Sơ đồ LM317 này không có ý nghĩa gì với tôi

Vì vậy, đây là hệ thống dây cơ bản cho LM317 như một bộ điều chỉnh điện áp, và rất ít trong số đó có ý nghĩa với tôi. Trước hết, nếu một pin là để điều chỉnh của tôi, tại sao tôi cần $R_1$ ? $R_2$ sẽ cung cấp cho tôi bất kỳ giá trị nào tôi cần gửi. Là $R_1$ thực sự cần thiết?

Tôi luôn hiểu rằng trong mạch phân chia điện áp, bạn đang sử dụng điện áp INPUT để cung cấp chiết áp. Tại sao chúng ta sử dụng đầu cực dương của điện áp đầu ra để cung cấp cho nồi của chúng tôi? Không phải $R_2$ có dây sai sao? Nếu ai đó bảo tôi thay đổi điện áp cho chân điều chỉnh của mình, tôi sẽ tạo một bộ chia điện áp bằng một cái nồi và gửi đầu ra THAT đến chân đó. Nhưng ở đây, đầu vào V + vào nồi là cùng một dây với dây đi đến chân điều chỉnh, VÀ cùng một dây đến từ V của tôi trong số 317. Nếu tôi đang cố gắng gửi các mức điện áp khác nhau đến IC của mình, làm thế nào cái đó có hoạt động không khi tôi đâm một V ổn định vào cùng một vị trí?

Cuối cùng, hãy tha thứ cho sự thiếu hiểu biết của tôi về mũ nhưng nếu tụ điện không phải là tải, thì $C_1$ tạo ra ngắn mạch không?

Bảng dữ liệu có một mô tả khá kỹ lưỡng về việc sử dụng chân ADJ với $R_1$ và $R_2$ :

Vì cả $R_1$ và $R_2$ xuất hiện trong phương trình của điện áp đầu ra

bạn cần cả hai để nhận ra một điện áp đầu ra tùy ý. Tùy thuộc vào tải dự kiến ​​của bạn và điện áp đầu ra mong muốn, bạn có thể loại bỏ $R_1$ . Tuy nhiên, bạn phải duy trì dòng tải tối thiểu (mà biểu dữ liệu chỉ định là 10mA) vì vậy nếu tải của bạn có thể giảm xuống dưới mức bạn phải dựa vào dải phân cách $R_1$ và $R_2$ để vẽ đủ dòng để đáp ứng yêu cầu dòng tải tối thiểu đó.

Với một bộ chia điện áp, thông thường bạn có một điện áp đầu vào mà bạn muốn phân chia bằng cách sử dụng một cặp điện trở. Bạn đặt tỷ lệ của các điện trở để đặt điện áp chia xuống:

Trong trường hợp này, chia xuống điện áp $V_{\text{div}}$ được thiết lập bởi các thiết bị (1.25V), do đó bạn đang thiết lập tỷ lệ điện trở để thiết lập "đầu vào" điện áp điện áp chia của $V_{\text{input}}$ , mà là của LM317 $V_{\text{out}}$ .

Cuối cùng, hãy tha thứ cho sự thiếu hiểu biết của tôi về mũ nhưng nếu tụ điện không phải là tải, thì $C_1$ tạo ra ngắn mạch không?

Một tụ điện có trở kháng rất cao (lý tưởng, vô hạn) tại DC nên không bị đoản mạch. Tụ điện này sẽ ngắn mạch tín hiệu tần số cao (tức là nhiễu) trên $V_{\text{in}}$ , điều này là mong muốn vì $V_{\text{in}}$ được cho là nguồn điện áp DC.

Tổng quan

Tôi sẽ tránh phụ thuộc vào đại số như một lời giải thích. (Bởi vì đại số, trong khi cung cấp câu trả lời định lượng, thường không giúp mọi người hiểu được điều gì trừ khi họ rất thông thạo toán học.) Bất kể, vẫn hữu ích khi có sẵn bảng dữ liệu. Vì vậy, đây là bảng dữ liệu LM317 của TI chỉ để làm cho nó thuận tiện khi cần thiết.

Cách tốt nhất để hiểu một cái gì đó là thử và đặt bản thân bạn vào trong thiết bị và "nghĩ như nó làm". Thông cảm với thiết bị, để nói chuyện. Sau đó rất nhiều bí ẩn biến mất.

Trong lập trình, chẳng hạn, không có gì mà một chương trình làm mà không thể làm bằng tay. (Có hay không thực tế để làm như vậy, là một câu hỏi khác.) Vì vậy, cũng như với điện tử, một cách tốt để hiểu một số thuật toán trong lập trình là chỉ cần ngồi xuống với giấy và một số vật phẩm trước mặt bạn và chỉ cần làm mọi thứ, bằng tay, bằng tay của chính bạn. Điều đó hầu như luôn luôn nhận được điểm, sâu bên trong. Và rồi bí ẩn biến mất.

