LM317是一款廣受歡迎且用途廣泛的三端可調(diào)正電壓穩(wěn)壓器。自1976年由Bob Dobkin在National Semiconductor公司設(shè)計(jì)推出以來，它憑借其卓越的性能和極高的易用性，在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域占據(jù)了不可或缺的地位。無論是業(yè)余電子愛好者進(jìn)行DIY項(xiàng)目，還是專業(yè)工程師設(shè)計(jì)復(fù)雜的電源系統(tǒng)，LM317都是一個(gè)經(jīng)常被考慮的理想選擇。本手冊將詳細(xì)介紹LM317的各項(xiàng)特性、工作原理、設(shè)計(jì)考量、典型應(yīng)用以及常見問題，旨在為讀者提供一個(gè)全面而深入的參考。

　　LM317概述：線性穩(wěn)壓器的基石

　　LM317不僅僅是一個(gè)簡單的電壓轉(zhuǎn)換器件，它是一個(gè)集成了多種保護(hù)功能的高性能線性穩(wěn)壓器。其最顯著的特點(diǎn)是輸出電壓的可調(diào)節(jié)性，允許用戶通過簡單的外部電阻網(wǎng)絡(luò)，將輸出電壓設(shè)置在1.25V到37V的寬泛范圍內(nèi)。同時(shí)，它能夠提供超過1.5A的負(fù)載電流，這使其足以應(yīng)對大多數(shù)中等功率的應(yīng)用需求。

　　線性穩(wěn)壓器，顧名思義，通過在電路中引入一個(gè)可變電阻（通常是串聯(lián)調(diào)整管）來調(diào)整輸出電壓。這種工作方式的優(yōu)點(diǎn)是輸出電壓紋波小、噪聲低、瞬態(tài)響應(yīng)好，非常適合對電源質(zhì)量要求較高的敏感電路。然而，它的缺點(diǎn)在于效率相對較低，因?yàn)檩斎腚妷汉洼敵鲭妷褐g的差值會(huì)以熱量的形式散失掉，尤其是在輸入電壓較高、輸出電流較大的情況下，功耗會(huì)非常顯著。LM317正是這種線性穩(wěn)壓器中的典型代表，它在簡單性、可靠性和性能之間取得了極佳的平衡。

　　LM317系列器件通常采用標(biāo)準(zhǔn)的三引腳封裝，如TO-220、TO-263、SOT-223等，這些封裝都便于散熱和在電路板上安裝。其內(nèi)部集成了電流限制、熱過載保護(hù)和安全工作區(qū)（SOA）保護(hù)等機(jī)制，這些功能大大增強(qiáng)了器件的魯棒性，使其在異常工作條件下也能保持安全，有效防止了損壞。即使在調(diào)整引腳意外斷開的情況下，過載保護(hù)功能依然能夠發(fā)揮作用，進(jìn)一步提升了系統(tǒng)的安全性。

　　LM317核心特性與技術(shù)指標(biāo)

　　了解LM317的核心特性和技術(shù)指標(biāo)是正確使用和設(shè)計(jì)電路的基礎(chǔ)。這些參數(shù)決定了LM317在不同應(yīng)用場景下的性能表現(xiàn)和適用范圍。

　　2.1 輸出電壓可調(diào)范圍

　　LM317最核心的功能就是其可調(diào)節(jié)的輸出電壓。它能夠提供從1.25V到37V的連續(xù)可調(diào)正輸出電壓。這個(gè)范圍非常寬泛，幾乎覆蓋了絕大多數(shù)低壓和部分中壓電子設(shè)備的需求。通過精確選擇外部電阻，可以實(shí)現(xiàn)細(xì)致的電壓步進(jìn)調(diào)節(jié)。

　　2.2 輸出電流能力

　　LM317的典型最大輸出電流為1.5A。這意味著在適當(dāng)?shù)纳釛l件下，LM317可以為需要較高電流的負(fù)載提供穩(wěn)定的電源。對于需要更大電流的應(yīng)用，可能需要考慮使用LM350（3A）或LM338（5A）等更高電流的線性穩(wěn)壓器，或者采用開關(guān)穩(wěn)壓方案。

　　2.3 典型線性調(diào)整率與負(fù)載調(diào)整率

　　線性調(diào)整率（Line Regulation）和負(fù)載調(diào)整率（Load Regulation）是衡量穩(wěn)壓器性能的重要指標(biāo)。

　　線性調(diào)整率： 典型值為0.01%/V。它表示在輸出電流不變的情況下，輸入電壓變化對輸出電壓的影響。極低的線性調(diào)整率意味著LM317對輸入電壓的波動(dòng)具有很強(qiáng)的抑制能力，即使輸入電源不穩(wěn)定，輸出電壓也能保持穩(wěn)定。

　　負(fù)載調(diào)整率： 典型值為0.1%（對于TO-220封裝，最大可達(dá)25mV或0.5% Vo，取兩者中較大值）。它表示在輸入電壓不變的情況下，輸出電流變化對輸出電壓的影響。出色的負(fù)載調(diào)整率確保了LM317在負(fù)載電流發(fā)生劇烈變化時(shí)，仍能維持輸出電壓的穩(wěn)定。

　　2.4 參考電壓（VREF）

　　LM317內(nèi)部有一個(gè)精確的1.25V帶隙基準(zhǔn)電壓源。這個(gè)基準(zhǔn)電壓是其調(diào)節(jié)機(jī)制的基礎(chǔ)。輸出電壓的計(jì)算公式正是基于這個(gè)參考電壓。

