Descrizione delle caratteristiche, assegnazione dei pin e circuiti di esempio del regolatore di tensione lineare LM317

Durante la progettazione di circuiti elettrici è spesso necessario utilizzare regolatori di tensione di piccola o media capacità (fino a 1,5 A) o fonti di tensione di riferimento. È conveniente se tale nodo è disponibile in un design integrato, sotto forma di un singolo chip. Una gamma di 9 tensioni DC da 5 a 24 V copre la serie 78XX. La nicchia di funzionamento dell'LM317 è costituita da tensioni più alte (fino a 37 V) e sotto (fino a 1,2 V) di questa gamma, tensioni intermedie, regolatori regolabili.

Cos'è l'LM317

Si tratta di un regolatore di tensione lineare, il cui valore di uscita può essere impostato entro certi limiti o riadattato. È disponibile in pacchetti multipli a tre pin. La gamma di tensione di uscita di tutte le varianti è la stessa, ma la corrente massima può variare.

Caratteristiche principali del regolatore di tensione lineare LM317

I datasheet dell'LM317 contengono informazioni tecniche complete, che possono essere trovate leggendo il datasheet. I seguenti sono i parametri, il cui mancato rispetto è più critico e se usato in modo errato, il microcircuito può fallire. Prima di tutto, è la corrente massima di funzionamento. È dato nella sezione precedente per diverse versioni. Bisogna aggiungere che per ottenere la corrente massima di 1,5 A, l'IC deve essere montato su un dissipatore di calore.

La tensione massima all'uscita di un regolatore basato su LM317 può essere fino a 40V. Se questo non è sufficiente, scegliete un regolatore analogico ad alta tensione.

La tensione di uscita minima è di 1,25 V. Si può ottenere di meno con questo disegno di circuito, ma la protezione da sovraccarico scatterà. Questa non è una buona opzione - tale protezione dovrebbe funzionare contro il superamento della corrente di uscita, come fa in altri regolatori integrati. In pratica, quindi, non è possibile ottenere un regolatore che operi da zero quando si applica un bias negativo al pin Adjust.

Il valore minimo della tensione d'ingresso non è specificato nel datasheet, ma può essere determinato dalle seguenti considerazioni:

• La tensione di uscita minima è di 1,25 V;
• la caduta di tensione minima per Uout=37V è di tre volt, è logico supporre che per l'uscita minima non dovrebbe essere inferiore;

Sulla base di questi due presupposti, almeno 3,5 V devono essere applicati all'ingresso per ottenere il valore minimo di uscita. Anche per un funzionamento stabile la corrente attraverso il divisore deve essere almeno 5 mA - in modo che la corrente parassita del pin ADJ non introduca uno spostamento di tensione significativo (in pratica può essere fino a 0,5 mA).

Questo si riferisce alle informazioni delle classiche schede tecniche di produttori noti (Texas Instruments ecc.). Le schede tecniche più recenti delle ditte del sud-est asiatico (Tiger Electronics ecc.) specificano questo parametro, ma implicitamente come differenza tra la tensione d'ingresso e quella d'uscita. Dovrebbe essere almeno 3 volt per tutte le tensioni, il che non contraddice il ragionamento precedente.

La massima tensione d'ingresso non dovrebbe superare la tensione d'uscita progettata di più di 40V. Questo dovrebbe essere considerato anche quando si progettano i circuiti.

Importante! I parametri indicati possono essere usati come riferimento solo se il chip è di un produttore rispettabile. I prodotti di produttori sconosciuti hanno di solito caratteristiche inferiori

Assegnazione dei pin e principio di funzionamento

È stato detto che l'LM317 è un regolatore lineare. Ciò significa che la tensione di uscita è stabilizzata dalla ridistribuzione dell'energia tra il carico e il regolatore.

Il transistor e il carico formano un divisore di tensione d'ingresso. Se la tensione impostata sul carico diminuisce (a causa di variazioni di corrente, ecc.), il transistor si apre leggermente. Se aumenta, si chiude, il rapporto di divisione cambia e la tensione sul carico rimane stabile. Gli svantaggi di questo circuito sono ben noti:

• è necessario che la tensione di ingresso superi la tensione di uscita;
• Il transistor di regolazione deve dissipare molta potenza;
• L'efficienza non può nemmeno teoricamente superare il rapporto Uin/Uin.

Ma ci sono seri vantaggi (rispetto ai circuiti a impulsi):

• microcircuito relativamente semplice ed economico;
• Richiede un minimo di tubature esterne;
• e il vantaggio principale è che la tensione di uscita è priva di componenti parassiti ad alta frequenza (l'interferenza dell'alimentazione è minima).

Lo schema standard del microcircuito è il seguente:

• la tensione d'ingresso è applicata al pin d'ingresso;
• Uscita - uscita;
• Ajust - tensione di riferimento, da cui dipende la tensione di uscita.

Le resistenze R1 e R2 impostano la tensione di uscita. Si calcola secondo la formula:

U out=1,25⋅ (1+R2/R1) +Iadj⋅R2.

Iadj è la corrente parassita dell'uscita di regolazione, secondo il produttore può essere nell'ordine di 5 μA. La pratica dimostra che può raggiungere valori di un ordine di grandezza o due più alti.

