L'integrato LM317

La teoria

ultimo aggiornamento 13 ottobre 2012


 

L'integrato LM 317, ha dimensioni identiche a quelle di un normale transistor di media potenza tipo TO.220, dispone di tre soli piedini (vedi fig.1).

LM 317 Regolatore di tensione regolabile

Piedinatura Datasheet Foto dell'integrato

Figura 1

- II piedino di Entrata, indicato E oppure Vin, riceve la tensione positiva da stabilizzare, che viene prelevata da un ponte raddrizzatore provvisto del suo condensatore elettrolitico di livellamento.
- II
piedino di Regolazione, indicato R oppure ADJ, viene utilizzato per variare la tensione d'uscita sul valore desiderato.
- II
piedino di Uscita, indicato U oppure Vout, e quello da cui si preleva la tensione stabilizzata.

In tutti i Data-Book sono riportate per LM.317 queste poche e sommarie caratteristiche tecniche:

Max Volt input/output 40 Volt
Dropout Volt 3 Volt
Minima tensione uscita 1,25 Volt
Volt Max corrente uscita 1,5Amper
Max potenza dissipabile 15 Watt
Ripple in uscita -80 dB

 

L'articolo presente in questa pagina è tratto dall'ottima rivista Nuova Elettronica N°169-170  pubblicato nel mese di Febbraio-Marzo 1994.
Titolo originale "L'INTEGRATO stabilizzatore UNIVERSALE LM.317".
 


Max Volt input/output: Molti ritengono che questo valore indichi la massima tensione applicabile sull'ingresso dell'LM.317.
AI contrario questo integrato accetta sull'ingresso anche tensioni di 60 - 80 - 100 Volt, perchè la differenza tra la tensione, applicata sull'ingresso e quella prelevata sull'uscita non risulti maggiore di 40 Volt.
Per spiegarvi meglio cosa si intende con questa differenza, vi portiamo qualche esempio.
Se sull'ingresso dell'
LM.317 applicate una tensione continua di 39 Volt, potrete realizzare un alimentatore che potrà essere regolato da un minimo di 1,25 Volt ad un massimo di 36 Volt, in quanto non avrete mai una differenza tra ingresso/uscita superiore ai 40 Volt.
Se sull'ingresso applicate una tensione di
46 Volt, potrete realizzare un alimentatore che potrà essere regolato da un minimo di:
46 - 40 = 6 Volt
fino ad un
massimo di 43 Volt, perchè scendendo sotto 6 Volt, otterreste una differenza ingresso/uscita maggiore di 40 Volt.
Pertanto se sull'ingresso applicate
63 Volt, potrete realizzare un alimentatore che potrà essere regolato da un minimo di:
63 - 40 = 23 Volt
fino ad un
massimo di 60 Volt.
Non si potrà scendere sotto i
23 Volt, perchè la differenza ingresso/uscita risulterebbe maggiore di 40 Volt.
Allo stesso modo se applicate sull'ingresso delI'integrato
98 Volt, potrete realizzare un alimentatore che potrà essere regolato da un minimo di: 98 - 40 = 58 Volt fino ad un massimo di 95 Volt.

Dropout Volt: Questo dato indica la caduta di tensione introdotta dall'integrato.
Q
uindi se sull'ingresso applicate una tensione di
46 Volt, la massima tensione stabilizzata che potrete prelevare sull'uscita non sarà mai superiore a:
46 - 3 = 43 Volt.
Se sull'ingresso applicate una tensione di
15 Volt, la massima tensione stabilizzata che potrete prelevare sull'uscita non sarà mai superiore a:
15 - 3 = 12 Volt.

Minima tensione uscita:
Il valore di
1,25 Volt
indica la minima tensione stabilizzata che e possibile prelevare da questo integrato.
Questo significa che anche se calcolerete il valore ohmico della resistenze in modo da avere in uscita
0,8 Volt
, la minima tensione che otterrete sarà sempre e comunque di 1,25 Volt.

