Почему линейные регуляторы напряжения имеют минимальное выходное напряжение> 0 В

Я пытаюсь выбрать линейный регулятор напряжения для моего проекта (лабораторный источник питания).

Я ошеломлен, что только очень немногие регуляторы утверждают, что выход регулируемого до 0 В. Это , кажется, связанно с тем, что они обычно используют какое - то источник опорного напряжения , соединенный последовательно с ADJ штифтом . Упрощенная схема, представленная в многочисленных паспортах, представлена ​​на диаграмме ниже.

^{смоделировать эту схему - схема, созданная с использованием CircuitLab}

Теперь вопрос ...
Какова причина для этого опорного напряжения? (1,25 В на диаграмме выше)

1. Это как-то связано со стабильностью контура управления / обратной связи? КАК?
2. Является ли это действительный способ обойти проблему минимального выходного напряжения? Или я столкнусь с нестабильностью / любой другой проблемой?
3. Если нет # 2, каков кошерный способ создания (сильноточной) лаборатории. блок питания настраивается на ноль вольт? Нужно ли размещать нагрузку между двумя регуляторами?

PS: Это мой первый вопрос на этом форуме, пожалуйста, не забрасывайте меня камнями сразу:] Я пытался искать / гуглить ЛОТ, но я не уверен, что именно я ищу ... большое спасибо за любой полезный ответ.

PPS: Я знаю, что некоторые стабилизаторы, такие как LT3080 использовать источник тока вместо опорного напряжения, но эта микросхема предположительно регулируется до 0 V только при очень малых нагрузках.

Две причины.

1,25 В - это удобное напряжение для задания эталона напряжения - оно называется эталоном запрещенной зоны и имеет (относительно) низкий температурный коэффициент при комнатной температуре. Вы можете сделать другие виды эталонов, и вы можете сделать различные напряжения от эталона 1,25 В с усилителем или аттенюатором, но 1,25 В довольно неплохо. Вы нужны напряжения (или тока ссылки, который является производным от опорного напряжения обычно) внутри или вы не можете регулировать с известным напряжением.

Во-вторых, 1,25 В - это напряжение, достаточно низкое, чтобы немногим (до совсем недавнего времени) действительно требовалось такое низкое напряжение (на самом деле, никто не заботится о лабораторных расходных материалах), и достаточно высокое, чтобы напряжение смещения внутреннего операционного усилителя не влияло на точность большая. Это также позволяет внутренней цепи, которая не должна работать до 0 В.

Создание простого регулируемого регулятора напряжения, который работает до 0 В, не будет особенно трудным в любом случае, но это добавит стоимость и штыри, и это не является началом для части желе.

Я добавлю еще несколько соображений к отличному ответу Спехро Пефхани.

Производители регуляторов напряжения получают прибыль от продажи своих запчастей, а современная электронная промышленность получает прибыль в основном от товаров массового производства, а не от гиперспециализированных нишевых продуктов.

Регуляторы напряжения имеют огромный успех, потому что они отвечают общей потребности в электронике: обеспечивают стабильное питание для цепей, которые они подают. Большинство электронных устройств используют более или менее стандартизированные значения напряжения питания: 1,8 В, 2,5 В, 3,3 В и 5 В для цифровых схем; 12 В или 15 В для более мощных аналоговых каскадов; 28 В для усилителей мощности, например.

Поэтому производитель имеет преимущество в производстве фиксированных регуляторов напряжения. Конечно, наличие регулируемого регулятора также имеет свои достоинства: вы можете иметь нестандартную шину питания, вы можете захотеть предоставить какой-то способ обрезки напряжения питания, вы можете динамически изменять напряжение для адаптации к сложным запросам питания в сложных условиях. схемотехника и др.

Дело в том, что «пример использования лабораторного блока питания» практически не имеет смысла для производителей микросхем: сравните, сколько лабораторных блоков питания продается каждый год с количеством встроенных регуляторов мощности за один и тот же период!

Более того, любое напряжение до ~ 1,5 В мало используется в качестве напряжения шины питания в современной электронике (возможно, через 10 лет мы увидим новое успешное семейство логических устройств, работающее на напряжении 0,5 В, но до тех пор, нет!), Так что нет никакого стимула создавать регулируемые микросхемы регулятора, которые регулируют напряжение до 0 В (если это входит в проект, хорошо, но это нигде не является основной целью проектирования микросхемы).

