Джерела живлення

Регульований лінійний стабілізатор позитивної напруги на LM317

Схема регулювання постійної напруги на TI LM317KCS із номінальним входом 12V. Розрахункові установки до 9V зберігають рекомендований запас 3V; допустимий струм потребує розрахунку навантаження й теплового балансу.

Розрахункові номінальні установки
1.25–9V зберігає рекомендований запас 3V за номінального входу 12V; стабілізація також потребує дотримання заданих умов навантаження, температури та потужності
Компоненти
6
Формули
3
Пастки
5
Відкрити у Web CAD
Перевірене джерело

Робоче поле схеми

LM317 Adjustable Positive Linear Voltage RegulatorExported from CircuitBaseC10.1µFD11N4007IN3OUT2ADJ1U1LM317KCSR1240ΩR25kΩ+C210µF+12VGNDGNDGNDVOUT

Огляд схеми

Розрахункові номінальні установки
1.25–9V зберігає рекомендований запас 3V за номінального входу 12V; стабілізація також потребує дотримання заданих умов навантаження, температури та потужності
Компоненти
6
Формули
3
Пастки
5

Клікніть на будь-який компонент схеми вище, щоб переглянути його параметри, номінал і призначення.

Огляд схеми

Ця схема використовує Texas Instruments LM317KCS у класичному корпусі TO-220 KCS, описаному в TI SLVS044Z (квітень 2025). Він відрізняється від LM317-N / LM317T/NOPB у NDE. Вивід 3 U1 — IN, вивід 2 і монтажний фланець — OUT, вивід 1 — ADJ. Якщо цього потребує збірка, вихідний фланець необхідно електрично ізолювати від заземлених елементів охолодження.

R1=240Ω і R2=5kΩ утворюють дільник встановлення напруги. За номінальних VREF=1.25V та IADJ=50µA його розрахункова установка змінюється від 1.25V до 27.54V. Показане джерело має лише 12V: установки до 9V зберігають рекомендований TI запас 3V між входом і виходом. Це розрахункові номінальні межі проєкту, а не виміряний діапазон виходу чи фізичне обмеження на 9V. Фактична стабілізація потребує дотримання заданих умов навантаження, температури й потужності.

Номінальний струм R1 становить 5.21mA. Він перевищує типове мінімальне навантаження, але не підтверджує стабілізацію без зовнішнього навантаження за найгірших умов. Включайте струм дільника в повний IOUT і за потреби забезпечуйте розраховане зовнішнє навантаження. Допустимий безперервний струм збірки не встановлено. Використовуйте точний баланс потужності на виводах PD=(VIN−VOUT)IOUT+(VIN−VADJ)IADJ та перевіряйте фактичний монтаж і охолодження.

C1=100nF забезпечує локальне блокування входу; C2=10µF/35V — додатковий полярний вихідний конденсатор для перехідної характеристики. Вихідна ємність не потрібна для стійкості. D1 — Vishay 1N4007 у DO-41, анод VOUT, катод VIN, згідно з рекомендацією TI щодо обхідного шляху розряду за наявності вихідної ємності. Він не захищає від переполюсовки входу та не гарантує безпечного імпульсу для будь-якого джерела. Його окремі номінальні параметри наведено у Vishay 88503, електрична редакція 29-Apr-2020: https://www.vishay.com/docs/88503/1n4001.pdf . Фізичних стендових випробувань або встановленого струмового рейтингу повної збірки не заявлено.

