LM317 可调稳压器规格书与应用指南

　　LM317 是一款应用极为广泛的可调三端正压稳压器，自问世以来，凭借其卓越的性能、易用性和高可靠性，在各种电子电路中占据了不可替代的地位。本规格书旨在全面、深入地介绍 LM317 的特性、工作原理、参数、典型应用电路以及设计考量，以期为工程师和爱好者提供一份详尽的参考指南。

　　1. 概述与简介

　　LM317 是国家半导体（National Semiconductor，现已被德州仪器 TI 收购）于 20 世纪 70 年代初推出的一款开创性的可调三端正压稳压器。它的出现极大地简化了电源设计的复杂性，使得工程师能够方便地构建各种电压输出的稳压电源。在此之前，设计可调电源通常需要复杂的离散元件组合，或者使用较为昂贵和复杂的集成稳压器。LM317 的核心优势在于其内部集成的基准电压源、误差放大器以及功率晶体管，使其在仅需要两个外部电阻的情况下即可实现 1.25V 至 37V 的宽范围输出电压调节，并提供高达 1.5A 的输出电流能力。

　　LM317 的封装形式多样，最常见的是 TO-220 封装，这种封装散热良好，适合中等功率应用。此外，还有 TO-3、SOT-223、TO-263 等多种封装，以适应不同的功率和空间需求。其内部包含过热保护和短路电流限制电路，进一步增强了器件的鲁棒性和可靠性，使其能够承受异常工作条件下的应力。由于其卓越的通用性和成本效益，LM317 被广泛应用于实验室电源、汽车电子、工业控制、消费电子以及各种电池充电器等领域。理解 LM317 的基本原理和应用技巧，对于任何从事电子设计的人员来说，都是一项重要的基础技能。

　　2. 主要特性与优势

　　LM317 的成功并非偶然，其一系列独特而实用的特性使其在众多稳压器中脱颖而出。深入理解这些特性对于充分发挥 LM317 的潜力至关重要。

　　2.1. 可调输出电压范围

　　LM317 最显著的特点是其宽广的可调输出电压范围。通过简单地改变两个外部电阻的比例，输出电压可以在 1.25V 到 37V 之间任意设定。这个范围涵盖了绝大多数低压和中压应用的需求，从微控制器供电的 3.3V/5V，到需要较高电压的模拟电路或电机驱动，LM317 都能胜任。这种灵活性使得它成为通用电源设计的理想选择，无需为每种特定的电压需求都设计独立的稳压电路。

　　2.2. 高输出电流能力

　　标准 LM317 提供高达 1.5A 的输出电流能力。对于许多中小型电子设备而言，这个电流足以满足其功耗需求。例如，为小型嵌入式系统、传感器节点、LED 照明驱动或音频前置放大器供电，1.5A 的电流裕量通常是足够的。对于需要更高电流的应用，可以通过并联多个 LM317 或使用外部功率晶体管进行电流扩展，但通常情况下，单个 LM317 已能满足大部分需求。

　　2.3. 卓越的线路调整率

　　线路调整率（Line Regulation）衡量的是输出电压在输入电压变化时的稳定性。LM317 具有非常出色的线路调整率，这意味着即使输入电压在一定范围内波动，输出电压也能保持非常稳定。典型的线路调整率为 0.01%/V，这对于那些输入电源可能不稳定的应用（如电池供电系统或使用未经稳压的变压器输出）来说至关重要，它能确保下游电路的稳定运行。

　　2.4. 优异的负载调整率

　　负载调整率（Load Regulation）衡量的是输出电压在负载电流变化时的稳定性。LM317 的负载调整率同样优秀，通常在 0.1% 的水平。这意味着当负载电流从最小变化到最大时，输出电压的变化非常小。这对于动态负载的应用（如 CPU 或 DSP 供电，其电流需求会随处理任务动态变化）是至关重要的，它保证了在各种工作条件下，为负载提供恒定的电压。

　　2.5. 内置保护功能

　　为了提高器件的可靠性和鲁棒性，LM317 内部集成了多种保护电路。

　　过热保护（Thermal Overload Protection）： 当芯片内部温度超过预设阈值（通常在 175°C 左右）时，过热保护电路会自动降低输出电流，甚至关断输出，以防止器件因过热而损坏。这在散热不良或瞬态过载情况下尤为重要。