　　2.5 最小壓差（Dropout Voltage）

　　雖然LM317不是低壓差（LDO）穩(wěn)壓器，但它也存在一個(gè)最小輸入-輸出電壓差。為了確保LM317正常工作并保持穩(wěn)壓，輸入電壓(VIN)必須至少比輸出電壓(VOUT)高出大約1.5V到3V，具體數(shù)值取決于負(fù)載電流和溫度。如果輸入和輸出電壓差太小，LM317將進(jìn)入壓差狀態(tài)，無法有效穩(wěn)壓。

　　2.6 內(nèi)部保護(hù)功能

　　LM317內(nèi)置了多重保護(hù)電路，使其具有很高的可靠性：

　　電流限制（Current Limiting）： 當(dāng)輸出電流超過設(shè)定值時(shí)，內(nèi)部電路會(huì)自動(dòng)限制電流，防止器件和負(fù)載損壞。

　　熱過載保護(hù)（Thermal Overload Protection）： 當(dāng)芯片內(nèi)部溫度超過安全閾值（通常為150°C至175°C）時(shí)，LM317會(huì)自動(dòng)關(guān)斷輸出，避免因過熱而造成永久性損壞。當(dāng)溫度降低到安全范圍后，器件會(huì)自動(dòng)恢復(fù)工作。

　　安全工作區(qū)（Safe Operating Area, SOA）保護(hù)： 此功能限制了輸出晶體管在極端電壓和電流條件下的功耗，防止其進(jìn)入超出安全工作范圍的狀態(tài)，從而提高了器件的耐用性。

　　2.7 封裝類型

　　LM317有多種封裝形式，以適應(yīng)不同的應(yīng)用和散熱需求：

　　TO-220： 最常見的通孔封裝，功率較大，便于安裝散熱片。

　　TO-263 (D2PAK)： 表面貼裝封裝，功率較大，可通過PCB的銅層進(jìn)行散熱。

　　SOT-223： 較小的表面貼裝封裝，適用于對空間要求較高的低功耗應(yīng)用。

　　TO-3： 較舊的金屬封裝，通常用于高功率應(yīng)用，散熱能力極強(qiáng)。

　　2.8 工作溫度范圍

　　LM317通常有商業(yè)級(jí)（0°C至125°C）和工業(yè)級(jí)（-40°C至125°C）等不同的工作溫度范圍版本，選擇時(shí)應(yīng)根據(jù)實(shí)際應(yīng)用環(huán)境的溫度要求進(jìn)行考慮。

　　LM317的工作原理

　　LM317的工作原理基于其內(nèi)部的帶隙基準(zhǔn)電壓源和誤差放大器。理解其內(nèi)部結(jié)構(gòu)和反饋機(jī)制，有助于更好地設(shè)計(jì)和優(yōu)化電路。

　　3.1 引腳定義

　　LM317通常有三個(gè)引腳：

　　VIN (Input)： 輸入電壓引腳。

　　VOUT (Output)： 輸出電壓引腳。

　　ADJ (Adjustment)： 調(diào)節(jié)引腳。這是LM317的關(guān)鍵引腳，通過連接外部電阻網(wǎng)絡(luò)來設(shè)置輸出電壓。

　　3.2 基本工作原理

　　LM317內(nèi)部的核心是一個(gè)1.25V的精確基準(zhǔn)電壓源 (VREF) 和一個(gè)誤差放大器。誤差放大器負(fù)責(zé)比較輸出電壓經(jīng)過分壓后的電壓與內(nèi)部基準(zhǔn)電壓之間的差異，并調(diào)整內(nèi)部的串聯(lián)調(diào)整管（通常是一個(gè)NPN晶體管的達(dá)林頓結(jié)構(gòu)）的導(dǎo)通程度，以確保輸出電壓穩(wěn)定在設(shè)定值。

　　輸出電壓計(jì)算公式：

　　LM317的輸出電壓(VOUT)由兩個(gè)外部電阻(R1 和 R2)決定，這兩個(gè)電阻組成一個(gè)分壓器網(wǎng)絡(luò)，連接在輸出引腳和調(diào)節(jié)引腳之間，以及調(diào)節(jié)引腳和地之間。

　　公式為： VOUT=VREF×(1+R1R2)+IADJ×R2其中：

　　VREF 是LM317內(nèi)部的基準(zhǔn)電壓，典型值為1.25V。

　　R1 是連接在輸出引腳和調(diào)節(jié)引腳之間的電阻。

　　R2 是連接在調(diào)節(jié)引腳和地之間的電阻。

　　IADJ 是流經(jīng)調(diào)節(jié)引腳的電流，典型值約為50μA到100μA。這個(gè)電流通常非常小，在大多數(shù)應(yīng)用中，IADJ×R2 這一項(xiàng)可以忽略不計(jì)，尤其是在R2不大的情況下。

　　因此，簡化后的輸出電壓計(jì)算公式通常表示為： VOUT≈VREF×(1+R1R2)

　　為了保證調(diào)節(jié)引腳電流 IADJ 的影響最小化，通常選擇 R1 的值為240Ω（或120Ω、150Ω等，取決于具體廠家推薦和設(shè)計(jì)需求），這樣流過 R1 的電流 (IR1=VREF/R1) 會(huì)遠(yuǎn)大于 IADJ。

