Spannungsregler LM317: Pinbelegung, Formel und Schaltungsanleitung

Der einstellbare Regler LM317 mit drei Anschlüssen ist einer der am häufigsten verwendeten linearen Spannungsregler im Stromversorgungsdesign.In diesem Artikel werden die Grundlagen des LM317-Reglers, die Pin-Konfiguration, das Funktionsblockdiagramm, Spezifikationen, Funktionen, Anwendungsschaltung, praktische Verwendung, Vergleiche mit anderen Reglern und typische Anwendungen erläutert.

Katalog

LM317 Regler Basic

Die LM317 Der einstellbare 3-Terminal-Regler ist ein vielseitiger positiver Spannungsregler, der einen stabilen und einstellbaren Gleichstromausgang bietet.Es verfügt über drei Pins: Eingang, Ausgang und Einstellung, sodass Benutzer die gewünschte Ausgangsspannung mit nur zwei externen Widerständen einstellen können.Das Gerät kann Spannungen von 1,25 V bis 37 V regeln und Ausgangsströme von mehr als 1,5 A bei ordnungsgemäßer Wärmeableitung liefern.

Der LM317 bietet eine hervorragende Leistung mit einer typischen Netzregelung von 0,01 % und einer Lastregelung von 0,1 % und gewährleistet so einen stabilen Betrieb, selbst wenn sich die Eingangsspannung oder die Lastbedingungen ändern.Es verfügt außerdem über integrierte Schutzfunktionen wie Strombegrenzung, thermischen Überlastschutz und Schutz des sicheren Betriebsbereichs, wodurch die Zuverlässigkeit und Sicherheit bei Stromversorgungsdesigns verbessert wird.

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CAD-Modelle des LM317-Reglers

Details zur Pinbelegung des LM317-Reglers

Pin Nummer	Pin Name	Beschreibung
1	EINSTELLEN	Wird zum Einstellen verwendet Ausgangsspannung.Verbindet sich mit einem externen Widerstandsnetzwerk, um das gewünschte zu programmieren Ausgangsspannung.
2	AUSGANG	Geregelter Ausgang Spannung.Stellt der Last den angepassten Gleichstromausgang zur Verfügung.
3	EINGANG	Unreguliert Eingangsspannung.Wird an die höhere Gleichstromversorgung angeschlossen, die reguliert werden muss.

Alternativen und gleichwertiges Modell

• LM338

• LM350

• LM117

• LM217

• LM337

• LT1083

• LT1084

Funktionsblockdiagramm des LM317

Das Funktionsblockdiagramm des LM317 zeigt, wie dieser einstellbare lineare Spannungsregler die Ausgangsspannung steuert und stabilisiert.Im Zentrum befindet sich eine präzise 1,25-V-Referenzquelle.Diese Referenz ist mit dem nichtinvertierenden Eingang eines internen Fehlerverstärkers verbunden.Der invertierende Eingang überwacht die Ausgangsspannung über den Rückkopplungspfad (über den Adjust-Pin).Der Regler hält immer etwa 1,25 V zwischen den Output- und Adjust-Pins aufrecht, sodass die Ausgangsspannung mithilfe von zwei externen Widerständen eingestellt werden kann.

Der Fehlerverstärker vergleicht die Referenzspannung mit der Rückkopplungsspannung.Wenn die Ausgangsspannung sinkt, erhöht der Verstärker die Ansteuerung des internen Durchgangstransistors.Steigt die Leistung zu stark an, reduziert es den Antrieb.Diese kontinuierliche Anpassung hält den Ausgang trotz Änderungen der Eingangsspannung oder des Laststroms stabil.

Der große Transistor auf der rechten Seite ist das Serienpasselement.Es steuert den Strom, der vom Eingangs- zum Ausgangsanschluss fließt.Durch den Betrieb in seinem aktiven (linearen) Bereich senkt es die Überspannung und reguliert den Ausgangspegel.

Das Diagramm zeigt auch Strombegrenzungs- und Wärmeschutzblöcke.Diese Schaltkreise schützen den LM317 vor Überlastung und Überhitzung.Wenn der Strom zu hoch wird oder die Temperatur übermäßig ansteigt, reduziert die Schutzschaltung den Ausgangsstrom, um Schäden zu verhindern.

