LM317 микросхема стабилизатор: характеристики, назначение выводов, аналоги

LM317 — регулируемый стабилизатор напряжения на 1,5А.

• Выходной ток 1,5 А.
• Диапазон регулирования выходного напряжения –1,2…37 В.
• Тепловая защита.
• Ограничение тока короткого замыкания.
• Ограничение выделяемой мощности (по встроенным температурным датчикам).
• Может использоваться для стабилизации высоких напряжений.
• В микросхеме отсутствует свинец.

Содержание

1. Корпус и назначение выводов
2. Типовая схема применения
3. Предельно допустимые значения
4. Электрические характеристики
5. Внутренняя схема LM317
6. Типовая схема включения для замера параметров
7. Информация для использования
8. Основные принципы работы LM317
9. Регулирование нагрузки
10. Внешние конденсаторы
11. Защитные диоды
12. Импортные и отечественные аналоги LM317
13. Типовые эксплуатационные характеристики

Корпус и назначение выводов

Вывода:

1 – Регулировка.

2 – V_OUT, Выходное напряжение.

3 – V_IN, Входное напряжение.

Теплоотводящая пластина корпуса микросхемы соединена с выводом 2.

Типовая схема применения

*Cin устанавливается в непосредственной близости к регулятору при отсутствии или значительном удалении фильтрующих конденсаторов источника питания.

** CO не влияет на параметры регулятора, но снижает высокочастотные помехи выходного напряжения.

Предельно допустимые значения

Параметр	Обозн.	Величина	Ед. изм.
Диапазон регулирования	VВХ−VВЫХ	−0.3…40	V
Мощность рассеяния	PD	Внутр.огранич.	W
Корпус 221A
TA = +25°C
Тепловое сопротивление	θJA	65	°C/W
кристалл-воздух
Тепловое сопротивление	θJC	5	°C/W
кристалл-корпус
Корпус 936 (D2PAK−3)	PD	Внутр. огранич.	W
TA = +25°C
Тепловое сопротивление	θJA	70	°C/W
кристалл-воздух
Тепловое сопротивление	θJC	5	°C/W
кристалл-корпус
Диапазон рабочих температур	TJ	− 55…+150	°C
Диапазон температур хранения	Tstg	− 65…+150	°C

Примечания:

1. Превышение предельно допустимых значений, указанных в таблице, может привести к необратимым повреждениям микросхемы.
2. Рекомендуемые условия работы не должны превышать работу устройства с предельно допустимыми значениями параметров.
3. Длительная работа с предельно допустимыми значениями в будущем может повлиять на надежность работы устройства.

Электрические характеристики

Параметр	Обозн.	Мин	Тип	Макс	Ед. изм.
Ток на выводе регулировки	IAdj	−	50	100	µA
Опорное напряжение, 3,0V≤VI−VO≤ 40V, 10mA≤IO≤Imax, PD≤Pmax	Vref	1.2	1.25	1.3	V
Минимальный ток нагрузки для начала стабилизации (VI−VO = 40 V)	ILmin	−	3.5	10	mA
Максимальный ток нагрузкиMaximum Output Current	Imax				A
VI−VO≤15 V,		1.5	2.2	−
VI−VO = 40 V,		0.15	0.4	−
Средний уровень шума	N	−	0. 003	−	% VO
Уровень пульсаций	RR				dB
без CAdj		−	65	−
CAdj = 10 µF		66	80	−
Температура отключения	−	−	180	−	°C
Тепловое сопротивление кристалл-корпус	RθJC	−	5	−	°C /W

Внутренняя схема LM317

Микросхема содержит 29 транзисторов.

Типовая схема включения для замера параметров

Значение R2 найти по формуле: V_out =I_SET х R2 + 1,250 х V_in, где I_SET=5,25 mA.

Основные принципы работы LM317

LM317 – 3-выводная интегральная микросхема-стабилизатор напряжения. Это 3-клеммный плавающий регулятор. Для осуществления основной функции по стабилизации выходного напряжения между регулировочным выводом и выходом микросхемы формируется опорное напряжение (Vref) 1,25 В.

Значение выходного напряжения задается по формуле:

Значение тока на регулировочном выводе микросхемы (IAdj) не превышает 100 mkA во всем диапазоне нагрузок и регулируемых напряжений. Поэтому для практического использования вторым членом в формуле можно пренебречь.

На основе анализа формулы можно сделать вывод, что микросхема имеет ограничения по минимальному току нагрузки. Если его значения меньше величины, указанной в соответствующем пункте таблицы «электрические параметры» выходное напряжение будет подниматься.

В LM317 для стабилизации выходного напряжения контролируется опорное напряжение между выводами, поэтому микросхему можно использовать для работы с высокими напряжениями относительно земли.

Рисунок: основная схема включения.

Регулирование нагрузки

LM317 способен стабилизировать выходное напряжение в широком диапазоне нагрузок. Для максимальной эффективности стабилизации необходимо учесть ряд требований:

1. программирующий резистор (R1) размещается максимально близко к микросхеме, чтобы исключить влияние подводящих проводников;
2. заземляющий конец R2 подсоединяется к основным дорожкам (шинам) заземления на плате, чтобы улучшить регулирование нагрузки.

Внешние конденсаторы

Чтобы уменьшить влияние входного импеданса подводящей линии, повысить стабильность работы регулятора, в непосредственной близости к выводу 3 (V_IN) устанавливают входной байпасный конденсатор (C_in), – дисковый 0,1 F или танталовый 1,0 F.

