Solución:
Varias personas han señalado correctamente que el voltaje de salida del LM317 se ve afectado por la corriente Iadj que fluye en R2 (consulte el circuito de ejemplo a continuación).
Dos factores son potencialmente relevantes para Iadj: sus valores absolutos de 50 uA típico, 100 uA máximo y su variación en el rango de carga de 0.2 uA típico, 5 uA máximo. Como han señalado otros, R2 debe ser lo suficientemente pequeño como para que se pueda ignorar la caída de voltaje de Iadj en R2 o debe ser permitido. Si R2 es grande, entonces el cambio de Iadj a través de R2 bajo carga puede ser significativo. Por ejemplo, si Iadj cambió por su valor máximo de 5 uA a través de la carga y si R2 fue 100k (mucho más grande de lo habitual) entonces el cambio en Vout sería V = IR = 5 uA.100k = 0.5Volt! Incluso un 20k aquí causaría un cambio de 0.1 voltios, lo que puede ser preocupante en algunos casos. (Si lo fuera, probablemente no debería usar un regulador simple de 3 terminales, pero esa es otra historia).
Problema menos sutil: Hay un segundo menos factor sutil pero a veces pasado por alto. La electrónica interna del LM317 es “operada” por el voltaje de caída en el regulador y una corriente mínima DEBE Fluir a través del regulador para lograr la regulación.
La hoja de datos del LM317 especifica 10 mA máx., 3,5 mA típico como mínimo corriente de carga (en la página 4 de la hoja de datos a la que se hace referencia). (Un mínimo máximo es un buen concepto :-)). El diseño ‘adecuado’ requiere que se permitan 10 mA en el peor de los casos. SI la carga externa siempre consume 10 mA o más, entonces todo está bien. Sin embargo, si la corriente de carga externa puede caer por debajo de 10 mA, entonces el diseño debe proporcione una carga para proporcionar estos 10 mA. En el peor de los casos, sin carga, R1 proporciona una forma conveniente de proporcionar los 10 mA al mismo tiempo que proporciona un divisor agradablemente “rígido”. R1 siempre tendrá 1,25 V en funcionamiento normal. El uso de R1 = 240 ohmios como se muestra en el ejemplo de la hoja de datos da I = V / R = 1.25 / 240 = 5.2 mA que es más que la carga mínima típica de 3.5 mA necesaria pero menor que la carga mínima necesaria en el peor de los casos de 10 mA. Si no puede haber carga externa cero, entonces no necesita más de R = V / I = 1.25V / 10 mA = 125 ohmios para R1 si esta es la forma en que obtiene su corriente de carga mínima. ASI QUE la resistencia de 240 ohmios que se muestra para R1 no cumpliría con el requisito de carga mínima LM317 en el peor de los casos. Se debe usar un valor menor de R1 o siempre debe estar presente una carga externa mínima adecuada para llevar el total hasta al menos 10 mA.
Con R1 configurado, R2 ahora se puede dimensionar para lograr el voltaje de salida deseado. Con 10 mA fluyendo en R1 + R2, Iadj es insignificantemente pequeño en todos los casos excepto en los críticos.
Al ‘diseñar’ un circuito (en lugar de simplemente ‘hacer que funcione’) es esencial que se utilicen los parámetros del peor caso. Lo que constituye ‘peor’ variará con el parámetro y, en algunos casos, es posible que tenga que usar el mínimo valor de un parámetro para un cálculo de diseño y el valor máximo del mismo parámetro para otro cálculo.
Problemas de eficiencia:
“Por interés”: el LM317 tiene un voltaje de caída mínimo de aproximadamente 1,5 V a 2 V para la mayoría de las condiciones que normalmente se aplican. (25C, 20 mA a 1A.) La caída puede ser tan baja como 1V a 20 mA a 150 C (!!!) y tan alta como 2.5V a 1.5A ya sea a -50C o + 150C (!). 2V es un valor safish para la deserción para los cálculos de alcance. El peor caso para su diseño debe establecerse al realizar el diseño final.
En, digamos, 5V de salida, entonces la eficiencia = <= Vout / Vin = 5 / (5 + 2) = ~ 71%.
A corrientes muy bajas, la corriente de carga mínima de 10 mA puede ser significativa. por ejemplo, a 1 mA de eficiencia de salida = 1ma_carga / 10_ x 71% = mA_min = 7.1%! 🙂 :-(.
A 5 mA de su 5/10 x 71% = ~ 35%.
La eficiencia máxima se eleva típicamente al 70% con cargas crecientes.
PERO todo lo anterior es lo que sucede cuando el regulador está justo en el punto de “caída”. Cuando Vin está más de aproximadamente 2 V por encima de Vout, el trabajo de los reguladores es reducir el exceso de voltaje. Por tanto, la eficiencia debe ser inferior al máximo posible en la mayoría de los casos.
Otros ya han apuntado a la ecuación
$ V_ {OUT} = 1.25V left (1+ dfrac {R_1} {R_2} right) + I_ {ADJ} R_2 $
que también se puede encontrar en la hoja de datos. Reorganizar por $ R_1 $ nos da
$ R_1 = R_2 left ( dfrac {V_ {OUT} – I_ {ADJ} R_2} {1.25V} – 1 right) $
Si $ V_ {OUT} $ está en el orden de voltios (lo más probable) y $ R_2 $ está en los cientos de $ Omega $ el término $ I_ {ADJ} R_2 << V_ {OUT } $ y se puede ignorar, ya que $ I_ {ADJ} $ es un máximo de 100 $ mu $ A. Entonces obtenemos una ecuación simplificada:
$ R_1 = R_2 left ( dfrac {V_ {OUT}} {1.25V} – 1 right) $
Por ejemplo, para $ V_ {OUT} $ = 5V y $ R_2 $ = 100 $ Omega $ la primera ecuación nos da un valor de 299.2 $ Omega $, mientras que la segunda nos da 300 $ Omega $, un error de solo 0.3%.
Por otro lado, si elige 10k $ Omega $ para $ R_2 $, obtendrá valores de 22k $ Omega $ y 30k $ Omega $ resp. por $ R_1 $. Usar 30k $ Omega $ resultaría en 6V en lugar de 5V, ¡un error del 20%!
Hay otra buena razón para elegir valores bajos para $ R_1 $ y $ R_2 $. La hoja de datos menciona un carga mínima de 3,5 mA típico, 10 mA máximo. Es mejor elegir 10 mA, no solo porque siempre tiene que calcular para el peor de los casos, sino también porque los 10 mA se dan como condición mínima para los otros parámetros.
Para 5V de salida, querrás $ R_1 $ + $ R_2 $ <500 $ Omega $ entonces.
El voltaje de salida no está determinado por la relación de R1 a R2. Está dado por la siguiente ecuación:
$ V_ {OUT} = 1.25 left (1+ frac {R_1} {R_2} right) + I_ {ADJ} R_2 $
Para propósitos ordinarios, el término $ I_ {ADJ} R_2 $ puede descartarse, porque $ I_ {ADJ} $ es del orden de $ 100 mbox {} { mu} A $.
Ha multiplicado sus resistencias por 10, por lo que este término de error también se multiplicará por 10, pasando de 33 mV a 330 mV, o 0,33 V.