Spezifikationen des LM317-Reglers

Parameter	Typisch Wert
Gerätetyp	Einstellbar Linearer Spannungsregler
Ausgangsspannung Reichweite	1,25 V bis 37 V
Ausgangsstrom	Bis zu 1,5 A
Eingangsspannung (Max)	40 V
Referenz Spannung	1,25 V (typisch)
Ausfallspannung	~2 V bis 3 V
Linienregulierung	0,01 % / V (typ.)
Lastregulierung	0,1 % (typ.)
Ripple-Ablehnung	65 dB bis 80 dB
Betrieb Temperatur	0°C bis 125°C
Thermisch Schutz	Ja
Strombegrenzung	Ja
Pakettypen	TO-220, TO-3, SOT-223

Funktionen des LM317-Reglers

Einstellbare Ausgangsspannung (1,25 V bis 37 V)

Der LM317 ist ein einstellbarer linearer Spannungsregler, mit dem Sie die Ausgangsspannung zwischen 1,25 V und 37 V einstellen können.Durch die Verwendung zweier externer Widerstände können Sie den gewünschten Ausgangspegel einfach steuern.Aufgrund dieser Flexibilität eignet es sich für eine Vielzahl von Stromversorgungsdesigns, ohne dass mehrere feste Regler erforderlich sind.

Hoher Ausgangsstrom (bis zu 1,5 A oder mehr)

Bei ordnungsgemäßer Wärmeableitung kann der LM317 einen Ausgangsstrom von bis zu 1,5 A liefern.Dadurch ist es in der Lage, mittellastige Geräte wie Mikrocontroller-Boards, Sensoren und kleine Motoren mit Strom zu versorgen.Der tatsächliche Ausgangsstrom hängt von den thermischen Bedingungen und der Differenz zwischen Eingangs- und Ausgangsspannung ab.

Interne Kurzschlussstrombegrenzung

Das Gerät verfügt über einen integrierten Strombegrenzungsschutz.Wenn der Ausgang versehentlich kurzgeschlossen wird, begrenzt der LM317 automatisch den Strom, um Schäden zu verhindern.Diese Funktion verbessert die Zuverlässigkeit und schützt sowohl den Regler als auch die angeschlossenen Komponenten.

Thermischer Überlastschutz

Der LM317 verfügt über eine interne thermische Abschaltschaltung.Wenn die Innentemperatur aufgrund der hohen Verlustleistung die sicheren Betriebsgrenzen überschreitet, reduziert der Regler automatisch die Leistung oder schaltet sich vorübergehend ab.Dadurch werden bleibende Schäden durch Überhitzung verhindert.

Kompensation des sicheren Ausgangsbereichs

Die Kompensation des sicheren Bereichs stellt sicher, dass der Transistor im LM317 unter verschiedenen Spannungs- und Strombedingungen innerhalb sicherer Grenzen arbeitet.Dieser Schutz trägt zur Aufrechterhaltung der Stabilität bei und verhindert Ausfälle bei hoher Eingangsspannung oder hoher Last.

So verwenden Sie LM317

Um den einstellbaren Spannungsregler LM317 zu verwenden, befolgen Sie das im Diagramm dargestellte Funktionsprinzip.

Die Schaltung verwendet eine 12-V-Batterie (BAT1) als Eingangsversorgung.Die Eingangsspannung wird an den VI-Pin (Input) des LM317 angeschlossen.Zwischen Eingang und Masse ist ein 0,1µF-Kondensator (C1) platziert.Dieser Kondensator hilft, Rauschen zu filtern, stabilisiert die Eingangsspannung und verhindert so unerwünschte Schwingungen.

Die Ausgangsspannung wird vom VO-Pin (Output) abgenommen.Der Schlüssel zur Einstellung der Ausgangsspannung ist das Widerstandsnetzwerk, das mit dem ADJ-Pin (Adjust) verbunden ist.Im Diagramm ist R1 (1 kΩ) zwischen dem Ausgang und dem Einstellstift angeschlossen, während RV1 (10 kΩ variabler Widerstand) zwischen dem Einstellstift und Masse angeschlossen ist.Durch Drehen von RV1 ändern Sie den Widerstandswert, wodurch sich die Ausgangsspannung ändert.

Die Ausgangsspannung wird nach folgender Formel ermittelt:

Hier beträgt R1 1 kΩ und R2 ist der einstellbare Widerstand (RV1).Wenn RV1 zunimmt, erhöht sich die Ausgangsspannung.Im Diagramm zeigt das Voltmeter etwa 7,75 V an, was bedeutet, dass die Widerstandseinstellung den Regler auf diesen Wert einstellt.

Das Amperemeter zeigt den Strom an, der zur Last (Motor) fließt.Der LM317 kann bis zu 1,5 A liefern, allerdings ist eine ordnungsgemäße Wärmeableitung erforderlich, wenn die Last einen hohen Strom zieht.Wenn der Laststrom oder die Temperatur zu hoch wird, verhindern die internen Schutzschaltungen des LM317 (Strombegrenzung und thermische Abschaltung) Schäden.

