Este diagrama de LM317 no tiene ningún sentido para mí

Question

Así que este es el cableado básico para un LM317 como regulador de voltaje, y muy poco tiene sentido para mí. En primer lugar, si un pin es para mi ajuste, ¿por qué necesito \$R_1\$ ? \$R_2\$ me dará casi cualquier valor que necesite enviar. Es \$R_1\$ ¿realmente es necesario?

Siempre he entendido que en un circuito divisor de tensión, estás utilizando la tensión de ENTRADA para alimentar el potenciómetro. ¿Por qué utilizamos el extremo positivo de la tensión de salida para alimentar nuestro potenciómetro? ¿No es \$R_2\$ ¿conectado mal? Si alguien me dice que varíe el voltaje a mi pin de ajuste, voy a crear un divisor de voltaje con un pote y enviar ESA salida al pin. Pero aquí la entrada de V+ al pote es el mismo cable que va al pin de ajuste, Y el mismo cable que viene de mi V fuera de la 317. Si estoy tratando de enviar diferentes cantidades de voltaje a mi IC, ¿cómo se supone que funcione cuando estoy embistiendo una salida V constante en el mismo lugar?

Por último, perdona mi ignorancia sobre los tapones pero si un condensador no es una carga, ¿no es \$C_1\$ ¿creando un cortocircuito?

Answer 1

Le site hoja de datos tiene una descripción bastante completa del uso del pin ADJ con \$R_1\$ y \$R_2\$ :

Dado que ambos \$R_1\$ y \$R_2\$ aparecen en la ecuación de la tensión de salida

$$V_{\text{out}} = 1.25\text{ V} \times \left(1 + \frac{R_2}{R_1}\right) + I_{\text{ADJ}}R_2$$

se necesitan ambos para realizar una tensión de salida arbitraria. Dependiendo de la carga prevista y de la tensión de salida deseada, podrá eliminar \$R_1\$ . Sin embargo, debe mantener una corriente de carga mínima (que la hoja de datos especifica como 10mA) por lo que si su carga puede caer por debajo de eso debe confiar en el \$R_1\$ y \$R_2\$ divisor para que consuma suficiente corriente para cumplir con ese requisito de corriente de carga mínima.

Con un divisor de tensión normalmente tienes una tensión de entrada que quieres dividir hacia abajo utilizando un par de resistencias. La relación de las resistencias se establece para fijar la tensión dividida:

$$V_{\text{div}} = \left(\frac{R_1}{R_1 + R_2}\right)V_{\text{input}}$$

En este caso, la tensión de bajada dividida \$V_{\text{div}}\$ es fijada por el dispositivo (1,25V) por lo que se está fijando la relación de resistencias para fijar la tensión de "entrada" del divisor de tensión \$V_{\text{input}}\$ que es el LM317 \$V_{\text{out}}\$ .

Por último, perdona mi ignorancia sobre las cápsulas pero si un condensador no es una carga, ¿no es \$C_1\$ ¿creando un cortocircuito?

Un condensador tiene una impedancia muy alta (idealmente, infinita) en CC, por lo que no hay cortocircuito. Este condensador se Señales de alta frecuencia en cortocircuito (es decir, ruido) en \$V_{\text{in}}\$ que es deseable desde \$V_{\text{in}}\$ se supone que es una fuente de tensión continua.

Answer 2

Resumen

Evitaré depender del álgebra como explicación. (Porque el álgebra, aunque proporciona respuestas cuantitativas, no suele ayudar a la gente a entender algo a menos que sean muy fluido con las matemáticas). En cualquier caso, sigue siendo útil tener la hoja de datos disponible. Así que aquí está la de TI Hoja de datos del LM317 sólo para que sea conveniente cuando se necesite.

La mejor manera de entender algo es intentar ponerse dentro del aparato y "pensar como él". Empatizar con el dispositivo, por así decirlo. Entonces desaparece gran parte del misterio.

En programación, por ejemplo, no hay nada que haga un programa que no pueda hacerse a mano. (Si es o no práctico hacerlo, es otra cuestión.) Así que, al igual que con la electrónica, una buena manera de entender algún algoritmo en programación es simplemente sentarse con papel y algunos elementos delante de ti y simplemente hacer las cosas, manualmente, con tus propias manos. Eso casi siempre hace que se entienda el punto, profundamente. Y entonces el misterio desaparece.

Saber el nombre de algo NO es lo mismo que saber algo. La mejor manera de conocer algo es mirarlo y observarlo. Así que veamos el aparato.

