這顆芯片，打開(kāi)了線(xiàn)性放大器時(shí)代

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美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司于 20 世紀(jì) 70 年代中期推出的 LM317 將線(xiàn)性穩(wěn)壓功能集成到一個(gè)三端構(gòu)建模塊中，并將電壓選擇簡(jiǎn)化為電阻選擇。

到 20 世紀(jì) 70 年代中期，線(xiàn)性穩(wěn)壓器已經(jīng)非常普及。像 7805 這樣的固定輸出器件，其電源設(shè)計(jì)比分立晶體管穩(wěn)壓器更簡(jiǎn)單，但它們?nèi)匀幌拗屏嗽O(shè)計(jì)人員只能使用預(yù)設(shè)電壓，并且鼓勵(lì)每個(gè)電源軌使用一個(gè)穩(wěn)壓器。

美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司采取了不同的策略。它沒(méi)有銷(xiāo)售另一款固定輸出器件，而是推出了LM317，這是一款可調(diào)正電壓穩(wěn)壓器，可提供超過(guò)1.5A的電流，并且可以使用兩個(gè)電阻將輸出電壓設(shè)置為大約1.25V到37V之間的任意值。

圖中所示為一臺(tái)正在運(yùn)行的LM317芯片，配有散熱片

圖片由Gelpgim22提供

鑒于微處理器、存儲(chǔ)器和模擬集成電路的普及，以及系統(tǒng)越來(lái)越需要無(wú)法與標(biāo)準(zhǔn)穩(wěn)壓器 SKU 完全匹配的特殊電壓，LM317 應(yīng)運(yùn)而生，成為一種通用解決方案。而此時(shí)，工程師們想要的不是更多的零件，而是更少的零件。

浮式三端穩(wěn)壓器

LM317 的獨(dú)特之處不在于其功率晶體管或額定電流，而在于它對(duì)穩(wěn)壓的定義。LM317 并非像傳統(tǒng)穩(wěn)壓那樣將輸出電壓與地電壓進(jìn)行比較，而是調(diào)節(jié)其輸出引腳和調(diào)節(jié)引腳之間的電壓。在內(nèi)部，該器件在這兩個(gè)引腳之間維持著約 1.25V 的參考電壓。其他所有設(shè)計(jì)都由此而來(lái)。

穩(wěn)壓器通過(guò)一個(gè)輸出端到調(diào)節(jié)端之間的電阻和一個(gè)調(diào)節(jié)端到地之間的電阻，強(qiáng)制分壓器保持恒定電流。因此，輸出電壓取決于電阻比，而不是固定的內(nèi)部設(shè)定值。美國(guó)國(guó)家電氣公司（National）的應(yīng)用文檔很快將輸出端到調(diào)節(jié)端之間的電阻標(biāo)準(zhǔn)化為240歐姆，以確保幾毫安的編程電流，并即使在輕負(fù)載下也能保持器件的穩(wěn)壓性能。

LM317 的示意圖

圖片由 Peter S. 通過(guò)Wikimedia Commons提供

這種浮動(dòng)架構(gòu)帶來(lái)了兩個(gè)重要結(jié)果。首先，它允許單個(gè)器件覆蓋很寬的電壓范圍，而無(wú)需針對(duì)每個(gè)電壓值進(jìn)行內(nèi)部微調(diào)。其次，這意味著LM317無(wú)需關(guān)心地線(xiàn)的具體位置，只需確保輸入輸出差值在其額定范圍內(nèi)即可。設(shè)計(jì)人員可以像調(diào)節(jié)低壓電源一樣輕松地調(diào)節(jié)高壓電源，前提是器件本身的輸入輸出差值始終不超過(guò)其額定值。

LM317 內(nèi)部采用運(yùn)算放大器驅(qū)動(dòng)達(dá)林頓管，并具備限流、過(guò)熱關(guān)斷和安全工作區(qū)保護(hù)功能。這些安全措施并非事后添加。National 公司特意設(shè)計(jì)了該器件，即使調(diào)節(jié)引腳意外斷開(kāi)，保護(hù)功能仍能保持有效，這對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)服務(wù)和實(shí)驗(yàn)室環(huán)境至關(guān)重要。