　　3.3 負(fù)反饋機(jī)制

　　LM317通過負(fù)反饋機(jī)制來維持輸出電壓的穩(wěn)定。具體過程如下：

　　輸出電壓 VOUT 通過電阻 R1 和 R2 構(gòu)成的分壓器網(wǎng)絡(luò)，將一部分電壓反饋到調(diào)節(jié)引腳ADJ。

　　LM317內(nèi)部的誤差放大器比較ADJ引腳上的電壓和內(nèi)部1.25V基準(zhǔn)電壓。

　　如果ADJ引腳上的電壓偏離了基準(zhǔn)電壓（例如，因負(fù)載變化導(dǎo)致 VOUT 略微下降，進(jìn)而導(dǎo)致ADJ電壓下降），誤差放大器會(huì)檢測到這個(gè)偏差。

　　誤差放大器會(huì)相應(yīng)地調(diào)整內(nèi)部串聯(lián)調(diào)整管的導(dǎo)通程度。如果ADJ電壓低于1.25V，調(diào)整管會(huì)進(jìn)一步導(dǎo)通，使更多的電流流向負(fù)載，從而提高 VOUT。反之，如果ADJ電壓高于1.25V，調(diào)整管會(huì)減小導(dǎo)通，降低 VOUT。

　　這個(gè)閉環(huán)反饋系統(tǒng)不斷調(diào)整，直到ADJ引腳上的電壓等于內(nèi)部1.25V基準(zhǔn)電壓，從而使 VOUT 穩(wěn)定在由 R1 和 R2 設(shè)定的值。

　　這個(gè)精密的反饋系統(tǒng)是LM317能夠提供穩(wěn)定輸出的關(guān)鍵。

　　LM317的典型應(yīng)用電路

　　LM317由于其靈活性和可靠性，被廣泛應(yīng)用于各種電子設(shè)備中。以下是一些常見的典型應(yīng)用電路：

　　4.1 可調(diào)穩(wěn)壓電源

　　這是LM317最基本也是最常用的應(yīng)用。通過改變電阻R2（通常使用一個(gè)可變電阻或電位器），可以方便地調(diào)節(jié)輸出電壓。

　　電路圖：

　　輸入： 未穩(wěn)壓的直流電壓（例如，橋式整流后的濾波電壓）。

　　LM317： VIN、VOUT、ADJ引腳。

　　電阻R1： 連接在VOUT和ADJ之間，通常取值240Ω。

　　電阻R2： 連接在ADJ和地之間，可以是固定電阻或電位器。

　　輸入旁路電容C_IN： 通常為0.1μF陶瓷電容或更大容量的電解電容，靠近LM317的VIN引腳，用于濾除輸入高頻噪聲。

　　輸出旁路電容C_OUT： 通常為1μF或更大容量的電解電容，靠近LM317的VOUT引腳，用于改善瞬態(tài)響應(yīng)和輸出紋波。

　　保護(hù)二極管D1 (可選)： 連接在VIN和VOUT之間，用于在輸入短路時(shí)保護(hù)LM317，防止C_OUT上的電荷通過調(diào)節(jié)引腳反向放電。

　　保護(hù)二極管D2 (可選)： 連接在ADJ和VOUT之間，用于在VOUT短路時(shí)保護(hù)LM317，防止C_OUT上的電荷通過ADJ引腳反向放電。

　　工作原理： 通過調(diào)整R2的阻值，改變ADJ引腳的分壓比，從而使LM317的輸出電壓在1.25V到VIN-V_dropout之間可調(diào)。R1通常取固定值，例如240Ω，以保證流過它的電流足夠大，從而使得LM317內(nèi)部的ADJ引腳電流對輸出電壓的影響降到最低。

　　4.2 精密恒流源

　　LM317也可以配置成一個(gè)高精度的恒流源，這在LED驅(qū)動(dòng)、電池充電器等應(yīng)用中非常有用。

　　電路圖：

　　輸入： 未穩(wěn)壓的直流電壓。

　　LM317： VIN、VOUT、ADJ引腳。

　　電流設(shè)定電阻R_SET： 連接在VOUT和ADJ之間。負(fù)載串聯(lián)在VIN和VOUT之間。

　　輸入旁路電容C_IN： 0.1μF陶瓷電容。

　　工作原理： 在恒流源配置中，LM317會(huì)嘗試在VOUT和ADJ引腳之間維持1.25V的基準(zhǔn)電壓。這意味著流過R_SET的電流為 IRSET=VREF/RSET=1.25V/RSET。由于調(diào)節(jié)引腳的電流$I_{ADJ}非常小，可以忽略不計(jì)，因此輸出電流I_{OUT}幾乎等于流過R_{SET}$的電流。 IOUT≈IRSET=1.25V/RSET通過選擇不同阻值的RSET，就可以設(shè)置所需的恒定電流。這種配置對LED燈珠的串聯(lián)驅(qū)動(dòng)非常理想，因?yàn)樗軌蚍€(wěn)定提供所需的電流，無論LED的正向壓降如何變化。

　　4.3 電池充電器

　　LM317可以結(jié)合其他元件設(shè)計(jì)出簡單的恒壓或恒流充電器。

　　恒壓充電器： 將LM317配置為特定輸出電壓（如4.2V用于單節(jié)鋰離子電池充電），通過限制充電電壓來保護(hù)電池。

　　恒流充電器： 將LM317配置為恒流源，通過限制充電電流來保護(hù)電池，特別是對于鉛酸電池和鎳氫/鎳鎘電池，恒流充電是常見的充電方式?？梢越Y(jié)合檢測電路實(shí)現(xiàn)充電完成后的自動(dòng)截止或轉(zhuǎn)為涓流充電。

　　4.4 LED驅(qū)動(dòng)器

　　LM317作為恒流源驅(qū)動(dòng)LED是最常見的應(yīng)用之一。單個(gè)LM317可以驅(qū)動(dòng)一個(gè)或多個(gè)串聯(lián)的LED。