Между выводом регулировки и нулевым проводником устанавливают конденсатор C_Adj. Он предотвращает появление пульсаций на выходе микросхемы. Конденсатор емкостью 10 µF подавляет пульсации на 15 дБ при выходном напряжении 10 В.

LM317 будет эффективно выполнять функции регулятора напряжения и при отсутствии конденсатора С_О. Однако производитель рекомендует устанавливать на выходе микросхемы фильтрующий конденсатор, – 1,0 µF танталовый или 25 µF алюминиевый электролитический. Он погасит возможные ВЧ шумы и помехи и обеспечит стабильность работы регулятора.

Защитные диоды

Если LM317 используется с выходными конденсатора, рекомендуется устанавливать защитные диоды, как показано на рисунке. При снятии питающего напряжения они предотвратят несанкционированную разрядку выходных конденсаторов через вывод 2 (V_OUT) микросхемы.

На рисунке приведена рекомендуемая схема подключения LM317 с защитными диодами для напряжения на выходе свыше 25 В или высоких значений емкости (C_O > 25µF, C_Adj > 10µF).

Комбинация диодов D1 и D2 полностью защищает микросхему от возможного разряда конденсаторов C_Adj и С_О.

Рисунок: регулятор напряжения с диодной защитой.

Импортные и отечественные аналоги LM317

Уже не одно десятилетие интегральные регуляторы напряжения с различными параметрами выпускаются импортными и отечественными производителями радиоэлектронных компонентов. Поэтому найти для замены LM317 полный аналог или микросхему с максимально близкими характеристиками не представляет особого труда.

Среди продукции отечественных производителей самой популярной заменой является КР142ЕН12.

Перечень полных аналогов LM317 импортного производства включает: GL317; SG317; UPC317; ECG1900.

Список для замены LM317 будет неполным, если в него не включить элементы с близкими техническими параметрами:

• LM117 LM217 – работают в диапазоне температур -55… +150 °С,
• LM338, LM138, LM350 — регуляторы напряжения на 5А, 5А и 3А,
• LM317HV, LM117HV — выходное напряжение на выходе до 60V.

Типовые эксплуатационные характеристики

Зависимость относительного изменения выходного напряжения от температуры кристалла.

Зависимость выходного тока от разницы входного и выходного напряжения.

Зависимость силы тока на выводе «регулировка» от температуры кристалла.

Зависимость опорного напряжения от температуры кристалла.

Зависимость минимального рабочего тока (тока покоя) от разницы входного и выходного напряжения.

Зависимость уровня пульсаций от выходного напряжения.

Зависимость уровня пульсаций от выходного тока.

Зависимость уровня пульсаций от частоты.

Зависимость выходного импеданса от частоты.

График отклика микросхемы на импульс входного напряжения.

График отклика микросхемы на импульс изменения нагрузки.

Регуляторы напряжение на основе линейного стабилизатора LM317

---

Регуляторы напряжение для различных электронных схем, использующих интегральный линейный стабилизатор LM317. LM317 — это микросхема стабилизатора положительного напряжения с тремя выводами от американской компании National Semiconductors. ИС способна обеспечивать выходной ток до 1,5А, входное напряжение может составлять до 40 В, а выходное — от 1,2 В до 37 В.

Содержание

1. Регуляторы напряжение на LM317 — типовая схема линейного стабилизатора
2. Регулируемый стабилизатор с цифровым выбором выхода.
3. Регулятор постоянного напряжения и тока 5А
4. Схема повторителя напряжения с использованием LM317

Регулируемый линейный стабилизатор LM317

Выше показана классическая схема регулятора напряжения на LM317. Входное напряжение подается на контакт 3 (v in) ИС, а регулируемое выходное напряжение поступает на контакт 2 (V out) микросхемы. Цепочка резисторов, состоящая из R1 и R2, соединенных вместе с выводом 1 (adj), используется для установки выходного напряжения. С1 — конденсатор входного фильтра, а C2 — емкость выходного фильтра. Выходное напряжение схемы регулятора зависит от уравнения: Vout = 1,25 В (1+(R2/R1))+Iadj R2.

Регулируемый стабилизатор с цифровым выбором выхода.

Цифровой регулятор напряжения LM317

Выше показана очень простая схема регулируемого стабилизатора с цифровым выбором выхода. Схема представляет собой всего лишь модификацию обычного стабилизатора напряжения на LM317. Параллельно резистору R4 добавляются еще четыре ответвления резистора, каждая с транзисторным ключом. Эти резисторы могут быть включены или исключены из схемы путем добавления соответствующего переключающего транзистора.

Проще говоря, выходное напряжение будет соответствовать логическому уровню цифровых входов A, B, C и D. Высокий логический уровень на клемме A включит Q1, и поэтому резистор R5 будет добавлен параллельно R4 и так далее. Добавление каждого сопротивления параллельно R4 уменьшит эффективное сопротивление цепи. И поэтому выходное напряжение сопротивления будет уменьшаться ступенчато. Ширина каждого шага зависит от номинала резисторов, которые были установлены. Резистор R4 устанавливает максимальное выходное напряжение в соответствии с уравнением Vout Max = 1,25 В (1 + (R4/R3)) + (Iadj x R4).

