Por que os reguladores de tensão linear têm tensão de saída mínima> 0 V

Estou tentando escolher um regulador de tensão linear para o meu projeto (fonte de alimentação do laboratório).

Estou surpreso, porque apenas muito poucos reguladores afirmam ter uma saída ajustável a 0 V. Parece ser devido ao fato de que eles geralmente usam algum tipo de referência de tensão conectada em série ao pino ADJ . Esquemas simplificados, encontrados em inúmeras folhas de dados, estão no diagrama abaixo.

^{simular este circuito - esquemático criado usando o CircuitLab}

Agora para a pergunta ...
Qual é o motivo de ter essa referência de tensão? (1,25 V no diagrama acima)

1. Isso tem algo a ver com a estabilidade do loop de controle / feedback? COMO?
2. É isso uma maneira válida de contornar o problema de tensão mínima de saída? Ou irei encontrar instabilidade / qualquer outro problema?
3. Caso contrário, qual é a maneira mais kosher de criar um laboratório (alta corrente). fonte de alimentação ajustável a zero volts? Preciso colocar a carga entre dois reguladores?

PS: Esta é a minha primeira pergunta neste fórum, por favor, não me apavore imediatamente:] Tentei pesquisar / google MUITO, mas não tenho certeza do que exatamente estou procurando ... muito obrigado por qualquer resposta útil.

PPS: Estou ciente de que alguns reguladores, como o LT3080, usam fonte de corrente em vez de referência de tensão, mas este CI é supostamente ajustável a 0 V apenas para cargas muito pequenas.

Duas razões.

1,25V é uma voltagem conveniente para fazer uma referência de voltagem - é chamada de referência de bandgap e possui (relativamente) baixo coeficiente de temperatura à temperatura ambiente. Você pode fazer outros tipos de referências e tensões diferentes de uma referência de 1,25V com um amplificador ou atenuador, mas 1,25V é muito bom. Você precisa de uma voltagem (ou uma referência de corrente, que é derivada de uma referência de voltagem normalmente) dentro ou não pode regular para uma voltagem conhecida.

Em segundo lugar, 1,25V é uma tensão baixa o suficiente para que poucos (até muito recentemente) realmente precisem de uma fonte baixa (na verdade, ninguém se importa com suprimentos de laboratório) e alta o suficiente para que a tensão de compensação do amplificador operacional interno não afete o precisão muito. Também permite um circuito interno que não precisa trabalhar até 0V.

Fazer um simples regulador de tensão ajustável que trabalhe até 0V não seria particularmente difícil, mas acrescentaria custos e pinos, e isso não é necessário para uma peça de geléia.

Acrescentarei mais algumas considerações à excelente resposta de Spehro Pefhany.

Os fabricantes de reguladores de tensão lucram vendendo suas peças e a moderna indústria eletrônica lucra principalmente com produtos produzidos em massa, e não com produtos de nicho hiperespecializados.

Os reguladores de tensão têm um enorme sucesso porque atendem a uma necessidade comum em produtos eletrônicos: fornecer alimentação de tensão estável aos circuitos que alimentam. A maioria dos aparelhos eletrônicos usa valores de alimentação de tensão mais ou menos padronizados: 1.8V, 2.5V, 3.3V e 5V para circuitos digitais; 12V ou 15V para estágios analógicos de maior potência; 28V para amplificadores de potência, por exemplo.

Portanto, um fabricante tem uma vantagem na produção de reguladores de tensão fixa. É claro que ter um regulador ajustável também tem seus méritos: você pode ter um trilho de alimentação de tensão não-padrão, você pode fornecer uma maneira de reduzir a tensão de alimentação, alterar a tensão dinamicamente para se adaptar às solicitações de energia em complexos circuitos, etc.

O fato é que o "caso de uso da fonte de alimentação de laboratório" é quase sem sentido para os fabricantes de chips: compare quantas fontes de alimentação de laboratório são vendidas a cada ano com quantas reguladores de energia embutidos são construídos no mesmo período!

