LM317 — регулируемый стабилизатор напряжения¶

LM317 — интегральный регулируемый стабилизатор положительного напряжения, один из наиболее распространённых компонентов в аналоговой силовой электронике. Разработан американским инженером Робертом Добкиным в 1976 году, выпускается компанией National Semiconductor (ныне Texas Instruments) и множеством других производителей по всему миру. Прибор относится к классу трёхвыводных линейных регуляторов с выходным током до 1,5 А и диапазоном регулируемого выходного напряжения от 1,25 до 37 В.

¶Устройство и принцип работы

LM317 выполнен по биполярной технологии и выпускается в различных корпусах: TO-220, TO-92, TO-252 (DPAK), SOT-223, TO-3 и других. Микросхема имеет три вывода: вход (IN), выход (OUT) и регулирующий вывод (ADJ). Внутренняя схема включает источник опорного напряжения 1,25 В, дифференциальный усилитель ошибки, проходной транзистор и схемы защиты от перегрева и перегрузки по току.

Принцип действия основан на поддержании постоянного напряжения 1,25 В между выводами OUT и ADJ. Внешний делитель напряжения, подключённый к регулирующему выводу, задаёт выходное напряжение по формуле: Vout = 1,25 × (1 + R2/R1), где R1 — резистор между OUT и ADJ, R2 — резистор между ADJ и общим проводом. Ток, протекающий через вывод ADJ, составляет около 50–100 мкА и вносит незначительную погрешность, которую обычно учитывают при точных расчётах.

¶Основные характеристики

Ключевые параметры LM317 в типовом включении:

• выходное напряжение: от 1,25 до 37 В (регулируется внешними резисторами);
• максимальный выходной ток: 1,5 А (при достаточном теплоотводе);
• падение напряжения вход-выход (dropout): 2–3 В;
• опорное напряжение: 1,25 В с точностью ±1,5 %;
• коэффициент стабилизации по входу: 0,01 %/В;
• коэффициент стабилизации по нагрузке: 0,1 %;
• диапазон рабочих температур: от 0 до +125 °C (для коммерческой версии);
• встроенная защита от короткого замыкания, перегрева и превышения рабочей области (SOA).

¶Типовые схемы включения

¶Регулируемый стабилизатор напряжения

Базовая схема включает входной конденсатор 0,1–1 мкФ, выходной конденсатор 1–10 мкФ и делитель из двух резисторов. Резистор R1 обычно выбирают в диапазоне 120–240 Ом, чтобы обеспечить минимальный ток нагрузки около 5–10 мА. Переменный резистор R2 позволяет плавно регулировать выходное напряжение.

¶Стабилизатор тока

LM317 может работать как линейный стабилизатор тока. Для этого между выводами OUT и ADJ включается резистор, а нагрузка подключается к выводу ADJ. Выходной ток определяется по формуле I = 1,25/R. Такая схема широко применяется для питания светодиодов, зарядки аккумуляторов и в источниках опорного тока.

¶Источник опорного напряжения

Благодаря низкому уровню шума и высокой стабильности, LM317 используют как источник опорного напряжения 1,25 В или с делителем — 5 В, 10 В и других значений. В таком применении микросхема работает с малым током нагрузки и обеспечивает точность в пределах 0,1–0,5 % при правильной разводке печатной платы.

¶Преимущества и недостатки

К достоинствам LM317 относят простоту применения, дешевизну, широкую доступность, встроенные защиты и возможность регулировки напряжения без изменения схемы. Прибор допускает параллельное включение для увеличения тока (с дополнительными резисторами балансировки) и последовательное — для повышения входного напряжения.

Недостатками являются значительное падение напряжения на регулирующем элементе, что снижает КПД при большом перепаде входного и выходного напряжений, а также необходимость теплоотвода при токах более 0,5 А. Кроме того, LM317 не может выдавать отрицательное напряжение — для этого существует парная микросхема LM337.

¶Применение

LM317 используется в лабораторных блоках питания, зарядных устройствах, аудиоусилителях, измерительных приборах, системах автоматики и бытовой электронике. На его основе строят как простые регулируемые источники питания, так и прецизионные схемы с операционными усилителями для повышения точности. Благодаря низкому уровню шума (менее 0,003 % от выходного напряжения) микросхема применяется в аналоговых трактах и для питания малошумящих усилителей.

¶Аналоги и модификации

Существует множество клонов и усовершенствованных версий LM317 от разных производителей: LM317T, LM317K, KA317, GL317, UTC317, а также низкопадающие (LDO) модификации — LM1085, LM1086, LM1117, которые требуют меньшего перепада напряжений. Отечественный аналог — микросхема КР142ЕН12А, выпускавшаяся в СССР и России, с близкими параметрами. Также выпускаются регулируемые стабилизаторы отрицательного напряжения LM337 и сдвоенные варианты в одном корпусе.

¶Культурное значение

LM317 считается одним из самых массовых и долгоживущих компонентов в истории электроники. За более чем 45 лет производства схема практически не изменилась, что объясняется удачным балансом характеристик, стоимости и надёжности. Микросхема стала стандартом де-факто для обучения основам схемотехники и используется в радиолюбительской практике по всему миру.