Регулируемый стабилизатор напряжения

Для получения переменного питающего напряжения обычно применяются различные интегрированные схемы, типичной представительницей которых является схема на регулируемый стабилизатор тока на lm317. Он выполняется в виде корпусной микросхемы с тремя выводами и рассчитан на выходные напряжения от 1,2 до 37 Вольт. Общий вид возможных вариантов его исполнения приводится на рисунке ниже.

Общий вид стабилизатора

Для самостоятельной сборки регулируемого стабилизатора напряжения достаточно к ножкам размещённого на печатной плате или радиаторе корпуса микросхемы подпаять несколько дискретных радиоэлектронных компонентов.

Технические характеристики

Управляемый стабилизатор напряжения трехвыводной имеет следующие рабочие характеристики:

• Номинальный ток в цепи нагрузки – 100 мА;
• Выходное стабилизированное напряжение – от 1,2 до 37 Вольт (с погрешностью не более 0,1%);
• Максимальный выходной ток – 1,5 Ампера (с учётом размещения корпуса на радиаторе площадью не менее 7-9 кубических сантиметров);
• Рассеиваемая на приборе мощность – не более 2-х Ватт (без радиатора);
• Предельно допустимая температура корпуса микросхемы во всех режимах работы – от -25 до +125 градусов;
• Тип корпуса – ТО-200 (ТО200 FP, ТО-3);
• Число ножек для подключения внешних элементов – 3.

При рассмотрении номинальных параметров следует исходить из того, что в нормальных условиях его ток имеет ограниченное значение (не более 100 миллиампер). Рассеиваемая при этом мощность очень мала и не обеспечивает требуемые управляющие режимы без угрозы выхода прибора из строя.

Во избежание этого корпус LM317 практически всегда устанавливается на радиатор, крепящийся на общей плате или отдельно от неё (на корпусе изделия, например).

LM317 на радиаторе

Особенности включения стабилизатора

Подключение в питающую цепь осуществляется посредством запайки в схему трёх ножек микросхемы, разводка которой представлена ниже:

• Значком «ADJUST» обозначают «регулирующую» ножку, используемую одновременно для входной и выходной цепи;
• OUTPUT – это выходная ножка, с которой снимается стабилизированное регулируемое напряжение;
• INPUT – вход нестабилизированного питающего напряжения.

Спецификой монтажа изделий этого класса является обязательность использования дополнительных дискретных элементов, а также переменного резистора, используемого для регулировки выходного напряжения. Кроме того, при его монтаже обязателен расчёт предельных режимов работы устройства, по результатам которых можно сделать вывод о необходимости специального охлаждающего элемента.

Регулируемый стабилизатор напряжения и тока обеспечивает нормальные условия эксплуатации в течение длительного времени лишь при условии определенных токовых ограничений, задаваемых площадью теплоотводящего радиатора. Вот почему грамотный выбор качественного радиатора при монтаже LM317 – это половина успеха дела.

В нормальных условиях работы этот прибор может включаться в схему без входного фильтрующего конденсатора (смотрите схему включения).

Схема включения

Но в ситуации, когда регулируемый модуль находится на значительном удалении от источника нестабилизированного питания, входная ёмкость примерно на 100-1000 микрофарад должна устанавливаться обязательно. На выходе микросхемы также монтируется фильтрующий конденсатор, номинал которого может быть чуть меньше, чем у входного изделия (10-22 микрофарады).

Использование этих элементов позволяет снизить пульсации питающего напряжения до минимально возможных значений. И, наконец, между выходным и земляным контактом размещается набор резисторов, состоящий из постоянного и переменного элементов. Изменяя их значение, удаётся регулировать величину напряжения на выходе схемы.