Более того, лабораторный источник питания почти никогда не состоит из одного регулятора: вам нужны гораздо более сложные схемы (если это не игрушка для хобби), чтобы снизить уровень шума, обеспечить хороший переходный процесс, избежать перегрузок на выходе, ограничения напряжения и тока и т. Д. То есть все те функции, которые делают лабораторный источник питания достойным внимания. Поэтому не будет «поставки на чип», потому что каждый производитель лабораторных расходных материалов будет оптимизировать свои конструкции по-разному, а «универсальный» чип не будет полезен или, по крайней мере, не понадобится быть серийным.

Мне нечего добавить к вопросу, заданному в названии, но у меня есть возможное решение ваших вторых / третьих пунктов о том, как преодолеть барьер 1,25 В. Как вы, наверное, поняли, выходное напряжение LM317 на 1,25 В больше, чем Vadj, поэтому вам нужно отрицательное напряжение для Voutпонижения до нуля вольт. Я построил двойной источник питания 5А давным-давно и получал очень хорошие результаты, пока кто-то не бросил его при переезде. Я никогда не удосужился восстановить его, но он был основан на схеме ниже. Я опустил компоненты трансформатора / выпрямления / сглаживания, поскольку в этом случае они не являются чем-то особенным. Сглаженные, нерегулируемые источники постоянного тока идут в +VDCи -VDC.

Он использует еще несколько ваших монет с трудом заработанными деньгами, используя операционные усилители для обеспечения стабильной работы Vadj, которая, в свою очередь, требует какого-то рода регулятора для обеспечения питания +/- 12 В для TL074. Любой регулятор будет делать в этом случае фиксированный или регулируемый диапазон.

Как это делает то, что делает:

Очень просто. U1:Aбуферизует напряжение, разделенное через переменный резистор R_ADJ. U1:Cинвертирую это так , чтобы U1:Dи в U1:Bконечном итоге с равными , но противоположными напряжениями на их неинвертирующие входах. Dи Bнеобходимы для обеспечения стабильного высокого импеданса R2+/-(обведено красным).

[Если вы хотите, чтобы отдельные + ve и -ve напряжения подключались U1:B+к своему собственному делителю напряжения, и оставляйте U1:Aoutтолько для R9.]

Два R2резистора соединяются с соответствующими R1резисторами и придерживаются стандартного Voutуравнения, наложенного на таблицы данных для этого регулятора и его двоюродных братьев, за исключением того, что вы затем вычитаете напряжение V_BIAS+(или добавляете напряжение V_BIAS-), чтобы получить фактическое значение Vout. Это до вас , чтобы выбрать значения R2+и R2-- а также R6, R7и R_ADJ- дать вам приемлемые перепады напряжения. Обратите внимание, что R2значения не будут совпадать из-за тока Iadj, который немного отличается от одной микросхемы к другой, но определенно от LM317 до LM337. По большей части, отношения между VadjиIadj является линейным (из опыта), но все немного меняется, когда вы начинаете потреблять значительный ток в нагрузке - следовательно:

Сильное регулирование тока :

Q1/2и R3-5(обведено синим цветом) выполняет работу осла, когда дело доходит до течения. Однако это зависит от тщательного выбора значений для резисторов. Примечание: «2R» и «R» не означают «2 Ом» и «1 Ом» соответственно; они относятся к тому, что один удваивает сопротивление другого. Эта тема освещена в нескольких версиях таблиц данных регуляторов и в Интернете, поэтому я не буду повторять это здесь. В конечном итоге цель состоит в том, чтобы отвести как можно больше тока от регулятора и пропустить через него столько транзисторов, сколько вам нужно, но вам нужно будет определить наилучшие значения для ваших собственных нужд.

Не пытайтесь потреблять слишком большой ток при более низких напряжениях - это означает гораздо более высокое рассеивание мощности от ИС и гораздо более высокие температуры. Если +VDC18 В, +V_out3,3 В и 3 +IoutА, у вас будет 44 Ватт +, превращающихся в тепло. Я полагаю, что это подталкивает скромно утепленную пару TIP147 к точке горения.