Регулятор постоянного напряжения и тока 5А

Для простоты понимания, что такое регуляторы напряжение, расположенная выше схема наглядно показывает, что представляет собой стабилизатор постоянного тока 5А, выполненного на LM317. Такое устройство просто необходимо в арсенале любителя электроники. Помимо микросхемы LM317, в схеме также используется один операционный усилитель LM310. Диод D3 и конденсатор C6 образуют цепь компенсации для операционного усилителя.

Выходное напряжение схемы регулятора подается обратно на неинвертирующий вход операционного усилителя, в то время как выходное напряжение операционного усилителя подается обратно на инвертирующий вход самого операционного усилителя через конденсатор C7. Резистор R16 ограничивает входной ток микросхемы LM317 и базовый ток транзистора Q5.

C6 — это конденсатор входного фильтра, а C9 — конденсатор выходного фильтра. Подстроечный резистор R10 можно использовать для регулировки выходного тока, а подстроечником R11 можно регулировать выходное напряжение. Светодиод D2 обеспечивает визуальную индикацию, когда цепь работает в режиме постоянного тока.

Схема повторителя напряжения с использованием LM317

Схема повторителя напряжения — это схема, которая дает значительное усиление по току, в то время как усиление по напряжению поддерживается равным единице (или близкой к ней). Повторитель мощности, в отличии от повторителя напряжения, он способен выдерживать большие токи. Типичная схема повторителя напряжения, разработанная с использованием транзистора с параметрами малого сигнала, может выдерживать ток в несколько сотен миллиампер.

Схема повторителя мощности, показанная ниже, может выдерживать выходной ток до 600 мА. Схема, представляет собой не что иное, как схему эмиттерного повторителя с использованием силового транзистора LM195 (Q6) со схемой ограничителя тока на основе LM317, подключенной к эмиттеру. Проще говоря, цепь ограничения тока заменяет «эмиттерное сопротивление» классического транзисторного эмиттерного повторителя. Конденсатор С10 — входной фильтр. LM195 — монолитный силовой транзистор с полной защитой от перегрузки.

Цепь повторителя мощности

Примечание

• Все схемы, показанные выше, могут быть подключены к монтажной плате.
• В любом случае печатная плата — лучший вариант, если вы можете ее сделать.
• Максимальный ток нагрузки, который может выдержать LM317, составляет 1 А.
• Стабилизатор LM317 в устройстве должен быть установлен на радиатор, где выходной ток превышает 250 мА.
• Радиатор может быть размером 2x2x2 см из ребристого алюминия.
• LM195, также требует аналогичного радиатора.
• Используйте специальный держатель для установки LM301.
• Для MJ4502 требуется радиатор из ребристого алюминия размером 6x6x2 см.
• Размеры радиатора являются приблизительными, и вы можете использовать теплоотводы немного большего или меньшего размера в зависимости от наличия. Всегда больше — лучше, хотя нет ничего хорошего в радиаторе сильно большого размера.
• Конденсаторы входного и выходного фильтров в этих схемах предпочтительнее ставить твердотельного танталового типа.

Регулятор напряжения LM317 с обратно выбранным выходом

\$\начало группы\$

Я имею дело со старой схемой, в которой использовалась любопытная форма управления регулятором напряжения. Он полагался на семь резисторов, которыми он управлял по отдельности, а параллельное сочетание этих сопротивлений устанавливало выходной сигнал регулятора напряжения. Это было сделано с использованием L200, который больше недоступен, и это было легко сделать, потому что «нижние» резисторы обратной связи можно было очень легко включить. Это также можно сделать с помощью LM317, однако необходимо сделать «верхний» резистор обратной связи параллельной комбинацией. Эскиз специй показывает основную идею: Здесь R4 устанавливает минимальное выходное напряжение.

Затем можно увеличить выходное напряжение для каждого резистора, добавленного параллельно R4. В этом приложении массив обратной связи состоит из семи резисторов номиналом от 55 Ом до 3 кОм. Источник питания работает от 36 В, а питание логики от 5 В. Комбинация резисторов обновляется раз в секунду, поэтому здесь нет высокоскоростного переключения.

Я узнал, что это чувствительная часть схемы, а это означает, что сопротивление и напряжение не могут быть сильно изменены до потери точности. Биполярные транзисторы не будут работать, потому что базовые токи будут изменять напряжения резисторов. Полевые транзисторы были бы лучше, но мои наброски схемы привели к нестабильности, если привод затвора пытается установить связь с VOUT или VADJ. Аналоговые переключатели с низким Rds(on), которые можно использовать в приложении 36 В, трудно найти и они дороги. Обычные механические реле также могут работать, но могут столкнуться с ограничениями по физическим размерам и, возможно, со сроком службы.

Похоже, что оптопары имеют проблемы с получением достаточно низкого «закрытого» импеданса. Или, может быть, один из вышеперечисленных вариантов работает, а я еще не нашел нужную деталь или схему, что приводит меня к вопросу:

Мой вопрос к группе: не мог бы кто-нибудь порекомендовать схему управления для каждого параллельного резистора, которая вызывала бы импеданс менее одного Ома на переключающем элементе при включении и эффективную разомкнутую цепь при отключении? Лучшим ответом будет использование часто встречающихся дискретных значений.

