Интегральный стабилизатор напряжения LM317
2017-03-25 06:25:18

   Смеркалось. Решил я написать статейку о самодельной недопояльной станции, а там для регулирования скорости работы турбины в фене используется регулятор напряжения на lm317. И вот подумалось мне: "А как я буду объяснять читателю как эта штука работает?" И решилось мне, написать исчерпывающий пост по этому поводу.

   Есть такая вещь: интегральный стабилизатор напряжения, например на 5 вольт (это будет LM7805). Выглядит и используется приблизительно как на картинке. Подаешь на него постоянное напряжение до сорока вольт, а он тебе на выходе выдает 5 вольт. Земля общая. Их еще называют кренками, потому что советские микросхемы аналогичного назначения маркировались КРЕНххх. Казалось бы — отличная штука: никаких тебе проблем со стабилизацией напряжения: воткнул детальку, подавай нестабилизированное входное напряжение — получай стабилизированное. И это правда: замечательное своей простотой и ценой решение, недостаток ровно один — КПД. Стабилизатор такого рода очень сильно греется и значительную (иногда бОльшую) часть энергии выкидывает в виде тепла на радиатор. Когда наша схема питается от розетки — бог с ним, в розетках Родины энергии хватит, а вот когда мы разрабатываем портативное устройство — то половину заряда аккумулятора тратить на приближение глобального потепления жалко. Однако это уже другая история.

   Разберем, упрощено, как работает такой стабилизатор. Вот, вашему вниманию схема. На ней на входной конденсатор С1 подается большое напряжение, оно обязательно должно быть больше, чем то, что нам нужно. В случае с LM7805 — больше, чем 5 вольт. Представьте себе человека, который, глядя на показания вольтметра может управлять выключателем. Вот смотрит он на вольтметр, видит, что на выходном конденсаторе меньше, чем пять вольт — включает выключатель. Энергия из конденсатора С1, через резистор, начинает перетекать в конденсатор С2. И будет течь до тех пор, пока напряжение на нем не станет равно пяти вольтам. Как только это произойдет, наш человек выключит выключатель и прекратит заряд конденсатора С2, дожидаясь пока нагрузка не снизит на нем напряжение снова ниже 5 вольт. После чего, как несложно догадаться, снова замкнет выключатель и начнет подзаряд конденсатора С2.

   Идея, как видите, совсем нехитрая. Нужно только изобрести такую автоматику, которая быстро успевала бы наблюдать за показателями вольтметра и включать/выключать выключатель. Вот вам вторая схема, она намного сложнее первой, зато почти совпадает с реальностью. Здесь роль выключателя выполняет транзистор, а роль вольтметра конструкция из делителя напряжения (резисторы R4, R5), источника опорного напряжения (резистор R2, стабилитрон VD1) и компаратора DA1. Ну как работает делитель напряжения, думаю, объяснять не надо (если кому надо — пиши в комментарии), если коротко: то напряжение в центральной точке делителя будет пропорционально отношению общего сопротивления делителя к его нижнему плечу. В нашем случае, общее сопротивление делителя будет 90 + 10 = 100 кОм, а его нижнее плечо — 10 кОм. Таким образом напряжение в средней точке делителя всегда будет в 10 раз меньше, чем в верхней. То есть, если на входе делителя (верхней точке) напряжение будет 10 вольт, то в средней точке — 1 вольт. Источником опорного напряжения у нас служит нагруженный через резистор R2 стабилитрон VD1. Как он работает — тема для отдельной статьи, просто прими за факт, что в средней точке этой схемы напряжение всегда будет одно и то же. Это свойство стабилитрона такое. Какое именно напряжение — зависит от модели стабилитрона. Ну и, наконец, компаратор, это такая схема, которая сравнивает два входных сигнала и, если напряжение на входе + превышает напряжение на входе -, то выдает положительный сигнал на выходе и 0 в обратном случае. Еще раз: выходной делитель следит за напряжением на выходном конденсаторе, а компаратор смотрит, если это напряжение,взятое через делитель, просело, относительно опорного, — то включает транзистор VT1 и подзаряжает выходной конденсатор через резистор R1 до тех пор, пока напряжение на нем не вырастет достаточно для того, чтоб закрыть компаратор.

   Буржуйская промышленность выпускает такие стабилизаторы для всех популярных напряжений: на 3.3 вольта, на 5 вольт, на 9 вольт и на 12 (может и еще какие, но мне не встречались) однако бывают случаи, когда выходное напряжение нужно не фиксированное, а настраиваемое. Как раз для таких случаев и существует герой сегодняшней статьи — LM317. Он ничем не отличается от своих собратьев, принцип работы которых я описал выше, кроме того факта, что у него делитель напряжения вынесен за корпус. Это позволяет подбором нужных резисторов настроить его на любое напряжение стабилизации или вообще воткнуть переменный резистор и сделать настраиваемый стабилизатор напряжения[st]. Схема простая как две копейки, однако позволяет вполне себе собрать [st]лабораторный блок питания на напряжение от 0 до 40 вольт (регулируемое) и током до двух ампер, да плюс еще с защитой от перегрузки (встроена в LM317)

   Ну и, раз уж я разошелся на исчерпывающую статью по LM317, то расскажу еще о паре случаев, про которые вам знать будет не лишне.

   Первый случай: стабилизатор тока на LM317. Если включить предмет статьи по следующей схеме, то получится стабилизатор тока. Он станет в цепи таким "резистором", который будет подстраивать свое значение таким образом, чтоб всегда удерживать заданный ток. Ток задается изменением номинала резистора, только учтите, что весь ток, проходящий через схему, проходит и через этот резистор и иногда его нужно выбирать достаточно мощным. Номинал резистора нужно рассчитывать по формуле R = 1.2 / I, где I — ток стабилизации.

    Второй случай: стабилизация отрицательного плеча биполярных источников питания. Для этого LM317 никак не приспособить, зато существует специальная деталь — LM337, которая во всем совпадает со своим братом близнецом LM317, кроме того, что предназначен специально для стабилизации отрицательного плеча. Схема включения прилагается.

   На этом, вроде, все. Всем надежного контакта!

    Чтоб доказать что Вы не робот причините вред человеку или своим бездействием допустите, чтоб ему был причинен вред решите сложнейший пример:
    4 + 0 =
    Регистрация