　　工作原理： 如“精密恒流源”所述，將LED串聯(lián)在VOUT引腳之后，并使用合適的$R_{SET}$來設(shè)定LED的工作電流。LM317會(huì)確保流過LED的電流恒定，即使LED的正向電壓隨溫度或個(gè)體差異而變化，也能保持亮度一致。

　　4.5 功放電源

　　在一些小型音頻功放電路中，LM317可以作為前置放大器或小功率功放級(jí)的穩(wěn)壓電源，提供純凈的直流電源，以減少電源紋波對音質(zhì)的影響。

　　4.6 可編程輸出穩(wěn)壓器

　　通過數(shù)字電位器或微控制器控制電阻R2的值，可以實(shí)現(xiàn)LM317的輸出電壓的數(shù)字化編程，這在自動(dòng)化測試設(shè)備或需要?jiǎng)討B(tài)調(diào)整電壓的系統(tǒng)中非常有用。

　　4.7 跟蹤預(yù)穩(wěn)壓器

　　LM317可以用于多電源系統(tǒng)中，作為預(yù)穩(wěn)壓器為后續(xù)的LDO或其他穩(wěn)壓器提供一個(gè)相對穩(wěn)定的輸入電壓，從而提高整體效率。例如，如果需要一個(gè)很低的輸出電壓（如1.8V），而輸入電壓很高（如24V），直接使用一個(gè)LDO可能會(huì)導(dǎo)致LDO功耗過大。此時(shí)，可以使用LM317將24V預(yù)穩(wěn)壓到一個(gè)較低的電壓（如5V），然后再由LDO降壓至1.8V，這樣可以分散功耗，提高效率。

　　LM317的設(shè)計(jì)考量與注意事項(xiàng)

　　雖然LM317易于使用，但在實(shí)際設(shè)計(jì)中仍需考慮多個(gè)因素，以確保其穩(wěn)定、高效和可靠地工作。

　　5.1 散熱設(shè)計(jì)

　　散熱是LM317應(yīng)用中最重要的考量之一。線性穩(wěn)壓器通過功耗來穩(wěn)定電壓，因此會(huì)產(chǎn)生大量熱量。LM317的功耗(PD)可以通過以下公式計(jì)算： PD=(VIN?VOUT)×IOUT其中：

　　VIN 是輸入電壓。

　　VOUT 是輸出電壓。

　　IOUT 是輸出電流。

　　如果LM317的功耗過大，會(huì)導(dǎo)致芯片溫度升高，進(jìn)而觸發(fā)內(nèi)部的熱過載保護(hù)，使輸出電壓下降甚至關(guān)斷，影響電路正常工作。為了確保LM317在安全溫度范圍內(nèi)運(yùn)行，必須進(jìn)行適當(dāng)?shù)纳嵩O(shè)計(jì)：

　　散熱片： 對于TO-220等封裝，通常需要安裝外部散熱片。散熱片的尺寸和類型應(yīng)根據(jù)預(yù)計(jì)的最大功耗和環(huán)境溫度來選擇。散熱片越大，散熱效果越好。

　　熱阻： 考慮LM317的結(jié)到環(huán)境熱阻(RθJA)、結(jié)到殼熱阻(RθJC)，以及散熱片的熱阻?？偀嶙柙叫?，溫升越低。

　　PCB布局： 對于SOT-223或D2PAK等表面貼裝封裝，可以通過PCB上的大面積銅箔連接到LM317的接地引腳（通常也是散熱焊盤）來輔助散熱。銅箔面積越大，散熱效果越好。應(yīng)將LM317放置在PCB的中心位置，并遠(yuǎn)離其他發(fā)熱元件。

　　空氣流通： 確保設(shè)備內(nèi)部有良好的空氣流通，有助于散熱片的效率。

　　5.2 輸入與輸出電容的選擇

　　正確的輸入和輸出電容對于LM317的穩(wěn)定工作至關(guān)重要。

　　輸入旁路電容 (CIN): 建議在LM317的輸入端放置一個(gè)0.1μF到1μF的陶瓷電容，盡可能靠近VIN引腳。這個(gè)電容用于濾除輸入電源上的高頻噪聲，防止其干擾LM317的正常工作。如果輸入電源距離LM317較遠(yuǎn)（例如超過15厘米或6英寸），建議再并聯(lián)一個(gè)較大容量的電解電容（如10μF或以上），用于補(bǔ)償線路阻抗，吸收瞬態(tài)電流。

　　輸出旁路電容 (COUT): 建議在LM317的輸出端放置一個(gè)1μF到10μF的鉭電容或電解電容，盡可能靠近VOUT引腳。這個(gè)電容可以改善穩(wěn)壓器的瞬態(tài)響應(yīng)，減少負(fù)載變化引起的輸出電壓波動(dòng)，并降低輸出紋波。對于更高的性能要求，可以使用低ESR（等效串聯(lián)電阻）的電容。

　　5.3 保護(hù)二極管

　　在某些應(yīng)用中，為了防止LM317在特定故障條件下?lián)p壞，可能需要添加保護(hù)二極管。

　　反向保護(hù)二極管 D1 (VIN到VOUT): 當(dāng)LM317的輸入端短路時(shí)，輸出電容$C_{OUT}上存儲(chǔ)的電荷可能會(huì)通過LM317內(nèi)部的調(diào)整管反向放電，損壞器件。通過在VIN和VOUT之間反向并聯(lián)一個(gè)肖特基二極管（如1N5819），可以在輸入短路時(shí)為C_{OUT}$提供一個(gè)低阻抗的放電路徑，保護(hù)LM317。這個(gè)二極管的陰極接VIN，陽極接VOUT。

