Perché i regolatori di tensione lineari hanno una tensione di uscita minima> 0 V

Sto cercando di scegliere un regolatore di tensione lineare per il mio progetto (alimentatore da laboratorio).

Sono sbalordito dal fatto che solo pochissimi regolatori dichiarano di avere un'uscita regolabile su 0 V. Sembra che sia dovuto al fatto che generalmente usano una sorta di riferimento di tensione collegato in serie con il pin ADJ . Gli schemi semplificati, presenti in numerose schede tecniche, sono riportati nel diagramma seguente.

^{simula questo circuito - Schema creato usando CircuitLab}

Ora alla domanda ...
Qual è la ragione per avere questo riferimento di tensione? (1,25 V nel diagramma sopra)

1. Ha qualcosa a che fare con la stabilità del circuito di controllo / feedback? COME?
2. È questo un modo valido per aggirare il problema della tensione di uscita minima? O incontrerò instabilità / qualsiasi altro problema?
3. Se non # 2, qual è il modo kosher di creare un laboratorio (ad alta corrente). alimentazione regolabile a zero volt? Devo inserire il carico tra due regolatori?

PS: Questa è la mia prima domanda su questo forum, per favore non lapidarmi subito:] Ho cercato di cercare / google MOLTO, ma non sono sicuro di cosa sto esattamente cercando ... molte grazie per qualsiasi risposta utile.

PPS: sono consapevole che alcuni regolatori, come LT3080, utilizzano la sorgente di corrente anziché il riferimento di tensione, ma questo circuito integrato è presumibilmente regolabile su 0 V solo per carichi molto piccoli.

Due ragioni.

1,25 V è una tensione conveniente per creare un riferimento di tensione: si chiama riferimento di banda e ha un coefficiente di temperatura (relativamente) basso a temperatura ambiente. Puoi fare altri tipi di riferimenti e puoi fare tensioni diverse da un riferimento di 1,25 V con un amplificatore o attenuatore, ma 1,25 V è abbastanza buono. È necessaria una tensione (o un riferimento di corrente, che di solito deriva da un riferimento di tensione) all'interno o non è possibile regolare una tensione nota.

In secondo luogo, 1,25 V è una tensione sia abbastanza bassa che pochi (fino a poco tempo fa) hanno effettivamente bisogno di un'alimentazione così bassa (davvero, a nessuno importa delle forniture di laboratorio), e abbastanza alta che la tensione di offset dell'amplificatore operazionale interno non influisce sul precisione molto. Consente inoltre un circuito interno che non deve funzionare fino a 0 V.

Realizzare un semplice regolatore di tensione regolabile che funziona fino a 0 V non sarebbe particolarmente difficile in alcun modo, ma aggiungerebbe costi e pin, e questo è un dispositivo di avviamento per una parte di gelatina.

Aggiungerò alcune considerazioni in più all'ottima risposta di Spehro Pefhany.

I produttori di regolatori di tensione traggono profitto vendendo le loro parti e l'industria elettronica moderna ricava profitti principalmente da beni di serie, non da prodotti di nicchia iper-specializzati.

I regolatori di tensione hanno un enorme successo perché soddisfano un'esigenza comune nell'elettronica: fornire un'alimentazione di tensione stabile ai circuiti che alimentano. La maggior parte degli apparecchi elettronici utilizza valori di alimentazione più o meno standardizzati: 1,8 V, 2,5 V, 3,3 V e 5 V per i circuiti digitali; 12V o 15V per stadi analogici di potenza superiore; 28 V per amplificatori di potenza, ad esempio.

Pertanto un produttore ha un vantaggio nella produzione di regolatori di tensione fissi. Naturalmente avere anche un regolatore regolabile ha i suoi pregi: puoi avere una guida di alimentazione di tensione non standard, potresti voler fornire un modo per tagliare la tensione di alimentazione, potresti voler cambiare dinamicamente la tensione per adattarti alle richieste di potenza in complessi circuiti, ecc.

Il fatto è che il "caso d'uso degli alimentatori da laboratorio" è quasi insignificante per i produttori di chip: confronta quanti alimentatori da laboratorio vengono venduti ogni anno a quanti regolatori di potenza a bordo vengono costruiti nello stesso periodo!

Inoltre, qualsiasi tensione inferiore a ~ 1,5 V ha scarso utilizzo come tensione di rete elettrica nell'elettronica corrente (forse tra 10 anni vedremo una nuova famiglia logica di successo che funziona a 0,5 V, ma fino ad allora, no!), Quindi non c'è incentivo per creare chip regolatori regolabili che si regolano fino a 0 V (se questo fa parte del design, buono, ma non è in nessun caso un obiettivo di progettazione del chip primario).