Além disso, qualquer voltagem abaixo de ~ 1,5V tem pouco uso como voltagem do trilho de energia nos componentes eletrônicos atuais (talvez em 10 anos veremos uma nova família de lógica bem-sucedida funcionando a 0,5V, mas até então, não!), Então não há incentivo criar chips reguladores ajustáveis que regulam até 0V (se isso vier como parte do design, bom, mas não é nenhum objetivo principal do design do chip).

Além disso, um suprimento de laboratório quase nunca é feito apenas de um único regulador: você precisa de circuitos muito mais sofisticados (a menos que seja um brinquedo de hobby) para reduzir o ruído, fornecer boa resposta transitória, evitar excesso de saída, limitação de tensão e corrente, etc. , ou seja, todos os recursos que fazem valer a pena uma fonte de alimentação de laboratório. Portanto, não haverá um "suprimento em um chip", porque todo fabricante de suprimentos de laboratório otimizará seus projetos de maneiras diferentes, e um chip "genérico" não será útil, ou pelo menos não será necessário para ser produzido em massa.

Não tenho nada a acrescentar para a pergunta feita no título, mas tenho uma solução possível para o seu segundo / terceiro ponto de como superar a barreira de 1,25V. Como você provavelmente já percebeu, a saída de tensão do LM317 é 1,25V maior que Vadj, portanto, você precisa de uma fonte negativa para Voutdiminuir para zero volts. Eu construí um suprimento duplo 5A há muito tempo e obtive resultados muito bons até que alguém o abandonou ao mudar de casa. Eu nunca tive a chance de reconstruí-lo, mas foi baseado no circuito abaixo. Omiti os componentes do transformador / retificador / nivelador, pois eles não são nada de especial neste caso. Os suprimentos DC suavizados e não regulamentados vão para +VDCe -VDC.

Ele usa um pouco mais de suas moedas de dinheiro arduamente ganho usando amplificadores operacionais para fornecer um nível estável Vadj , o que, por sua vez, requer algum tipo de regulador para fornecer o suprimento de +/- 12V para o TL074. Qualquer regulador fará neste caso, fixo ou ajustável, em uma faixa justa.

Como faz o que faz:

Muito simplesmente. U1:Aamortece a tensão dividida através do resistor variável R_ADJ. U1:Cinvertidos de modo que este U1:De U1:Bacabar com tensões iguais mas opostas nas suas entradas de não inversão. De Bsão essenciais para fornecer uma alta impedância estável para R2+/-(circulada em vermelho).

[Se você quiser ter tensões + ve e -ve separadas, conecte U1:B+- se ao seu próprio divisor de tensão e U1:Aoutvá apenas para R9.]

Os dois R2resistores emparelham com seus respectivos R1resistores e aderem à Voutequação padrão estampada nas folhas de dados deste regulador e de seus primos, exceto que você subtrai a tensão V_BIAS+(ou adiciona a tensão em V_BIAS-) para obter a real Vout. Cabe a você escolher os valores de R2+e R2-- e também R6, R7e R_ADJ- para dar-lhe oscilações de tensão aceitáveis. Observe que os R2valores não corresponderão à corrente Iadj, que difere um pouco de um IC para o próximo, mas definitivamente do LM317 para o LM337. Na maior parte, a relação entre VadjeIadj é linear (por experiência), mas as coisas mudam um pouco quando você começa a consumir uma corrente significativa na carga - portanto:

Regulamento atual alto :

Q1/2e R3-5(circulado em azul), o burro trabalha quando se trata da corrente. No entanto, isso depende de uma escolha cuidadosa de valores para os resistores. Nota: "2R" e "R" não significam "2 Ohm" e "1 Ohm", respectivamente; eles se referem a um sendo o dobro da resistência do outro. Este tópico é abordado em várias versões das folhas de dados para esses reguladores e online, portanto, não o reiterarei aqui. Em última análise, o objetivo é desviar o máximo possível de corrente do regulador e forçá-la através de quantos transistores for necessário, mas você terá que determinar os melhores valores para suas próprias necessidades.

Não tente extrair muita corrente em tensões mais baixas - isso significa uma dissipação de energia muito maior dos CIs e temperaturas muito mais altas. Se +VDCé 18V, +V_outé 3.3V e +Iouté 3Amps, você terá 44 Watts + sendo transformados em calor. Acredito que leva um par de TIP147s com dissipador de calor a um ponto de queima.