\$\конечная группа\$

9

\$\начало группы\$

Похоже, вам нужен «переключатель нагрузки» верхнего плеча, который как минимум представляет собой N-канальный полевой МОП-транзистор логического уровня, который затем переводит затвор на P-канальный МОП-транзистор в низкий уровень, чтобы включить его. Они обычно продают их в интегрированной форме (поищите «встроенный переключатель нагрузки») с набором дополнительных функций, таких как управление скоростью нарастания и дополнительная схема разрядки выходного сигнала в выключенном состоянии. Вот вырезка из таблицы данных onsemi FDC6331L, которая является минималистской версией, так что вы получите основную информацию о ней.

Однако, если вам не нужны причудливые штуки и/или встроенные не соответствуют вашим требованиям, вы также можете собрать один из дискретных полевых транзисторов. \$V_{GS}\$ PMOS должен поддерживать ваше максимальное выходное напряжение регулятора, и то же самое должно быть и с NMOS \$V_{DS}\$, особенно если вы собираетесь иметь большую цепочку этих переключающих блоков. в параллели. Также стремитесь к низкому \$R_{DS(on)}\$ на PMOS, чтобы он не мешал резистору, который вы пытаетесь включить.

Приведенное ниже моделирование дает пример того, как вы можете сделать один блок переключения, используя эту схему.

Я использовал модели FET, встроенные в LTspice, чтобы упростить работу с ними, но вам следует выбирать фактические компоненты в соответствии с вашими конкретными требованиями. Логический сигнал, управляющий вентилем NMOS, становится высоким до 5 В на отметке 100 мс. Это происходит, когда включается дополнительный параллельный резистор 291 Ом, и выходное напряжение увеличивается с ~ 5,6 В до ~ 9,9 В (как и ожидалось). Медленный переход обусловлен конденсатором 10 мкФ на выводе ADJ (рекомендуется в техническом описании).

Содержимое вышеуказанного файла LTspice

.asc на случай, если вы хотите запустить его на своем компьютере:

 Версия 4
ЛИСТ 1 1928 692
ПРОВОД -144 144 -208 144
ПРОВОД 0 144 -64 144
ПРОВОД 64 144 0 144
ПРОВОД 416 144 320 144
ПРОВОД 640 144 416 144
ПРОВОД 800 144 640 144
ПРОВОД 944 144 800 144
ПРОВОД 1088 144 944 144
ПРОВОД 800 176 800 144
ПРОВОД 1088 176 1088 144
ПРОВОД -208 192 -208 144
ПРОВОД 0 192 0 144
ПРОВОД 640 192 640 144
ПРОВОД 944 192 944 144
ПРОВОД 736 208 688 208
ПРОВОД 416 240 416 144
ПРОВОД 736 288 736 208
ПРОВОД 800 288 800 256
ПРОВОД 800 288 736 288
ПРОВОД -208 304 -208 272
ПРОВОД 0 304 0 256
ПРОВОД 944 304 944 256
ПРОВОД 1088 304 1088 256
ПРОВОД 640 320 640 288
ПРОВОД 800 352 800 288
ПРОВОД 192 432 192 240
ПРОВОД 416 432 416 320
ПРОВОД 416 432 192 432
ПРОВОД 640 432 640 400
ПРОВОД 640 432 416 432
ПРОВОД 976 432 848 432
ПРОВОД 192 464 192 432
ПРОВОД 416 464 416 432
ПРОВОД 976 464 976 432
ПРОВОД 800 496 800 448
ПРОВОД 192 576 192 528
ПРОВОД 416 576 416 544
ПРОВОД 976 576 976 544
ФЛАГ 0 304 0
ФЛАГ -208 304 0
ФЛАГ 416 576 0
ФЛАГ 192 576 0
ФЛАГ 944 304 0
ФЛАГ 1088 304 0
ФЛАГ 976 576 0
ФЛАГ 800 496 0
ФЛАГ 1088 144 Ввых.  
ФЛАГ 976 432 логика
ФЛАГ -208 144 Вин
СИМВОЛ PowerProducts\\LT317A 192 144 Р0
SYMATTR имя_установки U1
СИМВОЛ напряжение -208 176 R0
SYMATTR имя_установки V1
Значение SYMATTR 36
СИМВОЛ рез -48 128 R90
ОКНО 0 0 56 VНиз 2
ОКНО 3 32 56 VTop 2
SYMATTR имя_установки R1
Значение SYMATTR 10 м
СИМВОЛ крышка -16 192 R0
SYMATTR имя_установки C1
Значение SYMATTR 22 мк
СИМВОЛ разрешение 400 224 R0
SYMATTR имя_установки R2
Значение SYMATTR 291
СИМВОЛ разрешение 400 448 R0
SYMATTR имя_установки R3
Значение SYMATTR 1k
СИМВОЛ крышка 176 464 R0
SYMATTR имя_установки C2
Значение SYMATTR 10 мк
СИМВОЛ крышка 928 192 R0
SYMATTR имя_установки C3
Значение SYMATTR 10 мк
СИМВОЛ ток 1088 176 R0
ОКНО 123 0 0 Слева 0
ОКНО 3924 108 Левый 2
SYMATTR имя_установки I1
Значение SYMATTR 100 м
Загрузка SYMATTR SpiceLine
СИМВОЛ pmos 688 288 R180
SYMATTR имя_установки M1
Значение SYMATTR FDC5614P
СИМВОЛ разрешение 624 304 R0
SYMATTR имя_установки R4
Значение SYMATTR 291
СИМВОЛ разрешение 784 160 R0
SYMATTR имя_установки R5
Значение SYMATTR 100 тыс.
   