Referencia de tensión interna LM317

Internamente, el dispositivo incluye un tipo muy especial de referencia de voltaje que se ajusta para aproximadamente \$1.25\:\text{V}\$ . Por cierto, no es fácil diseñar uno de estos. Especialmente si quieres que la referencia de voltaje se mantenga constante en un amplio rango de temperaturas de funcionamiento y variaciones en los CI durante la fabricación y durante un largo periodo de tiempo. Esto es lo que dice la hoja de datos al respecto:

Se puede ver que para un amplio rango de corrientes de salida, tensiones de entrada y temperaturas (ver la nota), esta tensión está garantizada para permanecer entre \$1.2\:\text{V}\$ y \$1.3\:\text{V}\$ . Es todo un logro.

Para que esta referencia de tensión funcione bien, los diseñadores necesitaban también algún tipo de fuente de corriente. La razón es que para hacer una referencia de voltaje tan buena también necesitan proporcionar una corriente relativamente predecible que fluya a través de ella. (Recuerde que está proporcionando una tensión de entrada en cualquier lugar de \$3\:\text{V}\$ à \$40\:\text{V}\$ .) Así que también hay una fuente de corriente que proporciona una corriente predecible a través de la referencia de tensión para que esto funcione bien. Puedes ver este hecho en esta parte de la hoja de datos:

La fuente de corriente que utilizan genera su corriente de el EN pin. Pero esa corriente debe dejar por medio de algún otros pin - en este caso, a saber, el AJUSTE pin. Así que la corriente de esta fuente de corriente se llama corriente del terminal "ADJUST". Debes tener en cuenta este hecho cuando utilices el dispositivo. Debe proporcionar un medio para que la corriente de esta fuente de corriente abandone el dispositivo y vaya hacia la referencia de tierra.

Recapitulemos. Para que este regulador de voltaje haga su trabajo, los diseñadores consideraron que debían incluir una referencia de voltaje interna (oculta). (La necesitan para poder usarla para comparar y luego decidir cómo "regular" el voltaje que se desea -- hablaré de esos detalles, pronto). Con el fin de hacer un buena referencia de tensión interna, necesitaban una fuente de corriente. Por ello, también necesitaban que les ayudaras hundiendo esa corriente a través del AJUSTE pin. Así que también lo especifican.

Ahora tienes que tener en cuenta dos cosas: (1) la referencia de voltaje; y, (2) ajustar la corriente del pin. Pero la AJUSTE La corriente del pin es sólo una consecuencia de proporcionar esa referencia de voltaje. Así que lo principal a tener en cuenta, para entender el dispositivo, es la referencia de tensión (y no la AJUSTE corriente de la clavija, que es un mal necesario, por así decirlo).

Es uno de los recursos internos del dispositivo. También incluye algunos circuitos especiales para proteger contra el exceso de corriente y para proteger contra el sobrecalentamiento grave en funcionamiento. Así que tienes protección térmica, integrada en el dispositivo, también.

Método de regulación de la tensión

Entendido lo anterior, la idea básica del LM317 es la siguiente:

simular este circuito - Esquema creado con CircuitLab

El amplificador óptico observa continuamente sus entradas (+) y (-) y ajusta su salida para que estas dos entradas tengan la misma tensión. Por inspección, se puede ver que la entrada (+) será de aproximadamente \$1.25\:\text{V}\$ por encima del AJUSTE tensión de los pines. Esto significa que la tensión de salida también ser sobre \$1.25\:\text{V}\$ por encima del AJUSTE tensión de la clavija cuando todo funciona bien.

Esto es lo más importante que hay que entender. Así que permítame repetirlo. El LM317 utiliza la referencia de voltaje interna para ajustar la entrada (+) sobre \$1.25\:\text{V}\$ por encima del AJUSTE voltaje del pin y luego utiliza el comportamiento del opamp para luego forzar OUT para ser también sobre \$1.25\:\text{V}\$ por encima del AJUSTE tensión de la clavija.

El es el quid de la cuestión para entender cómo funciona. Asegúrate de repasar esto en tu cabeza varias veces. Enséñalo.

Uso del LM317

Llegados a este punto, es conveniente realizar algo más ahora. El LM317 no puede véase \$R_2\$ . No tiene ni idea de lo que estás usando ahí. Todo lo que está haciendo es luchar para asegurarse de que el OUT pin es sobre \$1.25\:\text{V}\$ por encima del AJUSTE dejando pasar más o menos corriente desde el EN al pin de la OUT pin (a través del transistor [realmente es un Darlington en lugar de un solo BJT como mostré.])

Como el LM317 se ajusta continuamente OUT de tal manera que siempre se trata de \$1.25\:\text{V}\$ por encima del AJUSTE tensión de la clavija, colocando \$R_1\$ a través de OUT y AJUSTE provoca una corriente en \$R_1\$ que es \$I_{R_1}\approx \frac{1.25\:\text{V}}{R_1}\$ .

\$I_{R_1}\$ se añade ahora al AJUSTE la corriente de la clavija, que fluye fuera de la AJUSTE y se añadirá a la corriente que fluye a través de \$R_1\$ . (Recuerde, esta es la corriente que se necesitaba para hacer una buena referencia de voltaje dentro del LM317).

