Калькулятор напряжения LM317

Ток через R1	5,20833 мА

Как резисторы задают напряжение LM317

Рука поворачивает ручку потенциометра на небольшой плате регулируемого питания

У регулируемого стабилизатора LM317 выходное напряжение задают два внешних сопротивления. Резистор R1 соединяет выход OUT с выводом настройки ADJ, а R2 соединяет ADJ с общим проводом. Микросхема поддерживает опорное напряжение между OUT и ADJ. Поэтому напряжение на выходе относительно общего провода складывается из опорного напряжения и падения на R2.

Начальный вариант. Для R1 = 240 Ом, R2 = 1800 Ом, опорного напряжения 1,25 В и тока ADJ 50 мкА расчёт даёт 10,715 В. Через R1 проходит около 5,20833 мА. Это ответ для введённых параметров, а не обещание, что любой экземпляр LM317 и любой источник питания обеспечат именно такое напряжение.

Здесь удобно сравнить имеющиеся резисторы или проверить расчёт уже собранной схемы. Введите фактические значения, если измерили их, либо выбранные номиналы для предварительной оценки. Сопротивления нужны в омах: 1,8 кОм – это 1800 Ом. Опорное напряжение вводится в вольтах, ток вывода настройки – в микроамперах.

LM317 нельзя рассматривать как простой пассивный делитель входного питания. В делителе напряжения выход связан с поданным на два резистора напряжением. Здесь обратная связь удерживает разность OUT–ADJ, а внешние сопротивления определяют, насколько выход должен быть выше общего провода. Обозначения R1 и R2 нужно проверять по их соединению, а не только по расположению сверху или снизу рисунка.

Почему в формуле есть ток ADJ

V_{\text{вых}}=V_{\text{ref}}\left(1+\frac{R_2}{R_1}\right)+I_{\text{ADJ}}R_2

Vref – опорное напряжение между выходом и ADJ. IADJ – ток, поступающий из вывода ADJ в узел двух резисторов. В этой записи сопротивления выражаются в омах, ток – в амперах. Форма самостоятельно переводит микроамперы: 50 мкА = 0,00005 А. Перепутанные амперы и микроамперы увеличат поправку в миллион раз.

По закону Ома через R1 проходит ток Vref/R1. Нижний резистор проводит этот ток плюс ток ADJ. Поэтому падение на R2 равно (Vref/R1 + IADJ) × R2. Прибавив Vref, получаем ту же формулу выходного напряжения. Дополнительный результат «Ток через R1» относится только к верхнему резистору; его нельзя использовать как доступный ток для подключённого устройства.

Проверка поправки. Если в начальном варианте положить IADJ равным нулю, получится 10,625 В. С током 50 мкА ответ выше на 0,09 В: 0,00005 × 1800. Разность составляет около 0,85% от результата без поправки. Решение пренебречь этим членом зависит от требуемого расчёта; маленький ток не означает автоматически незаметное напряжение.

Нижний резистор равен нулю. При R1 = 240 Ом, R2 = 0 Ом, Vref = 1,25 В и IADJ = 50 мкА модель даёт ровно 1,25 В. R2 в таком случае обозначает соединение ADJ с общим проводом без падения на нижнем сопротивлении. Ненулевой ток настройки ничего не прибавляет к напряжению, поскольку умножается на ноль.

Нулевой R1 имеет другой смысл: он соединяет OUT и ADJ напрямую, а деление Vref/R1 становится неопределённым. Такой ввод не относится к рассчитываемой схеме. Отрицательные сопротивления и отрицательный ток ADJ также не входят в эту модель. Ноль разрешён для R2 и тока настройки, но не для R1 и опорного напряжения.

Что меняется при замене резисторов

Меньший верхний резистор. Оставим R2 = 1800 Ом, Vref = 1,25 В и IADJ = 50 мкА, но уменьшим R1 до 120 Ом. Выход станет 20,09 В, а ток через R1 – около 10,4167 мА. Замена увеличивает отношение R2/R1 и ток резистивной цепи. Удвоение тока через R1 не означает удвоение допустимой нагрузки стабилизатора.

Другое опорное напряжение. При R1 = 240 Ом, R2 = 1800 Ом и IADJ = 50 мкА введённое Vref = 1,20 В даёт 10,29 В вместо 10,715 В. Изменение опорного напряжения на 0,05 В здесь превращается в изменение выхода на 0,425 В: коэффициент равен 1 + 1800/240 = 8,5. Значение 1,25 В в начальных данных не заменяет параметр конкретного изделия.

То же отношение, другой масштаб. Удвоим оба сопротивления: R1 = 480 Ом, R2 = 3600 Ом. При Vref = 1,25 В и IADJ = 50 мкА получим 10,805 В, а ток через R1 уменьшится до 2,60417 мА. Отношение 7,5 сохранилось, но добавка тока ADJ выросла с 0,09 до 0,18 В. Потому сохранение отношения резисторов сохраняет только первую часть формулы.