СИМВОЛ nmos 848 352 M0
SYMATTR имя_установки M2
Значение SYMATTR 2N7002
СИМВОЛ напряжение 976 448 R0
ОКНО 123 0 0 Слева 0
ОКНО 39 0 0 Слева 0
SYMATTR имя_установки V2
Значение SYMATTR PWL(0 0 +100м 0 +1м 5)
ТЕКСТ -106 432 Влево 2 !.тран 300м
 

\$\конечная группа\$

3

Зарегистрируйтесь или войдите в систему

Зарегистрируйтесь с помощью Google

Зарегистрироваться через Facebook

Зарегистрируйтесь, используя электронную почту и пароль

Опубликовать как гость

Электронная почта

Требуется, но никогда не отображается

Опубликовать как гость

Электронная почта

Требуется, но не отображается

Нажимая «Опубликовать свой ответ», вы соглашаетесь с нашими условиями обслуживания, политикой конфиденциальности и политикой использования файлов cookie

.

Линейные стабилизаторы на основе операционных усилителей

Опытные аудиофилы знакомы с монолитными линейными стабилизаторами. регуляторы, такие как серия 78xx и LM317. Вот упрощенный блок-схема стандартного линейного регулятора от National Примечание по применению полупроводников 1148:

Посмотрим… У нас есть операционный усилитель, пара транзисторов, источник опорного напряжения и несколько резисторов. Можем ли мы построить линейный регулятор из этих отдельных компонентов? Да мы можем!

Зачем делать регулятор своими руками?

До того, как монолитные регуляторы ИС стали популярными, люди делали линейные регуляторы из дискретных компонентов и, возможно, ИС общего назначения или два. Я назову их самодельными регуляторами, лучшего термина не найти.

Подобно операционному усилителю μA741 IC для небольших дискретных усилителей в В конце 1960-х годов изобретение 3-выводного стационарного IC-регулятора a несколько лет спустя начали вытеснять самодельные регуляторы и полностью дискретные регуляторы. Эти регуляторы IC просты в применении, занимают небольшую плату. пространство, и имеют довольно хорошую производительность. Вторичные эффекты этих Факты в том, что 3-контактные регуляторы, такие как LM317, производятся несколькими производителей, и вы можете получить их всего за 50 центов в единичные количества. И если вы хотите потратить немного денег, чтобы получить даже лучшая производительность, есть много улучшенных регуляторов на рынок. Так зачем же возвращаться в те времена, когда люди делали их собственные линейные регуляторы из общих частей?

Основная проблема с улучшенными линейными регуляторами IC на рынке заключается в том, что у них нестандартная распиновка и они могут быть довольно дорогими. Рассмотрим сильноточный высокоскоростной LDO Linear Technology LT1581. регулятор: это 7-контактный корпус типа TO-220 и стоит около 13 долларов США. для единичных единиц. За 13 долларов можно купить неплохую коллекцию части. Если вы можете позволить себе место на доске, которое занимает подход «сделай сам», вы часто может быть равным или лучше производительности монолитной ИС регуляторы.

В этой статье рассказывается об истории популярной серии DIY линейных регуляторы. Начиная с исходных концепций, в основном идентичных блок-схема архетипа выше, эта конкретная нить через историю завершится в очень сложном дизайне. Потому что этот окончательный дизайн развивались по частям в течение двух десятилетий, вот как Я покажу это. Я думаю, показывая шаги этой серии конструкций прошел через средства понимания окончательного дизайна.

Проследим нить по страницам журнала Аудиолюбитель , предшественник audioXpress . audioXpress предлагает полный каталог прошлых выпусков, начиная с 1970 года, вот как я следил за историей. (Большинство прошлых выпусков все еще доступны в печатная форма; несколько лет в 1970-х распроданы сейчас и только доступны на их переиздание компакт-диска 1970-х гг.) Моя цель здесь не в том, чтобы дублировать этот материала, а обобщать его и служить руководством к нему. Если хочешь полную информацию об этих проектах, я рекомендую вам получить вопросы, которые я Справка. Многие из этих статей содержат много информации, которая Я тут приукрашиваю.

Как работает последовательный линейный регулятор?

Приведенная выше блок-схема архетипа называется последовательной линейной регулятор, потому что проходной транзистор включен последовательно между входом и вывод. Этот тип регулятора основан на простой идее: вы можете управлять напряжением на выходе транзистора, манипулируя напряжение на базе. Изучим дизайн архетипа выше.

К одному входу операционного усилителя (называемого усилителем ошибки) подключен опорное напряжение, VREF. Вы можете сделать ссылки напряжения во многих по-разному, поэтому используемая технология не имеет значения. точка. Хороший эталон выдает фиксированное напряжение при изменении условия, и вы можете получить версии, которые выдают любую из нескольких стандартные напряжения.

К другому входу усилителя ошибки подключена средняя точка делитель напряжения. Мы вернемся к этому позже.

Операционный усилитель пытается уравнять два входных напряжения, регулируя выходное напряжение. На схеме выход усилителя ошибки подключен к базе транзистора NPN: когда усилитель ошибки пропускает ток в базы этого транзистора, он позволяет току течь от коллектора к эмиттер, а этот транзистор, в свою очередь, потребляет ток от базы проходной транзистор. Такое расположение позволяет операционному усилителю, способному управлять несколько десятков миллиампер контролируют ампер или около того тока через проход транзистор.

