Использование ИМС LM317 в качестве регулируемого стабилизатора напряжения от 0 до 3 В

Журнал РАДИОЛОЦМАН, январь 2015

Vladimir Rentyuk

EDN

Большинству разработчиков известно, что недорогой трехвыводной регулируемый стабилизатор напряжения, такой, например, как LM317, выпускаемый Fairchild Semiconductor, они могут использовать, как правило, только в диапазоне напряжений от 36 В до 3 В. Без специальных решений сделать минимальное выходное напряжение такой ИМС менее 1.25 В невозможно. Это связано с тем, что напряжение внутреннего опорного источника таких стабилизаторов равно именно 1.25 В, и без дополнительного потенциального смещения их выходное напряжение не может быть меньше этой величины [1]. Одним из способов решения этой проблемы является смещение потенциала вывода установки выходного напряжения (обозначаемого в спецификациях как Adj или V_ADJ) с помощью дополнительного источника опорного напряжения на основе двух диодов [2].

Рисунок 1.	Схема недорогого простого регулируемого стабилизатора напряжения с диапазоном от 0 до 3 В.

Хотя для диапазона выходных напряжений от 1.2 до 15 В или для стабилизаторов более высокого напряжения такой подход вполне приемлем, для получения сверхнизких напряжений, как фиксированных, так и регулируемых, он не подходит. Используемые в [2] два диода 1N4001 не обеспечивают необходимое смещение потенциала в 1.2 В и, к тому же, вносят дополнительную температурную нестабильность порядка 2.5 мВ/К [3]. Таким образом, при изменении окружающей температуры в диапазоне 20 °С (это типичная ситуации для помещения), дополнительный температурный дрейф выходного напряжения составит примерно 100 мВ. А это более 6% для выходного напряжения 1.5 В, и уже 10% для напряжения 1 В.

Проблему можно решить, например, с помощью ИМС источников опорного напряжения, таких как LM185 компании Fairchild или AD589 от Analog Devices. Однако, помимо того, что эти устройства дороги, они требуют не только дополнительной регулировки нуля, но еще и согласования. Это связано с разбросом опорных напряжений, которые могут лежать в диапазоне от 1.215 В до 1.255 В для LM185 и от 1.2 В до 1.25 В для AD589. Заметим, что опорное напряжение ИМС LM317 может находиться в пределах от 1.2 В до 1.3 В.

На Рисунке 1 представлен вариант недорогого регулируемого стабилизатора напряжения с диапазоном выходных напряжений от 0 до 3 В. Необходимый потенциал смещения формируется при помощи простого термостабильного источника постоянного тока [4]. Вычислить этот ток можно при помощи следующего выражения:

где:

V_F – прямое падение напряжения на светодиоде D₁, равное примерно 2 В;
V_EBO – напряжение эмиттер-база транзистора Q₁, приблизительно равное 0.68 В.

Используя эти значения, ток можно считать приблизительно равным

Этот источник постоянного тока и создает на резисторе R₃ нужное нам напряжение смещения равное, примерно, –1.25 В. Установка нуля выполняется подстроечным резистором R₆, который управляет током источника. Резистор R₅ защищает транзистор Q₁. Светодиод D₁ можно использовать в качестве индикатора включения. Выходное напряжение устанавливается потенциометром R₂. Рассчитать выходное напряжение можно с помощью следующего выражения:

где:

V_REF – опорное напряжение IC₁,
V_R3 – заданное компенсирующее напряжение на резисторе R₃.

Вы должны установить это напряжение равным опорному напряжению ИМС для его компенсации. В этом случае

С резистором R₂, настроенным на сопротивление 1.2 кОм, эта схема нашла применение в качестве эквивалента типичной щелочной батареи с выходным напряжением 1.56 В и использовалась в исследовательских работах в ряде проектов.

Ссылки

1. «LM317 3-Terminal Positive Adjustable Regulator,» Fairchild Semiconductor Corp, June 2005.
2. «LM350 3-Terminal 3A Positive Adjustable Voltage Regulator,» Fairchild Semiconductor Corp, 2001.
3. Schenk, C, and Ulrich Tietze, Halbleiter-Schaltungstechik, Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 2002, ISBN: 3540428496.
4. Rentyuk, Vladimir, «The Simple Temperature-Stabilized Constant-Current Source,» Electronics World, November 2006.