　　短路电流限制（Short-Circuit Current Limit）： 当输出端意外短路时，内部短路电流限制电路会限制流经器件的电流，防止器件损坏。这对于在电路调试或实际应用中可能发生的意外短路情况提供了重要的保护。

　　这些内置保护功能大大降低了设计风险，并提高了最终产品的可靠性。

　　2.6. 标准三端封装

　　LM317 采用标准的 TO-220、TO-3、SOT-223 等三端封装，引脚定义清晰，易于安装和布局。TO-220 封装是业界标准的通孔封装，可以方便地与散热片配合使用，以应对大电流应用时的散热需求。这种标准化使得 LM317 能够快速集成到各种 PCB 设计中。

　　2.7. 浮动操作

　　LM317 是一种浮动稳压器，这意味着它不直接参考地线，而是参考其输出端。这种特性使得 LM317 可以应用于各种配置，包括高电压应用中的浮动稳压器，以及某些电流源应用。它提供了更大的设计灵活性。

　　3. 工作原理

　　理解 LM317 的内部工作原理是正确应用和优化其性能的基础。LM317 的核心是一个反馈控制系统，旨在维持其输出电压与内部基准电压之间的恒定关系。

　　3.1. 内部结构框图

　　LM317 的内部结构可以简化为一个包含以下主要模块的框图：

　　基准电压源（Voltage Reference）： 这是一个高精度、温度稳定的电压源，通常产生一个 1.25V 的基准电压 V_REF。这个电压是整个稳压器工作的基石。

　　误差放大器（Error Amplifier）： 这是一个高增益的差分放大器，其一个输入端连接到基准电压源，另一个输入端连接到输出电压的分压点（通过外部电阻实现）。误差放大器比较这两个电压，并产生一个误差信号。

　　串联调整管（Series Pass Transistor）： 通常是一个 NPN 功率晶体管（或达林顿对），它串联在输入和输出之间。误差放大器的输出会控制这个晶体管的基极（或栅极），从而调节其集电极-发射极之间的压降，进而调节输出电压。

　　保护电路（Protection Circuits）： 包括过热保护和短路电流限制电路，用于在异常工作条件下保护器件。

　　3.2. 稳压原理

　　LM317 的稳压原理基于负反馈机制。其内部误差放大器会持续监测输出电压，并将其与内部精确的 1.25V 基准电压进行比较。具体来说，输出电压通过两个外部电阻 R_1 和 R_2 进行分压，分压后的电压反馈到误差放大器的一个输入端（通常是 ADJUST 端）。误差放大器的另一个输入端连接到内部的 1.25V 基准电压。

　　当输出电压发生变化时（例如，由于输入电压波动或负载电流变化），经过分压后的反馈电压也会随之变化。误差放大器检测到这个变化后，会产生一个与误差成比例的控制信号。这个控制信号随后驱动串联调整管，调整其导通程度。

　　如果输出电压偏高，反馈电压也会偏高，误差放大器会减小对串联调整管的驱动，使其导通程度降低，从而增加其压降，进而降低输出电压，使其回到设定值。

　　如果输出电压偏低，反馈电压也会偏低，误差放大器会增加对串联调整管的驱动，使其导通程度增加，从而减小其压降，进而提高输出电压，使其回到设定值。

　　通过这种实时的负反馈调节，LM317 能够将输出电压精确地稳定在由 R_1 和 R_2 设定的目标值上。

　　3.3. 输出电压计算公式

　　LM317 的输出电压 V_OUT 由以下公式决定：

　　V_OUT=V_REFtimes(1+fracR_2R_1)+I_ADJtimesR_2

　　其中：

　　V_REF 是 LM317 内部的基准电压，典型值为 1.25V。

　　R_1 和 R_2 是外部设置输出电压的分压电阻。R_1 连接在 ADJUST 端和输出端之间，R_2 连接在 ADJUST 端和地之间。

　　I_ADJ 是流经 ADJUST 引脚的静态电流，通常为 50μA 至 100μA。在大多数应用中，I_ADJtimesR_2 这一项相对于 V_REFtimes(1+fracR_2R_1) 而言非常小，因此在工程计算中常常被忽略。

　　因此，简化后的输出电压计算公式为：

　　V_OUTapproxV_REFtimes(1+fracR_2R_1)

