تحلیل تعدادی از مدارات کاربردی LM317

مدارات تحلیل شده از دیتاشیت شرکت Texas Instruments می باشند. البته در خود دیتاشیت ذکر شده که این مدارات مختص این شرکت نیست و مدارات عمومی هستند که در این دیتاشیت آورده می شود.

مدار رگولاتور ولتاژ از ۰ تا ۳۰ ولت

با توجه به ساختار داخلی رگولاتور، به یک ولتاژ رفرنس نیاز داریم، در نتیجه حداقل ولتاژی که در خروجی میتوانیم داشته باشیم، ولتاژ رفرنس (به طور معمول ولتاژ ۱.۲۵ ولت) است. در کاربرد هایی که میخواهیم ولتاژ کمتری از ۱.۲۵ داشته باشیم، میتوانیم از مدار اشاره شده استفاده کنیم. مقادیر را به صورت پارامتری در نظر میگیریم تا حالت کلی این مدارات را بتوانیم تحلیل کنیم:

مدار رگولاتور ولتاژ ۰ تا ۳۰ ولت

* ولتاژ ۱۰- ولت را ^–V در نظر میگیریم.

با توجه به مقدار ناچیز جریان _–I میتوانیم آنرا تقریبا صفر در نظر بگیریم.

با مقداردهی مناسب ^–V و R_۱ و R_۲  و R_۳ میتوانیم مقدار ولتاژ مینیمم را تعیین کنیم. باید دقت کنیم برای تنظیم مقدار ولتاژ مینیمم، باید مقدار مقاومت متغیر (پتانسیومتر) را هم صفر قرار دهیم.

بعنوان نمونه مقادیر قرار داده شده در مدار پیشنهادی دیتاشیت را در رابطه قرار میدهیم تا صحت آن را بررسی کنیم:

ولتاژ ماکزیمم تقریبا ۳۰ ولت میباشد، علت اختلاف مقدار محاسبه شده با مقدار مورد انتظار میتواند این باشد که باید مقادیر مقاومت ها استاندارد باشد و این مقادیر بهترین مقادیری بودند که میتوانستند ما را به نتیجه مطلوب برسانند.

مدار رگولاتور ولتاژ قابل تنظیم با حذف ریپل بهبود یافته

با اضافه کردن خازن C_۱ به تثبیت ولتاژ در پین ADJUST کمک میکنیم، همچنین به دفع نویز در این پین هم کمک میکند.

فرض کنیم حالتی رخ داده است که خروجی اتصال کوتاه به زمین شده است. در اینصورت خازن C_۲ باید تخلیه شود. به طور معمول باید از مسیر با مقاومت کمتر تخلیه شود. اگر مقاومت خروجی LM317 را ناچیز در نظر بگیریم، باعث میشود خازن C_۲ از طریق مقاومت R_۱ در خروجی رگولاتور تخلیه شود. این مسئله میتواند موجب آسیب رساندن به رگولاتور شود، اما با وجود دیود D_۱ یک مسیر با امپدانس کمتر وجود دارد که خازن C_۲ از طریق آن تخلیه میشود تا موجب آسیب دیدن رگولاتور نیز نشود.

مدار رگولاتور ولتاژ قابل تنظیم با حذف ریپل بهبود یافته

مدار محدود کننده جریان

با توجه به وجود اختلاف پتانسیل ۱.۲۵ ولت بین دو پایه خروجی و ADJUST ، با قرار داد یک مقاومت متغیر بین این دو پایه، جریان I_limit=۱.۲۵/R_۱ در خروجی خواهیم داشت. میتوانیم از این مدار بعنوان یک محدود کننده جریان قابل تنظیم استفاده کرد. با ثابت کردن مقاومت R_۱ میتوانیم جریان محدود ثابت داشته باشیم و با این اوصاف یک منبع جریان توانستیم ایجاد کنیم.

* نکته ای که باید دقت کنیم این است که مشخصات جریان-ولتاژ این مدار مانند یک منبع جریان نیست. چرا که در این مدار ولتاژ ورودی باید حداقل ۳ ولت بیشتر از ولتاژ خروجی باشد و در نتیجه اگر این شرط برآورده نشود، دیگر این ۱.۲۵ ولت بین دو پایه ADJUST و خروجی ایجاد نمیشود و در نتیجه در این حالت منبع جریان نیست. به یاد داریم که در یک منبع جریان ایده آل، به ازای هر ولتاژ ورودی، جریان مدنظر را در خروجی داریم.

مدار محدود کننده جریان

مدار با دو رگولاتور(تهیه ورودی رگولاتور با استفاده از رگولاتور)

در این مدار، رگولاتور سمت چپ، ولتاژ ثابتی را برای ورودی رگولاتور دوم تهیه میکند. به طور کلی اگر ورودی به رگولاتور دارای اغتشاش باشد، میتواند تاثیر اندکی در خروجی رگولاتور بگذارد. به عنوان مثال میتوان ورودی رگولاتور را از طریق پل دیودی تهیه کرد، اما ریپل ولتاژ در خروجی پل دیودی سبب تاثیر اندکی در خروجی میشود. اما با استفاده از این روش، میتوانیم ورودی رگولاتور را با استفاده از رگولاتور تهیه کنیم که به مراتب خروجی رگولاتور سمت چپ، دارای اعوجاج کمتری نسبت به ورودی مستقیم از پل دیودی(یا هر منبع دارای اعوجاج) خواهد بود.

مدار با دو رگولاتور(تهیه ورودی رگولاتور با استفاده از رگولاتور)

اکنون میخواهیم بررسی کنیم در چه صورتی شرط فعال شدن رگولاتور دوم صدق میکند، به تعبیر دیگر در چه صورتی ورودی رگولاتور دوم، حداقل ۳ ولت بیشتر از خروجی مطلوب ما خواهد بود.

با توجه به محاسبات انجام شده برای مدار ۱، میتوانیم رابطه زیر را بنویسیم:

همانطور که مشخص است، باید مقدار

 حداقل به مقداری باشد که شرط فعال شدن رگولاتور تامین گردد. این مقدار معمولا 3 ولت است که اشاره کردیم.

ولتاژ خروجی رگولاتور هم طبق رابطه زیر بدست می آید:

مدار رگولاتور ولتاژ قابل تنظیم، با قابلیت گذردادن جریان بالا

باید دقت کرد ترانزیستور Q_۲ ترانزیستور قدرت است که میتواند جریان زیادی را تحمل کند و البته آن را باید به هیت سینک متصل کنیم.

بقیه محاسبات با فرض فعال بودن ترانزیستور های Q_۱ و Q_۲ انجام میشود.

همانطور که مشخص است، ترم هایی که جریان زیاد را برایمان تامین میکنند را توانستیم بدست آوریم.

دیتاشیت شرکت Texas Instruments