LM317 и что она из себя представляет. Итоговая схема

1. Демонстрационный экзамен. Модуль №3 Схемотехника.

Выполнено: Кононенко Глеб Сергеевич, Еськов Михаил Алексеевич
Проверил: Сазонов Сергей Александрович
Утвердил: Иванов Павел Витальевич

2. Структура принципиальной схемы.

В пункте 1 задания студенту требуется:
“На базе микросхемы LM317 разработайте электрическую схему
стабилизатора питания на заданное выходное напряжение Vо, равное
3,0 В при заданном входном напряжении питания 12 В.”
К пункту приложена базовая схема
включения LM317.
Перед детальным изучением,
рассмотрим, что представляет
собой данная микросхема.

3. LM317 и что она из себя представляет.

LM317 - трехвыводной регулируемый стабилизатор напряжения.
Предназначена для построения источников питания с выходным
напряжением, задаваемым внешним делителем напряжения.
INPUT – вход для подачи ещё не стабилизированного напряжения.
OUTPUT – выход стабилизированного напряжения.
ADJ - вывод управления.

4.

Схема построена по принципу «плавающего» стабилизатора: она
стабилизирует падение напряжения ровно 1,25 В между выводами
Output и Adj.
Для функционирования требуется минимальная обвязка: два резистора
(R1 и R2), собранных в резистивный делитель (делитель напряжения).
- делитель напряжения.
Выходное напряжение напрямую зависит от номиналов
резисторов.

5.

В пункте 2 задания студенту требуется:
“Выполните расчет номиналов резисторов, требуемых для
корректной работы микросхемы LM317 на заданное выходное
напряжение. Значения резисторов выберите из ряда Е24,
конденсаторов из ряда Е12. Результат расчетов занесите в
электронный отчет.”
Рассмотрим что такое ряды Е24 и Е12, а так же, как
выполняется расчет номиналов резисторов.

6. Расчёты.

VOUTPUT = VREF*(1+R2/R1)+IADJ*R2
Где:
VOUTPUT – выходное напряжение.
VREF – опорное напряжение = 1.25 В, исходя из работы микросхемы.
IADJ – ток подстройки = 100 мкА, типичное значение для LM317.
R1 – верхнее плечо делителя напряжения = 240 Ом,
рекомендуемо для обеспечения минимального тока нагрузки.
R2 – нижнее плечо делителя напряжения.
Подбирается под желаемое выходное напряжение.

7.

Подбирается R2 под желаемое выходное напряжение, при помощи ряда
Е24 – таблицы стандартизированных номиналов радиоэлементов.
Использование номиналов вне
таблицы – не допускается.
Если расчётное сопротивление
отсутствует в ряду, выбирают
ближайший номинал.
Например, для 335 Ом берут
330 Ом, так как он ближе, чем
360 Ом.
Ряд Е12 работает схожим
образом.

8.

Подобрав номинал, подставляем его в формулу и проверяем, обеспечивает
ли он нужное выходное напряжение.
VOUTPUT = VREF*(1+R2/R1)+IADJ*R2
Где:
VREF = 1.25 В
IADJ = 100 мкА = 0,0001 А
R1 = 240 Ом
R2 = 330 Ом
VOUTPUT = 1.25*(1+330/240)+0.0001*330 ≈ 3 В

9.

В пункте 3 задания студенту требуется:
“Предусмотрите входную защиту LM317 от переполюсовки заданного
входного напряжения питания, а также предусмотрите фильтрацию
заданного выходного напряжения от помех.”
Рассмотрим что такое переполюсовка, как от неё защититься, а
так же как отфильтровать выходное напряжение от помех.

10.

Переполюсовка.
Переполюсовка - это ошибочная подача
напряжения обратной полярности, при которой
положительный вывод источника соединяется с
отрицательным входом устройства, а
отрицательный - с положительным.
Для электронных компонентов,
чувствительных к направлению тока, такое
подключение может привести к необратимому
повреждению.
Для защиты от переполюсовки применяют
последовательные диоды, предохранители и т.д
Плохо
Хорошо

11.