　　为了保证稳压器的稳定工作和最小输出电压为 1.25V，R_1 的选择通常在 120Ω 到 240Ω 之间。当 R_2 为 0 时，输出电压为 1.25V。

　　4. 电气特性参数

　　LM317 的电气特性参数是评估其性能和进行电路设计的关键依据。以下列举了一些重要的参数及其典型值和意义。

　　4.1. 输出电压范围

　　V_OUT (Min): 1.25V (ADJUST 和 OUTPUT 之间压差)

　　V_OUT (Max): 37V

　　这个范围代表了 LM317 能够提供的最小和最大可调输出电压。

　　4.2. 输入-输出电压差

　　压差（Dropout Voltage）： LM317 能够正常工作的最小输入-输出电压差。典型值约为 2V 至 3V。

　　例如，如果要输出 5V，输入电压至少需要 5V + 2V = 7V。

　　压差越小，稳压器在低输入电压下的工作能力越强，效率也越高（尤其是在电池供电应用中）。LM317 属于非低压差（Non-LDO）稳压器，其压差相对较高。

　　4.3. 输出电流

　　I_OUT (Max): 1.5A

　　这是 LM317 在正常散热条件下能够提供的最大连续输出电流。需要注意的是，实际可提供的电流会受到封装类型、环境温度和散热条件的影响。在电流较大时，必须配备足够的散热片以防止过热。

　　4.4. 线路调整率

　　Line Regulation (Typical): 0.01%/V

　　Line Regulation (Max): 0.04%/V (对于 1.5A 版本)

　　表示输入电压每变化 1V，输出电压的变化百分比。数值越小，表示稳压器对输入电压波动的抑制能力越强。

　　4.5. 负载调整率

　　Load Regulation (Typical): 0.1%

　　Load Regulation (Max): 0.3% (对于 1.5A 版本)

　　表示负载电流从最小到最大变化时，输出电压的变化百分比。数值越小，表示稳压器对负载电流变化的抑制能力越强。

　　4.6. 静态电流（Quiescent Current）

　　I_Q (Typical): 5mA

　　I_Q (Max): 10mA

　　这是 LM317 在空载时流经器件的电流，即自身消耗的电流。在电池供电或低功耗应用中，需要关注这个参数。

　　4.7. ADJUST 引脚电流

　　I_ADJ (Typical): 50μA

　　I_ADJ (Max): 100μA

　　流经 ADJUST 引脚的电流。虽然通常很小，但在高精度应用中，特别是在 R_2 阻值非常大的情况下，需要将其考虑进输出电压的计算。

　　4.8. 纹波抑制比（Ripple Rejection）

　　Ripple Rejection (Typical): 80dB

　　衡量稳压器抑制输入端交流纹波的能力。80dB 的纹波抑制比意味着输入端的交流纹波电压被衰减了 1080/20=104=10000 倍。这对于需要低噪声电源的敏感电路非常重要。

　　4.9. 温度范围

　　工作结温范围： -40°C 至 +125°C

　　这是器件能够安全工作的内部芯片结温范围。在实际应用中，必须确保结温在此范围内，通常通过散热设计来实现。

　　5. 典型应用电路

　　LM317 的灵活性使其能够应用于多种电源配置。以下是一些最常见的典型应用电路。

　　5.1. 基本可调稳压器电路

　　这是 LM317 最常见也是最基本的应用。它只需要两个外部电阻 R_1 和 R_2 即可设定输出电压。

　　5.1.1. 电路图

　　VIN ------+          |          |         LM317         VIN (Pin 3)          |         VOUT (Pin 2) -----+---- VOUT (regulated output)          |                |          |                R2          |                |         ADJ (Pin 1) ------+          |                |          R1               |          |                GND          |         GND

　　5.1.2. 元件选择与计算

　　输入电容 C_IN： 通常为 0.1μF 至 1μF 的陶瓷电容或电解电容。放置在 LM317 的 VIN 引脚附近，用于滤除输入端的瞬态噪声和纹波，提高稳压器稳定性。如果输入电源距离 LM317 较远（超过 15cm），建议使用更大的电解电容（如 10μF 或 100μF）与小陶瓷电容并联。

　　输出电容 C_OUT： 通常为 1μF 至 10μF 的钽电容或铝电解电容。放置在 LM317 的 VOUT 引脚附近，用于改善瞬态响应、降低输出纹波，并确保稳压器在负载变化时保持稳定。如果负载电流变化较大，可能需要更大的输出电容。ESR (等效串联电阻) 较低的电容通常对稳定性更有利。

