Dieses LM317-Diagramm ergibt für mich keinen Sinn

Das ist also die Grundverdrahtung für einen LM317 als Spannungsregler, und für mich ist nur sehr wenig davon sinnvoll. Zunächst einmal, wenn ein Stift für meine Einstellung vorgesehen ist, warum brauche ich ? gibt mir fast jeden Wert, den ich senden muss. Ist wirklich notwendig?$R_1$$R_2$$R_1$

Ich habe immer verstanden, dass Sie in einer Spannungsteilerschaltung die INPUT-Spannung verwenden, um das Potentiometer zu versorgen. Warum verwenden wir das positive Ende der Ausgangsspannung, um unseren Topf zu versorgen? Ist nicht falsch verkabelt? Wenn mir jemand sagt, dass ich die Spannung an meinem Einstellstift variieren soll, erstelle ich einen Spannungsteiler mit einem Topf und sende DIESE Ausgabe an den Stift. Aber hier ist der V + -Eingang zum Poti derselbe Draht wie der zum Einstellstift und derselbe Draht, der von meinem V aus dem 317 kommt. Wenn ich versuche, unterschiedliche Spannungsmengen an meinen IC zu senden, wie soll das funktionieren, wenn ich ein konstantes V an derselben stelle ramme?$R_2$

Verzeihen Sie zum Schluss meine Unkenntnis der Kappen, aber wenn ein Kondensator keine Last ist, erzeugt keinen Kurzschluss?$C_1$

Das Datenblatt enthält eine recht ausführliche Beschreibung der Verwendung des ADJ-Pins mit $R_1$ und $R_2$ :

Da sowohl $R_1$ als auch $R_2$ in der Gleichung für die Ausgangsspannung erscheinen

Sie brauchen beides, um eine beliebige Ausgangsspannung zu realisieren. Abhängig von Ihrer erwarteten Last und der gewünschten Ausgangsspannung können Sie möglicherweise $R_1$ entfernen . Sie müssen jedoch einen Mindestlaststrom einhalten (der im Datenblatt als 10 mA angegeben ist). Wenn Ihre Last also unterschritten werden kann, müssen Sie sich darauf verlassen, dass die Teiler $R_1$ und $R_2$ genügend Strom ziehen, um diese Mindestlaststromanforderung zu erfüllen.

Bei einem Spannungsteiler haben Sie normalerweise eine Eingangsspannung, die Sie mit einem Widerstandspaar abteilen möchten. Sie stellen das Verhältnis der Widerstände ein, um die heruntergeteilte Spannung einzustellen:

In diesem Fall wird die heruntergeteilte Spannung $V_{\text{div}}$ vom Gerät eingestellt (1,25 V). Sie stellen also das Verhältnis der Widerstände ein, um die Eingangsspannung $V_{\text{input}}$ des Spannungsteilers einzustellen, dh die Ausgangsspannung $V_{\text{out}}$ des LM317 .

Verzeihen Sie zum Schluss meine Unkenntnis der Kappen, aber wenn ein Kondensator keine Last ist, erzeugt $C_1$ keinen Kurzschluss?

Ein Kondensator hat bei Gleichstrom eine sehr hohe (idealerweise unendliche) Impedanz, sodass kein Kurzschluss auftritt. Dieser Kondensator wird kurzschlussHochFrequenzSignale (dh Rauschen) auf $V_{\text{in}}$ , das ist wünschenswert , da $V_{\text{in}}$ sollte eine Gleichspannungsquelle sein.

Überblick

Ich werde es als Erklärung vermeiden, von Algebra abhängig zu sein. (Algebra liefert zwar quantitative Antworten, hilft den Menschen jedoch oft nicht, etwas zu verstehen, es sei denn, sie beherrschen die Mathematik sehr gut .) Unabhängig davon ist es immer noch hilfreich, das Datenblatt zur Verfügung zu haben. Hier ist das LM317-Datenblatt von TI , damit Sie es bei Bedarf bequem verwenden können.

Der beste Weg, etwas zu verstehen, besteht darin, sich in das Gerät hineinzuversetzen und "so zu denken, wie es ist". Machen Sie sich sozusagen mit dem Gerät vertraut. Dann verschwindet viel Geheimnis.

