Линейный стабилизатор напряжения на lm317. Lm317 — регулируемый стабилизатор напряжения и тока

18.07.2023

Довольно часто возникает необходимость в простом стабилизаторе напряжения. В данной статье приводится описание и примеры применения недорогого (цены на LM317) интегрального стабилизатора напряжения LM317 .

Список решаемых задач данного стабилизатора довольно обширен — это и питание различных электронных схем, радиотехнических устройств, вентиляторов, двигателей и прочих устройств от электросети или других источников напряжения, например аккумулятора автомобиля. Наиболее распространены схемы с регулировкой напряжения.

На практике, с участием LM317 можно построить стабилизатор напряжения на произвольное выходное напряжение, находящееся в диапазоне 3…38 вольт.

Технические характеристики:

Напряжение на выходе стабилизатора: 1,2… 37 вольт.
Ток выдерживающей нагрузки до 1,5 ампер.
Точность стабилизации 0,1%.
Имеется внутренняя защита от случайного короткого замыкания.
Отличная защита интегрального стабилизатора от возможного перегрева.

Мощность рассеяния и входное напряжение стабилизатора LM317

Напряжение на входе стабилизатора не должно превышать 40 вольт, а так же есть еще одно условие – минимальное входное напряжение должно превышать желаемое выходное на 2 вольта.

Микросхема LM317 в корпусе ТО-220 способна стабильно работать при максимальном токе нагрузки до 1,5 ампер. Если не применять качественный теплоотвод, то это значение будет ниже. Мощность, выделяемая микросхемой в процессе ее работы, можно определить приблизительно путем умножения силы тока на выходе и разности входного и выходного потенциала.

Максимально допустимое рассеивание мощности без теплоотвода равно приблизительно 1,5 Вт при температуре окружающего воздуха не более 30 градусов Цельсия. При обеспечении хорошего отвода тепла от корпуса LM317 (не более 60 гр.) рассеиваемая мощность может составлять 20 ватт.

При размещении микросхемы на радиаторе необходимо изолировать корпус микросхемы от радиатора, например слюдяной прокладкой. Так же для эффективного отвода тепла желательно использовать теплопроводную пасту.

Подбор сопротивления для стабилизатора LM317

Для точной работы микросхемы суммарная величина сопротивлений R1…R3 должна создавать ток приблизительно 8 мА при требуемом выходном напряжении (Vo), то есть:

R1 + R2 + R3 = Vo / 0,008

Данное значение следует воспринимать как идеальное. В процессе подбора сопротивлений допускается небольшое отклонение (8…10 мА).

Величина сопротивления переменного R2 напрямую связана с диапазоном напряжения на выходе. Обычно его сопротивление должно быть примерно 10…15 % от суммарного сопротивления оставшихся резисторов (R1 и R2) либо же можно подобрать его сопротивление экспериментально.

Расположение резисторов на плате может быть произвольным, но желательно для лучше стабильности располагать подальше от радиатора микросхемы LM317.

Стабилизация и защита схемы

Емкость С2 и диод D1 не обязательны. Диод обеспечивает защиту стабилизатора LM317 от возможного обратного напряжения, появляющегося в конструкциях различных электронных устройств.

Емкость С2 не только слегка уменьшает отклик микросхемы LM317 на изменения напряжения, но и снижает влияние электрических наводок, при размещении платы стабилизатора вблизи мест имеющих мощное электромагнитное излучение.

LM317 - это недорогая микросхема стабилизатор напряжения со встроенной защитой от короткого замыкания на выходе и от перегрева, на LM317 может быть изготовлен простой в сборке линейный стабилизатор постоянного напряжения которое м.б. регулируемым. Такие микросхемы бывают в разных корпусах например в ТО-220 или в ТО-92. Если корпус ТО-92 то последние две буквы названия будут LZ т.е. так: LM317LZ, цоколёвки этой микросхемы в разных корпусах различаются поэтому нужно быть внимательнее, также существуют такие микросхемы в smd корпусах. Заказать LM317LZ оптом небольшой партией можно по ссылке: LM317LZ (10шт.) , LM317T по ссылке: LM317T (10шт.) . Рассмотрим схему стабилизатора:

Рисунок 1 - Стабилизатор постоянного напряжения на микросхеме LM317LZ

Данный стабилизатор помимо микросхемы содержит ещё 4 детали, резистором R2 регулируется напряжение на выходе стабилизатора. Для простоты сборки можно воспользоваться схемой:

Рисунок 2 - Стабилизатор постоянного напряжения на микросхеме LM317LZ

Все стабилизаторы постоянного напряжения делятся на 2 типа это:
1) линейные (как например в нашем случае т.е. на LM317),
2) импульсные (с большими КПД и для более мощных нагрузок).
Принцип работы линейных (не всех) стабилизаторов можно понять из рисунка:

Рисунок 3 - Принцип работы линейного стабилизатора

Из рисунка 3 видно то что такой стабилизатор представляет собой делитель нижним плечом которого является нагрузка а верхним сама микросхема. Напряжение на входе меняется и микросхема изменяет своё сопротивление так чтобы на выходе напряжение было неизменным. Такие стабилизаторы обладают низким КПД т.к. часть энергии теряется на микросхеме. Импульсные стабилизаторы тоже представляют собой делитель только у них верхнее (или нижнее) плечо может либо иметь очень низкое сопротивление (открытый ключ) либо очень высокое (закрытый ключ), чередованием таких состояний создаётся ШИМ с высокой частотой а на нагрузке напряжение сглаживается конденсатором (и/или ток сглаживается дросселем), таким образом создаётся высокое КПД но из за высокой частоты ШИМа импульсные стабилизаторы создают электромагнитные помехи. Существуют также линейные стабилизаторы в которых элемент осуществляющий стабилизацию ставиться параллельно нагрузке - в таких случаях этим элементом обычно является стабилитрон и для того чтобы осуществлялась стабилизация на это параллельное соединение подаётся ток от источника тока, источник тока делается путём установки последовательно с источником напряжения резистора с большим сопротивлением, если напряжение подавать на такой стабилизатор непосредственно то стабилизации не будет а стабилитрон скорее всего перегорит.

Ток на выходе блока питания может увеличиться вследствие уменьшения сопротивления нагрузки (простой пример, короткое замыкание), также изменение тока нагрузки происходит из-за изменения напряжения питания её. Стабилизатор тока на lm317 обеспечивает стабильность тока (ограничение тока) на выходе в случаях описанных выше.

Данный стабилизатор может быть применён в схемах питания светодиодов, зарядных устройствах (ЗУ), лабораторных источников питания и так далее.

Если, к примеру, рассматривать светодиоды, то необходимо учитывать тот факт, что для них нужно ограничивать ток, а не напряжение. На кристалл можно подать 12В и он не сгорит, при условии, что ток будет ограничен до номинального (в зависимости от маркировки и типа светодиода).

Основные технические характеристики LM317

Максимальный выходной ток 1.5А

Максимальное входное напряжение 40В

Выходное напряжение от 1.2В до 37В

Более подробные характеристики и графики можно посмотреть в на стабилизатор.

Схема стабилизатора тока на lm317

Плюс данного стабилизатора в том, что он является линейным и не вносит высокочастотные помехи, например как некоторые импульсные стабилизаторы. Минусом является низкий КПД (в счёт своей линейности), и поэтому происходит значительный нагрев кристалла микросхемы. Как вы уже поняли, микросхему необходимо обеспечить хорошим радиатором.

За величину тока стабилизации (ограничения) отвечает резистор R1. С помощью данного резистора можно выставить ток стабилизации, например 100мА, тогда даже при коротком замыкании на выходе схемы будет протекать ток, равный 100мА.

Сопротивление резистора R1 рассчитывается по формуле:

R1=1,2/Iнагрузки

Изначально необходимо определиться с величиной тока стабилизации. Например, мне необходимо ограничить ток потребления светодиодов равный 100мА. Тогда,

R1=1,2/0,1A=12 Ом.

То есть, для ограничения тока 0,1A необходимо установить резистор R1=12 Ом. Проверим на железе… Для проверки собрал схему на макетной плате. Резистор на 12 Ом искать было лень, зацепил в параллель два по 22 Ома (были под рукой).

