Calculadora de Regulador de Voltaje LM317

Diseña circuitos de regulador de voltaje ajustable usando el IC LM317. Calcula valores de resistencias, disipación de potencia y eficiencia.

El LM317 es un regulador de voltaje positivo ajustable de tres terminales que puede proporcionar un voltaje de salida regulado de 1.25V a 37V. Esta calculadora te ayuda a diseñar circuitos con valores de resistencia apropiados y consideraciones térmicas.

Ejemplos

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Fuente Estándar 5V

Fuente Estándar 5V

Fuente de alimentación común de 5V desde entrada de 12V con consumo de corriente moderado.

Voltaje de Entrada: 12 V

Voltaje de Salida: 5 V

Corriente de Carga: 0.5 A

Voltaje de Referencia: 1.25 V

Valor R1: 240 Ω

Fuente de Bajo Voltaje (3.3V)

Fuente de Bajo Voltaje (3.3V)

Fuente de 3.3V para circuitos digitales desde entrada de 9V.

Voltaje de Entrada: 9 V

Voltaje de Salida: 3.3 V

Corriente de Carga: 0.3 A

Voltaje de Referencia: 1.25 V

Valor R1: 240 Ω

Fuente de Alta Corriente (1A)

Fuente de Alta Corriente (1A)

Fuente de alta corriente de 12V que requiere disipación térmica adecuada.

Voltaje de Entrada: 18 V

Voltaje de Salida: 12 V

Corriente de Carga: 1 A

Voltaje de Referencia: 1.25 V

Valor R1: 240 Ω

Fuente de Precisión (2.5V)

Fuente de Precisión (2.5V)

Fuente de referencia de precisión de 2.5V con baja corriente.

Voltaje de Entrada: 8 V

Voltaje de Salida: 2.5 V

Corriente de Carga: 0.1 A

Voltaje de Referencia: 1.25 V

Valor R1: 120 Ω

Otros Títulos
Comprensión de la Calculadora de Regulador de Voltaje LM317: Una Guía Completa
Domina el diseño e implementación de circuitos de regulador de voltaje ajustable usando el IC LM317. Aprende sobre principios de regulación de voltaje, gestión térmica y optimización de circuitos.

¿Qué es el Regulador de Voltaje LM317?

  • Operación Básica
  • Características Clave
  • Aplicaciones
El LM317 es un regulador de voltaje positivo ajustable de tres terminales que puede suministrar más de 1.5A de corriente de salida en un rango de voltaje de salida de 1.25V a 37V. Es uno de los reguladores de voltaje más populares y versátiles en electrónica, ofreciendo excelente regulación de línea y carga, protección contra sobrecarga térmica y protección contra cortocircuito. El LM317 requiere solo dos resistencias externas para establecer el voltaje de salida, haciéndolo ideal tanto para diseños de fuentes de alimentación simples como complejos.
Cómo Funciona el LM317
El LM317 opera como un regulador de paso en serie, donde un transistor de paso interno controla la caída de voltaje entre entrada y salida. El regulador mantiene un voltaje de referencia constante de 1.25V entre los pines de salida y ajuste. Al conectar un divisor de voltaje (R1 y R2) entre los pines de salida y ajuste, puedes establecer cualquier voltaje de salida por encima de 1.25V. La fórmula Vout = Vref × (1 + R2/R1) determina el voltaje de salida, donde Vref es típicamente 1.25V.
Ventajas Clave del LM317
El LM317 ofrece varias ventajas sobre los reguladores de voltaje fijo. Proporciona voltaje de salida ajustable de 1.25V a 37V, excelente regulación de línea (0.01%/V típico), buena regulación de carga (0.1% típico) y protección contra sobrecarga térmica. El dispositivo se apaga automáticamente si la temperatura de unión excede 150°C, protegiendo tanto al regulador como a la carga. Además, el LM317 incluye protección contra cortocircuito y protección del área de operación segura.
Aplicaciones Comunes
El LM317 encuentra aplicaciones en prácticamente todas las áreas de la electrónica. Se usa comúnmente en fuentes de alimentación de banco, cargadores de baterías, amplificadores de audio, fuentes de alimentación para microcontroladores y sistemas de control industrial. El regulador es particularmente popular en entornos educativos y de prototipado debido a su simplicidad y confiabilidad. Para aplicaciones de precisión, el LM317 puede configurarse como una fuente de corriente constante o usarse con resistencias de precisión para referencias de voltaje de alta precisión.