In der Programmierung gibt es zum Beispiel nichts, was ein Programm nicht von Hand machen kann. (Ob dies praktikabel ist oder nicht, ist eine andere Frage.) Wie bei der Elektronik ist es auch bei der Programmierung ein guter Weg, sich mit Papier und einigen Gegenständen vor Ihnen hinzusetzen und dies einfach zu tun Dinge, manuell, mit Ihren eigenen Händen. Das bringt fast immer den Kern der Sache zum Ausdruck. Und dann verschwindet das Rätsel.

Den Namen von etwas zu kennen, ist NICHT dasselbe wie etwas zu wissen. Der beste Weg, etwas zu wissen, ist es, es zu beobachten und zu beobachten. Schauen wir uns also das Gerät an.

LM317 Interne Spannungsreferenz

Intern enthält das Gerät eine ganz spezielle Art von Spannungsreferenz, die auf ca. $1.25\:\text{V}$ . Es ist übrigens nicht einfach, eines davon zu entwerfen. Insbesondere, wenn die Spannungsreferenz über einen weiten Bereich von Betriebstemperaturen und Schwankungen der ICs während der Herstellung und über einen langen Zeitraum konstant bleiben soll. Hier ist, was das Datenblatt dazu sagt:

Sie können sehen, dass für einen weiten Bereich von Ausgangsströmen, Eingangsspannungen und Temperaturen (siehe Hinweis) diese Spannung garantiert zwischen 1,2 bleibt$1.2\:\text{V}$ und$1.3\:\text{V}$ . Das ist schon eine Leistung.

Damit diese Spannungsreferenz gut funktioniert, benötigten die Designer auch eine Art Stromquelle. Der Grund ist, dass sie, um eine so gute Spannungsreferenz zu erstellen, auch einen relativ vorhersagbaren Strom bereitstellen müssen, der durch sie fließt. (Denken Sie daran, dass Sie eine Eingangsspannung zwischen 3 und 6 bereitstellen$3\:\text{V}$ bis$40\:\text{V}$ ) Es gibt also auch eine Stromquelle, die einen vorhersagbaren Stromdurchdie Spannungsreferenzliefert, damit dies gut funktioniert. Sie können diese Tatsache aus diesem Teil des Datenblattes sehen:

Die Stromquelle verwenden sie Quellen seinen aktuellen aus dem IN - Pin. Dieser Strom muss jedoch über einen anderen Pin - in diesem Fall den ADJUST- Pin - abfließen . Der Strom dieser Stromquelle wird daher als "ADJUST" -Anschlussstrom bezeichnet. Sie sollten dies berücksichtigen, wenn Sie das Gerät verwenden. Sie müssen ein Mittel bereitstellen, damit der Strom dieser Stromquelle das Gerät verlässt und in Richtung der Erdreferenz geht.

Lassen Sie uns rekapitulieren. Damit dieser Spannungsregler seine Aufgabe erfüllen kann, waren die Konstrukteure der Ansicht, dass eine interne (versteckte) Spannungsreferenz erforderlich ist. (Sie benötigen es, damit sie damit vergleichen und dann entscheiden können, wie die gewünschte Spannung "geregelt" werden soll. Ich werde diese Details in Kürze besprechen.) Um eine gute interne Spannungsreferenz zu erstellen, benötigten sie einen Strom Quelle. Aus diesem Grund mussten sie Sie auch darüber informieren, dass Sie ihnen helfen müssen, indem Sie diesen Strom über den ADJUST- Pin ableiten . Also spezifizieren sie das auch.

Sie müssen jetzt zwei Dinge im Kopf behalten: (1) Spannungsreferenz; und (2) Pinstrom einstellen. Der ADJUST-Stiftstrom ist jedoch nur eine Folge der Bereitstellung dieser Spannungsreferenz. Die Hauptsache, die Sie beachten müssen, um das Gerät zu verstehen, ist die Spannungsreferenz (und nicht der ADJUST- Pin-Strom, der sozusagen ein notwendiges Übel ist).