　　R_1： 通常选择 120Ω 到 240Ω 之间。一个常见的选择是 240Ω。这个电阻决定了流过 ADJUST 引脚的最小电流，对于维持稳压器的稳定性至关重要。

　　R_2： 根据所需的输出电压和 R_1 的值计算。

　　R_2=R_1times(fracV_OUT1.25V−1)

　　例如，如果 R_1=240Ω，要得到 5V 输出： R_2=240Ωtimes(frac5V1.25V−1)=240Ωtimes(4−1)=240Ωtimes3=720Ω

　　5.1.3. 设计考量

　　最小负载电流： LM317 需要一个最小负载电流（通常为 3.5mA 到 10mA）才能正常稳压。如果负载电流可能低于此值，可以通过在输出端并联一个电阻来提供最小负载，例如 R_MINLOAD=fracV_OUTI_MIN。然而，由于 R_1 本身就提供了一个最小电流路径，通常不需要额外的最小负载电阻，除非 R_1 的选择导致电流过小。流过 R_1 和 R_2 的电流为 I_Q+V_REF/R_1。

　　旁路电容： 为了提高纹波抑制和防止自激振荡，在 ADJ 引脚和地之间放置一个 10μF 的电容 C_ADJ (可选，但推荐)。这个电容可以显著提高纹波抑制比，尤其是在高频时，并且有助于改善瞬态响应。

　　5.2. LM317 作为恒流源

　　LM317 不仅可以作为稳压器，还可以通过其内部 1.25V 基准电压的特性，方便地构建恒流源。

　　5.2.1. 电路图

　　VIN ------+          |          |         LM317         VIN (Pin 3)          |         VOUT (Pin 2) -----+---- Load (e.g., LED string)          |                |          |                R_SENSE (Current Sense Resistor)          |                |         ADJ (Pin 1) ------+          |         GND

　　5.2.2. 工作原理与计算

　　在这种配置中，LM317 会尝试保持其 ADJUST 引脚和 VOUT 引脚之间的电压差为 1.25V（即内部基准电压）。因此，流过串联电阻 R_SENSE 的电流将是：

　　I_OUT=fracV_REFR_SENSE+I_ADJ

　　同样地，由于 I_ADJ 较小，可以近似为：

　　I_OUTapproxfrac1.25VR_SENSE

　　通过选择合适的 R_SENSE 值，可以设定输出的恒定电流。这种电路常用于驱动 LED 串，确保 LED 在不同电源电压下亮度一致，并保护 LED 不受过电流损害。

　　5.2.3. 设计考量

　　最小压降： LM317 在恒流模式下也需要保持一个最小的输入-输出压差（通常在 2V 到 3V 之间），以确保正常工作。因此，电源电压 V_IN 必须高于负载两端电压之和加上 LM317 的最小压差。

　　R_SENSE 的功率： R_SENSE 上会产生功率损耗 P=I_OUT2timesR_SENSE。在选择电阻时，需要确保其额定功率足够。

　　LM317 的功率耗散： LM317 本身的功率耗散为 P_LM317=(V_IN−V_OUT)timesI_OUT。这里的 V_OUT 是指 LM317 VOUT 引脚的电压，即负载电压加上 R_SENSE 上的压降。同样需要注意散热。