　　反向保護(hù)二極管 D2 (ADJ到VOUT): 當(dāng)輸出短路或負(fù)載為容性負(fù)載時(shí)，如果輸出電壓迅速下降，可能會(huì)導(dǎo)致ADJ引腳的電壓高于VOUT引腳的電壓，從而損壞ADJ引腳。通過在ADJ和VOUT之間反向并聯(lián)一個(gè)肖特基二極管，可以防止這種情況發(fā)生。這個(gè)二極管的陰極接ADJ，陽極接VOUT。

　　5.4 最小負(fù)載電流

　　LM317需要一定的最小負(fù)載電流才能保持良好的穩(wěn)壓性能。根據(jù)不同的制造商和型號(hào)，這個(gè)最小負(fù)載電流通常在3.5mA到10mA之間。如果負(fù)載電流低于這個(gè)閾值，LM317可能無法穩(wěn)定輸出電壓。在設(shè)計(jì)低功耗應(yīng)用時(shí)，如果預(yù)計(jì)負(fù)載電流會(huì)很小，可以在輸出端并聯(lián)一個(gè)適當(dāng)?shù)男狗烹娮鑱頋M足最小負(fù)載電流要求。

　　5.5 紋波抑制

　　LM317本身具有良好的紋波抑制能力（Power Supply Rejection Ratio, PSRR），但為了獲得更純凈的輸出，仍然可以通過以下方法優(yōu)化：

　　增大輸入電容： 較大的輸入濾波電容可以有效降低輸入端的交流紋波。

　　添加RC濾波： 在輸入端或調(diào)節(jié)引腳處添加RC濾波器，可以進(jìn)一步降低高頻噪聲。

　　旁路電容： 前述的輸入和輸出旁路電容對紋波抑制也有幫助。

　　調(diào)節(jié)引腳旁路電容 (CADJ): 在調(diào)節(jié)引腳和地之間并聯(lián)一個(gè)10μF到20μF的電解電容，可以顯著提高LM317的紋波抑制能力，特別是在高頻下。這個(gè)電容會(huì)降低AC信號(hào)在ADJ引腳上的變化，使其更接近直流，從而提高穩(wěn)壓效果。

　　5.6 布局布線技巧

　　良好的PCB布局布線對于LM317的性能和穩(wěn)定性至關(guān)重要：

　　短而粗的走線： 輸入和輸出電流路徑應(yīng)盡可能短且寬，以減少寄生電阻和電感，降低電壓降和噪聲。

　　靠近器件： 輸入和輸出旁路電容應(yīng)盡可能靠近LM317的相應(yīng)引腳放置，以最大限度地發(fā)揮其濾波作用。

　　地線布局： 采用星形接地或大面積地平面，以減少地線阻抗和共模噪聲，提高穩(wěn)定性。

　　避免環(huán)路： 盡量減少電流環(huán)路面積，以降低電磁干擾（EMI）。

　　熱點(diǎn)管理： 對于需要散熱片的LM317，確保散熱片區(qū)域有足夠的空間和氣流，并考慮將大面積銅箔連接到地引腳以幫助散熱。

　　5.7 初始通電與輸出電壓尖峰

　　在某些情況下，當(dāng)LM317初次通電時(shí)，由于內(nèi)部電路啟動(dòng)和電容充電的順序問題，輸出電壓可能會(huì)出現(xiàn)短暫的尖峰。如果電路對這種尖峰敏感，可以考慮在輸出端串聯(lián)一個(gè)軟啟動(dòng)電路，或者通過其他方式控制上電順序。

　　5.8 高壓應(yīng)用中的浮動(dòng)操作

　　LM317的另一個(gè)特點(diǎn)是它可以實(shí)現(xiàn)“浮動(dòng)操作”，這意味著它的地參考點(diǎn)不一定需要連接到系統(tǒng)公共地。在某些高壓應(yīng)用中，LM317可以用來穩(wěn)壓相對于一個(gè)高電位點(diǎn)的電壓。例如，它可以用來為高壓側(cè)的MOSFET柵極驅(qū)動(dòng)器提供偏置電壓。在這種情況下，LM317的ADJ引腳所連接的“地”將是相對于其VOUT引腳的一個(gè)參考點(diǎn)，而不是系統(tǒng)真正的公共地。這種浮動(dòng)操作允許LM317在不損壞自身的情況下處理高達(dá)40V的輸入-輸出壓差。

　　LM317與其他穩(wěn)壓器的比較

　　在電源設(shè)計(jì)中，有多種穩(wěn)壓器可供選擇，LM317作為線性穩(wěn)壓器的代表，與固定穩(wěn)壓器（如78xx系列）和開關(guān)穩(wěn)壓器各有利弊。

　　6.1 LM317 vs 78xx系列固定穩(wěn)壓器

　　可調(diào)性： LM317最大的優(yōu)勢在于其輸出電壓可調(diào)。78xx系列（如7805、7812）提供固定輸出電壓，每種電壓都需要不同的型號(hào)，庫存和設(shè)計(jì)靈活性較差。

　　通用性： LM317的通用性更強(qiáng)，一個(gè)型號(hào)可以替代多種固定電壓的穩(wěn)壓器。

　　元件數(shù)量： 在基本穩(wěn)壓電路中，LM317和78xx都需要少數(shù)幾個(gè)外部電容。LM317額外需要兩個(gè)電阻來設(shè)定輸出電壓，而78xx只需要將一個(gè)引腳接地。