Ключові технічні характеристики

Розрахункові номінальні установки1.25–9V зберігає рекомендований запас 3V за номінального входу 12V; стабілізація також потребує дотримання заданих умов навантаження, температури та потужності
Рекомендований запас падіння (Vin - Vout)3,0 В (рекомендовано для повного діапазону струму та температури згідно з SLVS044Z §6.3 / §7.3.1)
Робота за малого запасу напругиФіксованого гарантованого dropout немає; використовуйте рекомендований TI запас 3V та перевіряйте фактичне навантаження й температуру
Діапазон установки дільника1,25 В – ~27,5 В (теоретичний розрахунок за R2 = 5 кОм; вихід обмежений запасом падіння від шини +12 В)
Струмові можливості ІС та обмеження збіркиІС до 1.5A за умов TI; допустимий безперервний струм збірки не встановлено
Внутрішня опорна напруга (Vref)1,25 В номінально (1,20 В – 1,30 В, 3 В <= (VI - VO) <= 40 В, 10 мА <= IO <= 1,5 А, PD <= 20 Вт)
Мінімальний струм навантаження3,5 мА типово (макс. 10 мА при (VI - VO) = 40 В у діапазоні 0 °C … 125 °C, класичний кристал)
Струм виводу налаштування (Iadj)50 мкА типово (макс. 100 мкА у всьому діапазоні температур; дельта Iadj <= 5 мкА)
Нестабільність за напругою (Line Regulation)0,01% / В типово, 0,04% / В макс. при TJ = 25 °C (0,02% / В типово, 0,07% / В макс. у діапазоні темп., 3 В <= (VI - VO) <= 40 В)
Умови перевірки стабілізації за навантаженнямМежі класичного кристала залежать від вихідної напруги й температури; рядок стабілізації за навантаженням при 25°C використовує IOUT=10mA–1.5A та CADJ=10µF, якого тут немає
Придушення пульсацій мікросхемою57dB типово за VOUT=10V, f=120Hz, CADJ=0µF (рядок TI для класичного кристала); для цієї збірки з входом 12V не виміряно
Тепловий опір (корпус KCS)Характеристичні показники TI для KCS: RθJA=23.5°C/W, RθJC(bot)=0.1°C/W, RθJC(top)=15.9°C/W; фактичний тепловий опір збірки потрібно оцінити

Принцип роботи та фізичні процеси

01

Опорна напруга та мінімальне навантаження

U1 стабілізує різницю OUT–ADJ на номінальному рівні VREF=1.25V. TI §6.6 задає межі 1.20–1.30V за наведених умов перепаду напруги, струму та потужності: 3V≤VIN−VOUT≤40V, 10mA≤IOUT≤1.5A та PD≤20W. Ці умови для ІС не встановлюють випробуваного рейтингу цієї збірки.

R1=240Ω проводить розрахунковий номінальний струм I1=1.25V/240Ω≈5.21mA. TI наводить мінімальний струм навантаження 3.5mA типово й 10mA максимум за VIN−VOUT=40V у робочому діапазоні температур. Тому без зовнішнього навантаження дільник спирається на типову поведінку. Навіть номінальний резистор 120Ω із допуском +1% дає лише 1.20V/121.2Ω≈9.90mA за мінімальної опорної напруги. Перевірте повний баланс допусків і навантаження, не припускаючи стабілізації за найгірших умов.

02

Розрахункова установка та запас напруги живлення

Номінальне рівняння дільника:

FORMULA & CALCULATION
VOUT=VREF(1+(R2) / (R1))+IADJR2

За R1=240Ω, R2=0–5kΩ, VREF=1.25V та IADJ=50µA розрахункова установка становить 1.25–27.54V. Верхньої установки неможливо досягти від показаного номінального джерела 12V. TI §6.3 та §7.3.1/§7.4.2 рекомендують запас 3V. Номінальна установка до 9V зберігає цей запас; це не фізичне обмеження виходу чи підтверджений рейтинг збірки. Установка близько R2=1.47kΩ дає 9V у номінальному рівнянні з урахуванням IADJ. Вищі установки виходять за рекомендовані межі; фактична втрата стабілізації залежить від навантаження й температури. Числового порога dropout тут не задано.

03

Потужність і ілюстративні теплові оцінки

Повний вихідний струм включає зовнішнє навантаження й дільник: IOUT=ILOAD+I1. Вхідний струм IIN=IOUT+IADJ. Точний баланс потужності на виводах:

FORMULA & CALCULATION
PD=(VIN-VOUT)IOUT+(VIN-VADJ)IADJ

Для ілюстративних VIN=12V, VOUT=5V, повного IOUT=1A, VADJ=3.75V та прийнятого IADJ=50µA отримуємо PD=7.0004125W, приблизно 7W. Відкинутий член ADJ потрібно оцінювати у фактичній робочій точці; універсальної гарантії менше мілівата чи відсоткової похибки немає.

