Pourquoi les régulateurs de tension linéaires ont une tension de sortie minimale> 0 V

J'essaie de choisir un régulateur de tension linéaire pour mon projet (alimentation de laboratoire).

Je suis stupéfait que seulement très peu de régulateurs prétendent avoir une sortie réglable à 0 V. Cela semble être dû au fait qu'ils utilisent généralement une sorte de référence de tension connectée en série avec la broche ADJ . Les schémas simplifiés, trouvés dans de nombreuses fiches techniques, sont dans le schéma ci-dessous.

^{simuler ce circuit - Schéma créé à l'aide de CircuitLab}

Maintenant à la question ...
Quelle est la raison d'avoir cette référence de tension? (1,25 V dans le schéma ci-dessus)

1. Cela a-t-il quelque chose à voir avec la stabilité de la boucle de contrôle / rétroaction? COMMENT?
2. Est- ce un moyen valable de contourner le problème de tension de sortie minimale? Ou vais-je rencontrer une instabilité / tout autre problème?
3. Sinon # 2, quelle est la manière cachère de créer un laboratoire (à courant élevé). alimentation réglable à zéro volt? Dois-je mettre la charge entre deux régulateurs?

PS: Ceci est ma première question sur ce forum, veuillez ne pas me lapider tout de suite:] J'ai essayé de chercher / google BEAUCOUP, mais je ne sais pas exactement ce que je recherche ... merci beaucoup pour toute réponse utile.

PPS: Je sais que certains régulateurs, comme le LT3080, utilisent une source de courant au lieu d'une référence de tension, mais ce circuit intégré est censé être réglable à 0 V uniquement pour de très petites charges.

Deux raisons.

1,25 V est une tension pratique pour faire une référence de tension - elle est appelée référence de bande interdite et a un coefficient de température (relativement) faible à température ambiante. Vous pouvez faire d'autres types de références et vous pouvez faire différentes tensions à partir d'une référence de 1,25 V avec un amplificateur ou un atténuateur, mais 1,25 V est assez bon. Vous avez besoin d' une tension (ou d'une référence de courant, qui est généralement dérivée d'une référence de tension) à l'intérieur ou vous ne pouvez pas régler à une tension connue.

Deuxièmement, 1,25 V est une tension à la fois suffisamment faible pour que peu (jusqu'à très récemment) aient réellement besoin d'une alimentation aussi faible (vraiment, personne ne se soucie des fournitures de laboratoire) et suffisamment élevée pour que la tension de décalage de l'ampli-op interne n'affecte pas la précision beaucoup. Il permet également un circuit interne qui ne doit pas fonctionner jusqu'à 0V.

Faire un simple régulateur de tension réglable qui fonctionne jusqu'à 0 V ne serait en aucun cas particulièrement difficile, mais cela ajouterait du coût et des broches, et c'est un non-démarreur pour une partie de bonbon.

J'ajouterai quelques considérations supplémentaires à l'excellente réponse de Spehro Pefhany.

Les fabricants de régulateurs de tension réalisent un bénéfice en vendant leurs pièces et l'industrie électronique moderne tire principalement ses bénéfices des produits de masse, et non des produits de niche hyper-spécialisés.

Les régulateurs de tension connaissent un énorme succès car ils répondent à un besoin commun en électronique: fournir une alimentation en tension stable aux circuits qu'ils alimentent. La plupart des appareils électroniques utilisent des valeurs d'alimentation en tension plus ou moins normalisées: 1,8 V, 2,5 V, 3,3 V et 5 V pour les circuits numériques; 12V ou 15V pour les étages analogiques de puissance supérieure; 28V pour les amplificateurs de puissance, par exemple.

Par conséquent, un fabricant a l'avantage de produire des régulateurs de tension fixes. Bien sûr, avoir un régulateur réglable a aussi ses avantages: vous pouvez avoir un rail d'alimentation en tension non standard, vous pouvez vouloir fournir un moyen de couper la tension d'alimentation, vous pouvez vouloir changer la tension dynamiquement pour s'adapter aux demandes de puissance dans les complexes circuits, etc.

Le fait est que le «cas d'utilisation de l'alimentation électrique de laboratoire» n'a presque aucun sens pour les fabricants de puces: comparez le nombre d'alimentations de laboratoire vendues chaque année au nombre de régulateurs de puissance embarqués construits au cours de la même période!

De plus, toute tension inférieure à ~ 1,5 V a peu d'utilité en tant que tension de rail d'alimentation dans l'électronique actuelle (peut-être que dans 10 ans, nous verrons une nouvelle famille logique réussie fonctionner à 0,5 V, mais jusque-là, non!), Donc il n'y a aucune incitation pour créer des puces de régulateur réglables qui régulent jusqu'à 0 V (si cela fait partie de la conception, c'est bien, mais ce n'est nulle part un objectif de conception de puce principal).