Inoltre, un rifornimento di laboratorio non è quasi mai costituito da un solo regolatore: sono necessari circuiti molto più sofisticati (a meno che non sia un giocattolo da hobbista) per ridurre il rumore, fornire una buona risposta ai transitori, evitare il superamento dell'uscita, la limitazione di tensione e corrente, ecc. , vale a dire tutte quelle caratteristiche che valgono la pena di avere un alimentatore da laboratorio. Pertanto non ci sarà una "fornitura su un chip" perché ogni produttore di forniture di laboratorio ottimizzerà i propri progetti in modi diversi e un chip "catch-all" non sarà utile, o almeno non sarà necessario per essere prodotto in serie.

Non ho nulla da aggiungere per la domanda posta nel titolo, ma ho una possibile soluzione ai tuoi secondi / terzi punti su come superare la barriera da 1,25 V. Come probabilmente avrai capito, l'uscita di tensione dell'LM317 è maggiore di 1,25 V Vadj, quindi è necessario un alimentatore negativo da Voutridurre a zero volt. Ho costruito una doppia fornitura 5A molto tempo fa e ho ottenuto ottimi risultati fino a quando qualcuno l'ha lasciato cadere quando si è trasferito. Non ho mai avuto modo di ricostruirlo, ma era basato sul circuito sottostante. Ho omesso i componenti del trasformatore / raddrizzatore / levigante in quanto non sono niente di speciale in questo caso. Gli alimentatori CC regolati e non regolati vanno a +VDCe -VDC.

Utilizza un po 'di più delle tue monete guadagnate duramente usando gli op-amp per fornire una stabilità Vadj, che a sua volta richiede una sorta di regolatore per fornire l'alimentazione a +/- 12V per TL074. Qualsiasi regolatore lo farà in questo caso, fisso o regolabile, su un intervallo equo.

Come fa la cosa che fa:

Molto semplicemente. U1:Arespinge la tensione divisa attraverso la resistenza variabile R_ADJ. U1:Cinverte questo in modo che U1:De U1:Bfiniscono con tensioni uguali ma opposti ai loro ingressi non invertente. De Bsono essenziali per fornire un'alta impedenza stabile per R2+/-(cerchiato in rosso).

[Se vuoi avere tensioni + ve e -ve separate collegare U1:B+al proprio partitore di tensione e lasciare U1:Aoutandare solo a R9.]

I due R2resistori si accoppiano con i rispettivi R1resistori e aderiscono Voutall'equazione standard intonacata sui fogli dati di questo regolatore e dei suoi cugini, tranne che si sottrae quindi la tensione V_BIAS+(o si aggiunge la tensione a V_BIAS-) per ottenere l'attuale Vout. Sta a voi scegliere i valori di R2+e R2-- e anche R6, R7e R_ADJ- per darvi oscillazioni di tensione accettabili. Si noti che i R2valori non corrisponderanno a causa della corrente Iadj, che differisce leggermente da un IC all'altro, ma sicuramente dall'LM317 all'LM337. Per la maggior parte, la relazione tra VadjeIadj è lineare (per esperienza), ma le cose cambiano leggermente quando si inizia a disegnare una corrente significativa nel carico, quindi:

Regolamento alta corrente :

Q1/2e R3-5(cerchiato in blu) fanno funzionare l'asino quando si tratta della corrente. Tuttavia, ciò si basa su un'attenta scelta dei valori per i resistori. Nota: "2R" e "R" non significano rispettivamente "2 Ohm" e "1 Ohm"; si riferiscono a uno che è il doppio della resistenza dell'altro. Questo argomento è trattato in diverse versioni dei fogli dati per questi regolatori e online, quindi non lo ripeterò qui. L'obiettivo finale è quello di deviare quanta più corrente possibile dal regolatore e forzarla attraverso tutti i transistor di cui hai bisogno, ma dovrai determinare i valori migliori per le tue esigenze.

Non tentare di assorbire troppa corrente a tensioni più basse: ciò significa una dissipazione di potenza molto maggiore dagli IC e temperature molto più elevate. Se +VDCè 18 +V_outV, 3,3 V ed +Ioutè 3 Ampere, avrai 44 Watt + trasformati in calore. Credo che spinga una coppia di TIP147s con dissipatore di calore modesto al punto di combustione.