Biết tên của một cái gì đó KHÔNG giống như biết một cái gì đó. Cách tốt nhất để biết một cái gì đó là xem và quan sát nó. Vì vậy, hãy nhìn vào thiết bị.

Tham chiếu điện áp bên trong LM317

Bên trong, thiết bị bao gồm một loại tham chiếu điện áp rất đặc biệt được đặt cho khoảng $1.25\:\text{V}$ . Nhân tiện, không dễ để thiết kế một trong số này. Đặc biệt nếu bạn muốn tham chiếu điện áp không đổi trong một phạm vi rộng của nhiệt độ hoạt động và các biến thể của IC trong quá trình sản xuất và trong một khoảng thời gian dài. Đây là những gì bảng dữ liệu nói về nó:

Bạn có thể thấy rằng đối với một loạt các dòng đầu ra, điện áp đầu vào và nhiệt độ (xem ghi chú), điện áp này được đảm bảo ở giữa $1.2\:\text{V}$ và$1.3\:\text{V}$ . Đó là một thành tích khá.

Để làm cho tham chiếu điện áp này hoạt động tốt, các nhà thiết kế cũng cần một số loại nguồn hiện tại. Lý do là để tạo ra một tham chiếu điện áp tốt như vậy, họ cũng cần phải cung cấp một dòng điện tương đối có thể dự đoán được chạy qua nó. (Hãy nhớ rằng, bạn đang cung cấp một điện áp đầu vào bất cứ nơi nào từ $3\:\text{V}$ đến$40\:\text{V}$ ) Vì vậy, cũng có một nguồn hiện tại cung cấp một dòng điện dự đoánthông quatham chiếu điện áp để làm cho công việc này hoạt động tốt. Bạn có thể thấy thực tế này từ phần này của biểu dữ liệu:

Nguồn hiện tại họ sử dụng nguồn hiện nay từ các TRÊN pin. Nhưng dòng điện đó phải rời khỏi một số pin khác - trong trường hợp này, cụ thể là chân ADJUST . Vì vậy, dòng điện của nguồn hiện tại này được gọi là dòng đầu cuối "ĐIỀU CHỈNH". Bạn phải ghi nhớ thực tế này khi sử dụng thiết bị. Bạn phải cung cấp phương tiện cho nguồn hiện tại của nguồn này để rời khỏi thiết bị và đi về phía tham chiếu mặt đất.

Hãy tóm tắt lại. Để bộ điều chỉnh điện áp này thực hiện công việc của mình, các nhà thiết kế cảm thấy họ cần bao gồm một tham chiếu điện áp bên trong (ẩn). (Họ cần nó để họ có thể sử dụng nó để so sánh và sau đó quyết định cách "điều chỉnh" điện áp bạn muốn - tôi sẽ sớm thảo luận về các chi tiết đó.) Để tạo ra một tham chiếu điện áp bên trong tốt , họ cần một dòng điện nguồn. Do đó, họ cũng cần cho bạn biết rằng bạn phải giúp đỡ họ bằng cách nhấn chìm dòng điện đó qua chân ADJUST . Vì vậy, họ xác định rằng, là tốt.

Bây giờ bạn phải giữ hai điều trong tâm trí của bạn: (1) tham chiếu điện áp; và, (2) điều chỉnh dòng pin. Nhưng dòng pin ADJUST chỉ là hệ quả của việc cung cấp tham chiếu điện áp đó. Vì vậy, điều chính cần ghi nhớ, để hiểu thiết bị, là tham chiếu điện áp (và không phải là chân pin ADJUST , đây là một điều ác cần thiết, có thể nói như vậy.)

Đó chỉ là một trong những tài nguyên nội bộ trong thiết bị. Nó cũng bao gồm một số mạch đặc biệt để bảo vệ chống lại quá nhiều dòng điện và để bảo vệ chống lại quá nhiệt nghiêm trọng trong hoạt động. Vì vậy, bạn có được bảo vệ nhiệt, tích hợp vào thiết bị, quá.

Phương pháp điều chỉnh điện áp

Với cách hiểu trên, ý tưởng cơ bản đằng sau LM317 là như sau:

^{mô phỏng mạch này - Sơ đồ được tạo bằng CircuitLab}

$1.25\:\text{V}$$1.25\:\text{V}$ trên điện áp chân ADJUST khi mọi thứ đang hoạt động đúng.

