Κατά το σχεδιασμό των ηλεκτρικών κυκλωμάτων είναι συχνά αναγκαία η χρήση ρυθμιστών τάσης μικρής ή μεσαίας ισχύος (έως 1,5 A) ή πηγές τάσης αναφοράς. Είναι βολικό αν ένας τέτοιος κόμβος είναι διαθέσιμος σε ολοκληρωμένη σχεδίαση, με τη μορφή ενός μόνο τσιπ. Μια σειρά από 9 ονομαστικές τιμές τάσης συνεχούς ρεύματος από 5 έως 24 V καλύπτει τη σειρά 78XX. Η θέση λειτουργίας του LM317 είναι οι υψηλότερες τάσεις (έως 37 V) και παρακάτω (έως 1,2 V) σε αυτό το εύρος, ενδιάμεσες τάσεις, ρυθμιζόμενοι ρυθμιστές.
Περιεχόμενα
Τι είναι το LM317
Πρόκειται για έναν γραμμικό ρυθμιστή τάσης, η τιμή εξόδου του οποίου μπορεί να ρυθμιστεί εντός ορισμένων ορίων ή να αναπροσαρμοστεί. Διατίθεται σε πολλαπλές συσκευασίες τριών ακίδων. Το εύρος τάσης εξόδου όλων των παραλλαγών είναι το ίδιο, αλλά το μέγιστο ρεύμα μπορεί να διαφέρει.
| Ονομασία | Μέγιστο ρεύμα, A | Υπόθεση |
|---|---|---|
| LM317T | 1,5 | TO-220 |
| LM317LZ | 0,1 | TO-92 |
| LM317P | 1,5 | ISOWAT-220 |
| LM317D2T | 1,5 | D2PAK |
| LM317K | 0,1 | TO-3 |
| LM317LD | 1,5 | SO-8 |
Κύρια χαρακτηριστικά του γραμμικού ρυθμιστή τάσης LM317
Τα φύλλα δεδομένων του LM317 περιέχουν πλήρεις τεχνικές πληροφορίες, τις οποίες μπορείτε να βρείτε διαβάζοντας το φύλλο δεδομένων. Ακολουθούν οι παράμετροι, η μη συμμόρφωση με τις οποίες είναι πιο κρίσιμη και, αν χρησιμοποιηθούν λανθασμένα, το μικροκύκλωμα μπορεί να αποτύχει. Πρώτα απ' όλα, πρόκειται για το μέγιστο ρεύμα λειτουργίας. Δίνεται στην προηγούμενη ενότητα για διάφορες εκδόσεις. Θα πρέπει να προστεθεί ότι για να επιτευχθεί το μέγιστο ρεύμα 1,5 Α, το ολοκληρωμένο κύκλωμα πρέπει να τοποθετηθεί σε ψύκτρα.
Η μέγιστη τάση στην έξοδο ενός ρυθμιστή με βάση τον LM317 μπορεί να είναι τόσο χαμηλή όσο 40V. Εάν αυτό δεν είναι αρκετό, επιλέξτε έναν αναλογικό ρυθμιστή υψηλής τάσης.
Η ελάχιστη τάση εξόδου είναι 1,25 V. Μπορείτε να πάρετε λιγότερα με αυτό το σχέδιο κυκλώματος, αλλά η προστασία υπερφόρτωσης θα ενεργοποιηθεί. Αυτό δεν είναι μια καλή επιλογή - μια τέτοια προστασία θα πρέπει να λειτουργεί κατά της υπέρβασης του ρεύματος εξόδου, όπως συμβαίνει σε άλλους ολοκληρωμένους ρυθμιστές. Στην πράξη, επομένως, δεν είναι δυνατόν να έχουμε έναν ρυθμιστή που να λειτουργεί από το μηδέν όταν εφαρμόζεται αρνητική πόλωση στον ακροδέκτη Adjust.