　　5.3. 带有过载指示的电源

　　通过一些额外的元件，可以为 LM317 电源增加过载指示功能，提高电源的实用性。

　　5.3.1. 电路原理

　　利用一个电流检测电阻和一个比较器（或运放），监测输出电流。当电流超过设定阈值时，点亮一个 LED 进行指示。

　　5.4. 高电流可调电源（带外部功率晶体管）

　　当需要输出电流超过 1.5A 时，可以使用 LM317 结合外部功率晶体管（通常是 PNP 晶体管或达林顿管）来扩展电流能力。

　　5.4.1. 电路原理

　　LM317 作为预稳压和基准，驱动外部功率晶体管。功率晶体管承载大部分的负载电流。

　　5.4.2. 设计考量

　　功率晶体管的选择： 需要选择具有足够集电极电流 (I_C)、集电极-发射极击穿电压 (V_CEO) 和功率耗散 (P_D) 的功率晶体管。

　　散热： 外部功率晶体管将耗散大部分的功率，因此需要对其进行充分的散热设计。

　　反馈回路： 确保反馈回路仍然作用在 LM317 的 ADJUST 端，以保持稳压器的精确控制。

　　6. 设计考量与注意事项

　　成功地将 LM317 应用于实际电路中，需要考虑除了基本接线之外的诸多因素。

　　6.1. 散热

　　散热是 LM317 应用中最关键的考量之一，尤其是在大电流或高输入-输出压差的应用中。LM317 内部的功率耗散 P_D 由以下公式计算：

　　P_D=(V_IN−V_OUT)timesI_OUT

　　这些功率以热量的形式散发出去，如果不能有效散热，芯片结温会迅速升高，达到过热保护阈值，导致输出电流减小甚至关断。

　　TO-220 封装： TO-220 封装的 LM317 的典型热阻（结到环境）在无散热片时约为 50-60°C/W。这意味着每耗散 1W 功率，结温将升高 50-60°C。在实际应用中，如果功耗超过 1W-2W，通常就需要搭配散热片。

　　散热片选择： 散热片的尺寸和类型取决于预计的功耗和环境温度。可以通过计算所需的散热片热阻来选择合适的散热片： R_SA=fracT_J_MAX−T_A_MAXP_D−R_JC−R_CS 其中：

　　T_J_MAX 是芯片最大允许结温（通常 125°C）。

　　T_A_MAX 是最高环境温度。

　　R_JC 是结到壳的热阻（由数据手册提供，TO-220 典型值约 3-5°C/W）。

　　R_CS 是壳到散热片的热阻（取决于接触面处理，通常 0.1-1°C/W，使用导热硅脂可降低）。

　　导热硅脂/绝缘垫片： 为了提高散热效率，通常在 LM317 的金属背板和散热片之间涂抹导热硅脂。如果 LM317 需要与散热片绝缘（例如散热片接地而 LM317 的背板与 VOUT 相连），则需要使用绝缘垫片（如硅胶垫片或云母片）。

　　6.2. 电容选择与放置

　　正确的电容选择和布局对于 LM317 的稳定工作至关重要。

　　输入旁路电容 (C_IN): 靠近 LM317 的 VIN 引脚放置一个 0.1μF 至 1μF 的陶瓷电容，以滤除高频噪声。如果输入电源距离较远或包含大量低频纹波，则需要并联一个大容量的电解电容（10μF 到 1000μF）。

　　输出旁路电容 (C_OUT): 靠近 LM317 的 VOUT 引脚放置一个 1μF 到 10μF 的钽电容或电解电容。它能够改善瞬态响应，减少输出纹波，并有助于防止自激振荡。较大容量的电容可以提供更好的瞬态负载响应。

　　ADJUST 端电容 (C_ADJ): 在 ADJUST 引脚和地之间放置一个 10μF 的电解电容，可以显著提高稳压器的纹波抑制比（特别是在 120Hz 交流纹波抑制方面）和瞬态响应。这个电容对稳定性也有积极作用，但不是强制性的。

　　所有旁路电容都应尽可能靠近稳压器引脚放置，以最大限度地减少寄生电感和电阻的影响。

　　6.3. 接地与布线

　　良好的接地和布线实践对于任何电源电路都至关重要。

　　单点接地： 尽量采用单点接地技术，避免地环路噪声。将输入电容、输出电容、分压电阻 R_2 和负载的接地端都连接到一个共同的星形接地点。

　　粗短走线： 大电流路径（输入电源线、LM317 VOUT 到负载）应使用宽而短的铜箔走线，以减小电压降和寄生电阻。

　　ADJUST 引脚布线： 连接 R_1 和 R_2 的 ADJUST 引脚走线应远离噪声源，并尽可能短。

　　6.4. 最小负载电流

　　如前所述，LM317 需要一个最小负载电流（通常在 3.5mA 到 10mA 之间）才能正常稳压。如果电路的正常负载在某些情况下可能低于此值，应在输出端并联一个电阻来提供这个最小电流。计算公式为 R_MINLOAD=V_OUT/I_MIN。在多数情况下，R_1 和 R_2 形成的分压器本身就能提供一个足够的静态电流，因此不一定需要额外的最小负载电阻。流过分压器的电流为 I_DIV=V_OUT/(R_1+R_2)。确保 I_DIV+I_LOAD_MINgeI_MIN_REQUIRED。