Dies ist nur eine der internen Ressourcen im Gerät. Es enthält auch einige spezielle Schaltkreise zum Schutz vor zu viel Strom und zum Schutz vor schwerwiegender Überhitzung im Betrieb. So erhalten Sie Wärmeschutz, der auch in das Gerät eingebaut ist.

Spannungsregelungsmethode

Nach dem oben Gesagten lautet die Grundidee des LM317 wie folgt:

^{simulieren Sie diese Schaltung - Schaltplan erstellt mit CircuitLab}

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

Dies ist das Wichtigste zu verstehen! Also lass es mich wiederholen. Der LM317 verwendet die interne Spannungsreferenz, um den (+) - Eingang auf ungefähr einzustellen$1.25\:\text{V}$$1.25\:\text{V}$

Das ist der springende Punkt beim Verstehen, wie es funktioniert. Stellen Sie sicher, dass Sie dies mehrmals durch Ihren Kopf laufen. Bohren Sie es in.

Verwendung des 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}$

Um diese Spitzenspannungen zu erreichen, muss die Eingangsspannung jedoch höher sein. Unter den empfohlenen Betriebsbedingungen sehen Sie Folgendes:

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

Andere Verwendungen

$R_2$$R_1$$R_1$$R_1$. Da der gesamte Strom über einen von Ihnen bereitgestellten Pfad auf den Boden gelangen muss, bedeutet die Verwendung einer Batterie in diesem Pfad, dass sie einen konstanten Strom zum Wiederaufladen erhält. (Es gibt natürlich noch andere Probleme. Sie müssen den Ladevorgang überwachen und stoppen, wenn der Akku aufgeladen ist oder keinen konstanten Strom mehr benötigt. Aber der Punkt bleibt - der LM317 kann auch als konstanter Strom verwendet werden Quelle anstelle einer Konstantspannungsquelle.)

Abbildung 1. Wie im Datenblatt angegeben.

• Der LM317 stellt seinen Ausgang so ein, dass er 1,25 V über der Spannung am ADJ-Pin liegt.
• $\frac {1.25}{240} = 5.2 \ \text {mA}$
• Der konstante Strom durch R2 bedeutet, dass sich der Spannungsabfall über R2 linear mit dem Widerstand ändert. Dies ist sehr praktisch, wenn sich die Spannung proportional zur Winkeldrehung von R2 ändern soll.

^{simulieren Sie diese Schaltung - Schaltplan erstellt mit CircuitLab}

Abbildung 2. OP-Plan.

Versuchen wir es jetzt so, wie Sie es wollen.

• Nehmen wir an, unser 5k-Topf hat eine Leistung von 1/8 W (ziemlich typisch). Verwenden$P = I^2 R$ wir können herausfinden, dass der maximale Strom, den es verarbeiten kann, ist $I = \sqrt {\frac {P}{R}} = 5 \ \text {mA}$.
• Dies bedeutet wiederum, dass sobald Sie den Topfwiderstand verringern $\frac {1.25}{5m} = 0.25\ \text k \Omega$(250 Ω), dass der Topf zum Ausbrennen neigt. (Die Nennleistung des Topfes gilt für die Verlustleistung über die gesamte Strecke - nicht nur den verwendeten Teil. Wenn Sie die Streckenlänge verringern, verringern Sie die maximale Verlustleistung proportional.)

Betrachten wir nun die Linearität - vorausgesetzt, wir haben den Wischer nicht ganz nach oben gedreht und den Topf ausgebrannt:

• Bei 20% von oben haben Sie 1k & 4k. Die Ausgangsspannung wird sein$V_{out} = \frac {1+4}{1}(1.25) = 6.25 \ \text V$.
• Bei 40% von oben haben Sie 2k & 3k. Die Ausgangsspannung wird sein$V_{out} = \frac {2+3}{2}(1.25) = 3.125 \ \text V$.
• Bei 60% von oben haben Sie 3k & 2k. Die Ausgangsspannung wird sein$V_{out} = \frac {3+2}{3}(1.25) = 2.08 \ \text V$.
• Bei 80% von oben haben Sie 4k & 1k. Die Ausgangsspannung wird sein$V_{out} = \frac {4+1}{4}(1.25) = 1.56 \ \text V$.
• Bei 100% von oben haben Sie 5k & 0k. Die Ausgangsspannung wird sein$V_{out} = \frac {5+0}{5}(1.25) = 1.25 \ \text V$.