Выставил напряжение холостого хода, равное 12В (можно выставить любое). После чего, я замкнул выход на землю, и стабилизатор LM317 ограничил ток 0,1А. Расчеты подтвердились.

При увеличении или уменьшении напряжения ток остается стабильным.

Резистор можно припаять на выводы микросхемы, но не стоит забывать, что через резистор протекает весь ток нагрузки, поэтому при больших токах нужен резистор повышенной мощности.

Если использовать данный стабилизатор тока на LM317 в лабораторном блоке питания, то необходимо устанавливать переменный резистор проволочного типа, простой переменный резистор не выдержит токи нагрузки протекающие через него.

Для ленивых представляю таблицу значений резистора R1 в зависимости от нужного тока стабилизации.

Ток	R1 (стандарт)
0.025	51 Ом
0.05	24 Ом
0.075	16 Ом
0.1	13 Ом
0.15	8.2 Ом
0.2	6.2 Ом
0.25	5.1 Ом
0.3	4.3 Ом
0.35	3.6 Ом
0.4	3 Ома
0.45	2.7 Ома
0.5	2.4 Ома
0.55	2.2 Ома
0.6	2 Ома
0.65	2 Ома
0.7	1.8 Ома
0.75	1.6 Ома
0.8	1.6 Ома
0.85	1.5 Ома
0.9	1.3 Ома
0.95	1.3 Ома
1	1.3 Ома

Таким образом, применив галетный переключатель и несколько резисторов, можно собрать схему регулируемого стабилизатора тока с фиксированными значениями.

Здравствуйте. Предлагаю вниманию обзор интегрального линейного регулируемого стабилизатора напряжения (или тока) LM317 по цене 18 центов за штуку. В местном магазине такой стабилизатор стоит на порядок больше, поэтому меня и заинтересовал этот лот. Решил проверить, что продаётся по такой цене и оказалось, что стабилизатор вполне качественный, но об этом ниже.
В обзоре тестирование в режиме стабилизатора напряжения и тока, а также проверка защиты от перегрева.
Заинтересовавшихся прошу…

Немного теории:

Стабилизаторы бывают линейные и импульсные .
Линейный стабилизатор представляет собой делитель напряжения, на вход которого подаётся входное (нестабильное) напряжение, а выходное (стабилизированное) напряжение снимается с нижнего плеча делителя. Стабилизация осуществляется путём изменения сопротивления одного из плеч делителя: сопротивление постоянно поддерживается таким, чтобы напряжение на выходе стабилизатора находилось в установленных пределах. При большом отношении величин входного/выходного напряжений линейный стабилизатор имеет низкий КПД, так как большая часть мощности Pрасс = (Uin - Uout) * It рассеивается в виде тепла на регулирующем элементе. Поэтому регулирующий элемент должен иметь возможность рассеивать достаточную мощность, то есть должен быть установлен на радиатор нужной площади.
Преимущество линейного стабилизатора - простота, отсутствие помех и небольшое количество используемых деталей.
Недостаток - низкий КПД, большое тепловыделение.
Импульсный стабилизатор напряжения - это стабилизатор напряжения, в котором регулирующий элемент работает в ключевом режиме, то есть бо́льшую часть времени он находится либо в режиме отсечки, когда его сопротивление максимально, либо в режиме насыщения - с минимальным сопротивлением, а значит, может рассматриваться как ключ. Плавное изменение напряжения происходит благодаря наличию интегрирующего элемента: напряжение повышается по мере накопления им энергии и снижается по мере отдачи её в нагрузку. Такой режим работы позволяет значительно снизить потери энергии, а также улучшить массогабаритные показатели, однако имеет свои особенности.
Преимущество импульсного стабилизатора - высокий КПД, низкое тепловыделение.
Недостаток - бОльшее количество элементов, наличие помех.

Герой обзора:

Лот состоит из 10 микросхем в корпусе ТО-220. Стабилизаторы пришли в полиэтиленовом пакете, обмотанным вспененным полиэтиленом.

