Descrição das características, atribuição de pinos e circuitos de amostra do regulador de tensão linear LM317

Durante a concepção dos circuitos eléctricos é frequentemente necessário utilizar reguladores de voltagem de pequena ou média capacidade (até 1,5 A) ou fontes de tensão de referência. É conveniente se tal nó estiver disponível num desenho integrado, sob a forma de um único chip. Uma gama de 9 classificações de tensão DC de 5 a 24 V cobre a série 78XX. O nicho de operação da LM317 é o das tensões mais elevadas (até 37 V) e abaixo (até 1,2 V) desta gama, tensões intermédias, reguladores ajustáveis.

O que é a LM317

Trata-se de um regulador de tensão linear, cujo valor de saída pode ser definido dentro de certos limites ou reajustado. Está disponível em múltiplos pacotes de três pinos. A gama de tensão de saída de todas as variantes é a mesma, mas a corrente máxima pode variar.

Principais características do regulador de tensão linear LM317

As folhas de dados LM317 contêm informação técnica completa, que pode ser encontrada lendo a folha de dados. Seguem-se os parâmetros, cujo incumprimento é mais crítico e, se utilizado incorrectamente, o microcircuito pode falhar. Antes de mais, é a corrente máxima de funcionamento. É dada na secção anterior para diferentes versões. Deve ser acrescentado que, para obter a corrente máxima de 1,5 A, o CI deve ser montado num dissipador de calor.

A tensão máxima à saída de um regulador baseado na LM317 pode ser até 40V. Se isto não for suficiente, seleccionar um regulador analógico de alta tensão.

A tensão mínima de saída é de 1,25 V. Pode obter menos com este desenho de circuito, mas a protecção contra sobrecarga irá tropeçar. Esta não é uma boa opção - tal protecção deve funcionar contra o excesso de corrente de saída, como acontece com outros reguladores integrados. Na prática, portanto, não é possível obter um regulador que funcione a partir do zero quando é aplicado um enviesamento negativo ao pino de ajuste.

O valor mínimo da tensão de entrada não está especificado na ficha de dados, mas pode ser determinado a partir das seguintes considerações:

• A tensão mínima de saída é de 1,25 V;
• a queda mínima de tensão para Uout=37V é de três volts, é lógico assumir que para a saída mínima não deve ser menos;

Com base nestes dois pressupostos, pelo menos 3,5V devem ser aplicados à entrada para obter o valor mínimo de saída. Também para um funcionamento estável a corrente através do divisor deve ser de pelo menos 5 mA - para que a corrente parasitária do pino ADJ não introduza uma mudança de tensão significativa (na prática pode ser de até 0,5 mA).

Isto refere-se às informações das folhas de dados clássicas de fabricantes conhecidos (Texas Instruments, etc.). As novas fichas técnicas das empresas do Sudeste Asiático (Tiger Electronics, etc.) especificam este parâmetro, mas implicitamente como uma diferença entre a tensão de entrada e a tensão de saída. Deve ser de pelo menos 3 volts para todas as tensões, o que não contradiz o raciocínio anterior.

A tensão máxima de entrada não deve exceder a tensão de saída projectada em mais de 40V. Isto também deve ser considerado na concepção de circuitos.

Importante! Os parâmetros indicados só podem ser utilizados como referência se o chip for de um fabricante respeitável. Os produtos de fabricantes desconhecidos têm geralmente características inferiores

Atribuição de pinos e princípio de funcionamento

Foi mencionado que a LM317 é um regulador linear. Isto significa que a tensão de saída é estabilizada pela redistribuição de energia entre a carga e o regulador.

O transístor e a carga formam um divisor de tensão de entrada. Se a tensão definida na carga diminuir (devido a alterações na corrente, etc.), o transístor abre-se ligeiramente. Se aumentar, fecha, a relação de divisão muda e a tensão sobre a carga permanece estável. As desvantagens deste circuito são bem conhecidas:

• é necessário que a tensão de entrada exceda a tensão de saída;
• O transistor regulador tem de dissipar muita energia;
• A eficiência nem sequer pode teoricamente exceder a relação Uin/Uin.

Mas existem sérias vantagens (em relação aos circuitos de pulso):

• microcircuito relativamente simples e barato;
• Requer o mínimo de tubagem externa;
• e a principal vantagem é que a tensão de saída está livre de componentes parasitas de alta frequência (a interferência na fonte de alimentação é mínima).

O diagrama de circuito padrão do microcircuito é o seguinte:

• A tensão de entrada é aplicada ao pino de entrada;
• Saída - saída;
• Ajust - tensão de referência, da qual depende a tensão de saída.

As resistências R1 e R2 definem a tensão de saída. É calculado de acordo com a fórmula:

U out=1,25⋅ (1+R2/R1) +Iadj⋅R2.