　　精度： LM317的輸出電壓精度通常更高，因?yàn)樗?.25V的精確基準(zhǔn)電壓。

　　保護(hù)功能： 兩者都內(nèi)置了過流和過熱保護(hù)。

　　壓差： LM317的最小壓差與78xx系列相似，并非低壓差（LDO）器件。

　　總結(jié)： 對于需要靈活調(diào)節(jié)輸出電壓的應(yīng)用，LM317是更優(yōu)的選擇；對于簡單、固定電壓且對成本和空間要求極致的應(yīng)用，78xx可能更具優(yōu)勢。

　　6.2 LM317 vs 開關(guān)穩(wěn)壓器（如DC-DC轉(zhuǎn)換器）

　　效率： 開關(guān)穩(wěn)壓器在效率方面遠(yuǎn)超線性穩(wěn)壓器。 開關(guān)穩(wěn)壓器通過周期性地開啟和關(guān)閉開關(guān)元件來傳輸能量，損耗主要來源于開關(guān)損耗和元件的導(dǎo)通電阻，效率可以達(dá)到80%到95%甚至更高。而LM317作為線性穩(wěn)壓器，其效率隨輸入輸出電壓差的增大而顯著降低，在高壓差大電流時(shí)，效率可能只有30%到60%。

　　熱量產(chǎn)生： 由于效率低，LM317在轉(zhuǎn)換過程中會(huì)產(chǎn)生大量熱量，通常需要較大的散熱片。開關(guān)穩(wěn)壓器產(chǎn)生的熱量相對較少，對散熱要求較低。

　　復(fù)雜性： LM317電路非常簡單，只需要兩個(gè)外部電阻和幾個(gè)電容。開關(guān)穩(wěn)壓器通常需要電感、肖特基二極管、更多的電容和復(fù)雜的控制芯片，電路設(shè)計(jì)相對復(fù)雜。

　　成本： 在低功率應(yīng)用中，LM317的成本通常低于開關(guān)穩(wěn)壓器。但在高功率應(yīng)用中，考慮到散熱片的成本，開關(guān)穩(wěn)壓器的整體成本可能更低。

　　噪聲： LM317作為線性穩(wěn)壓器，輸出噪聲和紋波非常低，對敏感電路非常友好。開關(guān)穩(wěn)壓器由于其開關(guān)特性，會(huì)產(chǎn)生較高的開關(guān)噪聲和紋波，可能需要額外的濾波電路來降低。

　　瞬態(tài)響應(yīng)： 線性穩(wěn)壓器的瞬態(tài)響應(yīng)通常優(yōu)于開關(guān)穩(wěn)壓器，因?yàn)樗鼈兪沁B續(xù)工作的。

　　尺寸： 開關(guān)穩(wěn)壓器中的電感通常體積較大，可能導(dǎo)致整體解決方案的尺寸大于LM317。然而，隨著集成技術(shù)的發(fā)展，一些高度集成的開關(guān)穩(wěn)壓器模塊體積也在不斷縮小。

　　總結(jié)： 當(dāng)對效率、散熱和電池壽命有嚴(yán)格要求時(shí)（例如便攜式設(shè)備），或在輸入電壓與輸出電壓壓差較大的場合，開關(guān)穩(wěn)壓器是更好的選擇。而對于對噪聲、成本、電路簡單性有較高要求，且功耗可以接受的應(yīng)用，LM317仍然是理想的方案。

　　LM317的故障診斷與排除

　　在使用LM317的過程中，可能會(huì)遇到一些問題。了解常見的故障現(xiàn)象及其原因，有助于快速定位并解決問題。

　　7.1 無輸出電壓或輸出電壓過低

　　輸入電壓不足： 檢查LM317的VIN引腳是否有足夠的輸入電壓。輸入電壓必須至少比期望的輸出電壓高出最小壓差（通常1.5V-3V）。

　　負(fù)載過重或短路： 檢查負(fù)載是否正常，是否存在短路現(xiàn)象，或者負(fù)載電流是否超過了LM317的最大輸出電流能力（1.5A）。

　　熱過載保護(hù)觸發(fā)： 如果LM317過熱，它會(huì)自動(dòng)關(guān)斷或降低輸出。檢查散熱是否充分，功耗是否過大。

　　調(diào)節(jié)引腳ADJ接線錯(cuò)誤或斷開： LM317的ADJ引腳是其核心控制端，如果接線錯(cuò)誤（例如R2斷路）或未正確連接，將無法實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓。

　　R1或R2電阻值錯(cuò)誤或損壞： 錯(cuò)誤的電阻值會(huì)導(dǎo)致輸出電壓不正確。檢查電阻的阻值是否符合設(shè)計(jì)要求。

　　LM317損壞： 如果以上檢查均無問題，LM317本身可能已損壞。

　　7.2 輸出電壓不穩(wěn)定或紋波過大

　　輸入紋波過大： 檢查輸入電源的紋波是否過高?？梢栽黾虞斎霝V波電容的容量，或者在輸入端添加RC或LC濾波器。

　　輸出電容容量不足或ESR過高： 增大輸出旁路電容的容量，或使用低ESR的電容來改善瞬態(tài)響應(yīng)和降低紋波。

　　ADJ引腳旁路電容缺失或容量不足： 在ADJ引腳和地之間添加或增大旁路電容（如10μF-20μF），可以顯著提高紋波抑制能力。

　　最小負(fù)載電流未滿足： 如果負(fù)載電流太小，LM317可能無法穩(wěn)定工作。確保負(fù)載電流大于LM317所需的最小負(fù)載電流。

　　接地不良或布線不當(dāng)： 雜亂的布線和不當(dāng)?shù)慕拥貢?huì)導(dǎo)致噪聲耦合和地線阻抗，影響穩(wěn)壓效果。優(yōu)化PCB布局，使用星形接地或大面積地平面。

