Линейный блок питания на LM317: от трансформатора до платы

Регулируемый блок питания на LM317 собирают из трансформатора 18 В, диодного моста, конденсатора 4700 мкФ и микросхемы с резисторами R1 = 240 Ом и переменным R2 = 5 кОм.

Выходное напряжение задаёт формула Uвых = 1,25 · (1 + R2 / R1) + Iadj · R2. Реально блок даёт примерно от 1,25 до 18 В при токе до 1,5 А, потому что верхний предел ограничивает входное напряжение, а не формула.

Главное при сборке — не схема, а тепло: на микросхеме рассеивается (Uвх − Uвых) · I, и при 5 В и 1 А это около 19 Вт.

Лабораторный блок питания — первое, чем стоит обзавестись, если собираетесь паять чаще раза в год. Линейный блок на LM317 шумит меньше импульсных и чинится любым мультиметром.

Ниже — как устроена схема, данные даташита, расчёт трансформатора и конденсатора, тепло, защитные детали, сборка и ошибки.

Как это устроено

Трансформатор понижает сеть, мост выпрямляет, C1 сглаживает пульсации, а LM317 держит на выходе заданное напряжение, «гася» всё лишнее теплом. Микросхема поддерживает между выходом и выводом регулировки 1,25 В; делитель из R1 и R2 превращает это в нужное выходное напряжение.

Что говорит даташит

Цифры из даташита TI на LM317:

Параметр	Значение
Выходное напряжение	от 1,25 до 37 В
Ток нагрузки	от 10 мА до 1,5 А
Опорное напряжение	1,25 В (от 1,2 до 1,3 В)
Минимальная разница вход — выход	3 В
Максимальная разница вход — выход	40 В
Ток вывода регулировки	50 мкА типично, до 100 мкА
Минимальный ток нагрузки	3,5 мА типично, до 10 мА
Ограничение тока при перепаде до 15 В	1,5–2,2 А
Условие для параметров	рассеиваемая мощность не более 20 Вт

Расчёт выходного напряжения

Формула из даташита: Uвых = 1,25 · (1 + R2 / R1) + Iadj · R2.

Для R1 = 240 Ом и R2 = 5 кОм получается 1,25 · (1 + 5000 / 240) ≈ 27,3 В. Слагаемое Iadj · R2 при 50 мкА добавляет 0,25 В.

Но блок из-за входного напряжения всё равно выдаст меньше: это объясняет следующий раздел.

Нижний предел — 1,25 В при R2 = 0. Считать удобно нашим калькулятором LM317.

Ток делителя 1,25 В / 240 Ом ≈ 5,2 мА: он же служит минимальной нагрузкой микросхемы.

Трансформатор, мост, конденсатор

Напряжение. Вторичная обмотка 18 В переменного после моста и конденсатора даёт около 24 В постоянного без нагрузки: 18 × 1,41 − 1,4 ≈ 24 В (минус падение на диодах моста). Под нагрузкой оно проседает, и на нём ещё «сидят» пульсации.

Пульсации. Оценка размаха: ΔU ≈ I / (2 · f · C). Расчёт при частоте 50 Гц показан в таблице.

Ток	C1	ΔU	Дно пульсаций	Максимум выхода (дно − 3 В)
1 А	4700 мкФ	≈ 2,1 В	≈ 22 В	≈ 19 В
1 А	2200 мкФ	≈ 4,5 В	≈ 19,5 В	≈ 16,5 В
1,5 А	4700 мкФ	≈ 3,2 В	≈ 21 В	≈ 18 В

Берите ёмкость побольше: именно нижний пик напряжения определяет, до какого выхода блок дотянет. Поэтому верхний предел блока разумно считать 18 В.

Ток. Для тока до 1,5 А берите трансформатор с током вторичной обмотки не менее 2 А (мощность 18 · 2 = 36 ВА). Мост нужен на 3 А и выше: диод на 1 А в мосте — самая частая причина сгоревших самоделок.

Предохранитель. Ток первичной обмотки при 36 ВА около 36 / 230 ≈ 0,16 А. Предохранитель берут с запасом по току, инерционный: например, 0,25–0,5 А.

Сколько это греет

LM317 гасит разницу между входом и выходом: P = (Uвх − Uвых) · I. При входе 24 В, выходе 5 В и токе 1 А получается (24 − 5) · 1 = 19 Вт.

Без большого радиатора микросхема уйдёт в тепловую защиту через минуту. Радиатор подбирайте калькулятором радиатора.

