Questo diagramma LM317 non ha alcun senso per me

Quindi questo è il cablaggio di base per un LM317 come regolatore di tensione, e molto poco ha senso per me. Prima di tutto, se un pin è per la mia regolazione, perché ho bisogno di $R_1$ ? $R_2$ mi darà praticamente qualsiasi valore che devo inviare. È $R_1$ è davvero necessario?

Ho sempre capito che in un circuito divisore di tensione stai usando la tensione INPUT per alimentare il potenziometro. Perché stiamo usando l'estremità positiva della tensione di uscita per alimentare la nostra pentola? $R_2$ non è cablato in modo errato? Se qualcuno mi dice di variare la tensione al mio pin di regolazione, creerò un divisore di tensione con una pentola e invierò quell'uscita al pin. Ma qui l'ingresso V + al piatto è lo stesso filo del filo che va al pin di regolazione E lo stesso filo proveniente dalla mia V dal 317. Se sto provando a inviare quantità diverse di tensione al mio IC, come dovrebbe funzionare quando sto speronando una V stabile nella stessa posizione?

Infine, perdona la mia ignoranza dei tappi ma se un condensatore non è un carico, $C_1$ non sta creando un corto circuito?

La scheda tecnica ha una descrizione abbastanza approfondita dell'uso del pin ADJ con $R_1$ e $R_2$ :

Poiché sia $R_1$ che $R_2$ compaiono nell'equazione della tensione di uscita

sono necessari entrambi per realizzare una tensione di uscita arbitraria. A seconda del carico previsto e della tensione di uscita desiderata, è possibile rimuovere $R_1$ . Tuttavia, è necessario mantenere una corrente di carico minima (che il foglio dati specifica come 10 mA), quindi se il carico può scendere al di sotto di ciò, è necessario fare affidamento su $R_1$ e $R_2$ divisori per assorbire abbastanza corrente per soddisfare tale requisito di corrente di carico minimo.

Con un partitore di tensione si ha normalmente una tensione di ingresso che si desidera dividere utilizzando una coppia di resistori. È possibile impostare il rapporto dei resistori per impostare la tensione suddivisa:

In questo caso, la tensione diviso a $V_{\text{div}}$ è impostato dal dispositivo (1.25V) quindi si imposta il rapporto di resistenze per impostare la tensione del partitore di tensione "input" $V_{\text{input}}$ , che è il LM317 $V_{\text{out}}$ .

Infine, perdona la mia ignoranza dei tappi ma se un condensatore non è un carico, $C_1$ non sta creando un corto circuito?

Un condensatore ha un'impedenza molto elevata (idealmente, infinita) a CC, quindi non c'è cortocircuito. Questo condensatore sarà corto circuito segnali ad alta frequenza (ad esempio rumore) su $V_{\text{in}}$ , che è desiderabile poiché $V_{\text{in}}$ che dovrebbe essere una sorgente di tensione continua.

Panoramica

Eviterò di dipendere dall'algebra come spiegazione. (Perché l'algebra, pur fornendo risposte quantitative, spesso non aiuta le persone a capire qualcosa a meno che non siano molto fluenti con la matematica.) Indipendentemente da ciò, è comunque utile avere il foglio dati disponibile. Quindi ecco la scheda tecnica LM317 di TI solo per renderla comoda quando necessario.

Il modo migliore per capire qualcosa è provare a mettersi all'interno del dispositivo e "pensare come fa". Empathize con il dispositivo, per così dire. Quindi un sacco di mistero scompare.

Nella programmazione, ad esempio, non c'è nulla che un programma faccia e che non può essere fatto a mano. (Che sia pratico o meno farlo, è una domanda diversa.) Quindi, proprio come con l'elettronica, un buon modo per capire alcuni algoritmi nella programmazione è semplicemente sedersi con la carta e alcuni oggetti di fronte a te e fare semplicemente le cose, manualmente, con le tue mani. Questo quasi sempre capisce, profondamente dentro. E poi il mistero scompare.

Conoscere il nome di qualcosa NON equivale a conoscere qualcosa. Il modo migliore per sapere qualcosa è guardarlo e osservarlo. Quindi diamo un'occhiata al dispositivo.

