LM317 как стабилизатор тока: подробное описание характеристик и схем подключения

Среди электронщиков-любителей, да и профессионалов, популярностью пользуется интегральный стабилизатор напряжения LM317. При своей дешевизне и простоте применения, он позволяет строить источники питания с неплохими параметрами.

Внешний вид и цоколевка LM317

Стабилизатор напряжения LM317 выпускается в различных корпусах, но в большинстве случаев выглядит, подобно транзистору различных размеров – пластиковый (реже – металлический) кейс с тремя выводами. Некоторые модификации выпускаются в корпусе SO-8, который выглядит, как микросхема с 8 выводами.

Микросхема содержит три вывода. Их функции:

1. IN – вход, на него подается напряжение питания.
2. OUT – выход, с него снимается стабилизированное напряжение.
3. ADJ – используется для настройки выхода.

Распиновка зависит от исполнения, но несложно запомнить, что для трехвыводных корпусов вывод ADJ находится слева. Корпус SO-8 хоть и содержит 8 ножек, функционально микросхема все равно имеет лишь три перечисленных вывода – некоторые пины у этого кейса запараллелены. Это может облегчить разводку печатных плат.

Структурная схема, принцип работы

Анализируя внутреннюю структуру микросхемы, несложно заметить, что она представляет собой стабилизатор линейного типа. Принцип работы таких стабилизаторов – перераспределение энергии между ключевым элементом и нагрузкой. Недостатками такой схемы является необходимость значительного превышения входного напряжения над выходным, а также тот факт, что через ключ течет тот же ток, что и через нагрузку. Все это снижает КПД регулятора напряжения, но на токах до 3 ампер перевешивает простота использования и дешевизна микросхемы.

Для применения LM317 в качестве регулируемого стабилизатора напряжения потребуется делитель напряжения из двух резисторов, подключенный между выходом микросхемы и общим проводом. Средняя точка делителя подключена к выводу ADJ. Принцип работы заключается в том, что регулятор старается установить между выводами OUT и ADJ напряжение, равное Vref=1,25 вольта, изменением выходного напряжения. Например, ток нагрузки увеличился, что вызывает просадку напряжения. Соответственно, уменьшился ток, протекающий через верхний резистор делителя, что вызвало снижение падения напряжения на нем. Микросхема будет увеличивать выходной уровень (и ток через оба плеча делителя) до тех пор, пока падение напряжения на верхнем резисторе не станет вновь равным 1,25 вольт. При увеличении выходного уровня процессы пойдут в обратную сторону. Таким образом происходит стабилизация.

Подбирая соотношения резисторов делителя, можно установить выходное напряжение в пределах 1,25..37 вольт. При этом можно пользоваться соотношением Uвых=Vref*(1+R1/R2).

Технические параметры

Основной параметр – пределы установки выходного уровня – упомянут выше. Он составляет, как сказано, 1.25..37 вольт. Выходной ток микросхемы при установке на радиатор может достигать 1,5 А, без теплоотвода надо избегать повышения тока сверх 0,1 А.

Даже если ток превысит допустимый, сработает защита от сверхтока, и напряжение на выходе снизится до минимума.

Еще один важный параметр для любого линейного стабилизатора – падение напряжения на микросхеме, определяющее разницу между входом и выходом. Производители этот параметр явно не указывают, но есть упоминание о минимально возможном входном уровне, равном 3 вольтам. Логично предположить, что при этом на выходе будет тоже минимум – 1,25 вольт. На самом деле, при анализе схемы становится очевидным, что выходной каскад представляет собой эмиттерный повторитель, который «раскачивается» от другого эмиттерного повторителя. Падение напряжения на переходах двух транзисторов составит не менее 1,2 вольта, плюс запас на регулирование. Поэтому вряд ли микросхема будет обеспечивать стабилизацию при такой разнице входного и выходного уровней, потребуется значительно большее превышение входа над выходом. Исходя из того, что внутренние цепи содержат узлы на стабилитронах с Uст=6,3 вольта, можно говорить о том, что эффективная стабилизация начнется примерно тогда, когда напряжение на входе превышает требуемое выходное примерно на 7 вольт.

Datasheet на русском

Остальные характеристики LM317 можно посмотреть в даташите.

Виды корпусов

Микросхема выпускается в различных корпусах, наиболее распространен вариант корпуса TO-220. Особенностью этого корпуса является возможность крепления микросхемы на радиатор, за счет этого максимальный выходной ток составляет 1,5 А.

Также винтом можно крепить и вариант стабилизатора в более современной модификации ISOWAT-220 (TO-220FP), при наличии теплоотвода с микросхемы можно снять тот же ток. Различные корпуса обозначаются дополнительной литерой в маркировке микросхемы – по обозначению LM317T можно понять, что это стабилизатор в оболочке TO-220, а ISOWAT-220 обозначается буквой P. Микросхема LM317D2T выпускается в корпусе D2PAK, крепится к теплоотводящей поверхности пайкой и тоже выдерживает ток до 1,5 А.

Остальные варианты стабилизатора выпускаются в кейсах, не предполагающих внешнего отвода тепла, поэтому они рассчитаны на меньшую нагрузку. Соответствие микросхем типам корпусов приведено в таблице.

Аналоги

Некоторые производители выпускают микросхемы (полные аналоги LM317) под своей, фирменной маркировкой. Чаще всего она содержит цифры 317:

• GL317;
• SG317;
• UPC317.