　　6.5. 输入电压波动

　　LM317 对输入电压的波动具有良好的抑制能力，但这并不意味着可以忽略输入电压的范围。

　　最大输入电压： 确保输入电压不超过 LM317 的最大额定输入电压（通常为 40V）。过高的输入电压会损坏器件。

　　最小输入电压： 确保输入电压始终高于输出电压加上 LM317 的最小压差。否则，LM317 将无法正常稳压，输出电压会下降。

　　输入纹波： 虽然 LM317 具有良好的纹波抑制比，但过大的输入纹波仍然可能影响输出电压的质量。必要时，在 LM317 前级增加更强大的滤波或预稳压电路。

　　6.6. 反向偏压保护

　　在某些应用中，例如电池充电器，如果输入端断开而输出端仍连接着电池，电池的电压可能会反向加到 LM317 的输出端，导致其损坏。为了防止这种情况，可以在 LM317 的输出端和输入端之间并联一个肖特基二极管（如 1N5819），其负极接输入，正极接输出。当输入电压低于输出电压时，二极管会导通，为电流提供一个旁路路径，从而保护 LM317。类似地，在 ADJUST 引脚和 VOUT 引脚之间也可以并联一个二极管，以保护 ADJUST 引脚。

　　6.7. 输出短路保护

　　LM317 内置了短路电流限制功能，但在某些极端情况下，为了进一步提高可靠性，可以在输出端串联一个自恢复保险丝（Polyfuse）或普通保险丝。

　　6.8. 高精度应用

　　对于要求更高输出电压精度的应用：

　　低 I_ADJ 的影响： 尽管 I_ADJ 很小，但在 R_2 阻值非常大的情况下，其对输出电压的影响会变得明显。在这种情况下，需要将 I_ADJtimesR_2 项纳入计算。

　　电阻精度： 使用精度更高的分压电阻（例如 1% 或 0.1% 精度的金属膜电阻）可以提高输出电压的准确性。

　　校准： 如果需要非常高的精度，可以考虑在 R_2 电路中加入一个可调电位器进行微调。

　　7. 进阶应用与技巧

　　LM317 的多功能性使其能够实现除了基本稳压和恒流之外的更复杂应用。

　　7.1. 多路输出电源

　　通过使用多个 LM317 并分别设置其输出电压，可以构建多路输出的稳压电源，为不同电压需求的电路提供独立供电。

　　7.2. 电池充电器

　　LM317 是设计锂离子电池或铅酸电池充电器的理想选择。

　　7.2.1. 恒压充电器

　　通过将 LM317 配置为固定电压输出（例如 4.2V 用于单节锂离子电池），并在输出端串联一个限流电阻，可以实现基本的恒压充电。

　　7.2.2. 恒流/恒压（CC/CV）充电器

　　结合 LM317 的恒流模式和恒压模式，可以构建一个简易的 CC/CV 充电器。在充电初期，电池电压较低，LM317 工作在恒流模式，提供设定的充电电流。当电池电压升高到预设的充电终止电压时，LM317 转换为恒压模式，保持输出电压不变，充电电流逐渐减小，直至电池充满。这通常需要一些额外的比较器和开关电路来在两种模式之间切换。

　　7.3. 线性电源的预稳压

　　在需要极低噪声和极高稳定性的应用中，可以将 LM317 作为开关电源的后级或作为另一个线性稳压器的预稳压器。例如，LM317 可以先将较高的、波动的输入电压降低到一个相对稳定的中间电压，然后再由一个低压差（LDO）稳压器对该中间电压进行进一步稳压，以获得极低的噪声输出。这种级联结构可以充分利用 LM317 的大压差能力和 LDO 的低噪声特性。

　　7.4. 软启动电路

　　通过在 ADJUST 引脚和地之间连接一个电容和一个开关，可以实现稳压器的软启动功能。在电源开启时，电容缓慢充电，导致输出电压逐渐升高，而不是瞬间达到设定值。这有助于抑制浪涌电流，保护下游敏感电路。

　　7.5. 电压跟踪器

　　LM317 也可以配置成电压跟踪器，即输出电压随一个外部参考电压的变化而变化。这通常需要使用运算放大器来提供跟踪功能，LM317 则负责提供稳定的电流和功率处理。

