Ten schemat LM317 nie ma dla mnie żadnego sensu

Jest to więc podstawowe okablowanie dla LM317 jako regulatora napięcia i bardzo niewiele z tego ma dla mnie sens. Po pierwsze, jeśli jeden pin jest do mojej regulacji, dlaczego potrzebuję $R_1$ ? $R_2$ da mi prawie każdą wartość, którą muszę wysłać. Czy $R_1$ naprawdę potrzebny?

Zawsze rozumiałem, że w obwodzie dzielnika napięcia używasz napięcia WEJŚCIE do zasilania potencjometru. Dlaczego używamy dodatniego końca napięcia wyjściowego do zasilania naszej doniczki? Czy przewód $R_2$ nie jest źle podłączony? Jeśli ktoś powie mi, żebym zmienił napięcie na mój pin regulacyjny, utworzę dzielnik napięcia z pulą i wyślę TEN wynik na pin. Ale tutaj wejście V + do garnka jest tym samym drutem, co drut prowadzący do szpilki regulacyjnej, ORAZ ten sam drut pochodzący z mojego V z 317. Jeśli próbuję wysłać różne wartości napięcia do mojego układu scalonego, w jaki sposób czy to ma zadziałać, kiedy wbijam stałe V w to samo miejsce?

Na koniec wybacz moją niewiedzę o czapkach, ale jeśli kondensator nie jest obciążeniem, to czy $C_1$ powoduje zwarcia?

Zestawienie danych ma bardzo dokładny opis zastosowania kołka ADJ z $R_1$ i $R_2$ :

Ponieważ oba $R_1$ i $R_2$ są wyświetlane w równaniu napięciem wyjściowym

potrzebujesz obu, aby zrealizować dowolne napięcie wyjściowe. W zależności od oczekiwanego obciążenia i pożądanego napięcia wyjściowego możesz usunąć $R_1$ . Jednakże, należy zachować minimalny prąd obciążenia (które określa datasheet jak 10mA) więc jeśli obciążenie może spaść poniżej, które muszą polegać na $R_1$ i $R_2$ dzielnika wyciągnąć tyle prądu, aby sprostać że minimalny prąd obciążenia wymóg.

Dzielnik napięcia zwykle ma napięcie wejściowe, które chcesz podzielić za pomocą pary rezystorów. Ustawiasz stosunek rezystorów, aby ustawić podzielone napięcie:

W tym przypadku podzielone napięcie $V_{\text{div}}$ jest ustawiane przez urządzenie (1,25 V), więc ustalasz stosunek rezystorów, aby ustawić wejście $V_{\text{input}}$ napięcia wejściowego dzielnika napięcia , które jest $V_{\text{out}}$ LM317 .

Na koniec wybacz moją niewiedzę o czapkach, ale jeśli kondensator nie jest obciążeniem, to czy $C_1$ powoduje zwarcia?

Kondensator ma bardzo wysoką (idealnie nieskończoną) impedancję przy DC, więc nie ma zwarcia. Ten kondensator będzie zwarcie sygnały wysokiej częstotliwości (czyli hałas) na $V_{\text{in}}$ , co jest pożądane, ponieważ $V_{\text{in}}$ ma być źródłem napięcia stałego.

Przegląd

Unikam polegania na algebrze jako wyjaśnieniu. (Ponieważ algebra, udzielając odpowiedzi ilościowych, często nie pomaga ludziom zrozumieć czegoś, chyba że biegle posługuje się matematyką.) Niezależnie od tego, nadal przydatne jest posiadanie arkusza danych. Oto więc arkusz danych LM317 TI, aby był wygodny w razie potrzeby.

Najlepszym sposobem na zrozumienie czegoś jest próba włożenia się do urządzenia i „pomyśl, jak to robi”. Empatize z urządzeniem, że tak powiem. Potem wiele tajemnic odchodzi.

Na przykład w programowaniu nic nie robi program, czego nie można zrobić ręcznie. (Czy jest to praktyczne, czy nie, to inne pytanie.) Tak więc, podobnie jak w przypadku elektroniki, dobrym sposobem na zrozumienie pewnego algorytmu w programowaniu jest po prostu usiąść z papierem i niektórymi przedmiotami przed sobą i po prostu zrobić rzeczy, ręcznie, własnymi rękami. To prawie zawsze ma sens głęboko w środku. A potem tajemnica odchodzi.

Znajomość nazwy NIE JEST tym samym, co wiedza. Najlepszym sposobem, aby się czegoś dowiedzieć, jest obserwowanie i obserwowanie. Spójrzmy więc na urządzenie.

LM317 Wewnętrzne napięcie odniesienia

Wewnętrznie urządzenie zawiera bardzo specjalny rodzaj napięcia odniesienia, który jest ustawiony na około $1.25\:\text{V}$ . Nawiasem mówiąc, zaprojektowanie jednego z nich nie jest łatwe. Zwłaszcza jeśli chcesz, aby napięcie odniesienia pozostało stałe w szerokim zakresie temperatur roboczych i zmian układów scalonych podczas produkcji i przez długi okres czasu. Oto, co mówi o tym arkusz danych:

Widać, że dla szerokiego zakresu prądów wyjściowych, napięć wejściowych i temperatur (patrz uwaga), to napięcie gwarantuje, że pozostanie między $1.2\:\text{V}$ i$1.3\:\text{V}$ . To całkiem spore osiągnięcie.

Aby odniesienie do napięcia działało dobrze, projektanci potrzebowali także pewnego rodzaju źródła prądu. Powodem jest to, że aby uzyskać tak dobre napięcie odniesienia, muszą one również zapewnić przepływający przez niego względnie przewidywalny prąd. (Pamiętaj, że podajesz napięcie wejściowe gdziekolwiek od $3\:\text{V}$ do$40\:\text{V}$ ) Tak więc istnieje również źródło prądu, które zapewnia przewidywalny prądprzeznapięcie odniesienia, aby dobrze to działało. Możesz zobaczyć ten fakt z tej części arkusza danych:

Źródło prądu oni korzystać ze źródeł jej prąd z tej IN pin. Ale ten prąd musi opuścić przez inny pin - w tym przypadku, mianowicie pin ADJUST . Zatem prąd tego źródła prądu nazywany jest prądem końcowym „ADJUST”. Podczas korzystania z urządzenia należy pamiętać o tym fakcie. Musisz zapewnić środki dla prądu tego źródła, aby opuściło urządzenie i zbliżyło się do uziemienia odniesienia.

Podsumujmy. Aby ten regulator napięcia mógł wykonać swoją pracę, projektanci uznali, że muszą uwzględnić wewnętrzne (ukryte) napięcie odniesienia. (Potrzebują go, aby móc go użyć do porównania, a następnie zdecydować, jak „wyregulować” napięcie, które chcesz - wkrótce omówię te szczegóły.) Aby zrobić dobre wewnętrzne odniesienie napięcia, potrzebowali prądu źródło. Z tego powodu musieli również poinformować Cię, że musisz im pomóc, zatapiając prąd za pomocą szpilki ADJUST . Określają to również.

Musisz teraz pamiętać o dwóch rzeczach: (1) napięcie odniesienia; i (2) wyreguluj prąd pinowy. Ale prąd pinu REGULACJA jest tylko konsekwencją dostarczenia tego napięcia odniesienia. Tak więc, aby zrozumieć urządzenie, należy pamiętać o referencyjnym napięciu (a nie o prądzie wyregulowania ADJUST , który można powiedzieć, że jest złem koniecznym).

To tylko jeden z wewnętrznych zasobów urządzenia. Zawiera także specjalne obwody, które chronią przed zbyt dużym prądem i chronią przed poważnym przegrzaniem podczas pracy. Dzięki temu masz wbudowaną ochronę termiczną.

Metoda regulacji napięcia

Przy powyższym zrozumieniu podstawową ideą LM317 jest:

^{symulacja tego obwodu - Schemat utworzony za pomocą CircuitLab}

$1.25\:\text{V}$$1.25\:\text{V}$

$1.25\:\text{V}$$1.25\:\text{V}$

Jest to sedno zrozumienia, jak to działa. Upewnij się, że przepuściłeś to przez głowę wiele razy. Wywierć to.

Korzystanie z LM317

$R_2$$1.25\:\text{V}$

$1.25\:\text{V}$$R_1$$R_1$$I_{R_1}\approx \frac{1.25\:\text{V}}{R_1}$

$I_{R_1}$$R_1$

$I_{R_1}\approx 5.2\:\text{mA}$$100\:\mu\text{A}$

$I_{R_1}$$R_1$

$R_1$$5.2\:\text{mA}$$5.3\:\text{mA}$$R_1$

$R_2$$5\:\text{k}\Omega$$R_2$$26-27\:\text{V}$$\approx 1.25\:\text{V}$$27.2\:\text{V}$$28.3\:\text{V}$

Aby jednak osiągnąć te szczytowe napięcia, trzeba mieć wyższe napięcie wejściowe. W zalecanych warunkach pracy możesz zobaczyć:

$R_1$$32\:\text{V}$

Inne zastosowania

$R_2$$R_1$$R_1$$R_1$. Ponieważ cały ten prąd musi dotrzeć do ziemi przez podaną ścieżkę, użycie akumulatora w tej ścieżce oznacza, że ​​otrzyma on stały prąd do jego ładowania. (Istnieją oczywiście inne problemy. Trzeba będzie monitorować proces ładowania i zatrzymać go, gdy akumulator jest naładowany lub nie wymaga już stałego prądu. Ale pozostaje sedno - LM317 może być również używany jako stały prąd źródło zamiast źródła stałego napięcia).

Rysunek 1. Jak sugeruje arkusz danych.

• LM317 działa poprzez dostosowanie mocy wyjściowej do 1,25 V powyżej napięcia na pinie ADJ.
• $\frac {1.25}{240} = 5.2 \ \text {mA}$
• Stały prąd przez R2 oznacza, że ​​spadek napięcia na nim zmienia się liniowo wraz z rezystancją R2. Jest to bardzo przydatne, jeśli chcesz, aby napięcie zmieniało się proporcjonalnie do obrotu kątowego R2.

^{symulacja tego obwodu - Schemat utworzony za pomocą CircuitLab}

Ryc. 2. Plan PO.

Teraz spróbujmy zrobić to po swojemu.

• $P = I^2 R$$I = \sqrt {\frac {P}{R}} = 5 \ \text {mA}$
• $\frac {1.25}{5m} = 0.25\ \text k \Omega$

Spójrzmy teraz na liniowość - zakładając, że nie obróciliśmy wycieraczki do końca i nie wypaliliśmy puli:

• $V_{out} = \frac {1+4}{1}(1.25) = 6.25 \ \text V$
• $V_{out} = \frac {2+3}{2}(1.25) = 3.125 \ \text V$
• $V_{out} = \frac {3+2}{3}(1.25) = 2.08 \ \text V$
• $V_{out} = \frac {4+1}{4}(1.25) = 1.56 \ \text V$
• $V_{out} = \frac {5+0}{5}(1.25) = 1.25 \ \text V$

Oczywiste jest, że garnek do regulacji będzie nieliniowy. Produkcja spada o połowę w ramach korekty z 20% do 40%.

Na koniec wybacz moją niewiedzę o czapkach, ale jeśli kondensator nie jest obciążeniem, to czy C1 nie powoduje zwarcia?

Kondensatory, jak sugeruje symbol, są równoległymi płytkami oddzielonymi nieprzewodzącą szczeliną. Po naładowaniu prąd stały nie może przepływać przez kondensator.

Jak obliczyć wartości rezystorów już otrzymałem szczegółową odpowiedź. Pozwól mi spróbować wyjaśnić twoje zamieszanie dotyczące dzielnika napięcia: jak powiedziałeś, zapewnia on ułamek napięcia wejściowego, zgodnie ze stosunkiem rezystorów. Jedyne zamieszanie jest tutaj: jest on używany do próbkowania napięcia wyjściowego sterownika, aby służyć jako punkt odniesienia do kontroli napięcia.

Nawet jeśli rozumiesz LM317 tylko jako czarną skrzynkę, spróbuj go postrzegać jako urządzenie, które będzie próbowało utrzymać napięcie między stykami Vout i Adj na poziomie 1,25 V. Jeśli ta różnica jest mniejsza niż 1,25 V, Vout zostanie zwiększone, jeśli jest wyższe, Vout maleje. Stosunek napięcia wyjściowego jest podawany przez dzielnik napięcia.

W ten sposób LM317 próbuje zrekompensować zmiany prądu wymaganego przez obciążenie, a także zmiany napięcia wejściowego. Wzory w arkuszu danych pozwalają na obliczenie wartości rezystora w celu uzyskania 1,25 V między wspomnianymi pinami dla danego napięcia wyjściowego.

Zawsze występuje stała wartość 1,25 V między wyjściami a kołkami regulacyjnymi. Dlatego połączenie R1 między tymi dwoma kołkami zmusza stały przepływ prądu przez R1. Prąd ten musi przepływać przez R2 (nie może iść nigdzie indziej!), Powodując stały spadek napięcia w R2. Dlatego napięcie wyjściowe regulatora jest równe spadkowi napięcia na R2 + 1,25 V.

Powyższe jest dobrym przybliżeniem, ale nie jest do końca prawdą. Bardzo mały prąd wypływa z kołka regulacyjnego przez R2 do masy nieznacznie zwiększając napięcie spadające na R2, a zatem nieznacznie zwiększając napięcie wyjściowe.

Vout = ((1,25 / R1) * R2 + 1,25 V) + (R2 * Iadj)

Kondensatory są w obwodzie otwartym do prądu stałego.

Zobaczmy, jak działa LM317!

Elementy wewnętrzne LM317 ( niewbudowane z powodu możliwych przyczyn naruszenia praw autorskich)

LM317 reguluje napięcie na zacisku V _OUT, aż napięcie na zacisku ADJ spadnie o 1,25 V poniżej V _OUT. Korzysta z komparatora napięcia (wzmacniacza operacyjnego), w którym jedno z wejść jest pinem wyjściowym, a drugie z wejść jest podłączone do pina regulacyjnego, ale nie bezpośrednio, ale poprzez obwód, który skutecznie działa jak stabilne napięcie 1,25 V. źródło (stały spadek napięcia). Wzmacniacze operacyjne są znane z wysokiej impedancji wejściowej, więc prąd ADJ będzie minimalny. Następnie wyjściowe wzmacniacz operacyjny służy do regulacji napięcia bazowego tranzystora, tak aby napięcie emitera na wyjściu było napięciem bazowym minus spadek napięcia tranzystorowego, który w tym przypadku jest parą Darlington. (Ok, to wyjaśnienie trochę upraszcza, ale w ten sposób można stworzyć najprostszy możliwy regulowany regulator napięcia.)

Tak więc, jeśli różnica napięć V _OUT - ADJ jest mniejsza niż 1,25 V, V _OUT jest bardzo szybko podkręcane, w razie potrzeby maksymalnie.

Jeśli z drugiej strony różnica napięcia V _OUT - ADJ jest większa niż 1,25 wolta, V _OUT jest bardzo szybko zmniejszane, w razie potrzeby do minimum.

Chodzi o to, że różnica napięcia V _OUT - ADJ stanowi pewną część napięcia wyjściowego na zaciskach, określoną przez dzielnik napięcia.

Jeśli masz tylko R2, bez R1, wówczas napięcie na zaciskach ADJ byłoby zerowe i miałoby zmienną rezystancję do masy (co nie ma żadnego użytecznego efektu, ponieważ prąd na zacisku ADJ jest minimalny).

Jeśli masz zarówno R1, jak i R2, napięcie na zacisku ADJ jest określane przez dzielnik napięcia między V _OUT a masą.

Uwaga R2 jest rezystorem zmiennym, a nie potencjometrem (chociaż można przekształcić potencjometr w rezystor zmienny, podłączając środkowy styk do jednego z ekstremalnych styków i używając dwóch połączonych styków z drugim ekstremalnym stykiem, lub po prostu używając środkowy pin i jeden z ekstremalnych pinów).

Można uzyskać ten sam efekt, podłączając jeden skrajny pin potencjometru do uziemienia, drugi skrajny pin do V _OUT, a środkowy pin do ADJ.

Zwróć uwagę, że to proste wyjaśnienie zignorowało prąd terminala regulacyjnego. Aby uzyskać pełniejsze wyjaśnienie, zapoznaj się z pozytywną odpowiedzią.

R1 i R2 są regulacją. Tworzą dzielnik napięcia zmiennego, który generuje napięcie wejściowe na pin Adj. Po przeczytaniu arkusza danych zobaczysz, że napięcie wyjściowe jest regulowane o 1,25 V powyżej napięcia na pinie Adj.
Napięcie wyjściowe służy do zasilania dzielnika napięcia, ponieważ jest stabilne i regulowane, jeśli użyjesz zasilania wejściowego, wszelkie szumy, tętnienia lub zmiany z obciążeniem zostaną przekazane na pin Adj, a następnie pojawią się na wyjściu.
Musisz ponownie spojrzeć na obwód, napięcie przyłożone do Adj będzie się zmieniać wraz ze zmianą R2. Jest to konwencjonalny sposób rysowania rezystora zmiennego. Pin Adj, jeden koniec R1 i wycieraczka R2 są połączone razem, a nie drugi koniec R2.
Ani C1, ani C2 nie są zwarciami. W DC dobry kondensator wygląda jak obwód otwarty. Ich celem jest ominięcie dowolnego komponentu prądu przemiennego lub szumu na ziemię, tym samym zmniejszając ich działanie. Arkusz danych mówi nawet, że można ominąć Adj „, aby osiągnąć bardzo wysoki współczynnik odrzucania tętnienia”.
W arkuszu danych znajduje się znacznie więcej przydatnych informacji z wieloma przykładami użycia LM317 do różnych zadań.

Aby dodać szczegół, którego doświadczeni użytkownicy mogą nawet nie zauważyć:

R2 rezystor zmienny - nie potencjometr. W praktyce można zastosować to samo urządzenie fizyczne, ale rezystor zmienny jest urządzeniem dwu zaciskowym, podczas gdy potencjometr ma trzy zaciski.

Jeśli czytasz R2 jako potencjometr, to najwyraźniej jest on rysowany z podłączonymi końcami rezystora i wycieraczki niepodłączonej (pływającej), co wyraźnie nie ma żadnego sensu. Jeden z zacisków R2 jest podłączony do wycieraczki.