Max corrente uscita: La massima corrente che
LM.317 e in grado di erogare e di 1,5 Amper, purché I'integrato risulti fissato sopra un'aletta di raffreddamento.
Senza questa aletta non sarà possibile prelevare più di
0,5 - 0,7 Amper
, perchè non appena I'integrato si surriscalderà, entrerà subito in protezione togliendo tensione sull'uscita.

Max potenza dissipabile: La potenza di
15 Watt riportata nelle caratteristiche si ottiene soltanto se il corpo dell'integrato e fissato sopra un'aletta di raffreddamento.
Se l'aletta non riesce a dissipare il calore generato e la temperatura supera il suo limite di
sicurezza
, entra in azione la protezione termica, cioè l'integrato abbassa la tensione in uscita, che quindi non sarà più stabilizzata, e si surriscalda notevolmente.

Ripple in uscita: Per chi non lo sapesse, il
ripple e il residuo di tensione alternata che si ritrova sulla tensione continua stabilizzata dall'integrato.
Quando, come in questo caso, si parla di un
ripple pari a -80 dB, significa che il residuo di alternata presente sulla tensione continua stabilizzata e minore di 10.000 volte.
Pertanto se avete regolato I'alimentatore per una tensione d'uscita di
18 Volt, su questa può risultare presente un residuo di alternata di 0,0018 Volt pari a \, un valore cioè irrisorio.

Per completare queste note, aggiungeremo che I'integrato
LM.317 è provvisto di una valida protezione automatica contro i cortocircuiti.
 

LM.317 come STABILIZZATORE di TENSIONE

Lo schema base per realizzare un completo alimentatore stabilizzato in tensione con LM.317 è riportato in fig.2.


Figura 2

In questo circuito trovate diversi componenti che esplicano le seguenti funzioni:

C1 -
E un condensatore
elettrolitico di filtro che viene sempre applicato in prossimità del ponte raddrizzatore.

C2 - E un condensatore
poliestere o ceramico da 100.000 pF che andrà collegato vicinissimo tra il terminale Entrata e la massa per evitare autooscillazioni.

C3 - E un condensatore
elettrolitico da 10μF, con una tensione di lavoro di 50-63 Volt, che viene utilizzato per rendere perfettamente stabile la tensione sul terminale di Regolazione.

C4 - E' un condensatore elettrolitico applicato sul terminale di Uscita che serve per eliminare qualsiasi residuo di alternata.
Il valore di questo condensatore non dovrà mai risultare
minore di 100μF e dovrà avere una tensione di lavoro che non risulti mai inferiore alla tensione massima stabilizzata che preleverete sulla sua Uscita.

DS1 - Questo diodo, posto tra l'uscita e l'ingresso (il terminale positivo va rivolto verso l'ingresso), serve per proteggere l'integrato ogniqualvolta si spegne I'alimentatore.
Senza questo diodo la tensione immagazzinata dal condensatore
C4 si scaricherebbe in senso inverso all'interno dell'integrato, cioè dall'uscita verso I'ingresso, danneggiandolo.

DS2 - Questo diodo, collegato tra i terminali R ed U (il terminale positivo va rivolto verso U), serve per scaricare istantaneamente il condensatore C3 in caso di cortocircuito accidentale sui terminali d'uscita.

R1 - Questa resistenza, del valore fisso di 220 ohm 1/4 watt, serve per ottenere, abbinata alla resistenza R2, un partitore resistivo dal quale si preleverà la tensione da applicare sul piedino R di regolazione.

R2 - Il valore di questa resistenza andrà calcolato in funzione del valore della tensione stabilizzata che si vorrà prelevare sull'uscita dell'integrato LM.317.
Più
basso e il valore di questa resistenza, minore sarà il valore della tensione stabilizzata, più alto è il valore della resistenza, maggiore sarà il valore della tensione stabilizzata.

Utilizzando per R2 una resistenza fissa, otterrete in Uscita una tensione stabilizzata di valore fisso.
Se in sostituzione di tale resistenza si inserirà un normale
potenziometro lineare (vedi figura 3), si potrà ottenere in Uscita una tensione stabilizzata variabile.