Если блок нужен в основном на низкие напряжения при больших токах, поставьте трансформатор с отводами (например, 9 и 18 В) и переключайте их: потери упадут в разы. Корпус TO-220 соединён с выходом микросхемы, поэтому радиатор нужно ставить через изолирующую прокладку.

Защитные детали

По даташиту стоит поставить два диода D1 и D2 (1N4002 или любые из серии 1N400x) и конденсаторы.

• 
  D1между выходом и входом защищает микросхему от разряда выходной ёмкости через неё, если вход внезапно окажется ниже выхода.
• 
  D2между выводом регулировки и выходом защищает от разряда конденсатора C3 при коротком замыкании выхода.
• 
  C310 мкФ на выводе регулировки улучшает подавление пульсаций.
• 
  C20,1 мкФ по входу ставят ближе к выводам микросхемы, если она далеко от C1; C4 1 мкФ на выходе.

Без этих деталей микросхема живёт только на лёгких режимах.

Сборка и первое включение

Собирайте поэтапно.

1. 1
   Проверка без сети.Прозвоните мост, убедитесь в полярности C1, C3, C4.
2. 2
   Включение через лампу.Включите блок в сеть через лампочку 40–60 Вт вместо предохранителя: ярко горит — где-то ошибка. Это страховка для любой самодельной сетевой схемы.
3. 3
   Напряжение после моста.Около 24 В на холостом ходу.
4. 4
   Проверка регулировки.Подключите нагрузку (мощный резистор или лампу) и покрутите R2: выход должен плавно меняться от 1,25 В.
5. 5
   Тепло.На токе 1 А и выходе 5 В проверьте радиатор рукой не раньше чем через несколько минут и с осторожностью.

После проверки лампочку заменяют предохранителем.

Типовые ошибки

Где пригодится сегодня

Линейный блок остаётся хорошим выбором, когда нужен тихий источник без высокочастотных помех: питание усилителей, измерительных схем и радиоприёмников.

Если же нужны мощность и малые габариты, разумнее брать импульсный понижающий модуль и добавить к нему LM317 как малошумящий стабилизатор на выходе.

Что в итоге

Подходит: первый регулируемый блок питания, учебная сборка, питание слабошумящих схем до 1,5 А. Не подходит: мощные нагрузки при большой разнице между входом и выходом — упрёшься в нагрев. Тогда — импульсный блок или более мощный стабилизатор.

Сравнение с импульсными вариантами — в обзоре «Какой блок питания собрать». Дальше: «почему стабилизатор греется» и плавный пуск на LM317. Нужен предел тока — лабораторный блок с защитой от КЗ.

Частые вопросы

Как рассчитать резисторы для LM317?

По формуле Uвых = 1,25 · (1 + R2 / R1) + Iadj · R2. Берут R1 = 240 Ом (ток делителя около 5,2 мА) и подбирают R2.

Для 12 В: R2 = 240 · (12 / 1,25 − 1) ≈ 2060 Ом, ближайший номинал — 2,2 кОм с подстройкой.

Почему блок не даёт 27 В, хотя формула это обещает?

Потому что нужен запас по входу: вход должен быть не менее чем на 3 В выше выхода. При 24 В без нагрузки и дне пульсаций около 22 В максимум получается около 19 В.

Для 27 В нужен трансформатор с вторичной обмоткой выше 18 В.

Какой трансформатор взять?

Вторичная обмотка 18 В на ток не менее 2 А (36 ВА) для выхода до 18 В и 1,5 А. Такие трансформаторы продаются в магазинах радиодеталей в России.

Для низких выходных напряжений лучше трансформатор с отводами: потери на микросхеме упадут.

Какой радиатор нужен?

Рассчитайте P = (Uвх − Uвых) · I. При 24 В, 5 В и 1 А это 19 Вт. Подберите радиатор по калькулятору.

Корпус TO-220 соединён с выходом, поэтому нужна изолирующая прокладка.

Можно ли включать блок без нагрузки?

Можно, если есть минимальная нагрузка: делитель R1 = 240 Ом даёт около 5,2 мА. Даташит требует 3,5 мА типично, до 10 мА.

Если выход уплывает вверх на холостом ходу, поставьте дополнительный резистор.

Калькуляторы для питания

• LM317 / LM338Выходное напряжение по резисторам, подбор R2, режим источника тока
• Радиатор для транзистора и стабилизатораНужное тепловое сопротивление радиатора и нужен ли он вообще
• Закон Ома и мощностьПо любым двум из четырёх величин U, I, R, P — две остальные