Especificaciones del LM317:

  • Rango de Voltaje de Salida: 1.25V a 37V
  • Corriente de Salida: Hasta 1.5A continuo
  • Regulación de Línea: 0.01%/V típico
  • Regulación de Carga: 0.1% típico
  • Voltaje de Referencia: 1.25V ±4%
  • Voltaje de Caída: 3V máximo

Guía Paso a Paso para Usar la Calculadora LM317

  • Requisitos del Circuito
  • Selección de Componentes
  • Consideraciones Térmicas
Diseñar un circuito LM317 requiere consideración cuidadosa de los requisitos de voltaje, demandas de corriente, gestión térmica y selección de componentes. Esta guía paso a paso te ayudará a crear circuitos de regulador de voltaje confiables y eficientes.
1. Determina tus Requisitos de Voltaje
Comienza identificando tus requisitos de voltaje de entrada y salida. El voltaje de entrada debe ser al menos 3V mayor que el voltaje de salida deseado para asegurar una regulación adecuada. Por ejemplo, para generar 5V de salida, necesitas al menos 8V de entrada. Considera las variaciones de voltaje en tu fuente de entrada—si usas una fuente no regulada, el voltaje de entrada puede variar significativamente con las condiciones de carga y línea. Siempre diseña para el peor escenario.
2. Calcula los Requisitos de Corriente de Carga
Determina la corriente máxima que tu carga consumirá. El LM317 puede suministrar hasta 1.5A, pero la disipación de potencia se convierte en un factor crítico a corrientes más altas. Calcula la disipación de potencia usando P = (Vin - Vout) × Iload. Por ejemplo, con 12V de entrada, 5V de salida y 1A de carga, la disipación es 7W. Esto requiere disipación térmica adecuada para mantener la temperatura de unión por debajo de 150°C.
3. Selecciona los Valores de Resistencia
Elige R1 primero—los valores estándar son 120Ω, 240Ω, o 1.2kΩ. Los valores más bajos proporcionan mejor regulación pero aumentan la disipación de potencia en el divisor de voltaje. Calcula R2 usando la fórmula R2 = R1 × (Vout/Vref - 1). Por ejemplo, para 5V de salida con R1 = 240Ω y Vref = 1.25V, R2 = 240 × (5/1.25 - 1) = 720Ω. Usa valores de resistencia estándar más cercanos a tu valor calculado.
4. Considera la Gestión Térmica
La disipación de potencia en el LM317 genera calor que debe eliminarse. Calcula la resistencia térmica requerida usando RθJA = (Tjmax - Tambient) / P, donde Tjmax es 150°C. Por ejemplo, con 7W de disipación y 25°C ambiente, necesitas RθJA < 17.9°C/W. La mayoría de los paquetes LM317 tienen RθJA alrededor de 50°C/W, por lo que generalmente se requiere un disipador de calor para corrientes por encima de 100mA.

Ejemplos de Disipación de Potencia:

  • 5V desde 12V a 0.5A: P = (12-5) × 0.5 = 3.5W
  • 3.3V desde 9V a 0.3A: P = (9-3.3) × 0.3 = 1.71W
  • 12V desde 18V a 1A: P = (18-12) × 1 = 6W
  • 2.5V desde 8V a 0.1A: P = (8-2.5) × 0.1 = 0.55W

Aplicaciones del Mundo Real y Variaciones de Circuitos

  • Diseño de Fuentes de Alimentación
  • Configuración de Fuente de Corriente
  • Aplicaciones Avanzadas
La versatilidad del LM317 lo hace adecuado para una amplia gama de aplicaciones más allá de la regulación simple de voltaje. Comprender estas variaciones te permite crear circuitos más sofisticados y eficientes.
Diseño de Fuente de Alimentación de Banco
El LM317 es ideal para fuentes de alimentación de banco debido a su salida ajustable y características de protección. Una fuente de banco típica incluye un transformador, rectificador de puente, capacitor de filtro y circuito LM317. Agrega un potenciómetro para R2 para crear una salida continuamente ajustable. Incluye capacitores de salida (típicamente 1-10μF) para estabilidad y respuesta transitoria. Para fuentes duales, usa un LM337 (regulador negativo) junto con el LM317.
Configuración de Fuente de Corriente Constante
El LM317 puede configurarse como una fuente de corriente constante conectando una sola resistencia entre los pines de salida y ajuste. La corriente está dada por I = Vref/R, donde R es la resistencia de configuración de corriente. Por ejemplo, con R = 1.25Ω, la corriente es 1A. Esta configuración es útil para drivers de LED, carga de baterías y fuentes de corriente de precisión. La corriente permanece constante independientemente de la resistencia de carga (dentro de los límites del regulador).
Aplicaciones de Alta Corriente
Para corrientes por encima de 1.5A, el LM317 puede usarse con un transistor de paso externo. El LM317 proporciona el voltaje de control mientras que el transistor externo maneja la alta corriente. Esta configuración mantiene las características de regulación del LM317 mientras extiende la capacidad de corriente. La disipación térmica adecuada es esencial tanto para el LM317 como para el transistor externo.