Η ελάχιστη τιμή τάσης εισόδου δεν καθορίζεται στο φύλλο δεδομένων, αλλά μπορεί να προσδιοριστεί από τις ακόλουθες εκτιμήσεις:
- Η ελάχιστη τάση εξόδου είναι 1,25 V,
- η ελάχιστη πτώση τάσης για Uout=37V είναι τρία βολτ, είναι λογικό να υποθέσουμε ότι για την ελάχιστη έξοδο δεν θα πρέπει να είναι μικρότερη,
Με βάση αυτές τις δύο υποθέσεις, πρέπει να εφαρμοστούν τουλάχιστον 3,5V στην είσοδο για να ληφθεί η ελάχιστη τιμή εξόδου. Επίσης, για σταθερή λειτουργία το ρεύμα μέσω του διαιρέτη πρέπει να είναι τουλάχιστον 5 mA - έτσι ώστε το παρασιτικό ρεύμα του ακροδέκτη ADJ να μην εισάγει σημαντική μετατόπιση τάσης (στην πράξη μπορεί να είναι έως και 0,5 mA).
Πρόκειται για τις πληροφορίες από τα κλασικά δελτία δεδομένων γνωστών κατασκευαστών (Texas Instruments κ.λπ.). Τα νεότερα δελτία δεδομένων από εταιρείες της Νοτιοανατολικής Ασίας (Tiger Electronics κ.λπ.) καθορίζουν αυτή την παράμετρο, αλλά σιωπηρά ως διαφορά μεταξύ τάσης εισόδου και τάσης εξόδου. Θα πρέπει να είναι τουλάχιστον 3 βολτ για όλες τις τάσεις, πράγμα που δεν έρχεται σε αντίθεση με την προηγούμενη συλλογιστική.
Η μέγιστη τάση εισόδου δεν πρέπει να υπερβαίνει την τάση εξόδου κατά περισσότερο από 40V. Αυτό θα πρέπει επίσης να λαμβάνεται υπόψη κατά το σχεδιασμό κυκλωμάτων.
Σημαντικό! Οι αναφερόμενες παράμετροι μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως αναφορά μόνο εάν το τσιπ προέρχεται από αξιόπιστο κατασκευαστή. Τα προϊόντα από άγνωστους κατασκευαστές έχουν συνήθως χαμηλότερα χαρακτηριστικά
Ανάθεση ακροδεκτών και αρχή λειτουργίας
Έχει αναφερθεί ότι ο LM317 είναι γραμμικός ρυθμιστής. Αυτό σημαίνει ότι η τάση εξόδου σταθεροποιείται με την ανακατανομή της ενέργειας μεταξύ του φορτίου και του ρυθμιστή.
Το τρανζίστορ και το φορτίο σχηματίζουν ένα διαιρέτης τάσης εισόδου. Εάν η τάση που έχει ρυθμιστεί στο φορτίο μειωθεί (λόγω αλλαγών στο ρεύμα κ.λπ.), το τρανζίστορ ανοίγει ελαφρώς. Αν αυξηθεί, κλείνει, ο λόγος διαίρεσης αλλάζει και η τάση στο φορτίο παραμένει σταθερή. Τα μειονεκτήματα αυτού του κυκλώματος είναι γνωστά:
- είναι απαραίτητο η τάση εισόδου να υπερβαίνει την τάση εξόδου,
- Το ρυθμιστικό τρανζίστορ πρέπει να καταναλώνει πολλή ενέργεια,
- Ο βαθμός απόδοσης δεν μπορεί ούτε θεωρητικά να υπερβεί τον λόγο Uin/Uin.
Υπάρχουν όμως σοβαρά πλεονεκτήματα (σε σχέση με τα παλμικά κυκλώματα):
- σχετικά απλό και φθηνό μικροκύκλωμα,
- Απαιτεί ελάχιστες εξωτερικές σωληνώσεις,
- και το κύριο πλεονέκτημα είναι ότι η τάση εξόδου είναι απαλλαγμένη από παρασιτικά στοιχεία υψηλής συχνότητας (οι παρεμβολές του τροφοδοτικού είναι ελάχιστες).
Το τυπικό κυκλωματικό διάγραμμα του μικροκυκλώματος έχει ως εξής:
- η τάση εισόδου εφαρμόζεται στην ακίδα εισόδου,
- Έξοδος - έξοδος,
- Ajust - τάση αναφοράς, από την οποία εξαρτάται η τάση εξόδου.
Οι αντιστάσεις R1 και R2 ρυθμίζουν την τάση εξόδου. Υπολογίζεται σύμφωνα με τον τύπο:
U out=1,25⋅ (1+R2/R1) +Iadj⋅R2.
