Stabilizovaný zdroj s LM317
Power supply with LM317

Vhodný integrovaný obvod pro malé regulovatelné zdroje a stabilizátory je obvod LM317. Základní zapojení stabilizátoru s tímto obvodem je na obr. 1. Podívejme se na toto jednoduché zapojení podrobněji. Integrovaný obvod LM317 je zvláštní tím, že má jen tři vývody, přičemž žádný z vývodů není uzemněn. Integrovaný obvod je přitom napájen rozdílem napětí mezi vývody 2 a 3. Aby obvod pracoval správně, musí být mezi těmito vývody napětí nejméně 2,5 V a obvod musí být zatížen proudem nejméně 5 mA. V některých případech u mimotolerantních obvodů může být minimální proud až 10 mA.

Obvod se snaží nastavit na výstupu takové napětí, aby rozdíl napětí mezi vývody 1 a 3 byl právě 1,25 V. Zapojíme-li mezi vývod 1 a zem reostat (potenciometr), můžeme změnou jeho odporu nastavit výstupní napětí. Odpor reostatu tvoří s rezistorem R1 dělič, přičemž na rezistoru R1 je již zmíněné napětí 1,25 V. Použijeme-li doporučený odpor rezistoru R1 (240 Ohm), je současně zajištěn i minimální odběr proudu. Výstupní proud u obvodu LM317T, který je v pouzdře TO220, může být až 1,5 A, pokud je rozdíl vstupního a výstupního napětí menší než 15 V. Při větším rozdílu napětí je maximální proud procházející obvodem 0,4 A. Maximální napětí mezi vstupem a výstupem je 40 V. Obvod je samozřejmě nutné opatřit dostatečně velkým chladičem. Výstup zdroje pak můžete směle zkratovat, protože stabilizátor má výstupní proud omezen asi na 1,5 až 2,2 A.

Obr. 1. Základní zapojení stabilizátoru
s obvodem LM317
Fig. 1. Basic voltage regulator with LM317
Obr. 2. Zapojení stabilizátoru
doporučené výrobcem
Fig. 2. Recomended application

Ačkoli obvod LM317 může pracovat v základním zapojení podle obr. 1, výrobce jej doporučuje zapojit podle obr. 2. Do schématu jsou doplněny kondenzátory C1 až C3 a diody D1 a D2. Použití těchto součástek zlepšuje vlastnosti stabilizátoru. Kondenzátory C1 a C3 zlepšují stabilitu a odezvu na skokovou změnu zátěže. Kondenzátor C2 zlepšuje potlačení zvlnění na výstupu až o 15 dB (asi 5x). Při použití kondenzátoru C2 musíme zapojení doplnit o diodu D2, která zajistí vybití C2 při zkratu na výstupu a vypnutí zdroje. Dioda D1 chrání stabilizátor před zničením zpětným proudem – například tehdy, použijeme-li zdroj k nabíjení akumulátorů a vypneme-li jej dříve, než odpojíme akumulátory.

Jednoduchý napájecí zdroj dostaneme, připojíme-li stabilizátor podle obr. 2 za usměrňovač. Úplné zapojení je na obr. 3. Napětí na výstupu usměrňovače musí být nejméně o několik voltů větší, než je maximální výstupní napětí zdroje. Filtrační kondenzátor v usměrňovači zvolíme 2 200 až 4 700 µF pro výstupní proud do 1 A. Rezistor R1 může mít odpor 220 nebo i 270 Ohm. S potenciometrem 2,5 kOhm můžeme na výstupu nastavit napětí 1,2 až 12 V. Pro větší rozsah výstupních napětí použijeme potenciometr s odporem 5 kOhm.

Obr. 3. Zapojení stabilizovaného regulovatelného zdroje s obvodem LM317
Fig. 3. Regulated power supply with undervoltage indication

Zdroj je ještě doplněn obvodem s rezistorem R2, LED a diodami D3 až D6. Při běžném provozu zdroje prochází proud diodami D3 až D5, LED a rezistorem R2. LED svítí a indikuje tak správnou funkci zdroje. Zmenší-li se napětí na stabilizátoru přibližně na 3 V – ať už proto, že jsme nastavili na výstupu příliš velké napětí, nebo proto, že se vlivem velké zátěže zmenšilo napětí na C1 – začne procházet proud diodou D6 a LED zhasne. Pokud tedy LED svítí, je na výstupu zdroje nastavené stabilizované napětí. Místo diod D3 až D5 můžeme použít další diodu LED.

Zapojení zdroje podle obr. 3 má podle mého názoru dva velké nedostatky. Jedním z nich je, že minimální výstupní napětí zdroje je 1,2 V. Použijete-li takový zdroj při oživování konstrukce, ve které např. omylem osadíte obráceně nějaký integrovaný obvod, může se tento obvod již při napětí 1,2 V zničit. Mnohem lepší je mít možnost nastavit výstupní napětí zdroje od nuly. Další nedostatek je ještě závažnější. Každý potenciometr začne po určité době provozu „chrastit“. Vzroste přechodový odpor mezi běžcem potenciometru a odporovou drahou a navíc se tento přechodový odpor nepravidelně mění podle natočení hřídele potenciometru. V některých okamžicích se může kontakt na okamžik zcela přerušit. Na výstupu zdroje se pak objeví maximální výstupní napětí, které může snadno zničit citlivější součástky. Takovýto „rizikový“ zdroj se do elektronické laboratoře nehodí. Sám jsem si takový zdroj sice před několika lety postavil, používám jej však spíše výjimečně – např. tehdy, potřebuji-li k vyzkoušení nějakého zapojení více napájecích napětí.

Kondenzátory C6, C7 a C8 je třeba umístit co nejblíže IO1. Jsou-li umístěny ve větší vzdálenosti, může se stabilizátor rozkmitat. Navenek se to projevuje tak, že se výstupní napětí při změně zátěže mění - často se dokonce při zatížení zvětší.

Tím nechci nijak zatracovat stabilizátory s obvodem LM317. Obvod se výborně hodí pro stabilizaci pevných napětí, zvláště takových, která nejsou „v řadě“ standardních stabilizátorů. Stabilizátor napětí např. 7,5 V pracuje s LM317 určitě lépe než třeba s obvodem 7806 „podepřeným“ několika diodami. Použijeme zapojení z obr. 1 nebo 2 a místo potenciometru P zapojíme rezistor. Pro zvolené výstupní napětí Uo v rozsahu 1,2 až 37 V spočítáme:
,
kde R1 je odpor rezistoru R1 a R2 je odpor rezistoru zapojeného místo potenciometru P.

Jaroslav Belza

Použity obrázky a mírně upravený text z Praktické elektroniky č. 11/98

20. 5. 1999