Iadj é a corrente parasita da saída de ajuste, de acordo com o fabricante pode estar na gama de 5 μA. A prática mostra que pode atingir valores de uma ordem de grandeza ou duas superiores.

O condensador C1 pode ter uma capacidade de centenas a vários milhares de microfarads. Na maioria dos casos é o condensador de saída de um rectificador. Deve ser ligado ao microcircuito com um comprimento máximo de 7 cm. Se esta condição para o condensador rectificador não puder ser satisfeita, um condensador adicional de cerca de 100 µF deve ser ligado na proximidade imediata do terminal de entrada. O condensador C3 não deve ter uma capacidade superior a 100-200 µF, por duas razões:

• Para evitar que o estabilizador entre em modo de auto-oscilação;
• Para evitar um pico de corrente na carga quando a fonte de alimentação é aplicada.

No segundo caso, a protecção de sobrecarga pode ser desencadeada.

Deve ser lembrado que quando a corrente flui através do resistências, tornar-se-ão quentes (o que também é possível se a temperatura ambiente subir). A resistência de R1 e R2 muda, e não há garantias de que mudarão proporcionalmente. Por conseguinte, a tensão de saída pode mudar com o aquecimento ou arrefecimento. Se isto for crítico, podem ser utilizadas resistências com um coeficiente de resistência de temperatura normalizado. Podem ser distinguidos pela presença de seis riscas na caixa. Mas estes elementos são mais caros e mais difíceis de comprar. Outra opção é utilizar um regulador de voltagem adequado no lugar de R2.

Que análogos existem

Existem circuitos semelhantes desenvolvidos por outras empresas noutros países. Os análogos completos são:

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

Estão também disponíveis estabilizadores com características eléctricas mais elevadas. Correntes mais altas podem ser entregues:

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

Se for necessária uma fonte de tensão regulada com um limite superior de 60V, devem ser utilizados os estabilizadores LM317HV, LM117HV. O índice HV significa Alta Tensão.

Um equivalente doméstico é o KR142EN12, mas vem apenas no pacote TO-220. Isto deve ser tido em conta na concepção de placas de circuitos impressos.

Exemplos de circuitos de comutação de reguladores LM317

Os esquemas típicos do microcircuito são apresentados na ficha de dados. A aplicação padrão - regulador de voltagem fixa - é considerada acima.

Se uma resistência variável for instalada no lugar de R2, a tensão de saída do regulador pode ser prontamente ajustada. Note-se que o potenciómetro será o ponto fraco do circuito. Mesmo com resistências variáveis de boa qualidade, o ponto de contacto entre o deslizador e a camada condutora terá alguma instabilidade de ligação. Na prática, isto resultará em instabilidade adicional na tensão de saída.

Para protecção, o fabricante recomenda a inclusão de dois díodos D1 e D2. O primeiro díodo deve proteger contra uma situação em que a tensão de saída é mais alta do que a tensão de entrada. Na prática, esta situação é muito rara e só pode ocorrer se houver outras fontes de tensão no lado da saída. O fabricante observa que este díodo também protege contra um curto-circuito na entrada - o condensador C1 criaria então uma corrente de descarga de polaridade oposta, o que causaria a falha do chip. Mas dentro do chip, em paralelo com este díodo, existe uma cadeia de de estabilizadores e resistências, que funcionarão exactamente da mesma forma. Portanto, a necessidade deste diodo é questionável. E D2 nesta situação irá proteger a entrada do regulador da corrente do condensador C2.

Se eu colocar um transístor em paralelo R2 transistoro funcionamento do AVR pode ser controlado. Quando a tensão é aplicada à base do transístor, abre-se e afasta-se R2. A tensão de saída é reduzida para 1,25V. Aqui deve ter-se o cuidado de assegurar que a diferença entre a tensão de entrada e a tensão de saída não exceda 40V.

O efeito prejudicial do contacto do potenciómetro na estabilidade da tensão de saída pode ser reduzido ligando um condensador em paralelo com a resistência variável. Neste caso, o díodo de protecção D1 não interfere.

Se a corrente de saída do AVR for insuficiente, pode ser recarregada com um transístor externo.

Um regulador de voltagem pode ser transformado num regulador de corrente ao incorporar uma LM317 neste circuito. A corrente de saída é calculada utilizando a fórmula I=1.25⋅R1. Este tipo de inclusão é frequentemente utilizado como condutor de LEDs - o LED é ligado como uma carga.

Finalmente, uma inclusão invulgar de um regulador linear - um circuito baseado em fonte de alimentação de comutação. O circuito C3R6 fornece um feedback positivo para que as oscilações ocorram.

O chip LM317 tem um número significativo de fraquezas. Mas a arte da concepção de circuitos é usar os pontos fortes do regulador para contornar os pontos fracos. Todas as desvantagens do chip são identificadas, e é dado aconselhamento sobre como neutralizá-las. Por conseguinte, a LM317 é popular entre os criadores de equipamento de rádio profissional e amador.

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