Использование микросхем регуляторов напряжения LM: обзор и особенности

Микросхемы регуляторов напряжения серии LM широко используются в схемотехнике для обеспечения стабильного напряжения на выходе, независимо от колебаний входного напряжения или нагрузки. Они применяются в источниках питания, системах автоматизации, бытовой электронике и множестве других устройств. В данной статье рассмотрим применение регуляторов напряжения на примере LM317, LM7805 и других популярных микросхем серии LM. Также разберем отличия между версиями ADJ и микросхемами с фиксированным выходным напряжением.

Для начала, вот таблица распространенных микросхем:

1. Принцип работы регуляторов напряжения серии LM

Регуляторы напряжения — это устройства, которые поддерживают стабильно заданное выходное напряжение, несмотря на изменения входного напряжения или нагрузки. Микросхемы серии LM делятся на два типа:

• Регуляторы с фиксированным напряжением, такие как LM7805, LM7812 и т. д.
• Регулируемые регуляторы напряжения, такие как LM317, которые позволяют настраивать выходное напряжение с помощью внешних резисторов.

Оба типа микросхем имеют встроенную защиту от перегрева и короткого замыкания, что делает их надежными для использования в различных схемах.

2. Микросхемы с фиксированным выходным напряжением (например, LM7805)

Регуляторы напряжения с фиксированным выходным напряжением, такие как LM7805 или LM7812, предназначены для выдачи строго заданного напряжения на выходе. Номер микросхемы указывает на выходное напряжение. Например:

• LM7805 — стабилизатор с выходным напряжением 5 В.
• LM7812 — стабилизатор с выходным напряжением 12 В.

Эти микросхемы очень просты в использовании: на вход подается нестабилизированное напряжение (обычно на несколько вольт выше, чем на выходе), а выходное напряжение всегда фиксировано.

Пример использования LM7805:

Пример распиновки микросхемы с нерегулируемым выходным напряжением: На вход подаем нестабильное напряжение в рабочих пределах для данной микросхемы, на ноге выхода получаем стабильные 5В. к примеру.

К примеру у нас может быть так:

• Входное напряжение: от 7 до 25 В.
• Выходное напряжение: стабилизированное 5 В.
• Применение: Питание микроконтроллеров, схем цифровой логики, сенсоров и модулей, требующих стабильного 5 В.

Основные характеристики микросхем с фиксированным напряжением:

• Простота применения, не требуются внешние компоненты для настройки.
• Точное выходное напряжение, заданное конструкцией.
• Могут использоваться в стандартных источниках питания.

3. Регулируемые микросхемы (например, LM317 ADJ)

Регуляторы типа LM317 отличаются тем, что они регулируемые, то есть позволяют настроить выходное напряжение в нужном диапазоне. Это достигается с помощью подключения внешних резисторов, которые формируют делитель напряжения для настройки выходного значения.

LM317 поддерживает напряжение на выходе в диапазоне от 1.25 В до 37 В, в зависимости от резисторов, подключенных к выводам ADJ (adjust).

Пример использования LM317:

На изображении выше можно наблюдать наиболее часто используемый пример сборки с использованием регулируемой микросхемы LM1084

• Входное напряжение: от 3 до 40 В.
• Выходное напряжение: от 1,25 В до 37 В (настраиваемое с помощью резисторов).
• Применение: Лабораторные источники питания, регулируемые стабилизаторы для аудиоусилителей, схемы управления питанием в промышленных устройствах.

Основные характеристики регулируемых микросхем:

• Выбор выходного напряжения в зависимости от нужд схемы.
• Использование дополнительных резисторов для настройки.
• Более гибкое применение в сложных устройствах.

Формула расчета выходного напряжения для LM317:

Для настройки выходного напряжения используется следующая формула:

[ V{\text{out}} = V{\text{ref}} \times \left(1 + \frac{R2}{R1}\right) + I_{\text{adj}} \times R2 ]

Где:

• Vref — опорное напряжение микросхемы (обычно около 1,25 В),
• R1 и R2 — сопротивления внешних резисторов,
• Iadj — ток через вывод ADJ (обычно мал и может быть не учтен в простых расчетах).

Таким образом, с помощью изменения резисторов R1 и R2 можно регулировать выходное напряжение в нужных пределах.

4. Основные отличия между LM ADJ и микросхемами с фиксированным напряжением

Теперь рассмотрим ключевые отличия между регулируемыми микросхемами типа LM317 ADJ и фиксированными регуляторами напряжения, такими как LM7805.

1. Гибкость настройки

• ADJ: Микросхемы с обозначением ADJ (adjustable, например, LM317) позволяют изменять выходное напряжение в широком диапазоне с помощью внешних компонентов.
• Фиксированные: Микросхемы с фиксированным напряжением (например, LM7805) обеспечивают строго заданное напряжение, которое нельзя изменить.

2. Простота применения

• ADJ: Для работы регулируемых регуляторов требуется расчет и установка внешних резисторов. Это делает их более гибкими, но немного сложнее в использовании.
• Фиксированные: Для микросхем с фиксированным выходным напряжением никаких внешних компонентов для настройки не требуется — просто подключите к входу источник питания, и на выходе получите стабильное напряжение.

3. Применение

• ADJ: Регулируемые регуляторы используются там, где требуется настраивать напряжение для разных компонентов или систем (лабораторные источники питания, промышленные системы).
• Фиксированные: Микросхемы с фиксированным напряжением используются для подачи питания на устройства, требующие строго определенного напряжения (например, питание микроконтроллеров, цифровых схем).

5. Пример применения в реальной схеме

Предположим, вам нужно создать регулируемый источник питания для лаборатории с напряжением от 5 В до 12 В. Для этого отлично подойдет LM317:

1. Подключите входное напряжение (например, 15 В) к входу LM317.
2. Подберите резисторы R1 и R2, чтобы настроить диапазон выходного напряжения.
3. С помощью переменного резистора можно сделать плавную регулировку от 5 В до 12 В.

Если же вам нужно стабилизировать напряжение на 5 В для питания микроконтроллера, проще использовать LM7805, который не требует дополнительных настроек — достаточно подать входное напряжение от 7 В и выше.

6. Заключение

Микросхемы серии LM являются одними из наиболее популярных регуляторов напряжения благодаря своей надежности, простоте использования и доступности. Основное различие между моделями ADJ (например, LM317) и фиксированными регуляторами (такими как LM7805) заключается в гибкости настройки напряжения. Регулируемые регуляторы подходят для более сложных и гибких схем, тогда как фиксированные модели проще в использовании и идеально подходят для стандартных приложений, где требуется одно напряжение.

В зависимости от требований вашей схемы вы можете выбрать соответствующую микросхему: регулируемый регулятор для универсальных применений или фиксированный для простых систем стабилизации напряжения.