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

Đó là mấu chốt trong việc hiểu làm thế nào nó hoạt động. Hãy chắc chắn rằng bạn chạy nó qua đầu của bạn nhiều lần. Khoan nó vào.

Sử dụng 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}$

$I_{R_1}$, do đó, sự thay đổi của nó không tạo ra nhiều khác biệt đối với điện áp đầu ra của mạch điều chỉnh của bạn. Lưu ý rằng trong trường hợp mạch của bạn, điều này là hợp lý đúng. Vì vậy, bây giờ bạn hiểu rõ hơn tại sao giá trị cụ thể đó cho $R_1$ đã được lựa chọn.

Trong hầu hết các mạch điện áp có thể điều chỉnh, việc chìm dòng điện này được xử lý bằng cách sử dụng một điện trở thay đổi (chiết áp) với một đầu được nối với mặt đất và đầu còn lại vào nút chia sẻ của chân ADJUST và một đầu của$R_1$. Hiện tại (mà chúng ta mong đợi ở đâu đó giữa$5.2\:\text{mA}$ và $5.3\:\text{mA}$ here) must now pass through this potentiometer. In doing so, it creates a voltage drop across it. That voltage drop gets added to the voltage drop across $R_1$ (which is fixed by design in the LM317) and must, by definition, be the voltage at the OUT pin.

With $R_2$ allowed to be up to $5\:\text{k}\Omega$, you can adjust the voltage drop across $R_2$ to be up to $26-27\:\text{V}$. Adding the remaining $\approx 1.25\:\text{V}$ means that the voltage at OUT (with reference to ground) can be theoretically as high as somewhere from $27.2\:\text{V}$ to $28.3\:\text{V}$.

However, to reach those peak voltages you'd have to have an input supply that is higher. Under the recommended operating conditions you can see the following:

So this means that to reach the maximum that the potentiometer and the value of $R_1$ promises, you'd need to have an input supply voltage of about $32\:\text{V}$.

Other Uses

Now that you understand this much, you might want to consider one more thought about the LM317. It can also be used as a current source for, say, charging a rechargeable battery. If you replace $R_2$ with a rechargeable battery, for example, then you can select a value for $R_1$ that will generate the right current for recharging it. The LM317 will keep adjusting things so that the voltage across $R_1$ is constant and this implies a constant current in $R_1$. Since all of that current must reach ground via a path you provide, using a battery in that path means it will get a constant current for recharging it. (There are other problems, of course. You'd need to monitor the charging process and stop it when the battery is charged or no longer requires a constant current. But the point remains -- the LM317 can also be used as a constant current source instead of a constant voltage source.)

Figure 1. As suggested by the datasheet.

• The LM317 works by adjusting its output to be 1.25 V above the voltage at the ADJ pin.
• With R1 = 240 Ω there is a current of $\frac {1.25}{240} = 5.2 \ \text {mA}$ running through it and R2.
• The constant current through R2 means that the voltage drop across it changes linearly with the resistance of R2. This is super-handy if you want the voltage to change in proportion to the angular rotation of R2.

^{simulate this circuit – Schematic created using CircuitLab}

Figure 2. OP's plan.

Now let's try doing it your way.

• Let's say our 5k pot is rated at 1/8 W (fairly typical). Using $P = I^2 R$ we can work out that the maximum current it can handle is $I = \sqrt {\frac {P}{R}} = 5 \ \text {mA}$.
• This in turn means that once you reduce the pot resistance below $\frac {1.25}{5m} = 0.25\ \text k \Omega$ (250 Ω) that the pot will tend to burn out. (The pot's rated power is for dissipation over the whole track - not just the part in use. If you reduce the track length then you reduce the maximum power dissipation proportionally.)

Now let's look at linearity - assuming we haven't turned the wiper all the way up and burnt out the pot:

• At 20% down from the top you have 1k & 4k. The output voltage will be $V_{out} = \frac {1+4}{1}(1.25) = 6.25 \ \text V$.
• At 40% down from the top you have 2k & 3k. The output voltage will be $V_{out} = \frac {2+3}{2}(1.25) = 3.125 \ \text V$.
• At 60% down from the top you have 3k & 2k. The output voltage will be $V_{out} = \frac {3+2}{3}(1.25) = 2.08 \ \text V$.
• At 80% down from the top you have 4k & 1k. The output voltage will be $V_{out} = \frac {4+1}{4}(1.25) = 1.56 \ \text V$.
• At 100% down from the top you have 5k & 0k. The output voltage will be $V_{out} = \frac {5+0}{5}(1.25) = 1.25 \ \text V$.

Clearly the adjustment pot will be non-linear. The output falls by half in the adjustment from 20% to 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.