Сравнение с наверно самым известным линейным стабилизатором 7805 на 5 вольт в таком же корпусе.

Тестирование:
Подобные стабилизаторы выпускаются многими производителями, вот .
Расположение ножек следующее:
1 - регулировка;
2 - выход;
3 - вход.
Собираем простейший стабилизатор напряжения по схеме из руководства:

Вот что удалось получить при 3 положениях переменного резистора:
Результаты, прямо скажем так, не очень. Стабилизатором это назвать язык не поворачивается.
Далее я нагрузил стабилизатор 25 Омным резистором и картина полностью преобразилась:

Далее я решил проверить зависимость выходного напряжения от тока нагрузки, для чего задал входное напряжения 15В, подстроечным резистором выставил выходное напряжение около 5В, и выход нагрузил переменным 100 Омным проволочным резистором. Вот что получилось:
Ток более 0,8А получить не удалось, т.к. начало падать входное напряжение (БП слабый). В результате этого тестирования, стабилизатор с радиатором нагрелся до 65 градусов:

Для проверки работы стабилизатора тока, была собрана следующая схема:

Вместо переменного резистора я использовал постоянный, вот результаты тестирования:
Стабилизация по току тоже хорошая.
Ну и как обзор может быть без сжигания героя? Для этого я собрал снова стабилизатор напряжения, на вход подал 15В, выход настроил на 5В, т.е. на стабилизаторе упало 10В, и нагрузил на 0,8А, т.е. на стабилизаторе выделялось 8Вт мощности. Радиатор убрал.
Результат продемонстрировал на следующем видео:

Да, защита от перегрева тоже работает, сжечь стабилизатор не удалось.

Итог:

Стабилизатор вполне работоспособен и может быть использован как стабилизатор напряжения (при условии наличия нагрузки), так и стабилизатор тока. Также есть множество различных схем применения для увеличения выходной мощности, использования в качестве зарядного устройства для аккумуляторов и др. Стоимость сабжа вполне приемлемая, учитывая, что в оффлайне я могу купить такой минимум за 30 рублей, а в за 19 рублей, что существенно дороже обозреваемого.

На сём разрешите откланяться, удачи!

Товар предоставлен для написания обзора магазином. Обзор опубликован в соответствии с п.18 Правил сайта.

Планирую купить +37 Добавить в избранное Обзор понравился +59 +88

LM317 как никогда подходит для проектирования несложных регулируемых источников и , для электронной аппаратуры, с различными выходными характеристиками, как с регулируемым выходным напряжением, так и с заданным напряжением и током нагрузки.

Для облегчения расчета необходимых выходных параметров существует специализированный LM317 калькулятор, скачать который можно по ссылке в конце статьи вместе с datasheet LM317.

Технические характеристики стабилизатора LM317:

Обеспечения выходного напряжения от 1,2 до 37 В.
Ток нагрузки до 1,5 A.
Наличие защиты от возможного короткого замыкания.
Надежная защита микросхемы от перегрева.
Погрешность выходного напряжения 0,1%.

Эта не дорогая интегральная микросхема выпускается в корпусе TO-220, ISOWATT220, TO-3, а так же D2PAK.

Назначение выводов микросхемы:

Онлайн калькулятор LM317

Ниже представлен онлайн калькулятор для расчета стабилизатора напряжения на основе LM317. В первом случае, на основе необходимого выходного напряжения и сопротивления резистора R1, производится расчет резистора R2. Во втором случае, зная сопротивления обоих резисторов (R1 и R2), можно вычислить напряжение на выходе стабилизатора.

Калькулятор для расчета стабилизатора тока на LM317 смотрите .

Примеры применения стабилизатора LM317 (схемы включения)

Стабилизатор тока

Данный стабилизатор тока можно применить в схемах различных зарядных устройств для аккумуляторных батарей или регулируемых источников питания. Стандартная схема зарядного устройства приведена ниже.

В данной схеме включения применяется способ заряда постоянным током. Как видно из схемы, ток заряда зависит от сопротивления резистора R1. Величина данного сопротивления находится в пределах от 0,8 Ом до 120 Ом, что соответствует зарядному току от 10 мА до 1,56 A: