Tutorial per Illustrare Caratteristiche e Funzionamento del Regolatore di Tensione LM317, Mostrando e Illustrando vari Circuiti…
INTRO
L’integrato LM317 è un regolatore di tensione positivo a tre PIN in grado di fornire diverse tensioni continue in uscita o anche correnti. In particolare le tensioni possono essere regolabili tra 1.25V e 37V e l’integrato è in grado di fornire 1.5A.
Richiede solo alcuni componenti esterni per cambiare funzione , ad esempio servono solo due resistenze per ottenere un regolatore di tensione regolabile. La regolazione di linea e di carico sono abbastanza buone e il circuito inoltre dispone di diverse protezioni, come la protezione termica, la protezione di corrente e la protezione da safe operating area. Queste protezioni bloccano la corrente di uscita quando la temperatura è troppo elevata, quando la corrente di uscita è troppo elevata oppure quando la tensione di ingresso è troppo elevata.
Il componente si presenta come in figura e può avere due diversi package, il primo il classico TO-220 viene usato nel montaggio attraverso i fori mentre il TO-263 viene usato per i circuiti SMD.
PIN E CARATTERISTICHE ELETTRICHE
L’integrato ha tre PIN, il primo è chiamato Adjust (o ADJ) ed è il pin di regolazione, poi vi è Vout che è il pin che fornisce la tensione in uscita mentre Vin è il pin della tensione di ingresso. Tra il pin di ingresso e di uscita vi sarà una tensione detta tensione di dropout (Vdrop), questa tensione serve per il funzionamento dei circuiti interni e inoltre è dovuta alla caduta di tensione sull’elemento serie. Lo schema a blocchi è il seguente:
L’elemento serie è formato da due transistor in configurazione darlington, inoltre vi è una resistenza per rilevare la corrente di uscita. In funzione della corrente in uscita e della temperatura agisce il blocco chiamato “Over temp & over Current Protection” che elimina in caso di problemi la polarizzazione del transistor darlington . La tensione di riferimento viene generata da un diodo Zener da 1.25V polarizzato da Iadj, una corrente di riferimento. L’operazionale, in configurazione di error amplifier fa si che tra il pin ADJ e Vout vi siano sempre 1.25V.
Le caratteristiche elettriche sono le seguenti:
- Tensione massima tra Vout e Vin: 40V
- Tensione minima tra Vout e Vin (Vdrop): 3V
- Vout: da 1.25V a 37V
- Corrente di uscita: da 10mA fino a 1.5A
- Regolazione di linea: 0.01%/V
- Regolazione di carico: 0.1%/V
- Corrente pin ADJ: 50uA
- Rumore RMS: 0.003%/Vout
- Reiezione al ripple: 57dB
La tensione massima come detto prima è 40V, la minima invece sarà data dal dropout più la minima tensione in uscita, ovvero 3+1.25=4.25V. Il dropout è 3V. La corrente va da 10mA fino a 1.5A, il regolatore non garantisce una tensione regolata secondo datasheet se la corrente è minore di 10mA, quindi si potrebbe usare una resistenza in uscita che garantisce una corrente di uscita di 10mA.
La regolazione di linea indica coma varia la Vout se varia la Vin ovvero se la Vout è 5V e la Vin varia da 10V a 11V allora vi sarà una variazione di 0.05% ovvero 2.5mV.
La load regulaztion invece indica che se il carico varia da 10mA a 1.5° allora l’uscita subirà una variazione di tensione pari allo 0.1% ogni volt, ovvero se l’uscita è 5V vi sarà una variazione di 50mV dell’uscita. Dal pin ADJ esce una corrente di 50uA generata dal generatore di corrente.
Il rumore RMS generato in uscita su un tensione di 10V è di 30uV essendo lo 0.003% di Vout. Il ripple in ingresso viene attenuato di circa 57dB senza utilizzare i condensatori di uscita.
SCHEMA DI UTILIZZO COME REGOLATORE DI TENSIONE
Lo schema classico di utilizzo, come regolatore di tensione, è il seguente:
La tensione di ingresso raddrizzata e filtrata entra nel circuito con il positivo connesso al pin Vi, questa tensione può andare da 4.5V fino a 40V. Ci è una capacità di filtro e può essere rimossa se l’integrato è molto vicino al condensatore di filtro successivo al ponte di diodi raddrizzatori.
Tra il pin Output e ADJ vi è una tensione di 1.25V e la resistenza R1 avrà questa tensione ai suoi capi, quindi scorrerà una corrente di Ir1=1.25/240=5.2084mA e questa corrente va da Output a R2 attraverso R1.
Ai capi di R2 vi sarà una tensione data dalla corrente che scorre in R1 più la corrente IADj che come detto prima è 50uA. In totale vi sarà una corrente Ir2=Ir1+50uA=5.2084+0.05=5.2134mA. Questa corrente scorre in R2 e crea una tensione proporzionale al valore di R2. Ad esempio se R2 è 1000 Ohm vi sarà una tensione ai capi di R2 che vale 5.21V circa. Questa tensione si somma a quella da 1.25V e quindi in uscita vi saranno 6.46V.
Per variare la tensione di uscita quindi basta far variare R2 da 0 fino ad un certo valore. Se R2 è uguale a 0 allora in uscita vi saranno 1.25V.
La capacità CADj serve per ridurre il rumore sulla tensione R2 in modo tale da ridurre il rumore della tensione in uscita, mentre la capacità Co filtra il rumore di uscita e va posto vicino all’integrato. Se il carico è lontano dall’integrato va aggiunto un altro condensatore vicino al carico da circa 100uF-470uF.
Il diodo D1 serve per evitare che vi siano correnti inverse dovute alle capacità di uscite o dovute al carico, se correnti inverse scorrono dall’Output all’Input del LM317 si potrebbe bruciare. D1 evita questo problema. Tra Output e ADj non vi può essere una tensione minore di 0, altrimenti l’integrato si brucia. D2 serve per evitare quest’altro problema. D1 e D2 possono anche essere non usati ma si rischia di bruciare l’integrato.
Lo schema montato su breadboard è il seguente:
Solitamente serve un dissipatore visto che l’integrato dissipa una potenza data da Pd=(Vin-Vout)Iout, quindi il dissipatore deve avere un valore:
R_termica_dissipatore = ((Tjmax-Tamb)/Pd – Rjc – Rcs)
Dove Tjmax è la temperatura massima ovvero 150°C, Tamb è la temperatura ambiente di dove il circuito lavorerà, Rjc e Rcs sono le resistenze tra la giunzione e il case e tra case e dissipatore, solitamente 1.5°C/W e 0.5°C/W.
Supponendo Vout=5V, Vin=20V e Iou=500mA si avrà una potenza Pd=7.5W, quindi il dissipatore sarà di:
R_termica_dissipatore = ((150-30)/7.5 – 1.5 – 0.5) = 14°C/W
DOWNLOAD
Potete scaricare il datasheet dell’integrato al seguente LINK!!!