Для моделі радіатора розрахункова верхня межа θSA≤(TJ(limit)−TA)/PD−θJC(bot)−θCS. За робочої межі 125°C, прийнятих TA=25°C, PD≈7W і θCS=0.5°C/W отримуємо θSA≤13.7°C/W. Цей приклад не гарантує рейтингу збірки; перевірте фактичний тепловий шлях. Фланець електрично з'єднаний із VOUT.

04

Блокування та шлях розряду

C1=100nF під'єднано між IN і GND. Робіть з'єднання короткими; TI рекомендує локальне блокування входу, коли стабілізатор віддалений від фільтра джерела. C2=10µF/35V під'єднано плюсом до VOUT, мінусом до GND; він може покращити перехідну характеристику. Для стійкості він не потрібний, а точна реакція залежить від вибраного виробу й навантаження.

D1 має катод VIN та анод VOUT. TI §8.2.1 рекомендує обхідний діод за наявності вихідної ємності. Оцініть струм, що повертається, енергію імпульсу й імпеданс вхідного шляху; сам діод не обмежує ударний струм конденсатора. Vishay 88503 задає IF(AV)=1A за TA=75°C із виводами 9.5mm та IFSM=30A для неповторюваної одиничної напівсинусоїди 8.3ms, накладеної на номінальне навантаження, за TA=25°C. Це умови випробувань діода, а не підтверджений рейтинг розряду цієї схеми. D1 не захищає від переполюсовки входу.

05

Втрата контакту потенціометра

У CAD-символі Pin 3 R2 — повзунок, з'єднаний із крайнім Pin 2 та GND; крайній Pin 1 під'єднано до ADJ. Перевірте фізичне призначення виводів вибраного потенціометра. Якщо повзунок втрачає контакт, дільник використовує всю доріжку 5kΩ і задає високу установку. Це запобігає обриву дільника, але не захищає під'єднане навантаження від перенапруги. Фактичний вихід за несправності залежить від джерела й навантаження; за потреби передбачте незалежно розроблений захист від перенапруги.

Розрахункові формули та рівняння

Рівняння вихідної стабілізованої напруги

VOUT = VREF · (1 + R2R1) + IADJ · R2

Розрахункова номінальна установка дільника за прийнятих VREF та IADJ. Навіть установки з рекомендованим запасом 3V потребують дотримання заданих умов джерела, навантаження й теплового балансу.

СимволПараметрТипове значення
VREFВнутрішня опорна напруга1.25V
R1Постійний резистор програмування240Ω
R2Поточне значення опору потенціометра720Ω
IADJСтрум виводу налаштування50µA

Потужність розсіювання та баланс струмів лінійного стабілізатора

PD = (VIN − VOUT) · IOUT + (VIN − VADJ) · IADJ ≈ (VIN − VOUT) · IOUT

Точний баланс потужності на виводах. Повний IOUT включає зовнішнє навантаження й струм дільника; IIN=IOUT+IADJ. Оцініть член виводу налаштування у фактичній робочій точці, не припускаючи універсальної межі похибки.

СимволПараметрТипове значення
VINВхідна постійна напруга12.0V
VOUTСтабілізована вихідна напруга5.0V
IOUTПовний вихідний струм стабілізатора1.0A
VADJПотенціал виводу налаштування3.75V
IADJСтрум виводу налаштування (зміщення)50µA

Розрахунок теплового опору радіатора

θSA ≤ TJ(max) − TAPD − θJC(bot) − θCS

Розрахунковий максимальний тепловий опір радіатор-довкілля за заданих припущень, а не виміряний параметр збірки. Використовуйте фактичні умови монтажу, інтерфейсу й довкілля; фланець KCS електрично з'єднаний з VOUT.

