了解LM317稳压器的工作原理后 分四步推导出输出电压公式

关键词: 稳压器

LM317（图 1）是一款正输出可调稳压器

一、LM317 的内部结构

图 2 展示了 LM317 的核心组成部分，包括关键内部元件和两个外部元件：

• 基准电压源：LM317 基于负反馈环路工作，输出电压与基准电压进行比较。其稳定性取决于内部 1.25 伏直流带隙基准源的质量。
• 恒流源：通过恒流源进一步提升基准电压的稳定性，它如同电子屏蔽层，使基准电压免受输入电压变化的影响。
• 放大器：用于比较输出电压与基准电压。
• 调整管：由运算放大器控制的 NPN 调整管决定 LM317 稳压器的输出电压。该调整管为大功率器件，其功耗可通过以下公式估算：
  

  

• 电阻 R1 和 R2：外部电阻，用于设定 LM317 的输出电压。

二、工作原理

核心结论：电阻 R1 两端的电压始终保持在 1.25 伏直流。

运算放大器的黄金法则

要理解 LM317 的工作机制，首先需参考《电子学艺术》中提出的运算放大器黄金法则：

1. 输出端会自动调整，使两个输入端的电压差为零；
2. 输入端几乎不吸收电流。

将这些法则应用于图 2 的简化电路中，可得出结论：R1 两端的电压与基准电压（1.25 伏直流）相等。这一特性是 LM317 工作的关键。

LM317 的输出电压检测方式

LM317 的输出电压并非以地为参考点，而是通过检测 R1 两端的电压降间接获取。

反馈机制使 R1 两端电压恒定为 1.25 伏直流，固定电阻 R1 两端的恒定电压会产生固定电流。因此，忽略 LM317 调整端的微小电流后，R2 的电流也保持恒定。

输出电压公式推导

基于图 2 的关键信息：

1. 运算放大器使 R1 两端电压等于基准电压（1.25 伏直流）；
2. 运算放大器输入端不吸收电流；
3. LM317 调整端的电流远小于 R1 和 R2 的电流，因此可认为 R1 和 R2 的电流相等；
4. NPN 调整管需约 5 毫安电流才能维持线性（放大）工作状态。

由于I_R1 = I_R2：

R1 的选型原则

为确保调整管工作在线性区，R1 的阻值必须小于 250Ω，但也不宜过小（避免不必要的功耗）。通常 R1 的取值范围为 100Ω~250Ω。

想了解有关 LM317 电压调节器的常见误解和实用技巧，请参阅：

LM317 稳压器设计指南：输出公式、常见误区及实用技巧 

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