　　輸入/輸出端有高頻振蕩： 有時(shí)在特定負(fù)載或布局下，LM317可能發(fā)生高頻振蕩。嘗試在輸入和輸出端增加小容量的陶瓷電容（如0.1μF），或在輸入端串聯(lián)小電感來抑制振蕩。

　　7.3 LM317發(fā)熱嚴(yán)重

　　輸入輸出壓差過大： 這是導(dǎo)致LM317發(fā)熱的主要原因。如果輸入電壓遠(yuǎn)高于輸出電壓，且輸出電流較大，LM317的功耗會(huì)很高。考慮使用降壓預(yù)穩(wěn)壓器，或者在允許的情況下降低輸入電壓。

　　負(fù)載電流過大： 負(fù)載電流越大，發(fā)熱越嚴(yán)重。檢查負(fù)載電流是否在LM317的額定范圍內(nèi)。

　　散熱片不足或安裝不當(dāng)： 確保散熱片的尺寸足夠，并與LM317的金屬背板緊密接觸，必要時(shí)涂抹導(dǎo)熱硅脂。

　　環(huán)境溫度過高： 如果環(huán)境溫度本身就很高，LM317更容易過熱。

　　7.4 輸出電壓與計(jì)算值不符

　　電阻R1和R2的精度問題： 使用高精度的電阻可以確保輸出電壓的準(zhǔn)確性。普通碳膜電阻的誤差可能較大。

　　調(diào)節(jié)引腳電流(IADJ)的影響： 盡管$I_{ADJ}$很小，但在$R_2$值非常大的情況下，IADJ×R2 這一項(xiàng)的影響就不可忽略。如果設(shè)計(jì)需要高精度，應(yīng)將這一項(xiàng)考慮進(jìn)公式中。

　　電阻連接不良或開路： 檢查R1和R2是否正確焊接，是否存在虛焊或開路。

　　萬用表測量誤差： 確保測量電壓的萬用表準(zhǔn)確校準(zhǔn)。

　　7.5 瞬態(tài)響應(yīng)差

　　輸出電容容量不足或ESR過高： 瞬態(tài)響應(yīng)差通常表現(xiàn)為負(fù)載突變時(shí)輸出電壓的大幅波動(dòng)。增加輸出電容的容量，并選擇低ESR的電容，可以顯著改善瞬態(tài)響應(yīng)。

　　線路阻抗： 輸入和輸出走線過長或過細(xì)會(huì)導(dǎo)致較大的寄生阻抗，影響瞬態(tài)響應(yīng)。

　　通過系統(tǒng)地檢查上述各項(xiàng)，通?？梢哉业絃M317電路問題的根源。在排除故障時(shí)，始終從最簡單的可能性開始，并逐步深入。

　　LM317進(jìn)階應(yīng)用與技巧

　　除了基本的穩(wěn)壓和恒流應(yīng)用，LM317還可以進(jìn)行一些進(jìn)階設(shè)計(jì)，以滿足更復(fù)雜的功能需求。

　　8.1 軟啟動(dòng)電路

　　在某些應(yīng)用中，電源突然啟動(dòng)可能會(huì)對敏感負(fù)載或系統(tǒng)造成沖擊。LM317可以通過外部電路實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)功能，使輸出電壓在一定時(shí)間內(nèi)緩慢上升到設(shè)定值。

　　實(shí)現(xiàn)方式： 在ADJ引腳上并聯(lián)一個(gè)電容，通過一個(gè)開關(guān)（或晶體管）控制其充電過程。當(dāng)電路通電時(shí)，電容緩慢充電，使得ADJ引腳電壓逐漸升高，從而控制LM317的輸出電壓緩慢上升。

　　8.2 精確電流限制器

　　LM317內(nèi)置了電流限制功能，但在某些情況下，我們可能需要一個(gè)更精確或可調(diào)節(jié)的外部電流限制。

　　實(shí)現(xiàn)方式： 通過在輸出端串聯(lián)一個(gè)低阻值電流檢測電阻，并利用額外的比較器或晶體管來檢測電阻兩端的壓降，一旦達(dá)到設(shè)定值就觸發(fā)保護(hù)機(jī)制，關(guān)閉或限制LM317的輸出。這通常需要額外的復(fù)雜電路。

　　8.3 高電流輸出解決方案

　　LM317自身最大輸出電流為1.5A。如果需要更大的電流，可以采取以下方案：

　　并聯(lián)使用： 理論上可以通過并聯(lián)多個(gè)LM317來增加電流能力，但實(shí)際操作中需要注意電流分配問題，通常需要在每個(gè)LM317的輸出端串聯(lián)一個(gè)小阻值（如0.1Ω）的均流電阻。

　　外擴(kuò)晶體管： 使用一個(gè)大功率外部晶體管（如NPN或PNP晶體管、MOSFET）作為串聯(lián)調(diào)整管，由LM317來驅(qū)動(dòng)這個(gè)晶體管。LM317此時(shí)作為誤差放大器和基準(zhǔn)源，提供基極或柵極驅(qū)動(dòng)電流，而大部分負(fù)載電流流經(jīng)外部晶體管。這種方法可以顯著提高輸出電流能力。

　　8.4 0V輸出電壓調(diào)節(jié)