СимволПараметрТипове значення
TJ(max)Максимальна робоча температура кристала125.0°C
TAТемпература навколишнього середовища25.0°C
PDПотужність розсіювання7.0W
θJC(bot)Тепловий опір перехід-фланець0.1°C/W
θCSТепловий опір монтажного інтерфейсу корпус-радіатор0.5°C/W

Специфікація компонентів (BOM)

Усі деталі, потрібні для складання цієї схеми. Оберіть позиційне позначення, щоб переглянути елемент на схемі.

Позн.КомпонентНоміналКорпусРоль у схеміДовідка
Регульований позитивний лінійний стабілізатор напруги

TI LM317KCS, класичний TO-220 KCS згідно з SLVS044Z. Виводи 1 ADJ, 2 і фланець OUT, 3 IN. Відрізняється від LM317-N/NDE. Опубліковані характеристичні показники: RθJA=23.5°C/W, RθJC(bot)=0.1°C/W, RθJC(top)=15.9°C/W; фактичне охолодження потрібно оцінити. Безперервний струм збірки не встановлено.

LM317KCSTO-220 (KCS)3-вивідний регульований позитивний лінійний стабілізатор—
Прецизійний металоплівковий резистор 0,25 Вт (1/4W)

Точність 1%, номінальна потужність 0,25 Вт (розсіює ~6,5 мВт при VREF = 1,25 В). Задає номінальний струм програмування ~5,21 мА для забезпечення типової вимоги мінімального навантаження 3,5 мА.

240ΩAxial / 0805Резистор програмування опорного струму—
Керметний лінійний потенціометр / підлаштовний резистор

Лінійний потенціометр 5kΩ; повзунок Pin 3 у CAD з'єднано з крайнім Pin 2/GND, крайній Pin 1 — з ADJ. Перевірте фізичне призначення виводів і номінальну потужність вибраного виробу. Втрата контакту задає високу установку; захисту навантаження від перенапруги немає.

5kΩ3-Pin THTОрган налаштування вихідної напруги—
Багатошаровий керамічний конденсатор (MLCC)

Робоча напруга 50 В, кераміка X7R, монтується безпосередньо біля виводу VIN мікросхеми LM317 для усунення паразитних коливань через індуктивність живильних провідників.

0.1µFRadial / 0805Високочастотний вхідний блокувальний конденсатор—
Алюмінієвий електролітичний конденсатор

Полярний алюмінієвий електролітичний конденсатор 10µF/35V; плюс VOUT, мінус GND. Виберіть придатний фізичний виріб та оцініть фактичну реакцію на перехідні зміни навантаження.

10µFRadial Can THTДодаткова вихідна ємність для перехідних процесів—
Стандартний кремнієвий випрямний діод

Vishay 1N4007 DO-41: VRRM=1000V; IF(AV)=1A за TA=75°C із виводами 9.5mm; IFSM=30A для неповторюваної одиничної напівсинусоїди 8.3ms, накладеної на номінальне навантаження, за TA=25°C. Оцініть фактичний розряд; не захищає від переполюсовки входу.

1N4007DO-41Захисний обмежувальний діод розряду VOUT у VIN—

Практичне застосування та сфери використання

Регулювання постійної напруги в межах джерела, навантаження й теплового балансу
Локальна вторинна лінійна стабілізація з перевіреним запасом напруги й охолодженням
Навчальне дослідження налаштування дільника, мінімального навантаження й теплового проєктування

Критичні інженерні пастки та типові помилки

Пастки, на які натрапляють під час реального складання, і як їх уникнути.

Увага

Зворотний струмовий імпульс вихідного конденсатора при вимкненні

У момент раптового вимкнення або короткого замикання вхідної лінії на землю вихідний конденсатор C2 залишається зарядженим. Накопичена енергія намагається розрядитися у зворотному напрямку через низькоомний вихідний вузол LM317, що загрожує пошкодженням кристала вихідного транзистора Дарлінгтона та з'єднувальних провідників.

Як уникнути

Встановіть D1 катодом до VIN, анодом до VOUT згідно з TI §8.2.1 для вихідного конденсатора. Оцініть допустимий зворотний струм у джерело, імпеданс імпульсного шляху й енергію розряду. Цей обхідний шлях не гарантує безпечного розряду за будь-якої несправності та не захищає від переполюсовки входу.