Теперь самое интересное. Допустим, у вас есть опорное напряжение 5 В и делитель напряжения настроен на деление напряжения от VOUT до GND на 4. Поскольку операционный усилитель пытается сделать два своих входа равными, а один вход (опорное напряжение) остается постоянным, он регулирует свой выходной сигнал напряжение до тех пор, пока в средней точке делителя не появится 5В. С это делитель напряжения с делением на 4, VOUT достигает 20 В, и это остается там, потому что это система реального времени, постоянно корректирующая к меняющимся условиям.

Вуаля, у вас серийный линейный регулятор.

(Если вы хотите узнать больше о работе линейных регуляторов, я рекомендуем прочитать примечание к приложению AN-1148, на которое я ссылаюсь выше.)

Эта простая конструкция не идеальна. Усилитель ошибки может только вращается так быстро, эталонное напряжение будет иметь некоторую ошибку, выход регулятор имеет эффективный импеданс, что приводит к токомодулированному напряжение падает, и все рассматриваемые компоненты дрейфуют в степени при изменении температуры. Кроме того, все компоненты в Регулятор издает некоторый шум, который усиливается с повышением температуры. поднимается.

Начало изощренности: регулятор Sulzer

В выпуске The Audio Amateur от 2/1980 Майк Сульцер опубликовал этот регулятор дизайн:

В этом дизайне есть несколько тонких улучшений по сравнению с архетип:

• В качестве усилителя ошибки используется быстрый малошумящий NE5534.
• Нерегулируемые пульсации напряжения питания в значительной степени фильтруются RC-цепочкой фильтр нижних частот с низкой угловой частотой (R3 и C3+C4), а шум стабилитрона подавляется другим фильтром, R4 и C5. Эти фильтры являются шагом вперед по сравнению с перепускными крышками, которые используются в монолитных линейных регуляторы, потому что они так тесно вплетены в эту конструкцию.
• Большой колпачок C1 снижает усиление регулятора, начиная с низкая частота, чтобы высокочастотный шум не усиливался ошибка усилителя.

Выходное напряжение равно VREF × (R2/R1 + 1).

NE5534 был самым популярным новым чипом в 1980 году по цене около 13 долларов за штуку. Деньги 2008 года. Теперь NE5534 является универсальным, и вы можете приобрести его за менее 1 доллара. Стоимость операционного усилителя примерно равноценна стоимости операционного усилителя. стоимость LM317. Части помимо того, что вы добавили бы к Схема LM317 (скажем, 3 конденсатора и 2 резистора) должна стоить всего несколько долларов больше, а производительность должна быть лучше, чем у ЛМ317. Мне достоверно известно, что усилитель ошибки в LM317 ближе всего по характеристикам к 741; как производительность усилителя ошибки идет, так идет производительность регулятора. Некоторые оглядываются на NE5534 с пренебрежением в наши дни, но он все еще на много миль впереди 741.

В статье много полезной информации о том, как Sulzer спроектировал и испытал свой регулятор, так что копать стоит это если вы планируете делать регуляторы Sulzer.

Вариации Sulzer

В выпуске The Audio Amateur от 1/1981 компания Sulzer опубликовала следующую статью. Эта статья больше похожа на набор случайных идей, выброшенных на ветер. люди, чтобы попробовать, а не другой сильный дизайн, как в первой статье. Поскольку есть более поздние варианты, которые работают лучше и больше не сложный, схему схемы 81 года показывать не буду.

Следующие идеи впервые появились в статье 1981 года:

• использование LM317 в качестве предварительного регулятора
• замена стабилитрона прецизионным опорным напряжением
• подключение коллектора проходного транзистора непосредственно к нерегулируемая подача
• добавление еще одного транзистора большего размера на выходе в Дарлингтоне конфигурация для получения большего выходного тока

Наиболее заметным из этих достижений является предварительный регулятор. Он сохраняет падение напряжения на проходном транзисторе становится почти постоянным, улучшая его производительность. Это также устраняет необходимость в низкочастотном фильтре на Вывод V+ усилителя ошибки, что позволяет сэкономить на деталях и, возможно, улучшить производительность операционного усилителя, так как он снижает импеданс питания.

В статье 1980 года Зульцер упоминает Джима Брейколла (среди прочих). с помощью конструкции регулятора. В выпуске 1/1983 г. The Audio Amateur Breakall и другие опубликовали статью с обширным серия тестов того, что в основном является Sulzer ’81. Они сосредоточились на выходном импедансе, и они сравнили новый дизайн DIY с ЛМ317 и ЛМ340. Они также протестировали несколько различных операционных усилителей в регулятор. Как можно догадаться, регулятор Sulzer с 741-дюймовым он работал примерно так же, как LM317, но с хорошим операционным усилителем. Регулятор Sulzer значительно превзошел LM317. Они показали небольшой степень улучшения от добавления предварительного регулятора, но не настолько как вы могли подумать. Эту статью стоит откопать для теста результаты и методы.

В выпуске The Audio Amateur от 1/1987 Ян Дидден вмешивается в некоторые Варианты регулятора Sulzer. Он использует 7818 в качестве предварительного регулятора. и 7805 в качестве эталона, и он использует лучший проходной транзистор, чем универсальный Sulzer использовал. Это интересная схема, но я не думаю, что это стоит показывать здесь.