Es ist klar, dass der Einstellungspotentiometer nicht linear ist. Die Leistung halbiert sich bei der Anpassung von 20% auf 40%.

Lastly, forgive my ignorance of caps but if a capacitor isn't a load, isn't C1 creating a short circuit?

Capacitors, as the symbol suggests, are parallel plates separated by a non-conducting gap. DC current cannot flow through a capacitor once it is charged up.

Wie man die Widerstandswerte berechnet erhielt schon eine ausführliche Antwort. Lassen Sie mich versuchen, Ihre Verwirrung über den Spannungsteiler zu klären: Wie Sie sagten, liefert er einen Bruchteil der Eingangsspannung entsprechend dem Verhältnis der Widerstände. Die einzige Verwirrung dabei ist: Es wird verwendet, um die Ausgangsspannung Ihres Controllers abzutasten und als Referenz für die Spannungsregelung zu dienen.

Selbst wenn Sie den LM317 nur als Blackbox verstehen, versuchen Sie, ihn als Gerät anzusehen, das versucht, die Spannung zwischen den Pins Vout und Adj auf 1,25 V zu halten. Wenn dieser Unterschied geringer als 1,25 V ist, wird Vout erhöht, wenn er höher ist, nimmt Vout ab. Das Verhältnis der Ausgangsspannung ist durch den Spannungsteiler gegeben.

Auf diese Weise versucht der LM317, Schwankungen des von der Last geforderten Stroms und auch Schwankungen der Eingangsspannung auszugleichen. Die Formeln im Datenblatt ermöglichen die Berechnung der Widerstandswerte, um 1,25 V zwischen den genannten Pins für eine bestimmte Ausgangsspannung zu erhalten.

Zwischen den Ausgangs- und Einstellstiften liegt immer eine feste Spannung von 1,25 V an. Durch die Verbindung von R1 zwischen diesen beiden Pins fließt daher ein konstanter Strom durch R1. Dieser Strom muss durch R2 fließen (er kann nirgendwo anders hingehen!) Und verursacht einen konstanten Spannungsabfall über R2. Daher entspricht die Ausgangsspannung des Reglers der über R2 + 1,25 V abfallenden Spannung.

Das Obige ist eine gute Annäherung, aber nicht genau wahr. Ein sehr kleiner Strom fließt vom Einstellstift durch R2 nach Masse, wodurch der Spannungsabfall über R2 und damit die Ausgangsspannung geringfügig erhöht werden.

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

Kondensatoren sind gegen Gleichstrom offen.

Schauen wir uns an, wie der LM317 funktioniert!

Interna von LM317 (aus urheberrechtlichen Gründen nicht eingebettet)

Der LM317 stellt die V _OUT- Klemmenspannung ein, bis die ADJ-Klemmenspannung 1,25 Volt unter V _{OUT liegt}. Es wird ein Spannungskomparator (ein Operationsverstärker) verwendet, bei dem einer der Eingänge der Ausgangsstift ist und der andere der Eingänge mit dem Einstellstift verbunden ist, jedoch nicht direkt, sondern über eine Schaltung, die effektiv wie eine stabile Spannung von 1,25 Volt arbeitet Quelle (konstanter Spannungsabfall). Operationsverstärker sind für ihre hohe Eingangsimpedanz bekannt, sodass der ADJ-Strom minimal ist. Der Operationsverstärkerausgang wird dann zum Einstellen der Transistor-Basisspannung verwendet, so dass die Emitterspannung am Ausgang die Basisspannung abzüglich des Transistorspannungsabfalls ist, der in diesem Fall ein Darlington-Paar ist. (Ok, diese Erklärung vereinfacht die Dinge ein wenig, aber so würden Sie den einfachsten einstellbaren Spannungsregler erstellen.)