LM317-Regleranwendungen

• Einstellbare Gleichstromversorgung

• Tischnetzteil

• Batterieladeschaltungen

• LED-Treiberschaltungen

• Konstantstromquelle

• Variabler Spannungsregler

• Mikrocontroller-Stromversorgung

• Steuerkreise für die Motorgeschwindigkeit

• Stromversorgung des Audioverstärkers

• Labortestgeräte

• Schaltkreise für Solarladeregler

• Industrielle Regelstromsysteme

LM317-Regler im Vergleich zu anderen Reglern

Funktion	LM317	LM7805	LM1117	XL6009	TL431
Typ	Einstellbar Linearregler	Fest linear Regulator	Geringer Dropout (LDO) Regulierungsbehörde	Wechseln Regler (Boost)	Einstellbarer Shunt Regulator
Ausgangsspannung	1,25 V – 37 V (einstellbar)	Feste 5V	Behoben / Einstellbar (1,25 V – 15 V)	Einstellbar (bis bis 35V+)	Einstellbar Referenz (2,5 V typ.)
Ausgangsstrom	Bis zu 1,5A	Bis 1A	Bis zu 800mA	Bis zu 4A (Modul abhängig)	Bis zu 100mA
Ausfallspannung	~2V – 3V	~2V	~1,1V (niedrig Aussteiger)	Sehr niedrig (Schalttyp)	N/A (Shunt-Typ)
Effizienz	Niedrig (linear Verlust)	Niedrig	Mittel	Hoch (80–95 %)	Hängt davon ab Schaltung
Wärmeerzeugung	Hoch (im Großen und Ganzen Vin-Vout-Differenz)	Hoch	Mäßig	Niedrig	Niedrig
Extern Komponenten	2 Widerstände + Kondensatoren	Wenige Kondensatoren	Wenige Kondensatoren	Induktor, Diode, Kondensatoren	Widerstände erforderlich
Komplexität	Einfach	Sehr einfach	Einfach	Komplexer	Einfach aber begrenzt
Bester Anwendungsfall	Einstellbare Leistung Versorgung	Feste 5-V-Versorgung	Low-Dropout Anwendungen	Hohe Effizienz Stromumwandlung	Präzision Spannungsreferenz

Mechanische Abmessungen

Fazit

Die einfache Struktur mit drei Anschlüssen, der große Ausgangsspannungsbereich und die starken internen Schutzmechanismen des LM317 erleichtern die Implementierung und gewährleisten gleichzeitig Sicherheit und Zuverlässigkeit.Durch sein internes Referenz- und Fehlerverstärkersystem sorgt der LM317 für eine stabile Spannungsregelung, selbst wenn sich die Eingangsspannung oder der Laststrom ändern.Der LM317 ist nach wie vor eine praktische und weithin bewährte Lösung für eine stabile, einstellbare Spannungsregelung in elektronischen Systemen.

Häufig gestellte Fragen [FAQ]

1. Welche Eingangsspannung ist mindestens erforderlich, damit der LM317 ordnungsgemäß funktioniert?

Aufgrund der Abfallspannung muss die Eingangsspannung mindestens 2V bis 3V höher sein als die gewünschte Ausgangsspannung.Um beispielsweise einen 12-V-Ausgang zu erhalten, sollte der Eingang mindestens 14–15 V betragen.

2. Kann LM317 als Konstantstromregler verwendet werden?

Ja.Durch die Platzierung eines Widerstands zwischen Ausgang und Einstellpin kann der LM317 als Konstantstromquelle fungieren.Der Strom wird mit I = 1,25 V / R berechnet.

3. Warum wird der LM317 im Betrieb sehr heiß?

Da es sich um einen Linearregler handelt, wird überschüssige Spannung in Wärme umgewandelt.Je größer der Unterschied zwischen Eingangs- und Ausgangsspannung ist, desto mehr Wärme entsteht.

4. Wie berechnet man Widerstandswerte für die Ausgangsspannung des LM317?

Verwenden Sie die Formel: Vout = 1,25 × (1 + R2/R1).Normalerweise beträgt R1 240 Ω und R2 wird angepasst, um die erforderliche Spannung einzustellen.

5. Kann LM317 negative Spannung regulieren?

Nein. LM317 ist ein positiver Spannungsregler.Für die negative Spannungsregelung wird typischerweise LM337 verwendet.

6. Wie hoch ist die maximale Verlustleistung des LM317?

Die Verlustleistung hängt vom Gehäuse und dem Kühlkörper ab.Sie wird als (Vin − Vout) × Iout berechnet.Ohne ausreichende Kühlung kann es zu Überhitzung kommen.