Il condensatore C1 può avere una capacità da centinaia a diverse migliaia di microfarad. Nella maggior parte dei casi è il condensatore di uscita di un raddrizzatore. Deve essere collegato al microcircuito con una lunghezza massima di 7 cm. Se questa condizione per il condensatore raddrizzatore non può essere soddisfatta, un condensatore aggiuntivo di circa 100 µF deve essere collegato nelle immediate vicinanze del terminale di ingresso. Il condensatore C3 non dovrebbe avere una capacità superiore a 100-200 µF per due motivi:

• Per evitare che lo stabilizzatore vada in modalità auto-oscillazione;
• Per evitare uno sbalzo di corrente sulla carica quando viene applicata l'alimentazione.

Nel secondo caso, la protezione da sovraccarico può essere attivata.

Bisogna ricordare che quando la corrente scorre attraverso il resistenzesi scalderanno (questo è possibile anche se la temperatura ambiente aumenta). La resistenza di R1 e R2 cambia, e non c'è garanzia che cambino proporzionalmente. Pertanto la tensione di uscita può cambiare con il riscaldamento o il raffreddamento. Se questo è critico, si possono usare resistenze con un coefficiente di resistenza normalizzato alla temperatura. Si distinguono per la presenza di sei strisce sull'involucro. Ma questi elementi sono più costosi e più difficili da acquistare. Un'altra opzione è quella di utilizzare un regolatore di tensione adeguato al posto di R2.

Quali analogie esistono

Ci sono circuiti simili sviluppati da altre aziende in altri paesi. Gli analoghi completi sono:

• GL317;
• SG317;
• UPC317;
• ECG1900.

Sono disponibili anche stabilizzatori con caratteristiche elettriche superiori. Possono essere erogate correnti più elevate:

• LM338 - 5A;
• LM138 - 5 A
• LM350 - 3 A.

Se è richiesta una fonte di tensione regolata con un limite superiore di 60V, è necessario utilizzare gli stabilizzatori LM317HV, LM117HV. L'indice HV sta per Alta Tensione.

Un equivalente domestico è il KR142EN12, ma è disponibile solo nel pacchetto TO-220. Questo dovrebbe essere preso in considerazione quando si progettano i circuiti stampati.

Esempi di circuiti di commutazione del regolatore LM317

Gli schemi tipici del microcircuito sono riportati nel datasheet. L'applicazione standard - regolatore di tensione fissa - è considerata sopra.

Se si installa una resistenza variabile al posto di R2, la tensione di uscita del regolatore può essere regolata prontamente. Notate che il potenziometro sarà il punto debole del circuito. Anche con resistenze variabili di buona qualità, il punto di contatto tra il cursore e lo strato conduttivo avrà una certa instabilità di connessione. In pratica questo si tradurrà in un'ulteriore instabilità della tensione di uscita.

Per la protezione il produttore raccomanda di includere due diodi D1 e D2. Il primo diodo dovrebbe proteggere da una situazione in cui la tensione di uscita è superiore a quella di ingresso. In pratica questa situazione è molto rara e può verificarsi solo se ci sono altre fonti di tensione sul lato di uscita. Il produttore nota che questo diodo protegge anche da un cortocircuito all'ingresso - il condensatore C1 creerebbe allora una corrente di scarica di polarità opposta, che causerebbe il guasto del chip. Ma all'interno del chip in parallelo a questo diodo c'è una catena di di stabilizzatori e resistenze, che funzioneranno esattamente allo stesso modo. Quindi la necessità di questo diodo è discutibile. E D2 in questa situazione proteggerà l'ingresso dello stabilizzatore dalla corrente del condensatore C2.

Se metto un transistor in parallelo R2 transistoril funzionamento del regolatore può essere controllato. Quando si applica una tensione alla base del transistor, questo si apre e shunta R2. La tensione di uscita è ridotta a 1,25V. Qui bisogna fare attenzione che la differenza tra la tensione di ingresso e quella di uscita non superi i 40V.

L'effetto dannoso del contatto del potenziometro sulla stabilità della tensione di uscita può essere ridotto collegando un condensatore in parallelo alla resistenza variabile. In questo caso il diodo di protezione D1 non interferisce.

Se la corrente di uscita del regolatore è insufficiente, può essere ricaricata con un transistor esterno.

Un regolatore di tensione può essere trasformato in un regolatore di corrente incorporando un LM317 in questo circuito. La corrente di uscita è calcolata con la formula I=1,25⋅R1. Questo tipo di inclusione è spesso usato come driver per i LED - il LED è acceso come carico.

Infine, un'insolita inclusione di un regolatore lineare - un circuito basato su alimentatore a commutazione. Il circuito C3R6 fornisce un feedback positivo per le oscillazioni.

Il chip LM317 ha un numero significativo di punti deboli. Ma l'arte della progettazione dei circuiti è quella di utilizzare i punti di forza del regolatore per bypassare le debolezze. Tutti gli svantaggi del chip sono identificati, e vengono dati consigli su come neutralizzarli. Pertanto, l'LM317 è popolare tra i creatori di apparecchiature radio professionali e amatoriali.

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