Iadj είναι το παρασιτικό ρεύμα της εξόδου ρύθμισης, σύμφωνα με τον κατασκευαστή μπορεί να είναι της τάξης των 5 μΑ. Η πρακτική δείχνει ότι μπορεί να φτάσει σε τιμές μια ή δύο τάξεις μεγέθους υψηλότερες.
Ο πυκνωτής C1 μπορεί να έχει χωρητικότητα από εκατοντάδες έως αρκετές χιλιάδες μικροφαράδες. Στις περισσότερες περιπτώσεις είναι ο πυκνωτής εξόδου ενός ανορθωτή. Πρέπει να συνδεθεί στο μικροκύκλωμα με μέγιστο μήκος 7 cm. Εάν δεν μπορεί να τηρηθεί αυτή η προϋπόθεση για τον πυκνωτή ανορθωτή, πρέπει να συνδεθεί ένας πρόσθετος πυκνωτής περίπου 100 μF σε άμεση γειτνίαση με τον ακροδέκτη εισόδου. Ο πυκνωτής C3 δεν πρέπει να έχει χωρητικότητα μεγαλύτερη από 100-200 μF για δύο λόγους:
- Για να αποφύγετε τη μετάβαση του σταθεροποιητή σε κατάσταση αυτόματης ταλάντωσης,
- Για να αποφύγετε την αύξηση του ρεύματος στη φόρτιση όταν εφαρμόζεται η παροχή ρεύματος.
Στη δεύτερη περίπτωση, μπορεί να ενεργοποιηθεί η προστασία υπερφόρτωσης.
Θα πρέπει να θυμόμαστε ότι όταν το ρεύμα διαρρέει το αντιστάσεις, θα ζεσταθούν (αυτό είναι επίσης δυνατό αν αυξηθεί η θερμοκρασία περιβάλλοντος). Η αντίσταση των R1 και R2 αλλάζει και δεν υπάρχει εγγύηση ότι θα αλλάξει αναλογικά. Ως εκ τούτου, η τάση εξόδου μπορεί να αλλάξει με τη θέρμανση ή την ψύξη. Εάν αυτό είναι κρίσιμο, μπορούν να χρησιμοποιηθούν αντιστάσεις με κανονικοποιημένο συντελεστή αντίστασης θερμοκρασίας. Μπορούν να διακριθούν από την παρουσία έξι λωρίδων στο περίβλημα. Αλλά τα στοιχεία αυτά είναι πιο ακριβά και πιο δύσκολο να αγοραστούν. Μια άλλη επιλογή είναι να χρησιμοποιήσετε έναν κατάλληλο ρυθμιστή τάσης στη θέση του R2.
Ποια ανάλογα υπάρχουν
Υπάρχουν παρόμοια κυκλώματα που έχουν αναπτυχθεί από άλλες εταιρείες σε άλλες χώρες. Τα πλήρη ανάλογα είναι:
- GL317,
- SG317,
- UPC317,
- ECG1900.
Διατίθενται επίσης σταθεροποιητές με υψηλότερα ηλεκτρικά χαρακτηριστικά. Μπορούν να παρασχεθούν υψηλότερα ρεύματα:
- LM338 - 5A,
- LM138 - 5 A
- LM350 - 3 A.
Εάν απαιτείται ρυθμιζόμενη πηγή τάσης με ανώτερο όριο τα 60V, πρέπει να χρησιμοποιηθούν οι σταθεροποιητές LM317HV, LM117HV. Ο δείκτης HV σημαίνει Υψηλή Τάση.
Ένα εγχώριο ισοδύναμο είναι το KR142EN12, αλλά διατίθεται μόνο σε συσκευασία TO-220. Αυτό θα πρέπει να λαμβάνεται υπόψη κατά το σχεδιασμό τυπωμένων κυκλωμάτων.
Παραδείγματα κυκλωμάτων μεταγωγής του ρυθμιστή LM317
Τυπικά σχήματα του μικροκυκλώματος δίνονται στο φύλλο δεδομένων. Η τυπική εφαρμογή - ρυθμιστής σταθερής τάσης - εξετάζεται παραπάνω.