Критично

Втрата стабілізації через недостатній мінімальний струм навантаження

Недостатнє повне навантаження виходу може порушити стабілізацію. TI наводить 3.5mA типово та 10mA максимум за VIN−VOUT=40V у робочому діапазоні температур. Типова схема лише з дільником не гарантує стабілізації без зовнішнього навантаження за найгірших умов.

Як уникнути

Резистор R1 = 240 Ом забезпечує номінальний струм дільника I1 = 1,25 В / 240 Ом ≈ 5,21 мА, що перекриває типову потребу 3,5 мА. Проте для безумовної стабілізації за граничного значення 10 мА без навантаження не можна просто встановити резистор 120 Ом: за VREF(min) = 1,20 В та похибки +1% (121,2 Ом) струм складе лише 9,90 мА (< 10 мА). Для критичних режимів необхідно перевіряти допуски або підключати зовнішній мінімальний баласт.

Критично

Теплове перевантаження та вимоги до радіатора при значних струмах

Перепад напруги вхід-вихід і повний струм визначають тепловиділення стабілізатора. У прикладі 12V→5V за повного IOUT=1A розсіюється приблизно 7W. Фактична температура й робота захисту залежать від теплового шляху; паспортний показник корпусу не є виміряним результатом збірки у вільному повітрі.

Як уникнути

Використовуйте PD=(VIN−VOUT)IOUT+(VIN−VADJ)IADJ, включаючи струм дільника в IOUT. Розрахуйте фактичний тепловий шлях для заданих температури довкілля, монтажу й повітряного потоку, утримуючи робочу TJ у межах 0–125°C. Не покладайтеся на універсальний поріг потужності або теплове вимкнення як штатний режим.

Увага

Обмеження вихідної напруги запасом живлення, а не дільником

Розрахункову установку дільника 27.54V неможливо отримати від показаного номінального джерела 12V. Установки понад 9V виходять за рекомендований TI запас 3V; це не визначає точного фізичного порога dropout.

Як уникнути

Застосовуйте показану схему в межах оцінених умов джерела, навантаження й теплового балансу. Для іншого діапазону вхідної чи вихідної напруги повторно перевірте всі номінали конденсаторів, діода, потужності й охолодження; сама формула дільника не визначає придатного робочого діапазону.

Увага

Втрата контакту рухомого контакту потенціометра в реостатному ввімкненні

Повзунок Pin 3 потенціометра R2 у CAD з'єднано з крайнім Pin 2 і GND; крайній Pin 1 під'єднано до ADJ. Втрата контакту повзунка вмикає всю доріжку 5kΩ і задає високу установку. Фактична вихідна напруга за несправності залежить від джерела й навантаження та може пошкодити низьковольтне навантаження.

Як уникнути

Перевірте фізичне призначення виводів вибраного потенціометра. З'єднання краю з повзунком запобігає обриву дільника, але не захищає навантаження від перенапруги. За потреби навантаження розробіть окреме коло захисту.

Первинні джерела

Допоможіть тримати сторінку точною

Зібрали, змоделювали чи переглянули цю схему? Підтвердьте її або повідомте про неправильний компонент, номінал чи з’єднання.

Повідомити про помилку в схеміПідтвердити схему

Відкриває публічну форму на GitHub, де цю сторінку вже вказано; потрібен безкоштовний акаунт GitHub. Як працюють звіти й підтвердження

Експорт схеми

Завантажте схему для документації, презентацій або подальшого редагування в CAD.

Вставити на сайт

Розмістіть цю інтерактивну схему на своєму сайті, у блозі чи лабораторному посібнику.

HTML-код

<iframe src="https://circuitbase.tech/embed/schematic/lm317-adjustable-linear-regulator?theme=paper" width="100%" height="500" frameborder="0" loading="lazy" style="border: 1px solid #e5e7eb; border-radius: 6px; max-width: 100%;" title="Регульований лінійний стабілізатор позитивної напруги на LM317 — CircuitBase Interactive Schematic"></iframe>