усилении. На частотах более 20 кГц усиление с замкнутой обратной связью соответствует усилению с разомкнутой обратной связью, по этой причине дальнейшее снижение усиления шума на этом участке невозможно.

Подавление влияния источника питания (PSRR) в этом диапазоне также повышается. Значение выигрыша, в дБ, соответствует приблизительно 20×log(1+R1/R3) для частот ниже участка, где усиления с замкнутой и разомкнутой цепью обратной связи сходятся. Общее увеличение подавления источника питания составляет около 17дБ в диапазоне от 100 Гц до 1 кГц. Величина выигрыша снижается приблизительно до точки 20 кГц, где усиление с замкнутой и с разомкнутой цепью обратной связи сходятся.

Снижение шума также повышает скорость реакции ЛС при изменении нагрузки. С цепью понижения шума ЛС способен откликаться на изменение нагрузки менее чем за 50 мкс, по сравнению с ее отсутствием, когда время отклика составляет 500 мкс.

Один недостаток, относящийся к цепи снижения шума, существует — это увеличение времени включения, с около 600 мкс до 6 мс при C1 = 10 нФ и до 600 мс при C1 = 1 мкФ. Это не должно вызывать неприятностей в приложениях, которые не выключают ЛС от случая к случаю во время работы.

Этот способ будет работать с ЛС похожей архитектуры, которая показана на рисунке, где оба шума, источника опорного напряжения и шум усилителя, усиливаются с коэффициентом усиления по постоянному току, определяемым замкнутой цепью обратной связи.

Источники

Морита Гленн. «Линейные Регуляторы с малым падением – Вопросы выбора фильтрующего конденсатора.» Analog Dialogue, том 45, выпуск 1, 2011.

Морита Гленн. Рекомендации по применению AN-1120. Источники шума в линейных регуляторах. Analog Devices, Inc., 2011

Гленн Морита, glenn.morita@analog.com