При фиксированных R1, Vref и IADJ выход линейно растёт с R2. Например, в начальном варианте увеличение R2 на 100 Ом добавит примерно 0,525833 В: каждый ом умножается на ток 0,00520833 + 0,00005 А. Для переменного резистора это объясняет связь между сопротивлением и напряжением, но не гарантирует линейность поворота его ручки: она зависит от характеристики самого потенциометра.

Где заканчивается расчёт напряжения

Точность сопротивлений, опорного напряжения и тока ADJ влияет на ответ. Шесть значащих цифр помогают сравнивать варианты, но не означают такую же точность собранной схемы. Введите другой предполагаемый параметр и сравните результаты: калькулятор не выбирает за вас типичный, минимальный или максимальный вариант.

Формула не содержит входное напряжение, ток нагрузки и температуру. Поэтому она не проверяет запас между входом и выходом, условия работы при малой нагрузке, нагрев и допустимые режимы конкретного корпуса. Даже красивое расчётное число выше имеющегося питания остаётся числом модели. Рабочую схему проверяют отдельно по документации выбранной микросхемы и условиям её применения.

После определения потерь и условий отвода тепла можно перейти к расчёту радиатора для электроники: он даёт допустимое тепловое сопротивление для выбранного температурного предела. Однако мощность и температура – разные величины. Здесь нет поля «без радиатора», которое могло бы заменить неизвестные условия охлаждения одним универсальным предположением.

Измерения и отклонения в готовой схеме

При проверке платы полезно разделять напряжения относительно общего провода, токи отдельных резисторов и условия работы микросхемы. Эти различия помогают найти причину расхождения, не сводя каждый случай к неверному номиналу R2.

Как получить опорное напряжение из двух измерений?

Если напряжения OUT и ADJ измерены относительно одного общего провода, вычтите второе из первого. Например, 10,715 В на OUT и 9,465 В на ADJ дают Vref = 1,25 В. Показание OUT само по себе не является опорным напряжением. Полученная разность относится к условиям измерения; точность двух показаний влияет и на точность их разности.

Как учесть допуск двух резисторов?

При фиксированных положительных Vref и IADJ верхнюю оценку дают максимальный R2 и минимальный R1, нижнюю – наоборот. Для номиналов 240 и 720 Ом с допуском ±1%, Vref = 1,25 В и IADJ = 50 мкА крайние сочетания дают примерно 4,96138 и 5,11212 В. Это интервал только из допусков резисторов: вариации Vref и IADJ нужно учитывать отдельно, если они известны.

Почему через R2 проходит больше тока, чем через R1?

В узел ADJ дополнительно поступает ток самого вывода настройки. При начальных данных ток R1 равен примерно 5,20833 мА, а ток R2 – 5,25833 мА: к нему добавлены 50 мкА, то есть 0,05 мА. Это два разных тока, хотя резисторы на рисунке стоят друг за другом. Ток внешней нагрузки не проходит через R2 в этой расчётной модели.

Как оценить мощность на задающих резисторах?

Для R1 она равна Vref²/R1, а для ненулевого R2 – (Vout − Vref)²/R2. При начальных данных это около 6,51042 мВт и 49,7701 мВт соответственно. Это мощность двух резисторов, а не потери внутри стабилизатора. Формулы следуют из закона Ома; выбор мощности резистора должен учитывать реальные условия и запас, который сама форма не назначает.

Можно ли по току R1 узнать допустимый ток нагрузки?

Нет. Через R1 проходит ток задающей цепи, а потребитель подключён между выходом и общим проводом. Показание 5,20833 мА не означает предел 5,20833 мА для потребителя и не подтверждает любой больший ток. Для оценки нагрузки нужны параметры конкретного изделия, входное питание и тепловые условия, которых нет в этом расчёте.

Можно ли получить напряжение ниже Vref?

С положительным Vref, положительным R1 и неотрицательными R2 и IADJ все добавки к Vref неотрицательны. Поэтому эта схема даёт выход не ниже Vref. Специальные схемы с другим потенциалом нижнего конца цепи относятся к другой модели: нельзя получить их результат, просто введя отрицательный резистор или отрицательный ток.

Почему входное напряжение отсутствует в формуле?

Формула описывает установленное обратной связью выходное напряжение в режиме стабилизации. В таком режиме изменение входа не задаёт новое отношение резисторов. Если питания недостаточно или возникают другие ограничения, предположение о поддержании Vref перестаёт работать. Тогда расчётное напряжение не обязано появиться на выходе, даже если оба сопротивления измерены верно.

Есть что добавить?

Напишите своё мнение, комментарий или предложение.