How to calculate the resistor values already received a detailed answer. Let me try clarify your confusion about voltage divider: as you said, it provides a fraction of the input voltage, according to the ratio of the resistors. The only confusion here is: it is being used to sample the output voltage of your controller, to serve as a reference for voltage control.

Even if you understand the LM317 only as a black box, try to view it as a device that will try to keep the voltage between the Vout and Adj pins as 1.25V. If this difference is lower than 1.25V, Vout will be increased, if it is higher, Vout decreases. The ratio of the output voltage is given by the voltage divider.

That way the LM317 tries to compensate for variations on the current demanded by the load and also for variations in the input voltage. The formulas in the datasheet allow the calculation of the resistor values to obtain 1.25V between the mentioned pins for a given output voltage.

There is always a fixed 1.25V between the output and adjust pins. Therefore connecting R1 between these two pins forces a constant current to flow through R1. This current must flow through R2 (it can't go anywhere else!) causing a constant volts drop across R2. Therefore the regulator output voltage equals the dropped voltage across R2 + 1.25V.

The above is a good approximation but is not precisely true. A very small current flows out of the adjust pin through R2 to ground slightly increasing the voltage dropped across R2 and therefore slightly increasing the output voltage.

Vout = ((1.25/R1)*R2 + 1.25V) + (R2 * Iadj)

Capacitors are open circuit to DC.

Let's look at how LM317 works!

Internals of LM317 (not embedded due to possible copyright reasons)

LM317 adjusts the V_OUT terminal voltage until ADJ terminal voltage is 1.25 volts below V_OUT. It is using a voltage comparator (an operational amplifier), where one of the inputs is the output pin, the other of the inputs is connected to the adjustment pin, but not directly but via a circuit that effectively works like a stable 1.25 volt voltage source (constant voltage drop). Operational amplifiers are known for their high input impedance, so the ADJ current will be minimal. Then the operational amplifier output is used to adjust transistor base voltage, so that the emitter voltage at output will be the base voltage minus transistor voltage drop which in this case is a Darlington pair. (Ok, this explanation simplifies things a bit but that would be how you create the simplest possible adjustable voltage regulator.)

So, if the V_OUT - ADJ voltage difference is less than 1.25 volts, the V_OUT is very quickly cranked up, to the max if needs be.

If, on the other hand, the V_OUT - ADJ voltage difference is more than 1.25 volts, the V_OUT is very quickly cranked down, to the minimum if needs be.

The idea is that the V_OUT - ADJ voltage difference is some fraction of the output terminal voltage, determined by a voltage divider.

If you have only R2, without R1, then the ADJ terminal voltage would be zero, and it would have variable resistance to ground (which doesn't have any useful effect, because the current in the ADJ terminal is minimal).

If you have both R1 and R2, then the ADJ terminal voltage is determined by a voltage divider between V_OUT and ground.

Note R2 is a variable resistor, not a potentiometer (although you can make a potentiometer into a variable resistor by connecting the center pin to one of the extreme pins and using the two connected-together pins with the other extreme pin, or just using the center pin and one of the extreme pins).

You could have the same effect by connecting one potentiometer extreme pin to ground, the other extreme pin to V_OUT and the center pin to ADJ.

Note this simple explanation ignored the adjustment terminal current. For a more complete explanation, see the upvoted answer.

R1 and R2 are the adjustment. They form a variable voltage divider that generates an input voltage to the Adj pin. If you read the data sheet you will see that the output voltage is regulated to be 1.25V greater than the voltage at the Adj pin.
The output voltage is used to supply the voltage divider because it is stable and regulated, if you used the input supply any noise, ripple or change with load would be passed on to the Adj pin and then appear at the output.
You need to look at the circuit again, the voltage applied to Adj will vary as R2 is varied. It is a conventional way of drawing a variable resistor. Pin Adj, one end of R1 and the wiper of R2 are joined together, not the other end of R2.
Neither C1 nor C2 are short circuits. At DC a good capacitor looks like an open circuit. Their purpose is to bypass any AC component or noise to earth thereby reducing their effect. The data sheet even says you can bypass Adj "to achieve very high ripple-rejection ratios".
There is a lot more useful information in the data sheet with many examples of how to use the LM317 for various tasks.

Just to add a detail that experienced users might not even notice any more:

R2 a variable resistor - not a potentiometer. In practice, the same physical device can be used, but the variable resistor is a two-terminal device while the potentiometer has three terminals.

If you read R2 as a potentiomenter, then it is apparently drawn with the ends of the resistor connected and the wiper not connected (floating), which clearly does not make any sense. One of the terminals of R2 is connected to the wiper.