Эти изделия легко идентифицировать по наличию трех выводов и узнаваемой цифре. Некоторые изготовители полностью изменяют обозначение (например, ECG1900). Чтобы определить назначение такой микросхемы, придется заглянуть в даташит.

Отечественная промышленность выпускает микросхему КР142ЕН12. Она тоже является полным аналогом 317-го стабилизатора, но изготавливается только в корпусе ТО-220.

Существует микросхемы, аналогичные LM317, но имеющие измененные характеристики (в сторону улучшения). Ток до 3 ампер может отдавать LM350, а если нужен выходной ток до 5 ампер, понадобятся LM338 или LM138. А когда необходимо получить выходное напряжение до 60 вольт, с этой задачей справятся LM317HV, LM117HV (HV означает high voltage).

Чем отличаются LM317T и LM317

При поиске схем на этом интегральном стабилизаторе можно встретить ссылки как на узлы на микросхеме LM317, так и на LM317T. У неискушенного электронщика может возникнуть вопрос – чем эти микросхемы отличаются. На самом деле — ничем. Линейка под общим названием LM317 содержит несколько микросхем – полных аналогов, они отличаются лишь корпусом. Тип корпуса, как сказано выше, обозначается дополнительной литерой. Поэтому LM317T – это всего лишь LM317 в корпусе TO-220, и характеристики LM317T аналогичны параметрам LM317 с другим буквенным индексом (или без него), за исключением, в некоторых случаях, выходного тока.

Ключевые отличия LM317 от L7805CV

Основным отличием этих двух интегральных стабилизатора друг от друга является то, что L7805 является устройством с фиксированным выходным напряжением. Он не имеет входа ADJ, вместо него имеется вывод GND, подключаемый непосредственно к общему проводу. Зато L7805 не требует делителя из двух резисторов.

Основные схемы включения LM317t

Основная схема включения в качестве стабилизатора напряжения с фиксированным выходом рассмотрена выше. на практике к микросхеме надо добавить на входе и на выходе конденсаторы для более устойчивой работы. С1 и С2 устанавливают при значительном расстоянии от микросхемы до фильтров выпрямителя, а С3 улучшает коэффициент стабилизации. Его ёмкость не надо выбирать больше 100 мкФ во избежание большого броска тока на заряд.

Резистор R1 оптимально должен иметь сопротивление 240 Ом.

Другие схемы можно найти в даташите. Логично вместо нижнего резистора делителя использовать потенциометр. Тогда выходное напряжение можно регулировать.

Уже упоминалось, что регулятор старается держать Vref постоянным, изменяя ток через делитель. Если потребителя включить на место нижнего по схеме резистора, то LM317 будет держать ток в нагрузке неизменным

Выполнение стабилизатора тока на LM317 потребует лишь одного добавочного резистора. Формула для задания тока нагрузки приведена на схеме.

Здесь также придется учесть паразитный ток Iadj.

Если выходного тока в 1,5 А недостаточно, то параллельное соединение двух или более микросхем – не лучшая идея. Мощность LM317 можно повысить, добавив внешний составной транзистор.

Описание схем с применением LM317

В интернете и технической литературе можно найти различные практические схемы с применением микросхемы LM317.

Лабораторный блок питания

Можно собрать сетевой блок питания на LM317, выходное напряжение которого регулируется от 1,25 до 30 вольт. Напряжение стабилизируется и регулируется стабилизатором LM317 в стандартном включении. Для установки выходного уровня нижнее плечо делителя выполнено с применением потенциометра R5. Для увеличения выходного тока применен мощный внешний транзистор T1.

Схема ограничения тока выполнена на операционном усилителе LM301A, включенном по схеме компаратора. Уровень срабатывания устанавливается потенциометром Р2. Датчиком тока служит шунтовой резистор R5. При срабатывании защиты вывод ADJ оказывается соединенным с общим проводом и выходное напряжение уменьшается до минимума.

Статья в тему: Схемы и сборка самодельного блока питания с регулировкой напряжения

Стабилизатор тока для светодиодов

Включив интегральный стабилизатор по стандартной схеме стабилизации тока, можно получить крайне простой, но эффективный драйвер для светодиодов (единичного LED или цепочки). Он содержит всего две детали — микросхему и резистор, чье сопротивление вычисляется по формуле R=1,25/Iпотр, где Iпотр – ток стабилизации.

При использовании данной схемы на вход стабилизатора надо подавать напряжение, достаточное для зажигания последовательной цепочки светодиодов.

Можно ли проверить LM317T мультиметром

Внутренняя структура микросхемы LM317 достаточно сложна, и достоверно определить исправность с помощью мультиметра в режиме прозвонки не получится – внутренние цепи для подключения щупов тестера недоступны. Однако, мультиметром можно обнаружить явные неисправности микросхемы:

• короткое замыкание между входом и выходом;
• короткое замыкание между входами.

Если эти проблемы отсутствуют, это хороший признак, но с уверенностью говорить об исправности интегрального стабилизатора нельзя.

Для достоверной проверки микросхемы можно собрать простой стенд по схеме стабилизатора напряжения с делителем из двух резисторов. Напряжение на выходе должно соответствовать установленному с помощью этого делителя.

Микросхема LM317 не идеальна. Наряду с достоинствами она имеет и недостатки – низкий КПД (впрочем, свойственный всем линейным стабилизаторам), несоответствие некоторых фактических характеристик заявленным, явные ошибки в даташите, не лучший вариант работы защиты от перегрузки и т.п. Но зная эти проблемы и грамотно их обходя при создании схем, вполне возможно строить на этой микросхеме хорошо работающие и недорогие узлы.