　　7.6. 精密电流源

　　虽然 LM317 可以作为基本恒流源，但通过额外的运算放大器和精密电阻，可以构建更精确、更稳定的恒流源，其性能超越了仅用 LM317 实现的简单恒流电路。

　　8. 封装信息与引脚定义

　　LM317 有多种封装形式，每种封装的引脚排列和散热能力都有所不同。

　　8.1. TO-220 封装

　　特点： 最常见的封装，带金属背板，便于安装散热片。适用于中等功率应用。

　　引脚定义（从左到右，面对型号丝印面）：

　　ADJ (Adjust): 调节端

　　VOUT (Output): 稳压输出端

　　VIN (Input): 未稳压输入端

　　背板： 通常与 VOUT 引脚内部连接，因此在安装散热片时需要注意绝缘问题，除非散热片也连接到 VOUT。

　　8.2. SOT-223 封装

　　特点： 表面贴装封装，体积小，适用于空间受限的应用。散热能力弱于 TO-220，适合小电流应用。

　　引脚定义（通常，具体请参考数据手册）：

　　ADJ

　　VOUT

　　VIN

　　GND (通常是散热焊盘)

　　8.3. TO-3 封装

　　特点： 较老的重型金属封装，散热能力极强，适用于大功率应用。现在较少使用。

　　引脚定义： 通常是两个引脚（ADJ 和 VIN）和一个金属壳（VOUT），具体请查阅数据手册。

　　8.4. TO-263 (D2PAK) 封装

　　特点： 表面贴装的功率封装，带大型散热焊盘，散热能力介于 TO-220 和 SOT-223 之间。

　　引脚定义： 类似于 TO-220，但为表面贴装形式。

　　在任何设计中，务必参考具体制造商提供的 LM317 数据手册，以获取精确的封装信息、引脚定义和电气参数。不同制造商的 LM317 在细节上可能存在微小差异。

　　9. 故障排除与常见问题

　　在使用 LM317 时，可能会遇到一些问题。以下是一些常见的故障排除技巧和解决方案。

　　9.1. 输出电压不稳或振荡

　　原因：

　　电容选择不当或放置位置不正确： 输入/输出旁路电容太小、ESR 过高或距离芯片太远。

　　最小负载电流不足： LM317 需要一个最小负载才能稳定工作。

　　地线不良： 接地不良或存在地环路。

　　寄生电感/电容： PCB 布局中的不当走线引入了寄生效应。

　　解决方案：

　　确保输入和输出电容的选择符合数据手册建议，并尽可能靠近芯片引脚放置。

　　如果负载电流可能很小，考虑在输出端并联一个适当的电阻以提供最小负载。

　　检查接地连接，确保所有相关接地点都汇聚到单一星形接地点。

　　优化 PCB 布局，减小大电流回路面积，避免长而细的走线。

　　尝试在 ADJUST 引脚和地之间增加一个 10μF 的电容 (C_ADJ)，这通常能有效改善稳定性。

　　9.2. 输出电压过低或没有输出

　　原因：

　　输入电压不足： 输入电压低于输出电压加上最小压差。

　　过载或短路： 输出电流超过 LM317 的额定电流，导致过流保护或过热保护激活。

　　器件损坏： 芯片本身损坏（例如，由于过压、过流或过热）。

　　接线错误： 引脚连接错误或虚焊。

　　R_1 或 R_2 错误： 电阻值计算错误或电阻本身损坏/开路。

　　解决方案：

　　检查输入电压是否在有效范围内。

　　测量负载电流，确保没有过载。断开负载，看输出电压是否恢复正常。

　　用万用表检查 LM317 各引脚电压，判断是否内部损坏。

　　仔细检查电路接线，对照数据手册确认引脚定义。

　　重新计算 R_1 和 R_2 的值，并用万用表测量其实际阻值。

　　9.3. LM317 过热

　　原因：

　　功耗过大： 输入-输出压差过大和/或输出电流过大，导致内部功耗超过散热能力。

　　散热不良： 没有散热片、散热片尺寸不足或安装不当。

　　环境温度过高： 在高温环境下工作。

　　解决方案：

　　减小输入-输出压差：如果可能，将输入电压降低到刚好满足输出电压要求（输出电压 + 最小压差）。例如，如果输出 5V，输入 9V 通常比输入 12V 更高效。

　　增加散热：安装更大尺寸的散热片，确保散热片与芯片接触良好，并使用导热硅脂。

　　检查通风：确保设备内部有良好的空气流通。

　　考虑使用开关稳压器：对于大电流或高压差应用，线性稳压器效率低、发热大，开关稳压器是更好的选择。