En su ejemplo, \$I_{R_1}\approx 5.2\:\text{mA}\$ . El AJUSTE La corriente de la clavija añade tanto como \$100\:\mu\text{A}\$ a eso (aunque también podría añadir mucho menos.) Toda esta corriente debe se permita alcanzar la referencia del suelo.

En general, hay que asegurarse de que este AJUSTE corriente del pin variación es pequeño en comparación con \$I_{R_1}\$ para que su variación no suponga una gran diferencia en la tensión de salida de su circuito regulador. Tenga en cuenta que en el caso de su circuito, esto es razonablemente cierto. Así que ahora entiendes mejor por qué ese valor particular para \$R_1\$ fue seleccionado.

En la mayoría de los circuitos de voltaje ajustable, el hundimiento de esta corriente se maneja mediante el uso de una resistencia variable (potenciómetro) con un extremo atado a tierra y el otro extremo al nodo compartido del AJUSTE y un extremo de \$R_1\$ . La corriente (que esperamos que esté entre unos \$5.2\:\text{mA}\$ y \$5.3\:\text{mA}\$ aquí) debe pasar ahora por este potenciómetro. Al hacerlo, crea una caída de tensión a través de él. Esa caída de voltaje se añadido a la caída de tensión a través de \$R_1\$ (que está fijado por diseño en el LM317) y debe, por definición, ser la tensión en el OUT pin.

Con \$R_2\$ se permite que sea hasta \$5\:\text{k}\Omega\$ puede ajustar la caída de tensión a través de \$R_2\$ para estar a la altura de \$26-27\:\text{V}\$ . Añadiendo el resto de \$\approx 1.25\:\text{V}\$ significa que la tensión en OUT (con referencia a tierra) puede ser teóricamente tan alta como en algún lugar de \$27.2\:\text{V}\$ à \$28.3\:\text{V}\$ .

Sin embargo, para alcanzar esos picos de tensión tendrías que tener una alimentación de entrada superior. En las condiciones de funcionamiento recomendadas se puede ver lo siguiente:

Así que esto significa que para alcanzar el máximo que el potenciómetro y el valor de \$R_1\$ promete, necesitaría tener una tensión de alimentación de entrada de aproximadamente \$32\:\text{V}\$ .

Otros usos

Ahora que entiendes todo esto, quizás quieras considerar una idea más sobre el LM317. También puede utilizarse como fuente de corriente para, por ejemplo, cargar una batería recargable. Si sustituyes \$R_2\$ con una batería recargable, por ejemplo, entonces puede seleccionar un valor para \$R_1\$ que generará la corriente adecuada para recargarlo. El LM317 seguirá ajustando las cosas para que el voltaje a través de \$R_1\$ es constante y esto implica una corriente constante en \$R_1\$ . Dado que toda esa corriente debe llegar a tierra a través de un camino que usted proporciona, el uso de una batería en ese camino significa que obtendrá una corriente constante para recargarla. (Hay otros problemas, por supuesto. Tendrías que controlar el proceso de carga y detenerlo cuando la batería esté cargada o ya no requiera una corriente constante. Pero el punto permanece - el LM317 también puede ser utilizado como una fuente de corriente constante en lugar de una fuente de tensión constante).

Answer 3

Figura 1. Como se sugiere en la hoja de datos.

• El LM317 funciona ajustando su salida a 1,25 V por encima de la tensión en el pin ADJ.
• Con R1 = 240 Ω hay una corriente de \$ \frac {1.25}{240} = 5.2 \ \text {mA} \$ atravesándolo y R2.
• La corriente constante a través de R2 significa que la caída de tensión a través de él cambia linealmente con la resistencia de R2. Esto es muy útil si quieres que la tensión cambie en proporción a la rotación angular de R2.

simular este circuito - Esquema creado con CircuitLab

Figura 2. Plan de la OP.

Ahora vamos a intentar hacerlo a tu manera.

• Digamos que nuestra olla de 5k tiene una potencia de 1/8 W (bastante típica). Utilizando \$ P = I^2 R \$ podemos calcular que la corriente máxima que puede manejar es \$ I = \sqrt {\frac {P}{R}} = 5 \ \text {mA} \$ .
• Esto a su vez significa que una vez que se reduce la resistencia del bote por debajo de \$ \frac {1.25}{5m} = 0.25\ \text k \Omega \$ (250 Ω) que la olla tenderá a quemarse. (La potencia nominal del pote es para la disipación en toda la pista - no sólo la parte en uso. Si reduces la longitud de la pista entonces reduces la disipación de potencia máxima proporcionalmente).