Variaciones de Circuitos:

  • Regulador de Voltaje Ajustable: Configuración estándar con R1 y R2
  • Regulador de Voltaje Fijo: Usa resistencias fijas para voltaje de salida específico
  • Fuente de Corriente Constante: Resistencia única entre salida y ajuste
  • Regulador de Alta Corriente: Transistor de paso externo para corrientes >1.5A
  • Fuente Dual: LM317 + LM337 para fuentes ±
  • Referencia de Precisión: Configuración de bajo ruido con resistencias de precisión

Errores Comunes de Diseño y Mejores Prácticas

  • Gestión Térmica
  • Selección de Componentes
  • Consideraciones de Diseño
El diseño exitoso de circuitos LM317 requiere atención al detalle y comprensión de las trampas comunes. Seguir las mejores prácticas asegura operación confiable y rendimiento a largo plazo.
Disipación Térmica Inadecuada
El error más común es la gestión térmica insuficiente. El LM317 puede disipar potencia significativa, especialmente con diferenciales de voltaje entrada-salida altos. Siempre calcula la disipación de potencia y selecciona disipadores de calor apropiados. Considera usar compuesto térmico entre el regulador y el disipador de calor para mejor conductividad térmica. Para aplicaciones de alta potencia, considera cambiar a un regulador conmutado o usar múltiples reguladores en paralelo.
Filtrado de Entrada Deficiente
El LM317 requiere voltaje de entrada limpio para rendimiento óptimo. Siempre incluye capacitores de entrada (típicamente 0.1μF cerámico y 1-10μF electrolítico) cerca del regulador. El capacitor de entrada reduce el ruido de alta frecuencia y proporciona almacenamiento local de energía para transitorios de carga. Sin filtrado de entrada adecuado, el regulador puede oscilar o proporcionar regulación deficiente.
Selección Incorrecta de Resistencias
La selección de resistencias afecta tanto la precisión como la estabilidad. Usa resistencias de precisión (1% o mejor) para aplicaciones que requieren tolerancia de voltaje ajustada. Evita valores de resistencia muy altos (>10kΩ) ya que hacen el circuito sensible al ruido y corrientes de fuga. Para circuitos ajustables, usa potenciómetros de alta calidad con coeficientes de temperatura bajos.

Mejores Prácticas:

  • Siempre incluye capacitores de entrada y salida para estabilidad
  • Usa disipadores de calor para disipación de potencia >1W
  • Mantén el cableado corto y usa conexión a tierra apropiada
  • Selecciona resistencias con tolerancia y potencia apropiadas
  • Considera los efectos de temperatura en los valores de componentes
  • Prueba circuitos bajo condiciones del peor caso

Derivación Matemática y Análisis Avanzado

  • Teoría de Regulación de Voltaje
  • Cálculos de Eficiencia
  • Análisis Térmico
Comprender las relaciones matemáticas en circuitos LM317 permite diseño y optimización precisos. Los cálculos involucran teoría de regulación de voltaje, análisis de disipación de potencia y consideraciones térmicas.
Derivación de la Fórmula de Regulación de Voltaje
La fórmula de voltaje de salida Vout = Vref × (1 + R2/R1) se deriva del principio del divisor de voltaje. El LM317 mantiene Vref entre los pines de salida y ajuste. El voltaje a través de R1 es Vref, y la corriente a través de R1 es I = Vref/R1. Esta misma corriente fluye a través de R2, creando una caída de voltaje de Vref × R2/R1. El voltaje de salida total es Vref + Vref × R2/R1 = Vref × (1 + R2/R1). Esta relación elegante permite establecer voltaje preciso con valores de resistencia simples.
Análisis de Disipación de Potencia y Eficiencia
La disipación de potencia en el LM317 es P = (Vin - Vout) × Iload. La eficiencia es η = (Vout × Iload) / (Vin × Iload) = Vout/Vin. Por ejemplo, con 12V de entrada y 5V de salida, la eficiencia es 41.7%. Esta baja eficiencia es la principal desventaja de los reguladores lineales. Para aplicaciones de alta eficiencia, considera reguladores conmutados. Sin embargo, los reguladores lineales ofrecen ventajas en ruido, simplicidad y costo para aplicaciones de baja potencia.
Resistencia Térmica y Selección de Disipador de Calor
El análisis térmico es crucial para operación confiable. La temperatura de unión es Tj = Tambient + P × RθJA, donde RθJA es la resistencia térmica de unión a ambiente. Para operación segura, Tj debe estar por debajo de 150°C. La resistencia térmica del disipador de calor requerida es RθHS = (Tjmax - Tambient)/P - RθJC - RθCS, donde RθJC es la resistencia térmica de unión a caja y RθCS es la resistencia térmica de caja a disipador.

Cálculos Avanzados:

  • Regulación de Línea: ΔVout/ΔVin = 0.01%/V típico
  • Regulación de Carga: ΔVout/ΔIload = 0.1% típico
  • Resistencia Térmica: RθJA = (Tj - Ta)/P
  • Eficiencia: η = Vout/Vin × 100%
  • Disipación de Potencia: P = (Vin - Vout) × Iload
  • Voltaje de Entrada Mínimo: Vin(min) = Vout + 3V