在LM350(LM317)可調(diào)穩(wěn)壓器的典型電路中，電位器通常是最不可靠的部分。當(dāng)很少進(jìn)行調(diào)整并且負(fù)載的安全性并不重要時(shí)，這可能不是一個(gè)很大的問題。但是，當(dāng)想要進(jìn)行頻繁調(diào)整，或者事先不知道負(fù)載時(shí)該怎么辦？

圖1給出了LM350(LM317)可調(diào)穩(wěn)壓器在需要調(diào)整其輸出電壓時(shí)的典型使用。

圖1：LM350(LM317)可調(diào)穩(wěn)壓器在需要調(diào)整輸出電壓時(shí)的典型使用。

該電壓在此給出的大約為：

eo = Vref * (R2/R1 + 1)

電位器R2通常是電路中最不可靠的部分。如上面的表達(dá)式所示，電位計(jì)的擊穿(例如，觸點(diǎn)丟失、開路)會(huì)使R2的有效值最大化，而使輸出電壓也達(dá)到最大值——僅比輸入電壓低約1.5V。

當(dāng)很少進(jìn)行調(diào)整并且負(fù)載的安全性并不重要時(shí)，這可能不是一個(gè)很大的問題。但是，當(dāng)我們想要進(jìn)行頻繁調(diào)整，或者事先不知道負(fù)載時(shí)(例如在實(shí)驗(yàn)室電源的情況下)，圖2a中的電路可能是更好的選擇。

圖2a：可調(diào)穩(wěn)壓器的安全改進(jìn)版本。

然而，該電路不能將其輸出電壓調(diào)節(jié)到下限Vref，這是它的局限性。

有幾種安全可調(diào)穩(wěn)壓器的替代配置，它們或多或少地避免了越界的危險(xiǎn)。最安全的情況是讓輸出電壓下降到非常接近Vref，這需要3或4個(gè)額外的元器件(即電阻器和晶體管)，因此，讓我們看一下圖2b中具有更多折衷的配置。

圖2b：安全可調(diào)穩(wěn)壓器的替代配置。

該電路可以將其輸出電壓調(diào)節(jié)到下限Vref。輸出電壓(如果電位器Rp發(fā)生擊穿)約為2.5V，這是一個(gè)折衷值。

由于圖2b中的電路計(jì)算不是很簡單，因此此處將以Python代碼的形式提供一些計(jì)算路徑。

該電路有兩個(gè)輸出電壓范圍：從eo11到eo12，以及從eo21到eo22(見圖3代碼)。該范圍是由開關(guān)Sw(例如nJFET、nFET或任何良好的機(jī)械簧片繼電器)進(jìn)行選擇的。

請注意：如果電阻器R11和Rp太大而無法提供穩(wěn)壓器IC所需的最小負(fù)載(最大10mA)，那么如果總負(fù)載太輕，輸出就可能會(huì)失控。

為避免這種情況，開始計(jì)算時(shí)為R11選擇任何合適的值可能更明智。

還必須提供Rp值和范圍。

以下代碼給出了R22和R23的計(jì)算。

#-code-beginsR11=560 # OhmRpot=2180 # Ohm

eo11=1.25 #Veo12=5.6 #Veo21=5.4 #Veo22=23.0 #V

Vref=1.25 #Vprint()

LetK12 = eo12/Vref – 1K21 = eo21/Vref – 1K22 = eo22/Vref – 1Rp = Rpot

from math import sqrt

def checkEq(R11, R22, R23):Rx=R11 – Ra/K12if Rx != 0: print(“Err R11:”, Rx)

Rx=R22 R23/(R22+R23) – K21 (Rp+R11)if Rx != 0: print(“Err (2):”, Rx)

Rx=R11 – (R22*(Rp+R23)/(R22+Rp+R23) / K22)if Rx != 0: print(“Err (3):”, Rx)return

def par(r1,r2): return(r1*r2/(r1+r2))

eo=eo12R1 = R11R2 = R1*((eo/Vref) -1)R22 = R2*Rpot / (Rpot – R2)

eo=eo21 #5.1V#R1 = R11 + R21*Rpot / (R21 + Rpot)#R2 = R1*(eo/Vref -1)#R23 = R2

#eo=eo22 #24V ??

#R1 = R11#R2 = R23 + R22*Rpot / (R22 + Rpot)#eo = Vref*(R2/R1 + 1)#eo22 = eo

#Let K12 = eo12/Vref – 1K21 = eo21/Vref – 1K22 = eo22/Vref – 1Rp = RpotRa = par(Rp,R22)

w3=K22/K21A=w3*(R22 – K21*Rp) – R22B=w3*R22*(R22+Rp) – Rp*(w3*K21*(Rp+R22)-R22) – R22*R22C=Rp*R22*(0-w3*K21*(R22+Rp)-R22)

Q=BB – 4A*C#print(A, B, C, Q)if Q<0: exit(” Exit: Q<0, try another values for R11, Rpot, or ranges”)

R23_1 = (0-B + sqrt(Q)) /2/AR23_2 = (0-B – sqrt(Q)) /2/Aprint(” R23_1, R23_2=”, R23_1, R23_2)# since R23 should be > 0: if R23_1>0: R23=R23_1elif R23_2>0: R23=R23_2else: print(“Error: both R23_1, R23_2 are not positives”)

recalc eoij for a coherence checkeo12=Vref*(par(Rp,R22)/R11 +1)eo21=Vref*(par(R23,R22)/(Rp+R11) +1)eo22=Vref*(par(R22,R23+Rp)/R11 +1)# updateK12 = eo12/Vref – 1K21 = eo21/Vref – 1K22 = eo22/Vref – 1

print(“Fig2c:”, f” eo12={eo12:.2f}”, f” eo21={eo21:.2f}”, f” eo22={eo22:.2f}”)print(“Fig2c:”, f” Rpot={Rpot:.1f}”, f” R11={R11:.1f}”, f” R22={R22:.1f}”, f” R23={R23:.1f}”)checkEq(R11, R22, R23)

since the solution we got may be very sensitive due to a possible presence of a singular point in its vicinity (i.e. a small deviation of a resistor’s value can have large impact on the voltage) – hence 2 conclusions follows:# – tolerances of resistors R11, R22, R23 have to be not worse than 1%;# – the solution above has to be considered as a preliminary one, so we’ll make it more precise by the following code:

R23lim=100*R23R23=R23/3while R23 < R23lim:eo21_x=Vref*(par(R23,R22)/(Rp+R11) +1)eo22_x=Vref*(par(R22,R23+Rp)/R11 +1)if eo21_x – eo21 > 0.2: breakif abs(eo22 – eo22_x) < 0.1: break # if eo22-x – eo22 < 0.1: breakR23 += 10 # +10 Ohmelse: exit(“full cycle”) print( f” eo21={eo21_x:.2f}”, f” eo22={eo22_x:.2f}”, f” R23={R23:.1f}”)

#-end-of-code-

來自調(diào)節(jié)端的50μA(典型值)電流iA(代表誤差項(xiàng))，將在R23上產(chǎn)生壓降。連同標(biāo)稱1.25V參考電壓Vref，此壓降決定了電位器Rp發(fā)生擊穿時(shí)的輸出電壓：

eoBreak = iA * R22 + Vref

因此，當(dāng)降低R22的值時(shí)，可以在某種程度上降低eoBreak的值。

— Peter Demchenko在維爾紐斯大學(xué)學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)，并從事軟件開發(fā)工作。