Варианты использования в электронных схемах

Регулируемые источники питания находят широкое применение в различных сферах прикладной электроники и  радиолюбительстве. Как правило, они устанавливаются в устройствах, нуждающихся в управлении посредством изменяющегося по величине напряжения. Это могут быть самые различные электронные цепи, но чаще всего потребность в таких источниках возникает в следующих случаях:

• При необходимости стабилизации выходного тока в цепях питания LED: светодиодов и других радиоэлементов;
• Если нужен регулируемый стабилизатор напряжения, используемый для настройки электронных схем;
• При потребности в питающем модуле с переменными характеристиками, обеспечивающем получение на выходе целого ряда фиксированных (образцовых) напряжений.

Отметим также, что модуль LM317 широко применяется в схемах с большими девиациями питающего напряжения, используемыми при проведении различных экспериментов и опытов.

Тестирование микросхемы

Рассмотрим пример тестирования приобретённого в китайском магазине стабилизатора на предмет соответствия указанным в паспорте характеристикам. С этой целью прибор включается по типовой схеме и проверяется на стабильность выходных параметров (тока и напряжения). Схема включения контрольных приборов приводится на размещённом ниже рисунке.

Порядок включения при тестировании

Для проверки качества стабилизации входное напряжение изменялось в пределах от одного до 30 Вольт. При этом эксперимент предполагал учёт следующих ситуаций:

• Измерение напряжения при отсутствии нагрузки (выходные контакты просто висят в воздухе);
• Те же измерения, но при наличии подключенной к выходу контролируемой схемы нагрузочного резистора 25 Ом (40 Ватт);
• Всё то же, но только для случая, когда LM317 управляет токовой составляющей.

По итогам тестирования, проведённого согласно рассмотренной ранее схемы, удалось получить следующие результаты:

• При отсутствии нагрузки говорить о каких-либо признаках стабилизации (как по напряжению, так и по току) не приходится;
• В случае, когда стабилизатор LM317 нагружен на внешний резистор, параметры стабилизации полностью соответствуют тем, что заявлены в его характеристиках.

На основании полученных после тестирования данных сам собой напрашивается следующий вывод: заявленные характеристики стабилизатора LM317 проявляются лишь в том случае, когда он включён на внешнюю нагрузку, то есть работает в активном режиме.

Зависимость его выходных параметров от изменения входного напряжения (проходная характеристика) в этом случае выглядит, как положено, поскольку на ней чётко просматривается горизонтальная ветвь.

Результаты тестирования

По итогам этих исследований не остаётся никаких сомнений в эффективности работы этого устройства (в каких бы целях оно ни применялось).

Настройка и ремонт

После того, как стабилизатор размещён на радиаторе или запаян в рабочую схему, следует проверить режимы его работы, воспользовавшись любым подходящим для этих целей инструментом (тестером, мультиметром или подобными им приборами).

Для этого, в первую очередь, нужно подключить на выход стабилизатора нагрузочный резистор номиналом 25 Ом и мощностью порядка 30-40 Ватт (при значениях тока в пределах до 0,5 Ампера этот элемент будет нагружен в половину). Далее, после подачи на вход микросхемы напряжения от любого нестабилизированного источника питания (2-45 Вольт), следует убедиться в наличии на соответствующих ножках выходного сигнала.

Если на выходных контактах сигнала совсем нет, или он не меняется при вращении регулировочного резистора, это «говорит» о том, что неисправна или сама микросхема, или была допущена ошибка при монтаже дискретных элементов (резисторов, в частности). Многие невнимательные исполнители нередко путают местами ножки, что также может привести к выходу LM317 из строя.

Независимо от того, какая ошибка была допущена при монтаже стабилизатора, этот элемент следует выпаять из платы и попытаться установить его в заведомо рабочую аналогичную схему. Если после его установки она перестаёт функционировать, это однозначно указывает на неисправность проверяемого изделия.

В завершение обзора отметим, что современным стабилизированным регуляторам напряжения по-прежнему отдают предпочтение как профессиональные разработчики аппаратуры, так и любители. Можно надеяться, что заложенные в них технические возможности позволят применять эти изделия ещё не один десяток лет.

Видео