De plus, une alimentation de laboratoire n'est presque jamais constituée d'un seul régulateur: vous avez besoin de circuits beaucoup plus sophistiqués (sauf s'il s'agit d'un jouet d'amateur) pour réduire le bruit, fournir une bonne réponse transitoire, éviter le dépassement de la sortie, la limitation de la tension et du courant, etc. , c'est-à-dire toutes ces fonctionnalités qui valent la peine d'avoir une alimentation de laboratoire. Par conséquent, il n'y aura pas de «fourniture sur une puce» car chaque fabricant de fournitures de laboratoire optimisera leurs conceptions de différentes manières, et une puce «fourre-tout» ne sera pas utile, ou du moins, ne sera pas nécessaire pour être produit en masse.

Je n'ai rien à ajouter pour la question posée dans le titre, mais j'ai une solution possible à vos deuxième / troisième points sur la façon de surmonter la barrière 1.25V. Comme vous l'avez probablement réalisé, la tension de sortie du LM317 est supérieure de 1,25 V à Vadj, donc vous avez besoin d'une alimentation négative pour Voutdescendre à zéro volt. J'ai construit une alimentation double 5A il y a longtemps et j'ai obtenu de très bons résultats jusqu'à ce que quelqu'un la laisse tomber lors du déménagement. Je n'ai jamais réussi à le reconstruire, mais il était basé sur le circuit ci-dessous. J'ai omis les composants transformateur / redresseur / lissage car ils n'ont rien de spécial dans ce cas. Les alimentations CC lissées et non réglementées vont à +VDCet -VDC.

Il utilise un peu plus de vos pièces d'argent durement gagnées en utilisant des amplificateurs opérationnels pour fournir une stabilité Vadj, qui à son tour nécessite une sorte de régulateur pour fournir l'alimentation +/- 12V pour le TL074. Tout régulateur fera dans ce cas, fixe ou réglable, sur une plage équitable.

Comment il fait la chose qu'il fait:

Très simplement. U1:Atamponne la tension divisée à travers la résistance variable R_ADJ. U1:Cinverse cela de sorte que U1:Det U1:Bse retrouvent avec des tensions égales mais opposées à leurs entrées non inverseuses. Det Bsont essentiels pour fournir une haute impédance stable R2+/-(entouré en rouge).

[Si vous voulez avoir des tensions + ve et -ve séparées, connectez-vous U1:B+à son propre diviseur de tension, et ne laissez U1:Aoutque R9.]

Les deux R2résistances s'apparient avec leurs R1résistances respectives et adhèrent à l' Voutéquation standard collée sur les fiches techniques de ce régulateur et de ses cousins, sauf que vous soustrayez ensuite la tension V_BIAS+(ou ajoutez la tension à V_BIAS-) pour obtenir la valeur réelle Vout. Il est à vous de choisir des valeurs de R2+et R2-- et aussi R6, R7et R_ADJ- pour vous donner des sautes de tension acceptables. Notez que les R2valeurs ne seront pas la correspondance en raison du courant Iadj, qui diffère légèrement d'un CI à l'autre, mais certainement du LM317 au LM337. Pour l'essentiel, la relation entre VadjetIadj est linéaire (par expérience), mais les choses changent un peu lorsque vous commencez à tirer un courant important dans la charge - d'où:

Régulation à courant élevé :

Q1/2et R3-5(entouré en bleu) faire le travail de l'âne en ce qui concerne le courant. Cependant, cela repose sur un choix minutieux des valeurs des résistances. Remarque: "2R" et "R" ne signifient pas respectivement "2 Ohm" et "1 Ohm"; ils se réfèrent à l'un étant le double de la résistance de l'autre. Ce sujet est couvert dans plusieurs versions des fiches techniques de ces régulateurs et en ligne, donc je ne le répéterai pas ici. En fin de compte, l'objectif est de détourner autant de courant que possible du régulateur et de le forcer à travers autant de transistors que vous en avez besoin, mais vous devrez déterminer les meilleures valeurs pour vos propres besoins.

N'essayez pas de tirer trop de courant à des tensions inférieures - cela signifie une dissipation de puissance beaucoup plus élevée des circuits intégrés et des températures beaucoup plus élevées. Si +VDCest de 18 V, +V_out3,3 V et 3 +Ioutampères, vous aurez 44 watts + transformés en chaleur. Je crois que cela pousse une paire de TIP147 modestement dissipée à un point brûlant.