性能穩(wěn)定，功能實(shí)用

實(shí)際使用中，LM317 的表現(xiàn)如同一個(gè)性能良好的線(xiàn)性穩(wěn)壓器。典型的線(xiàn)路調(diào)整率約為每伏 0.01%，負(fù)載調(diào)整率約為 0.1%。其紋波抑制能力本身就相當(dāng)不錯(cuò)，并且可以通過(guò)在調(diào)節(jié)引腳旁路一個(gè)電容來(lái)進(jìn)一步提升。National 公司提供的樣品顯示，使用一個(gè)容量適中的電解電容，紋波抑制率可接近 80 dB。

LM317 的引腳配置

圖片由德州儀器公司提供

該器件還有許多特點(diǎn)。由于其內(nèi)部偏置電流并非來(lái)自地，而是來(lái)自輸出端，因此LM317需要一定的最小負(fù)載電流才能保持穩(wěn)壓狀態(tài)。早期的文檔通常將10mA作為最壞情況下的要求。實(shí)際上，這意味著除非添加泄放電阻，否則極輕的負(fù)載也可能導(dǎo)致輸出電壓漂移。

另一個(gè)實(shí)用的小技巧是保護(hù)二極管。大容量輸出電容，尤其是在高輸入電壓下，在斷電期間可能會(huì)將電荷反向釋放到內(nèi)部結(jié)構(gòu)中，因此美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司（National）的應(yīng)用筆記建議使用簡(jiǎn)單的二極管來(lái)安全地引導(dǎo)電流。此后，這一建議一直被寫(xiě)入數(shù)據(jù)手冊(cè)中。

但這絲毫沒(méi)有減緩工程師們對(duì)它的接受度；一旦理解了這種裝置，它就變得可預(yù)測(cè)、容錯(cuò)率高且難以損壞。

從工作臺(tái)耗材到系統(tǒng)導(dǎo)軌

LM317 的輝煌歷史源于其廣泛的應(yīng)用。在實(shí)驗(yàn)室電源中，它只需極少的電路即可實(shí)現(xiàn)可調(diào)輸出，有時(shí)還會(huì)搭配一個(gè)小型負(fù)電壓軌，以便將電壓調(diào)節(jié)至 0V。在電池充電器中，它可以通過(guò)在輸出端和調(diào)節(jié)端之間連接一個(gè)電阻，并將負(fù)載接在調(diào)節(jié)引腳上，從而兼作恒流源。在音頻和儀器設(shè)備中，它提供了純凈的電源軌，避免了早期 DC-DC 轉(zhuǎn)換器可能引入的開(kāi)關(guān)噪聲。

同樣重要的是，它改變了工程師們對(duì)穩(wěn)壓器的看法。電壓選擇不再取決于產(chǎn)品目錄，而是取決于電路圖，這種方法被沿用到后來(lái)的可調(diào)穩(wěn)壓器，甚至現(xiàn)代開(kāi)關(guān)控制器中，許多開(kāi)關(guān)控制器仍然使用 1.2V 或 1.25V 的內(nèi)部基準(zhǔn)電壓和外部分壓器來(lái)設(shè)置輸出電壓。

如今，盡管LM317歷史悠久，卻幾乎無(wú)人問(wèn)津。它速度慢，按現(xiàn)代標(biāo)準(zhǔn)來(lái)看效率不高，與集成開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器相比也并不特別緊湊。然而，自問(wèn)世數(shù)十年后，它依然在生產(chǎn)，即使在國(guó)家半導(dǎo)體公司倒閉很久之后，仍由多家制造商繼續(xù)生產(chǎn)。

它的耐用性與其他長(zhǎng)壽命模擬元件一樣，源于相同的理念。LM317 簡(jiǎn)潔明了地解決了一個(gè)實(shí)際問(wèn)題，建立了一種工程師可以信賴(lài)的模式，并且其性能足夠接近理想狀態(tài)，因此其局限性也易于克服。它沒(méi)有故弄玄虛，而是憑借其實(shí)用性取得了成功。

https://www.allaboutcircuits.com/news/national-semiconductors-lm317-and-the-rise-of-adjustable-linear-power/

（來(lái)源：all about circuits）

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