Riferimento tensione interna LM317

Internamente, il dispositivo include un tipo molto speciale di riferimento di tensione impostato per circa $1.25\:\text{V}$ . A proposito, non è facile progettarne uno. Soprattutto se si desidera che il riferimento di tensione rimanga costante su una vasta gamma di temperature operative e variazioni nei circuiti integrati durante la produzione e per un lungo periodo di tempo. Ecco cosa dice la scheda tecnica al riguardo:

Si può vedere che per una vasta gamma di correnti di uscita, tensioni di ingresso e temperature (vedere la nota), si garantisce che questa tensione rimanga tra $1.2\:\text{V}$ e$1.3\:\text{V}$ . È un bel risultato.

Per far funzionare bene questo riferimento di tensione, i progettisti avevano anche bisogno di una sorta di sorgente di corrente. Il motivo è che per fare un riferimento di tensione così buono devono anche fornire una corrente relativamente prevedibile che vi scorre attraverso. (Ricorda, stai fornendo una tensione di ingresso ovunque da $3\:\text{V}$ a$40\:\text{V}$ ) Quindi esiste anche una sorgente di corrente che fornisce una corrente prevedibile attraverso il riferimento di tensione per farlo funzionare bene. Puoi vedere questo fatto da questa parte del foglio dati:

La sorgente di corrente che utilizzano sorgenti sua corrente dal l' IN perno. Ma quella corrente deve uscire tramite qualche altro pin - in questo caso, vale a dire l' ADJUST pin . Quindi la corrente di questa sorgente corrente è chiamata corrente del terminale "ADJUST". Dovresti tenere presente questo fatto quando usi il dispositivo. È necessario fornire un mezzo affinché la corrente di questa sorgente corrente lasci il dispositivo e vada verso il riferimento di terra.

Ricapitoliamo. Affinché questo regolatore di tensione funzioni, i progettisti hanno ritenuto di dover includere un riferimento di tensione interno (nascosto). (Ne hanno bisogno in modo che possano usarlo per confrontare e quindi decidere come "regolare" la tensione desiderata - parlerò presto di quei dettagli.) Per fare un buon riferimento di tensione interna, avevano bisogno di una corrente fonte. Per questo motivo, dovevano anche farti sapere che devi aiutarli affondando quella corrente tramite il pin ADJUST . Quindi specificano anche quello.

Ora devi tenere a mente due cose: (1) riferimento di tensione; e, (2) regolare la corrente del pin. Ma la corrente del pin ADJUST è solo una conseguenza della fornitura di quel riferimento di tensione. Quindi la cosa principale da tenere a mente, al fine di comprendere il dispositivo, è il riferimento di tensione (e non la corrente del pin ADJUST , che è un male necessario, per così dire).

Questa è solo una delle risorse interne nel dispositivo. Include anche alcuni circuiti speciali per proteggere da troppa corrente e per proteggere da surriscaldamento grave durante il funzionamento. In questo modo ottieni protezione termica, integrata anche nel dispositivo.

Metodo di regolazione della tensione

Con quanto sopra compreso, l'idea di base dietro LM317 è la seguente:

^{simula questo circuito - Schema creato usando CircuitLab}

L'opamp osserva continuamente entrambi i suoi ingressi (+) e (-) e regola la sua uscita in modo che questi due ingressi abbiano la stessa tensione. Per ispezione, puoi vedere che l'ingresso (+) sarà circa$1.25\:\text{V}$ sopra latensione del pinADJUST. Quindi questo significa che la tensione di uscitaanchedi circa$1.25\:\text{V}$ sopraADJUST tensione del pin quando tutto funziona correttamente.

Questa è la cosa più importante da capire! Quindi lasciami ripetere. L'LM317 utilizza il riferimento di tensione interno per impostare l'ingresso (+)$1.25\:\text{V}$ a essere circa$1.25\:\text{V}$ sopra il tensione del pin ADJUST .

Il punto cruciale è capire come funziona. Assicurati di farcelo passare per la testa più volte. Inseriscilo.

Utilizzo dell'LM317

$R_2$$1.25\:\text{V}$ (tramite il transistor [è davvero un Darlington invece di un singolo BJT come ho mostrato.])

Poiché l'LM317 regola continuamente OUT in modo tale che sia sempre presente$1.25\:\text{V}$$R_1$$R_1$$I_{R_1}\approx \frac{1.25\:\text{V}}{R_1}$

$I_{R_1}$$R_1$ . (Ricorda, questa è la corrente richiesta per creare un buon riferimento di tensione all'interno dell'LM317.)

$I_{R_1}\approx 5.2\:\text{mA}$$100\:\mu\text{A}$

$I_{R_1}$$R_1$ stato selezionato .