Регулятор Sulzer-Borbely

Также в выпуске 1/1987 плодовитый дизайнер Эрно Борбели опубликовал Предусилитель с подвижной катушкой с регулируемым источником питания типа Sulzer. Борбели не вдавался в подробности о своих вариациях, наверное потому что это действительно не серьезное улучшение. Вариант Борбели в основном вдумчивое упражнение по выбору из идей, которые были раньше. Это солидный дизайн, который стоит повторить:

Наиболее заметное улучшение по сравнению с идеями Sulzer и Breakall статьи в том, что пререгулятор более продуманно реализовано.

Единственная проблема, с которой я столкнулся в связи с дизайном Borbely, — это выбор Эталон ширины запрещенной зоны LM336. Главное в запрещенных зонах то, что они могут быть изготовлены с гораздо меньшим падением напряжения, чем стабилитроны, но они шумнее, чем скрытый эталон типа стабилитрона. Так как нам не нужно функция низкого напряжения для высококачественного звука, я думаю, что это больше разумно пойти с LM329здесь зарыт зенер. Тем не менее, запрещенная зона ссылка по-прежнему является улучшением по сравнению со стандартным стабилитроном как с точки зрения шум и стабильность. Просто закопанный стабилитрон еще лучше, если вы можете позволить себе более высокое падение напряжения.

Суперрегулятор Юнга

Наконец мы подошли к регулятору Юнга. В первых двух выпусках ТАА в 1995 году Юнг описывает свою схему и дает несколько очень подробных тестов. его результаты по сравнению с несколькими другими типами линейных регуляторов. В выпуске 3, Ян Дидден дает топологию печатной платы для схемы и дает несколько советов. применение схемы регулятора. И в выпуске 4 Гэри Гало делает некоторые субъективные тесты на регуляторе в качестве модификаций к реальным схемам, с врезками, написанными Юнгом и Дидденом. Если вы хотите только забрать несколько старых выпусков из всех, о которых я упоминаю, возьмите первые два в этом сериал минимум. Полный набор из четырех очень полезен.

Основные отличия регулятора Юнга от оригинала В конструкции Sulzer есть: более проходной транзистор (Д44х21), другой привод схема проходного транзистора, без предварительного регулятора, улучшенный операционный усилитель (AD797), защита операционных усилителей, прецизионный эталон (LM329) и дистанционное измерение.

Усилитель ошибки в регуляторе Sulzer влияет на регулирование напряжения стандартным образом: он меняет свой выходной ток, который изменяет падение напряжения на проходном транзисторе. Регулятор Юнга использует совсем другой механизм управления. В регуляторе Юнга константа источник тока (Q2 и связанные с ним детали) подает ток на базу транзистора, и усилитель ошибки поглощает столько же, сколько требуется для поддержания желаемого выходного напряжения. (диод встроенный с выход операционного усилителя, поэтому он может потреблять только ток.) два больших преимущества этой конфигурации. Во-первых, CCS косвенно ограничивает максимальный выходной ток регулятора до разумного стоимость. Короткое замыкание на выходе стандартного регулятора Sulzer возможно разрушить проходной транзистор. Во-вторых, выдает ошибку выходной каскад усилителя глубоко в классе A, устраняя кроссовер искажения при нормальной работе.

Фильтр нижних частот находится на выводе V+ операционного усилителя, как и в оригинальный дизайн Sulzer (R3, C2), но Юнг говорит, что это необязательно. Один создается впечатление, что он предпочел бы просто полагаться на силу поведение подавления пульсаций операционного усилителя. Есть некоторое беспокойство что резистор в этом фильтре мог иметь модулированное нагрузкой падение напряжения через него, таким образом, возможно увеличивая рябь в источнике питания булавки. В четвертой статье серии Гэри Гало говорит, что слышал разница между версией с фильтром и без, и говорит он предпочитает версию с фильтром.

Обратите внимание, что коллектор проходного транзистора соединяется непосредственно с нерегулируемый вход питания, а не после фильтра нижних частот, как в оригинальная схема Sulzer. Это удерживает сильноточный путь на низком уровне. полное сопротивление и снижает влияние выходного тока на шины питания операционного усилителя.

Диоды на входах усилителя ошибки защищают его от перенапряжения. Некоторые операционные усилители имеют такие диоды на входах уже, но даже небольшой дискретный диод может пропускать гораздо больший ток, чем встроенные диоды.

В этой серии статей указано несколько особенностей компоновки. Они не являются частью схемы как таковой , но они часть намеченной реализации. (Вы можете сделать и то, и другое для также варианты Sulzer.) Во-первых, R2 и R8 не подключаются напрямую к выход проходного транзистора, как показано на рисунке. Вместо этого просто соедините их вместе и поместите проволочную прокладку между ними. Во-вторых, я использовал два разных символы заземления на схеме; каждый из них является отдельной звездной землей. два провода от выхода проходного транзистора и перехода R2/R8 перейти к положительной стороне нагрузки. Это позволяет схеме определения ошибки чтобы увидеть все ошибки, которые происходят между выходом собственно регулятора и нагрузка. Отдельный провод от каждой центральной точки заземления звезды идет к отрицательная сторона нагрузки, поэтому шум уходит на землю от цепи управления и измерения смешиваются только в точке нагрузки/измерения, поэтому Усилитель ошибок также может контролировать эти ошибки.