　　LM317的最低輸出電壓是1.25V。如果需要從0V開始調(diào)節(jié)輸出電壓，可以采用以下兩種常見方法：

　　負(fù)偏置法： 在ADJ引腳下方（連接R2到地的節(jié)點(diǎn)）提供一個(gè)負(fù)電壓偏置，使得當(dāng)R2為0時(shí)，ADJ引腳相對于LM317內(nèi)部基準(zhǔn)電壓仍能保持在1.25V以下，從而強(qiáng)制輸出接近0V。這需要一個(gè)額外的負(fù)電源。

　　Booststrap法： 通過使用一個(gè)額外的NPN晶體管和一些電阻電容，實(shí)現(xiàn)輸出電壓的起始點(diǎn)下移到0V。這種方法不需要負(fù)電源，但電路會(huì)稍微復(fù)雜一些。

　　8.5 改善紋波抑制的進(jìn)階方法

　　除了前述的ADJ引腳旁路電容，還可以使用更復(fù)雜的濾波網(wǎng)絡(luò)來進(jìn)一步降低輸出紋波，例如使用CLC（電容-電感-電容）或RC（電阻-電容）濾波，特別是在對電源純凈度要求極高的音頻或射頻應(yīng)用中。

　　8.6 遠(yuǎn)程感應(yīng)（Remote Sense）

　　在某些高電流或長距離傳輸?shù)膱龊?，由于?dǎo)線電阻的存在，負(fù)載端的實(shí)際電壓可能會(huì)低于LM317輸出端的電壓。LM317本身沒有遠(yuǎn)程感應(yīng)功能，但可以通過外部放大器和反饋回路實(shí)現(xiàn)類似的功能，將負(fù)載端的實(shí)際電壓反饋給LM317，從而補(bǔ)償線路損耗，確保負(fù)載端電壓的準(zhǔn)確性。這種方法通常會(huì)增加電路的復(fù)雜性。

　　8.7 LM317作為開關(guān)預(yù)穩(wěn)壓器

　　雖然LM317是線性穩(wěn)壓器，但它可以與開關(guān)穩(wěn)壓器結(jié)合使用。例如，當(dāng)輸入電壓非常高而輸出電壓很低時(shí)，如果直接用LM317，功耗會(huì)非常大。可以先用一個(gè)降壓開關(guān)穩(wěn)壓器（Buck Converter）將高輸入電壓降到一個(gè)相對較低但仍高于所需輸出電壓的水平，然后再用LM317進(jìn)行精細(xì)穩(wěn)壓。這樣可以顯著提高整體效率，同時(shí)保持線性穩(wěn)壓器低噪聲的優(yōu)點(diǎn)。

　　總結(jié)與展望

　　LM317作為一款經(jīng)典的、可調(diào)正電壓線性穩(wěn)壓器，以其簡單易用、穩(wěn)定可靠和內(nèi)置多重保護(hù)功能的特點(diǎn)，在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域經(jīng)久不衰。它能夠提供寬泛的輸出電壓范圍和足夠的電流能力，使其成為各種電源、充電器、LED驅(qū)動(dòng)等應(yīng)用的首選。

　　盡管在效率方面不及現(xiàn)代開關(guān)穩(wěn)壓器，特別是在高壓差大電流的場合，LM317仍然憑借其極低的輸出噪聲、優(yōu)秀的瞬態(tài)響應(yīng)和簡單的外圍電路而在許多對電源質(zhì)量有高要求的應(yīng)用中占據(jù)一席之地。對于初學(xué)者而言，LM317也是學(xué)習(xí)電源管理和穩(wěn)壓器原理的絕佳器件。

　　隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，市場上出現(xiàn)了更多高性能的線性穩(wěn)壓器，例如低壓差（LDO）穩(wěn)壓器，它們在低壓差、高效率和更小封裝方面有顯著優(yōu)勢。然而，這些新型器件并不能完全取代LM317。在許多對成本敏感、電路簡單性有要求，或者輸入輸出壓差相對較小的應(yīng)用中，LM317依然是極具性價(jià)比和實(shí)用性的選擇。

　　未來，LM317及其類似器件仍將在電子世界中扮演重要角色。理解其工作原理、設(shè)計(jì)考量和應(yīng)用技巧，對于任何電子工程師或愛好者來說，都是一項(xiàng)寶貴的技能。希望本手冊能為您深入了解和有效利用LM317提供全面的指導(dǎo)和幫助。

　　參考文獻(xiàn)與進(jìn)一步閱讀

　　LM317系列穩(wěn)壓器數(shù)據(jù)手冊 (Texas Instruments, STMicroelectronics, ON Semiconductor等主要制造商)

　　線性穩(wěn)壓器應(yīng)用筆記 (各種制造商提供的設(shè)計(jì)指南和應(yīng)用范例)

　　電源設(shè)計(jì)相關(guān)教材和在線資源

　　思考與實(shí)踐

　　嘗試設(shè)計(jì)一個(gè)可調(diào)輸出電壓的實(shí)驗(yàn)室電源，使用LM317作為核心元件，并考慮如何優(yōu)化散熱。

　　研究如何使用LM317驅(qū)動(dòng)不同數(shù)量的LED串聯(lián)，并計(jì)算合適的限流電阻。

　　探索LM317結(jié)合外部晶體管以實(shí)現(xiàn)更大電流輸出的電路設(shè)計(jì)。

　　比較LM317和LDO穩(wěn)壓器在不同應(yīng)用場景下的優(yōu)缺點(diǎn)，以便在未來的設(shè)計(jì)中做出更合理的選擇。

　　通過理論學(xué)習(xí)與動(dòng)手實(shí)踐相結(jié)合，您將能夠更深入地掌握LM317的精髓，并在實(shí)際項(xiàng)目中靈活運(yùn)用。