　　并联多个 LM317 或使用外部功率晶体管分担电流。

　　9.4. 纹波抑制效果不佳

　　原因：

　　输入纹波过大： 输入电源的纹波本身就很大。

　　C_ADJ 未使用或容量不足： ADJUST 端电容对纹波抑制有显著影响。

　　布局问题： 噪声耦合。

　　解决方案：

　　加强输入端的滤波。

　　在 ADJUST 引脚和地之间放置一个 10μF 或更大容量的电容 C_ADJ。

　　优化 PCB 布局，确保信号路径和接地完整性。

　　10. LM317 与其他稳压器的比较

　　LM317 并非唯一的稳压器选择，了解其与其他类型稳压器的异同有助于在不同应用场景中做出最佳选择。

　　10.1. 与固定稳压器（如 78xx 系列）的比较

　　LM317（可调）：

　　优点： 输出电压可调，灵活性高，可以通过外部电阻精确设置任何所需的电压。

　　缺点： 需要外部电阻，计算和选择电阻增加了设计步骤。

　　78xx 系列（固定）：

　　优点： 输出电压固定（如 7805 输出 5V，7812 输出 12V），使用简单，只需输入和输出电容。

　　缺点： 缺乏灵活性，每种电压都需要不同的型号。

　　应用场景： 如果需要一个特定且固定的电压，78xx 系列通常更简单直接。如果需要多个电压或电压可调，LM317 更具优势。

　　10.2. 与低压差稳压器（LDO）的比较

　　LM317（非 LDO）：

　　优点： 历史悠久，成熟可靠，成本低廉，电流能力较强（1.5A）。

　　缺点： 压差较高（2V-3V），导致在输入电压接近输出电压时无法正常工作，效率相对较低，发热量大。

　　LDO（Low Dropout Regulator）：

　　优点： 压差极低（通常低于 0.5V，甚至低至几十 mV），在输入电压接近输出电压时也能工作，效率高，发热量小。

　　缺点： 通常电流能力不如 LM317 强大（尽管也有大电流 LDO），价格可能略高。

　　对电容 ESR 的要求： 许多 LDO 对输出电容的 ESR 有特定要求，有些 LDO 需要 ESR 较高的电容才能稳定工作。

　　静态电流： 许多 LDO 具有极低的静态电流，非常适合电池供电的低功耗应用。

　　应用场景： 对于电池供电、对效率和发热量有严格要求、或输入电压与输出电压非常接近的应用，LDO 是更好的选择。对于压差不是关键因素、需要高电流、或对成本敏感的应用，LM317 仍然是可靠的选择。

　　10.3. 与开关稳压器（DC-DC Converter）的比较

　　LM317（线性稳压器）：

　　优点： 简单易用，噪声极低，输出纹波小，瞬态响应快，无需复杂的磁性元件（电感）。

　　缺点： 效率低，尤其是在输入-输出压差大时，能量以热量形式散失，需要大量散热。

　　开关稳压器：

　　优点： 效率极高（通常 80% 到 95%），发热量小，适用于大功率应用或需要将电压大幅降压/升压的场合。

　　缺点： 电路复杂，需要电感、肖特基二极管等外部元件；会产生开关噪声和 EMI 问题，可能需要额外的滤波；瞬态响应可能不如线性稳压器快。

　　应用场景： 对于低噪声、对效率要求不高、电流在 1.5A 以下、且输入-输出压差不大的应用，LM317 仍然是首选。对于大功率、电池供电、或需要大幅度电压转换的应用，开关稳压器是更优的选择。在某些对噪声敏感的大功率应用中，可以采用开关稳压器作为预稳压，再由 LM317（或其他线性稳压器）进行二次稳压以降低噪声。

　　11. 总结

　　LM317 作为一款经典的通用可调三端稳压器，凭借其卓越的性能、极高的可靠性以及简单的使用方式，在电子设计领域保持着不可动摇的地位。它能够轻松实现从 1.25V 到 37V 的宽范围电压调节，并提供高达 1.5A 的输出电流，同时内置过热和短路保护，极大地简化了电源电路的设计。

　　从基本的稳压电源到恒流源，从电池充电器到复杂的线性电源预稳压，LM317 的应用场景极为广泛。然而，为了充分发挥其性能并确保电路的稳定可靠，设计者必须深入理解其工作原理，并细致考量散热、电容选择、接地布线等关键因素。尽管现代电子技术发展迅猛，出现了更多高效、低压差的稳压器，但 LM317 依然是许多应用场景中成本效益高、易于实现且性能可靠的选择。掌握 LM317 的设计与应用技巧，是每一位电子工程师必备的基础知识。