Если вы прокладываете отдельные провода от земли управления и датчиков к нагрузки, также следует подключить заземление нерегулируемой секции источника питания к отрицательной стороне нагрузки, чтобы избежать заземления петля. Также имейте в виду, что дистанционное зондирование сопряжено с риском: оно сильно увеличивает размер контура обратной связи усилителя ошибки и добавляет значительная индуктивность и, вероятно, также емкость от длинных проводов в эту петлю. Если вы добавляете дистанционное зондирование, вы должны проверить мощность питания для колебаний, особенно если вы используете быстродействующие операционные усилители, которые Юнг рекомендует. В четвертой статье серии есть информация о устранение неполадок колебаний.

Jung 2000 Regulator

В выпуске Audio Electronics за 4/2000 (преемник TAA) Уолт Юнг опубликовал новую версию своего регулятора с некоторыми улучшениями. по цепи 1995 года:

Я использовал те же имена компонентов, насколько это было возможно, чтобы помочь по сравнению с трассой 1995 года. Я повторно использую обозначение C2, потому что на самом деле это тот же самый конденсатор на модифицированных платах Диддена, хотя у него новая роль в этой цепи. Во всех остальных случаях новые компоненты имеют новые имена.

Первое, что вы заметите, это предварительный регулятор LM317, но я поговорим об этом позже. Представьте на мгновение, что ввод исходит от незадолго до D1.

Гораздо важнее изменить мощность усилителя ошибки. связь. Обратите внимание, что V+ исходит из вывода мощности. поставлять. Усилитель ошибки работает от чистой выходной мощности регулятора. вместо слегка фильтрованной нерегулируемой мощности. Очевидно, что R3 и C2 больше не требуется с этой конфигурацией. С3 тоже пришлось убрать потому что вы не можете использовать колпачок для обхода пленки на V+ усилителя ошибки питания больше, потому что усилитель становится нестабильным, если выход импеданс колпачка слишком низкий.

Диод на выходе усилителя ошибки теперь является стабилитроном на 6,8 В. Этот помогает регулятору запускаться более надежно. Может понадобиться в трудные ситуации в оригинальном контуре Юнга, но Юнг говорит это абсолютно необходимо в этой новой схеме. Если бы вы использовали обычный диод, выход усилителя ошибки, скорее всего, замкнется вблизи отрицательный рельс при запуске.

Теперь в схеме используется AD825. Юнг говорит, что у AD797 были проблемы с средах с сильными радиопомехами, так как его чувствительные входы будут исправлять помехи и сделать выход усилителя ошибки нестабильным. полевой транзистор входные микросхемы менее чувствительны к этой проблеме. Эмиттер-вырожденный Чипы с биполярным входом также считаются работоспособными; Юнг рекомендует AD817. Вам по-прежнему нужен довольно быстрый чип для этой цели и сильный выходной каскад помогает.

Значение по умолчанию для текущего источника уменьшено. Минимальный hFE у Д44х21 равен 60, поэтому минимальный ток с этого конфигурация составляет около 330 мА. Если вы отразите эту схему для отрицательного регулятора, минимальное значение hFE дополнительного D45h21 равно 40, поэтому минимальный ток будет больше похож на 225 мА. Вы не хотите без необходимости увеличивать выходной уровень схемы, потому что это ставит лишняя нагрузка на выходной каскад усилителя ошибки.

Светодиод и его последовательный резистор были изменены, чтобы соответствовать рекомендации Гэри Гало в части 4 из 1995 серия. Гало сказал они снижают падение напряжения. Юнг упоминает об использовании 2N2907. вместо 2Н5087, но отсева он не упоминает, правда Гало сказал, что это тоже помогло.

А теперь предрегулятор LM317. Реализация Юнга бесконечно умнее, чем предварительные регуляторы, используемые Sulzer и Борбели. Поскольку LM317 представляет собой плавающую конструкцию, Jung может обернуть регулятор вокруг проходного транзистора так, чтобы выход пререгулятора всегда остается фиксированной величиной выше выхода проходного транзистора. Показанные номиналы резисторов дают падение на 2,3 В. через пререгулятор, который должен быть достаточно высоким, чтобы вы могли потяните 1,5 A от него, не задев дропаут. Пререгулятор уменьшает количество пульсаций, которые должен удалить усилитель ошибки, уменьшает небольшие ошибки через текущий источник, и это занимает часть рассеиваемая мощность нагрузки от проходного транзистора. Единственный минус в предварительный регулятор заключается в том, что падение напряжения комбинированного регулятора поднимается примерно до 5  В.

В статье описаны изменения в виде модов на схему Диддена платы, поэтому я подозреваю, что платы, распространяемые audioXpress, по-прежнему оригинальный дизайн.

Схемы

Приведенные выше схемы доступны в формате PDF (36 КБ), который быть легче читать, чем графика выше.

Заключительные комментарии

У Уолта Юнга есть копии многих статей, которые он написал на своем веб-сайте. Он собрал те, которые имеют отношение к теме этой статьи здесь. (Примечание в в частности, что он опубликовал два промежуточных контура между 1995 серии и кульминации 2000 года.) Как видите, г-н Юнг был думает об этом как минимум с 1974 года, в котором он дает по существу та же схема, что и у архетипа в начале этой статьи. Тем не менее, я думаю, что трасса Sulzer 1980 года действительно положила начало новой направление в конструкции регулятора DIY, занимаясь очисткой входная мощность усилителя ошибки.

Джеффри Дженкинс предложил полезную техническую помощь с этим статья, которая была включена с момента первоначальной публикации.