Ahora veamos la linealidad, suponiendo que no hayamos subido del todo el limpiaparabrisas y quemado el pote:

• Al 20% de la parte superior tienes 1k y 4k. La tensión de salida será \$ V_{out} = \frac {1+4}{1}(1.25) = 6.25 \ \text V \$ .
• Al 40% hacia abajo desde la parte superior tienes 2k y 3k. La tensión de salida será \$ V_{out} = \frac {2+3}{2}(1.25) = 3.125 \ \text V \$ .
• Al 60% de la parte superior tienes 3k y 2k. La tensión de salida será \$ V_{out} = \frac {3+2}{3}(1.25) = 2.08 \ \text V \$ .
• Al 80% hacia abajo desde la parte superior tienes 4k y 1k. La tensión de salida será \$ V_{out} = \frac {4+1}{4}(1.25) = 1.56 \ \text V \$ .
• Al 100% hacia abajo desde la parte superior tienes 5k y 0k. La tensión de salida será \$ V_{out} = \frac {5+0}{5}(1.25) = 1.25 \ \text V \$ .

Está claro que el bote de ajuste no será lineal. La salida cae a la mitad en el ajuste del 20% al 40%.

Por último, perdona mi ignorancia sobre las cápsulas, pero si un condensador no es una carga, ¿el C1 no está creando un cortocircuito?

Los condensadores, como sugiere su símbolo, son placas paralelas separadas por un espacio no conductor. La corriente continua no puede pasar por un condensador una vez cargado.

Answer 4

La forma de calcular los valores de las resistencias ya ha recibido una respuesta detallada. Permíteme intentar aclarar tu confusión sobre el divisor de tensión: como has dicho, proporciona una fracción de la tensión de entrada, según la relación de las resistencias. La única confusión aquí es: se está utilizando para muestrear el salida tensión de su controlador, para que sirva de referencia para el control de la tensión.

Aunque entiendas el LM317 sólo como una caja negra, intenta verlo como un dispositivo que intentará mantener la tensión entre los pines Vout y Adj como 1,25V. Si esta diferencia es inferior a 1,25V, Vout aumentará, si es superior, Vout disminuye. La relación de la tensión de salida viene dada por el divisor de tensión.

De esta forma el LM317 intenta compensar las variaciones de la corriente demandada por la carga y también las variaciones de la tensión de entrada. Las fórmulas de la hoja de datos permiten calcular los valores de las resistencias para obtener 1,25V entre los pines mencionados para una tensión de salida determinada.

Answer 5

Veamos cómo funciona el LM317.

Internos del LM317 (no incrustado debido a posibles razones de derechos de autor)

El LM317 ajusta la V _OUT hasta que la tensión del terminal ADJ sea 1,25 voltios inferior a V _OUT . Utiliza un comparador de voltaje (un amplificador operacional), donde una de las entradas es el pin de salida, la otra de las entradas está conectada al pin de ajuste, pero no directamente sino a través de un circuito que funciona efectivamente como una fuente de voltaje estable de 1,25 voltios (caída de voltaje constante). Los amplificadores operacionales son conocidos por su alta impedancia de entrada, por lo que la corriente ADJ será mínima. Entonces la salida del amplificador operacional se utiliza para ajustar el voltaje de la base del transistor, de modo que el voltaje del emisor en la salida será el voltaje de la base menos la caída de voltaje del transistor, que en este caso es un par Darlington. (De acuerdo, esta explicación simplifica un poco las cosas, pero así es como se crea el regulador de voltaje ajustable más simple posible).

Por lo tanto, si el V _OUT - ADJ es inferior a 1,25 voltios, el V _OUT es muy rápido, al máximo si es necesario.

Si, por el contrario, el V _OUT - ADJ es superior a 1,25 voltios, el V _OUT se reduce muy rápidamente, al mínimo si es necesario.

La idea es que el V _OUT - La diferencia de tensión ADJ es una fracción de la tensión del terminal de salida, determinada por un divisor de tensión.

Si sólo tienes R2, sin R1, entonces la tensión del terminal ADJ sería cero, y tendría una resistencia variable a tierra (que no tiene ningún efecto útil, porque la corriente en el terminal ADJ es mínima).

Si tienes tanto R1 como R2, entonces la tensión del terminal ADJ está determinada por un divisor de tensión entre V _OUT y el suelo.

Ten en cuenta que R2 es una resistencia variable, no un potenciómetro (aunque puedes convertir un potenciómetro en una resistencia variable conectando el pin central a uno de los pines extremos y utilizando los dos pines conectados juntos con el otro pin extremo, o simplemente utilizando el pin central y uno de los pines extremos).

Se podría conseguir el mismo efecto conectando una patilla extrema del potenciómetro a tierra y la otra patilla extrema a V _OUT y la clavija central a ADJ.

Tenga en cuenta esta sencilla explicación ignoró la corriente del terminal de ajuste. Para una explicación más completa, consulte la respuesta votada.