Фильтрация напряжения от помех.
Помехи в напряжении питания недопустимы для электроники:
в цифровых схемах они вызывают ложные срабатывания и сбои, а в
аналоговых - искажают полезный сигнал и создают наводки.
Для их подавления на выходе стабилизатора параллельно нагрузке ставят
электролитический конденсатор, например на 330 мкФ.
Он работает как сглаживающий элемент: при всплеске напряжения
заряжается, забирая лишнюю энергию, а при просадке мгновенно отдаёт
накопленный заряд обратно, поддерживая напряжение ровным.
Конденсатор размещают прямо у выхода: плюс к выходу, минус к земле,
строго соблюдая полярность. Такая фильтрация устраняет пульсации и
защищает нагрузку от помех.

12.

Итоговая схема.
С учётом изложенного, собрать схему по пунктам 1 и 3 не составит
труда. Ниже приведён пример готовой схемы.

13.

Итоговая схема.
Конденсаторы на входе и
выходе предотвращают
паразитное самовозбуждение
микросхемы,
(керамика ~0,1 мкФ)
шунтируют высокочастотные
помехи и компенсируют
индуктивность проводов.
*1 – Защита от переполюсовки (защитный диод).
*2 – Делитель напряжения.
*3 – Фильтрация выходного напряжения от помех.

14.

В пункте 6 задания студенту требуется:
“Для доказательства функционирования разработанной схемы
проведите ее моделирование, для этого покажите график
зависимости заданного выходного напряжения LM317 от
значения заданного входного напряжения. Используйте
необходимые средства визуализации САПР. Результаты
моделирования также предоставьте в электронном отчете.”
Рассмотрим что такое моделирование и как его проводить.

15. Что такое моделирование и как его проводить.

Моделирование - виртуальная проверка работы
электрической схемы на компьютере до её физической
сборки. Программа имитирует поведение реальных
компонентов и позволяет с помощью экранных
измерительных приборов (осциллограф, мультиметр и т.д)
увидеть напряжения, токи и сигналы в контрольных
точках.
V
PR1
A
PR2
Расположение пробников для моделирования.
Пример пробников напряжения и тока.

16.

Для проведения моделирования мы будем
использовать осциллограф, который расположен в
правой колонке вместе с другими инструментами
модуляции. Схему подключения см.выше.
XSC1
Ext Trig
+
_
B
A
+
_
+
_

17.

После подключения к контрольным точкам
схемы и запуска симуляции он отображает
зависимость напряжения от времени. Масштаб
по горизонтали задаётся в блоке Timebase
(секунды на деление), по вертикали - раздельно
для каждого канала в блоке Channel (вольты на
деление). Для стабильной картинки в блоке
Trigger обычно устанавливают автоматический
режим (Auto). Точные измерения выполняют с
помощью курсоров: их перетаскивают на
нужные участки кривой, после чего в таблице
под экраном отображаются значения
напряжений и временных интервалов.

18.

В пункте 6 задания студенту требуется:
“Сдайте файл электронного отчета с электрической схемой,
расчетами и результатами моделирования экспертам на проверку.”
Рассмотрим как правильно заполнять отчёт и что он должен
содержать.

19.

Для проверки экспертами, студенту необходимо предоставить
PDF файл с именем, содержащим фамилию инициалы, номер
рабочего места и номер модуля
(ПРИМЕР “Иванов_ИИ_1_А”).
В отчете необходимо продемонстрировать скриншоты
моделируемой схемы, результаты моделирования,
подтверждающие соответствие предложенных решений
заявленным требованиям. Схема должны быть максимально
корректно оформлена, все записи читаемы, при необходимости
допускается добавление расчетов и комментариев о ходе
выполнения работы.

20.

Отчёт.
Электронный отчёт строиться по данной структуре, слева направо:

21.

Колонтитул должен содержать фамилию и инициалы, номер рабочего
места и номер модуля - те же данные, что и в имени PDF-файла.
Принципиальная схема не должна содержать измерительные приборы,
пробники и т.д.

22.

Расчёты должны производится в системе СИ.

23.

Доказательства работоспособности должны включать: схему для
симуляции (представлена ниже), работу в интерактивном режиме и
симуляцию работы схемы с использованием средств Multisim.