Интегральный стабилизатор LM317

Схема линейного интегрального стабилизатора с регулируемым выходным напряжением LM317 разработана автором первых монолитных трёхвыводных стабилизаторов Р. Видларом почти 50 лет назад. Микросхема получилась настолько удачной, что без изменений выпускается в настоящее время всеми основными производителями электронных компонентов и в разных вариантах включения применяется во множестве устройств.

Корпуса и назначение выводов

Общая информация

Схемотехника устройства обеспечивает более высокие показатели по нестабильности параметров, в сравнении со стабилизаторами на фиксированное напряжение, и имеет практически все типы защиты, применяемые для интегральных микросхем: ограничение выходного тока, отключение при перегреве и превышении предельных рабочих параметров.

При этом требуется минимальное количество внешних компонентов для LM317, схема использует встроенные средства стабилизации и защиты.

Устройство выпускается в трёх вариантах исполнений – LM117/217/317, отличающихся предельно допустимой рабочей температурой:

• LM117: от -55 до 150 оС;
• LM217: от -25 до 150 оС;
• LM317: от 0 до 125 оС.

Все типы стабилизаторов производятся в стандартных корпусах TO-3, различных модификациях TO-220, для поверхностного монтажа – D2PAK, SO-8. Для устройств малой мощности используется ТО-92.

Цоколёвка для всех трёхвыводных изделий совпадает, что облегчает их замену. В зависимости от применённого корпуса, в маркировку вводятся дополнительные обозначения:

• K – TO-3 (LM317K);
• T – TO-220;
• P – ISOWATT220 (пластмассовый корпус);
• D2T – D2PAK;
• LZ – TO-92;
• LM – SOIC8.

Для LM317 используются все типоразмеры, LM117 выпускается только в корпусе ТО-3, LM217 – в ТО-3, D2PAK и ТО-220. Микросхемы LM317LZ в корпусах ТО-92 отличаются пониженными значениями максимальной мощности и выходного тока, до 100 мА, при аналогичных других свойствах. Иногда производитель использует свою маркировку, например, LM317НV от Texas Instruments – высоковольтные регуляторы в диапазоне 1,2-60 В, при этом цоколёвки корпусов совпадают с изделиями других фирм. В отличие от других микросхем, аббревиатура ЛМ (LM) применяется всеми производителями. Расшифровка других возможных обозначений приводится в техническом описании конкретного прибора.

Основные электрические параметры LM117/217/317

Характеристики регуляторов определяются при разнице между входным (Ui) и выходным напряжением (Uo) 5 вольт, токе нагрузки 1,5 ампера и максимальной мощности 20 ватт:

• Нестабильность по напряжению – 0,01%;
• Опорное напряжение (UREF) – 1,25 В;
• Минимальный ток нагрузки – 3,5 мА;
• Максимальный выходной ток – 2,2 А, при разнице входного и выходного напряжений не более 15 В;
• Предельная рассеиваемая мощность ограничена внутренней схемой;
• Подавление пульсаций входного напряжения – 80 дБ.

Применения регулируемого стабилизатора

При проектировании электронных устройств, содержащих стабилизаторы напряжения, более предпочтительно применять регулятор напряжения на LM317, особенно для ответственных узлов аппаратуры. Использование таких решений требует дополнительной установки двух резисторов, но обеспечивает лучшие параметры питания, чем традиционные микросхемы с фиксированными напряжениями стабилизации, обладают большей гибкостью для разных применений.

Базовая схема использования микросхемы как стабилизатора напряжения

Напряжение на выходе рассчитывается по формуле:

UOUT = UREF (1+ R2/R1) + IADJ, где:

• VREF = 1,25V, ток управляющего выхода;
• IADJ весьма мал – около 100 мкА и определяет погрешность установки напряжения, в большинстве случаев не учитывается.

Входной конденсатор (керамический или танталовый 1мкФ) устанавливается при значительном удалении от микросхемы ёмкости фильтра источника питания – более 50 мм, конденсатор на выходе применяется для снижения влияния переходных процессов на высоких частотах, для многих применений необязателен. Схема включения использует только один элемент регулировки – переменный резистор, на практике применяется многооборотный или заменяется постоянным нужного номинала. Метод управления позволяет реализовать программируемый источник на несколько напряжений, переключаемый любым доступным способом: реле, транзистором и т. д. Подавление пульсаций можно улучшить, если зашунтировать вывод управления конденсатором ёмкостью 5-15 мкФ.

Схема стабилизатора LM317 с дополнительным конденсатором и защитными диодами

Диоды типа 1N4002 устанавливаются при наличии выходного фильтра с конденсаторами большой ёмкости, выходном напряжении более 25 вольт и шунтирующей ёмкости свыше 10 мкФ. Микросхема LM317 редко используется на предельных режимах эксплуатации, средний ток нагрузки для многих решений не превышает 1,5 А. Установка прибора на радиатор необходима в любом случае, при выходном токе более 1 ампера желательно использовать корпус ТО-3 или ТО-220 с металлической контактной площадкой LM317T.

Мощный стабилизатор с транзисторами

Ток нагрузки устройства определяется параметрами VT1, подойдёт любой n-p-n транзистор с током коллектора 5-10 А: TIP120/132/140, BD911, КТ819 и др. Возможно параллельное включение двух-трёх штук. В качестве VT2 применяется любой кремниевый средней мощности, соответствующей структуры: BD138/140, КТ814/816.

Следует учитывать особенности подобных схем: допустимая разница между напряжениями на входе и выходе формируется из падений напряжений на транзисторе, около 2 вольт, и микросхеме, для которой минимальное значение – 3 вольта. Для устойчивой работы устройства рекомендуется не менее 8-10 вольт.

Свойства микросхем серии LM317 позволяют стабилизировать с высокой точностью ток нагрузки в широких пределах.

Cтабилизатор тока на LM317

Фиксация тока обеспечивается подключением всего одного резистора, номинал которого рассчитывается по формуле:

I = UREF/R + IADJ = 1.25/R, где UREF = 1,25 V (сопротивление R в омах).

Схема может применяться для зарядки аккумуляторов стабильным током, питания светодиодов, для которых важно постоянство тока при изменении температуры. Также стабилизатор тока на LM317 может быть дополнен транзисторами, как и в случае стабилизации напряжения.

Отечественная промышленность выпускает функциональные аналоги LM317 со сходными параметрами – микросхемы КР142ЕН12А/Б с токами нагрузки 1 и 1,5 ампера.

Выходной ток до 5 ампер обеспечивает стабилизатор LM338 при аналогичных других характеристиках, что позволяет использовать все преимущества интегрального прибора без внешних транзисторов. Полным аналогом LM317 по всем параметрам, кроме полярности, является регулятор отрицательного напряжения LM337, на базе этих двух микросхем легко строятся двухполярные блоки питания.

Видео