Nella maggior parte dei circuiti di tensione regolabili, l'affondamento di questa corrente viene gestito utilizzando un resistore variabile (potenziometro) con un'estremità legata a terra e l'altra estremità al nodo condiviso del pin ADJUST e un'estremità di$R_1$. La corrente (che prevediamo di essere da qualche parte tra$5.2\:\text{mA}$ e $5.3\:\text{mA}$ here) must now pass through this potentiometer. In doing so, it creates a voltage drop across it. That voltage drop gets added to the voltage drop across $R_1$ (which is fixed by design in the LM317) and must, by definition, be the voltage at the OUT pin.

With $R_2$ allowed to be up to $5\:\text{k}\Omega$, you can adjust the voltage drop across $R_2$ to be up to $26-27\:\text{V}$. Adding the remaining $\approx 1.25\:\text{V}$ means that the voltage at OUT (with reference to ground) can be theoretically as high as somewhere from $27.2\:\text{V}$ to $28.3\:\text{V}$.

However, to reach those peak voltages you'd have to have an input supply that is higher. Under the recommended operating conditions you can see the following:

So this means that to reach the maximum that the potentiometer and the value of $R_1$ promises, you'd need to have an input supply voltage of about $32\:\text{V}$.

Other Uses

Now that you understand this much, you might want to consider one more thought about the LM317. It can also be used as a current source for, say, charging a rechargeable battery. If you replace $R_2$ with a rechargeable battery, for example, then you can select a value for $R_1$ that will generate the right current for recharging it. The LM317 will keep adjusting things so that the voltage across $R_1$ is constant and this implies a constant current in $R_1$. Since all of that current must reach ground via a path you provide, using a battery in that path means it will get a constant current for recharging it. (There are other problems, of course. You'd need to monitor the charging process and stop it when the battery is charged or no longer requires a constant current. But the point remains -- the LM317 can also be used as a constant current source instead of a constant voltage source.)

Figure 1. As suggested by the datasheet.

• The LM317 works by adjusting its output to be 1.25 V above the voltage at the ADJ pin.
• With R1 = 240 Ω there is a current of $\frac {1.25}{240} = 5.2 \ \text {mA}$ running through it and R2.
• The constant current through R2 means that the voltage drop across it changes linearly with the resistance of R2. This is super-handy if you want the voltage to change in proportion to the angular rotation of R2.

^{simulate this circuit – Schematic created using CircuitLab}

Figure 2. OP's plan.

Now let's try doing it your way.

• Let's say our 5k pot is rated at 1/8 W (fairly typical). Using $P = I^2 R$ we can work out that the maximum current it can handle is $I = \sqrt {\frac {P}{R}} = 5 \ \text {mA}$.
• This in turn means that once you reduce the pot resistance below $\frac {1.25}{5m} = 0.25\ \text k \Omega$ (250 Ω) that the pot will tend to burn out. (The pot's rated power is for dissipation over the whole track - not just the part in use. If you reduce the track length then you reduce the maximum power dissipation proportionally.)

Now let's look at linearity - assuming we haven't turned the wiper all the way up and burnt out the pot:

• At 20% down from the top you have 1k & 4k. The output voltage will be $V_{out} = \frac {1+4}{1}(1.25) = 6.25 \ \text V$.
• At 40% down from the top you have 2k & 3k. The output voltage will be $V_{out} = \frac {2+3}{2}(1.25) = 3.125 \ \text V$.
• At 60% down from the top you have 3k & 2k. The output voltage will be $V_{out} = \frac {3+2}{3}(1.25) = 2.08 \ \text V$.
• At 80% down from the top you have 4k & 1k. The output voltage will be $V_{out} = \frac {4+1}{4}(1.25) = 1.56 \ \text V$.
• At 100% down from the top you have 5k & 0k. The output voltage will be $V_{out} = \frac {5+0}{5}(1.25) = 1.25 \ \text V$.

Clearly the adjustment pot will be non-linear. The output falls by half in the adjustment from 20% to 40%.

Lastly, forgive my ignorance of caps but if a capacitor isn't a load, isn't C1 creating a short circuit?

Capacitors, as the symbol suggests, are parallel plates separated by a non-conducting gap. DC current cannot flow through a capacitor once it is charged up.

How to calculate the resistor values already received a detailed answer. Let me try clarify your confusion about voltage divider: as you said, it provides a fraction of the input voltage, according to the ratio of the resistors. The only confusion here is: it is being used to sample the output voltage of your controller, to serve as a reference for voltage control.