Figura 3

COME SI CALCOLA R2.

Per calcolare il valore della resistenza R2 dovete conoscere il valore della tensione massima applicata sul piedino Entrata e sottrarre a tale valore il numero fisso 3 (valore di dropout).
Questo calcolo vi permetterà di stabilire la
massima tensione che si potrà prelevare sull'uscita delI'integrato, perchè se sull'ingresso applicate 20 Volt e poi calcolate il valore della R2 per ottenere in uscita una tensione stabilizzata di 25 Volt, la formula vi darà si un valore ohmico, ma all'atto pratico non riuscirete mai ad ottenere 25 Volt, poiché sull'ingresso ci sono soltanto 20 Volt.
Pertanto se sull'ingresso dell'
LM.317 applicherete una tensione di 20 Volt, voi potrete ottenere in uscita una tensione stabilizzata massima di:

20 - 3 = 17 Volt

Se sull'ingresso applicherete una tensione di
42 Volt, voi potrete ottenere in uscita una tensione stabilizzata massima di:

42 - 3 = 39 Volt

Conoscendo questo valore di
tensione, per calcolare il valore della resistenza R2, si dovrà utilizzare questa semplice formula:
 

R2 ohm = [(Volt uscita : 1,25) - 1] x 220

Dove:
Con
Volt uscita si indica il valore della tensione che volete prelevare sull'uscita dell'LM.317.
II numero
1,25 e la differenza di tensione che esiste tra il piedino di Uscita e quello di Regolazione.
II numero
1 e un numero fisso fornito cella Casa Costruttrice.
Il numero
220 e il valore in ohm della resistenza R1 applicata sul partitore resistivo.

Detto questo, ammettiamo di voler calcolare il valore da utilizzare per la resistenza
R2 in modo da ottenere sull'uscita dell'integrato LM.317 una tensione stabilizzata di 30 Volt.
Sappiamo gia che per ottenere questo valore la
minima tensione che dovremo applicare sull'ingresso dell'integrato dovrà risultare di 30 + 3 = 33 Volt, quindi sull'ingresso potremo applicare tensioni maggiori, ad esempio 35-40-42 Volt, ma non tensioni inferiori a 33 Volt.
Ammettendo ora di applicare sull'ingresso dell'integrato una tensione di
35 Volt, effettueremo queste due semplici operazioni:

35 - 3 = 32 Volt   sottraiamo alla tensione in ingresso la tensione di drop out
[(32 : 1,25) - 1] x 220 = 5.412 ohm


Per evitare errori nel calcolo del valore di questa resistenza, le operazioni da eseguire per ricavare il giusto risultato sono in sequenza:

32 : 1,25 = 25,6
25,6 - 1 = 24,6
24,6 x 220 = 5.412


Poiché in commercio non esiste una resistenza di questo valore, potremo risolvere il problema collegando in serie ad una resistenza da
3.300 ohm una seconda resistenza da 2.200 ohm in modo da ottenere:
300 + 2.200 = 5.500 ohm
Oppure potremo collegare in serie alla resistenza da
4.700 ohm un trimmer da 1.000 ohm, che regoleremo fino ad ottenere I'esatta tensione di 32 Volt (vedi fig.4).


Fig.4

Conoscendo il valore della R2 inserita nel circuito e ora possibile calcolare la tensione che si può ottenere sull'uscita dell'integrato.
La formula che ci permette di calcolare questo valore e:

Volt uscita = [(R2 : 220) + 1] x 1,25

Poiché nell'esempio precedente abbiamo usato una resistenza da 5.500 ohm anziché da 5.412 ohm, per conoscere quale tensione preleveremo sull'uscita eseguiremo nell'ordine queste operazioni:

5.500 : 220 = 25
25+1 =26
26 x 1,25 = 32,5 Volt


Tenendo presente che le resistenze hanno sempre una loro
tolleranza, possiamo affermare che la tensione che otterremo sull'uscita potrà variare in più o in meno di qualche centinaia di milliVolt.
Se in questo circuito utilizzeremo un potenziometro da
4.700 ohm con in serie una resistenza fissa da 1.000 ohm, non potremo ottenere un alimentatore stabilizzato variabile in grado di fornire in uscita una tensione massima di 33,63 Volt che potrà scendere fino ad un minima di 6,93 Volt, infatti:

[(5.700: 220) + 1] x 1,25 = 33,63 Volt max
[(1.000: 220) + 11 x 1,25 = 6,93 Volt min


In questo caso la tensione che dovremo applicare sull'ingresso dell'integrato non dovrà risultare minore di
33,63 + 3 = 39,63 Volt.

 

Valori standard di resistenza per la serie E12

10R/12R/15R/18R/22R/27R/33R/39R/47R/56R/68R/82R
100R/120R/150R/180R/220R/270R/330R/390R/470R/560R/680R/820R
1K0/1K2/1K5/1K8/2K2/2K7/3K3/3K9/4K7/5K6/6K8/8K2
10K/12K/15K/18K/22K/27K/33K/39K/47K/56K/68K/82K
100K/120K/150K/180K/220K/270K/330K/390K/470K/560K/680K/820K
1M0

Il trimmer

Nel campo dell'elettronica, vengono definiti Trimmer dei resistori realizzati in una forma da permetterne la variazione del loro valore di resistenza.
Sono impiegati nella fase di taratura dei circuito stesso, vale a dire permette la regolazione fine dei valori elettrici del circuito, per farli coincidere con le specifiche del progetto, vengono anche impiegati quando sia prevista la calibrazione periodica del circuito, come avviene in molti strumenti di misura elettronici.
Il trimmer resistivo è concettualmente simile ad un potenziometro, svolge le stesse funzioni elettriche, si differenzia da questo, per essere più piccolo e strutturalmente meno robusto.
La sua minore robustezza è giustificata dall'uso saltuario cui è destinato, ci sono casi in cui viene azionato una sola volta in fabbrica e poi sigillato.
Le tipologie di costruzione sono due, una prevede solo i reofori per permetterne il fissaggio tramite saldatura sul circuito stampato, la seconda prevede una ghiera filettata per il fissaggio su un pannello.
L'elemento resistivo è uguale a quello dei potenziometri, può essere carbone, filo in lega metallica, film plastico conduttivo, può essere anche multigiri, vi sono versioni ermetiche alla polvere.
I valori resistivi sono equivalenti ai resistori fissi, spaziano da pochi ohm a qualche decina di Megaohm. Essendo strutturalmente più piccolo di un potenziometro, i valori di corrente trattati, dovranno essere minori, L'affidabilità nel tempo rispetto ad un resistore fisso è molto minore, l'alternativa per evitarne l'uso nel circuito in progetto, comporta la selezione della componentistica attiva e l'uso di resistori di precisione, soluzione questa molto costosa.
Di seguito viene riportata una tabella con i valori di resistenza normalizzata per i potenziometri e trimmer.

 

1 220R 470R 1K0  2K2 4K7 10K 22K 47K 100K 220K 470K 1M0  2M2 4M7  
2 330R 680R 1K5 3K3 6K8 15K 33K 68K 150K 330K 680K 1M5  3M3 6M8 10M

Il diodo raddrizzatore

l diodo è un componente elettronico passivo non lineare a due terminali (bipolo), la cui funzione ideale è quella di permettere il flusso di corrente elettrica in una direzione e di bloccarla nell'altra, la qual cosa viene realizzata ponendo dei vincoli alla libertà di movimento e di direzione dei portatori di carica.
Il simbolo circuitale del diodo esprime chiaramente questa funzione: il triangolo indica la direzione che permette il flusso di corrente elettrica considerato convenzionalmente positivo (dal polo negativo a quello positivo), mentre la sbarra ne indica il blocco.

Diodo 1N4001-1N4007
Piedinatura Datasheet Foto

 

Elenco revisioni:

13/10/2012

Inserimento circuito sperimentale

15/10/2007

Emissione preliminare