Wenn also die Spannungsdifferenz zwischen V _OUT und ADJ weniger als 1,25 Volt beträgt, wird V _OUT im Bedarfsfall sehr schnell auf Maximum hochgefahren.

Wenn andererseits die Spannungsdifferenz zwischen V _OUT und ADJ mehr als 1,25 Volt beträgt , wird V _OUT sehr schnell auf das Minimum heruntergekurbelt, wenn dies erforderlich ist.

Die Idee ist, dass die Spannungsdifferenz V _OUT - ADJ ein Bruchteil der Ausgangsanschlussspannung ist, die durch einen Spannungsteiler bestimmt wird.

Wenn Sie nur R2 ohne R1 haben, ist die Spannung an der ADJ-Klemme Null und der Widerstand gegen Masse ist variabel (was keinen nützlichen Effekt hat, da der Strom an der ADJ-Klemme minimal ist).

Wenn Sie sowohl R1 als auch R2 haben, wird die ADJ-Klemmenspannung durch einen Spannungsteiler zwischen V _OUT und Masse bestimmt.

Hinweis R2 ist ein variabler Widerstand, kein Potentiometer (obwohl Sie ein Potentiometer in einen variablen Widerstand verwandeln können, indem Sie den mittleren Stift mit einem der äußersten Stifte verbinden und die beiden miteinander verbundenen Stifte mit dem anderen äußersten Stift verwenden oder einfach den Mittelstift und einer der äußersten Stifte).

Sie können den gleichen Effekt erzielen, indem Sie einen extremen Pin des Potentiometers an Masse, den anderen extremen Pin an V _OUT und den mittleren Pin an ADJ anschließen.

Beachten Sie, dass diese einfache Erklärung den Strom der Einstellklemme ignoriert. Eine ausführlichere Erklärung finden Sie in der Antwort auf die oben genannten Fragen.

R1 und R2 sind die Einstellung. Sie bilden einen variablen Spannungsteiler, der eine Eingangsspannung an den Adj-Pin erzeugt. Wenn Sie das Datenblatt lesen , werden Sie feststellen, dass die Ausgangsspannung so geregelt wird, dass sie 1,25 V über der Spannung am Adj-Pin liegt.
Die Ausgangsspannung wird zur Versorgung des Spannungsteilers verwendet, da sie stabil und geregelt ist. Wenn Sie die Eingangsspannung verwenden, werden Störungen, Welligkeiten oder Änderungen mit der Last an den Adj-Pin weitergeleitet und erscheinen dann am Ausgang.
Sie müssen sich die Schaltung noch einmal ansehen. Die an Adj angelegte Spannung ändert sich, wenn R2 geändert wird. Es ist eine herkömmliche Art, einen variablen Widerstand zu zeichnen. Pin Adj, ein Ende von R1 und der Abstreifer von R2 sind miteinander verbunden, nicht das andere Ende von R2.
Weder C1 noch C2 sind Kurzschlüsse. Bei Gleichstrom sieht ein guter Kondensator wie ein offener Stromkreis aus. Ihr Zweck ist die Umgehung von Wechselstromkomponenten oder Rauschen zur Erde, wodurch ihre Wirkung verringert wird. Das Datenblatt sagt sogar, dass Sie Adj umgehen können, um "sehr hohe Ripple-Rejection-Verhältnisse zu erzielen".
Das Datenblatt enthält weitere nützliche Informationen mit vielen Beispielen für die Verwendung des LM317 für verschiedene Aufgaben.

Nur um ein Detail hinzuzufügen, das erfahrene Benutzer möglicherweise gar nicht mehr bemerken:

R2 ein variabler Widerstand - kein Potentiometer. In der Praxis kann dasselbe physikalische Gerät verwendet werden, aber der variable Widerstand ist ein Gerät mit zwei Anschlüssen, während das Potentiometer drei Anschlüsse hat.

Wenn Sie R2 als Potentiometer lesen, wird es anscheinend mit den Enden des angeschlossenen Widerstands und dem nicht angeschlossenen (schwebenden) Wischer gezeichnet, was offensichtlich keinen Sinn ergibt. Einer der Anschlüsse von R2 ist mit dem Wischer verbunden.