Even if you understand the LM317 only as a black box, try to view it as a device that will try to keep the voltage between the Vout and Adj pins as 1.25V. If this difference is lower than 1.25V, Vout will be increased, if it is higher, Vout decreases. The ratio of the output voltage is given by the voltage divider.

That way the LM317 tries to compensate for variations on the current demanded by the load and also for variations in the input voltage. The formulas in the datasheet allow the calculation of the resistor values to obtain 1.25V between the mentioned pins for a given output voltage.

There is always a fixed 1.25V between the output and adjust pins. Therefore connecting R1 between these two pins forces a constant current to flow through R1. This current must flow through R2 (it can't go anywhere else!) causing a constant volts drop across R2. Therefore the regulator output voltage equals the dropped voltage across R2 + 1.25V.

The above is a good approximation but is not precisely true. A very small current flows out of the adjust pin through R2 to ground slightly increasing the voltage dropped across R2 and therefore slightly increasing the output voltage.

Vout = ((1.25/R1)*R2 + 1.25V) + (R2 * Iadj)

Capacitors are open circuit to DC.

Let's look at how LM317 works!

Internals of LM317 (not embedded due to possible copyright reasons)

LM317 adjusts the V_OUT terminal voltage until ADJ terminal voltage is 1.25 volts below V_OUT. It is using a voltage comparator (an operational amplifier), where one of the inputs is the output pin, the other of the inputs is connected to the adjustment pin, but not directly but via a circuit that effectively works like a stable 1.25 volt voltage source (constant voltage drop). Operational amplifiers are known for their high input impedance, so the ADJ current will be minimal. Then the operational amplifier output is used to adjust transistor base voltage, so that the emitter voltage at output will be the base voltage minus transistor voltage drop which in this case is a Darlington pair. (Ok, this explanation simplifies things a bit but that would be how you create the simplest possible adjustable voltage regulator.)

So, if the V_OUT - ADJ voltage difference is less than 1.25 volts, the V_OUT is very quickly cranked up, to the max if needs be.

If, on the other hand, the V_OUT - ADJ voltage difference is more than 1.25 volts, the V_OUT is very quickly cranked down, to the minimum if needs be.

The idea is that the V_OUT - ADJ voltage difference is some fraction of the output terminal voltage, determined by a voltage divider.

If you have only R2, without R1, then the ADJ terminal voltage would be zero, and it would have variable resistance to ground (which doesn't have any useful effect, because the current in the ADJ terminal is minimal).

If you have both R1 and R2, then the ADJ terminal voltage is determined by a voltage divider between V_OUT and ground.

Note R2 is a variable resistor, not a potentiometer (although you can make a potentiometer into a variable resistor by connecting the center pin to one of the extreme pins and using the two connected-together pins with the other extreme pin, or just using the center pin and one of the extreme pins).

You could have the same effect by connecting one potentiometer extreme pin to ground, the other extreme pin to V_OUT and the center pin to ADJ.

Note this simple explanation ignored the adjustment terminal current. For a more complete explanation, see the upvoted answer.

R1 and R2 are the adjustment. They form a variable voltage divider that generates an input voltage to the Adj pin. If you read the data sheet you will see that the output voltage is regulated to be 1.25V greater than the voltage at the Adj pin.
The output voltage is used to supply the voltage divider because it is stable and regulated, if you used the input supply any noise, ripple or change with load would be passed on to the Adj pin and then appear at the output.
You need to look at the circuit again, the voltage applied to Adj will vary as R2 is varied. It is a conventional way of drawing a variable resistor. Pin Adj, one end of R1 and the wiper of R2 are joined together, not the other end of R2.
Neither C1 nor C2 are short circuits. At DC a good capacitor looks like an open circuit. Their purpose is to bypass any AC component or noise to earth thereby reducing their effect. The data sheet even says you can bypass Adj "to achieve very high ripple-rejection ratios".
There is a lot more useful information in the data sheet with many examples of how to use the LM317 for various tasks.

Just to add a detail that experienced users might not even notice any more:

R2 a variable resistor - not a potentiometer. In practice, the same physical device can be used, but the variable resistor is a two-terminal device while the potentiometer has three terminals.

If you read R2 as a potentiomenter, then it is apparently drawn with the ends of the resistor connected and the wiper not connected (floating), which clearly does not make any sense. One of the terminals of R2 is connected to the wiper.