Εάν στη θέση του R2 τοποθετηθεί μια μεταβλητή αντίσταση, η τάση εξόδου του ρυθμιστή μπορεί να ρυθμιστεί άμεσα. Σημειώστε ότι το ποτενσιόμετρο θα είναι το αδύναμο σημείο του κυκλώματος. Ακόμη και με μεταβλητές αντιστάσεις καλής ποιότητας, το σημείο επαφής μεταξύ του ρυθμιστή και του αγώγιμου στρώματος θα έχει κάποια αστάθεια σύνδεσης. Στην πράξη αυτό θα έχει ως αποτέλεσμα πρόσθετη αστάθεια στην τάση εξόδου.
Για προστασία, ο κατασκευαστής συνιστά να περιλαμβάνονται δύο δίοδοι D1 και D2. Η πρώτη δίοδος θα πρέπει να προστατεύει από μια κατάσταση όπου η τάση εξόδου είναι υψηλότερη από την τάση εισόδου. Στην πράξη αυτή η κατάσταση είναι πολύ σπάνια και μπορεί να συμβεί μόνο εάν υπάρχουν άλλες πηγές τάσης στην πλευρά της εξόδου. Ο κατασκευαστής σημειώνει ότι αυτή η δίοδος προστατεύει επίσης από βραχυκύκλωμα στην είσοδο - ο πυκνωτής C1 θα δημιουργούσε τότε ρεύμα εκφόρτισης αντίθετης πολικότητας, το οποίο θα προκαλούσε βλάβη στο τσιπ. Αλλά στο εσωτερικό του τσιπ, παράλληλα με αυτή τη δίοδο, υπάρχει μια αλυσίδα από των σταθεροποιητών και αντιστάσεις, οι οποίες θα λειτουργούν με τον ίδιο ακριβώς τρόπο. Επομένως, η ανάγκη για αυτή τη δίοδο είναι αμφισβητήσιμη. Και το D2 σε αυτή την περίπτωση θα προστατεύσει την είσοδο του ρυθμιστή από το ρεύμα του πυκνωτή C2.
Αν βάλω ένα τρανζίστορ παράλληλα R2 τρανζίστορ, μπορεί να ελεγχθεί η λειτουργία του AVR. Όταν εφαρμόζεται τάση στη βάση του τρανζίστορ, αυτό ανοίγει και παρακάμπτει το R2. Η τάση εξόδου μειώνεται στα 1,25V. Εδώ πρέπει να ληφθεί μέριμνα ώστε η διαφορά μεταξύ της τάσης εισόδου και της τάσης εξόδου να μην υπερβαίνει τα 40V.
Η επιβλαβής επίδραση της επαφής του ποτενσιόμετρου στη σταθερότητα της τάσης εξόδου μπορεί να μειωθεί με τη σύνδεση ενός πυκνωτή παράλληλα με τη μεταβλητή αντίσταση. Σε αυτή την περίπτωση η δίοδος προστασίας D1 δεν παρεμβαίνει.
Εάν το ρεύμα εξόδου του AVR δεν επαρκεί, μπορεί να ενισχυθεί με ένα εξωτερικό τρανζίστορ.
Ένας ρυθμιστής τάσης μπορεί να μετατραπεί σε ρυθμιστή ρεύματος με την ενσωμάτωση ενός LM317 σε αυτό το κύκλωμα. Το ρεύμα εξόδου υπολογίζεται χρησιμοποιώντας τον τύπο I=1.25⋅R1. Αυτό το είδος ενσωμάτωσης χρησιμοποιείται συχνά ως οδηγός για LED - το LED ενεργοποιείται ως φορτίο.
Τέλος, μια ασυνήθιστη προσθήκη ενός γραμμικού ρυθμιστή - ένα κύκλωμα βασισμένο σε τροφοδοτικό μεταγωγής. Το κύκλωμα C3R6 παρέχει θετική ανάδραση για την εμφάνιση των ταλαντώσεων.
Το τσιπ LM317 έχει έναν σημαντικό αριθμό αδυναμιών. Αλλά η τέχνη της σχεδίασης κυκλωμάτων είναι να χρησιμοποιούνται τα δυνατά σημεία του ρυθμιστή για να παρακάμπτονται οι αδυναμίες του. Εντοπίζονται όλα τα μειονεκτήματα του τσιπ και δίνονται συμβουλές για τον τρόπο εξουδετέρωσής τους. Ως εκ τούτου, ο LM317 είναι δημοφιλής στους δημιουργούς επαγγελματικού και ερασιτεχνικού ραδιοεξοπλισμού.
Σχετικά άρθρα:
