三端稳压器LM117详情解析

一、LM117概述

LM117是美国国家半导体公司（现部分业务并入德州仪器）研发的一款经典三端可调正电压稳压器集成电路，在电子领域应用极为广泛。它凭借出色的性能和灵活的应用方式，成为众多电路设计中不可或缺的元件。LM117系列不仅包含标准型号，还有针对特殊环境设计的军用级、耐辐射加固保障（RHA）型号等，以满足不同领域的需求。

二、LM117的核心参数与特性

（一）输出电压范围

LM117的输出电压范围为1.2V至37V连续可调。这一特性使得它能够适应多种不同电压需求的电路，无论是为低电压的微控制器供电，还是为高电压的电机驱动电路提供稳定的电源，LM117都能胜任。通过简单的外接电阻设置，用户可以轻松获得所需的输出电压，极大地提高了电路设计的灵活性。

（二）输出电流能力

在常温下，LM117能够持续输出1.5A的电流。这一电流输出能力可以满足大多数中小功率电路的需求。不过，在实际应用中，随着输出电流的增大，LM117的功耗也会相应增加，因此需要考虑散热问题。例如，当输出电流接近1.5A时，必须为LM117配备合适的散热片，以确保其工作温度在安全范围内，避免因过热导致性能下降或损坏。

（三）调整率指标

1. 线性调整率：LM117的典型线性调整率为0.01%/V。这意味着当输入电压发生变化时，输出电压的变化非常小。例如，若输入电压在规定范围内变化了10V，输出电压的变化仅为0.1V。这种优秀的线性调整率保证了在输入电压波动较大的情况下，输出电压仍能保持稳定，为负载提供可靠的电源。

2. 负载调整率：其典型负载调整率为0.1%。即当负载电流发生变化时，输出电压的变化极小。比如，负载电流从空载增加到满载时，输出电压的变化不超过0.1%。这使得LM117能够适应负载变化较大的电路，确保负载在不同工作状态下都能获得稳定的电压。

（四）工作温度范围

不同型号的LM117具有不同的工作温度范围。标准LM117的工作温度范围为-55℃至150℃，而LM317作为商业级型号，工作温度范围为0℃至125℃。军用级LM117能够在更恶劣的温度环境下正常工作，适用于航空航天、军事装备等对温度要求极高的领域。宽的工作温度范围使得LM117在不同的环境条件下都能稳定运行，提高了其可靠性和适用性。

（五）保护功能

LM117内置了多种保护电路，以确保其在各种异常情况下都能安全工作。

1. 过载保护：当负载电流超过LM117的额定输出电流时，过载保护电路会启动，限制输出电流，防止元件因过载而损坏。

2. 短路保护：如果输出端发生短路，短路保护电路会迅速动作，将输出电流限制在一个安全值以内，避免因短路产生的大电流对LM117和其他电路元件造成损害。

3. 过热保护：当LM117的工作温度过高时，过热保护电路会触发，降低输出电流或关闭输出，以降低功耗，使温度下降，保护元件不受高温损坏。

4. 调整管安全工作区保护：该保护功能确保调整管在各种工作条件下都能在安全区域内运行，防止因过压、过流等情况导致调整管损坏，提高了LM117的可靠性和稳定性。

（六）纹波抑制比

LM117具有高达80dB的纹波抑制比。这意味着它能够有效地抑制输入电压中的纹波和噪声，为负载提供干净、稳定的直流电压。在需要高精度电源的电路中，如音频放大器、精密测量仪器等，LM117的高纹波抑制比能够保证电路的性能不受输入电源纹波的影响。

三、LM117的引脚功能与封装形式

（一）引脚功能

LM117采用标准三端晶体管封装，共有三个引脚，分别为输入端（IN）、输出端（OUT）和调整端（ADJ）。

1. 输入端（IN）：连接输入电源，为LM117提供工作所需的电能。输入电压必须比输出电压至少高2V，否则LM117无法正常进行稳压调节。例如，若要输出5V电压，输入电压至少应为7V。

2. 输出端（OUT）：输出稳定的直流电压，为负载供电。输出电压的大小通过外接电阻在调整端进行设置。

3. 调整端（ADJ）：用于设置输出电压。通过在该引脚和输出端之间连接两个外接电阻，形成一个分压电路，根据分压原理来确定输出电压的值。调整端的电流很小，通常可以忽略不计，这使得电阻设置更加准确。

（二）封装形式

LM117有多种封装形式可供选择，以适应不同的应用场景和安装要求。常见的封装形式包括TO - 220、TO - 3、SOIC等。

1. TO - 220封装：这是一种较为常用的封装形式，具有良好的散热性能，适合在中小功率电路中使用。它可以通过安装散热片来进一步提高散热能力，确保LM117在大电流输出时能够稳定工作。

2. TO - 3封装：TO - 3封装的LM117具有更大的体积和更好的散热性能，适用于高功率应用。其较大的散热面积能够有效地散发产生的热量，保证元件在高温环境下也能正常运行。

3. SOIC封装：SOIC封装是一种表面贴装封装形式，具有体积小、重量轻的优点，适合在空间受限的电路板中使用。随着电子设备向小型化、轻量化方向发展，SOIC封装的LM117越来越受到青睐。

四、LM117的典型应用电路

（一）可调电源电路

可调电源是LM117最常见的应用之一。通过在调整端和输出端之间连接两个外接电阻R1和R2，可以方便地设置输出电压。输出电压的计算公式为：Vout = 1.25V × (1 + R2/R1)。例如，若要获得5V的输出电压，可以选择R1 = 240Ω，R2 = 720Ω。将这两个电阻按照公式连接后，LM117的输出端就能输出稳定的5V电压。通过更换不同阻值的电阻，用户可以实现输出电压的无级调节，满足不同电路的需求。

（二）恒流源电路

LM117还可以用于构建恒流源电路。其原理是利用LM117调整端和输出端之间固定的1.25V基准电压。在调整端和输出端之间连接一个电阻R，根据欧姆定律I = V/R，流过电阻R的电流就是恒定的。由于负载与电阻R串联，所以负载电流也等于该恒定电流。例如，若要获得100mA的恒定电流，可以选择R = 12.5Ω。将电阻R连接在调整端和输出端之间，负载连接在输出端和地之间，此时负载电流将稳定在100mA，不受负载电阻变化的影响。这种恒流源电路在电池充电、LED驱动等领域有广泛的应用。

（三）电池充电电路

在电池充电电路中，LM117能够提供稳定的充电电压，保护电池免受过充的损害。以锂电池充电为例，锂电池的充电电压通常为4.2V。通过设置LM117的输出电压为4.2V，并将其连接到锂电池进行充电。在充电过程中，LM117能够保持输出电压稳定，当电池电压接近4.2V时，充电电流会逐渐减小，实现恒压充电，从而延长电池的使用寿命。同时，LM117的过载保护和短路保护功能也能确保充电过程的安全可靠。

（四）工业控制电源电路

在工业控制领域，许多传感器和执行器需要稳定的电源才能正常工作。LM117可以为这些设备提供洁净、稳定的电源，减少电源波动对设备性能的影响。例如，在一些温度传感器电路中，传感器对电源的稳定性要求较高，电源的微小波动都可能导致测量误差。使用LM117构建的电源电路能够为温度传感器提供稳定的电压，确保测量结果的准确性。此外，LM117的宽工作温度范围也使其能够适应工业环境中复杂的温度变化。

五、LM117的特殊用法

（一）高压调节

LM117是浮动式稳压器，仅检测输入至输出的电压差。因此，通过将调整端悬浮到一个较高的电压上，可以用来调节高达数百伏的电压，只要输入输出压差不超过LM117的极限（通常输入输出电压差最大为40V）即可。例如，在一些高压电源电路中，需要从数百伏的输入电压中获取一个稳定的较低电压输出。可以将LM117的输入端连接到高压电源，调整端通过一个电阻分压电路连接到一个合适的悬浮电压上，输出端就能输出稳定的低压。不过，在进行高压调节时，必须采取严格的安全措施，避免输出端短路，以免发生危险。

（二）可编程电源输出

将LM117的调整端接到一个可编程电压上，可以实现可编程的电源输出。可编程电压可以通过微控制器、数字电位器等设备产生。例如，使用微控制器输出一个可变的电压信号，将其连接到LM117的调整端。通过编程控制微控制器输出的电压大小，就可以实时改变LM117的输出电压，实现电源的可编程控制。这种可编程电源在自动化测试设备、智能充电系统等领域有重要的应用。

（三）精密电流调节器

除了前面提到的简单恒流源电路，LM117还可以通过更复杂的电路设计实现精密电流调节。通过在调整端和输出端之间连接多个电阻和电容，组成反馈网络，可以进一步提高电流调节的精度和稳定性。例如，在一些对电流精度要求极高的实验设备中，需要精确控制电流的大小。利用LM117构建的精密电流调节器能够满足这种高精度的需求，为实验提供可靠的电流源。

六、LM117的使用注意事项

（一）散热设计

如前文所述，LM117在工作过程中会产生一定的功耗，尤其是在输出电流较大时。如果不进行有效的散热设计，LM117的温度会迅速升高，导致性能下降甚至损坏。因此，在实际应用中，必须根据输出电流的大小选择合适的散热片。一般来说，每瓦功耗需要至少10cm²的散热面积。例如，当输出电流为1A，输出电压与输入电压差为10V时，LM117的功耗为10W，此时需要至少100cm²的散热面积。同时，要确保散热片与LM117之间有良好的接触，涂抹适量的散热硅脂可以提高热传导效率。

（二）输入输出电容选择

通常情况下，除非输入滤波电容到LM117输入端的连线超过6英寸（约15厘米），否则不需要外接输入电容。但为了进一步提高电路的稳定性和抗干扰能力，推荐在输入端连接一个10μF的钽电容和一个0.1μF的陶瓷电容。钽电容具有较大的电容量，能够滤除低频噪声；陶瓷电容具有较小的等效串联电阻（ESR），能够滤除高频噪声。输出电容的选择也会影响电路的瞬态响应，适当选择输出电容可以改善输出电压的波动。一般来说，输出端可以连接一个1μF至10μF的电容。

（三）布线要点

在PCB布线时，要注意反馈电阻（用于设置输出电压的电阻）应尽量靠近调整端。这样可以减少布线带来的电阻和电感影响，提高输出电压的精度和稳定性。同时，要避免输入输出线路过长或交叉，以减少干扰和耦合效应。合理的布线设计能够充分发挥LM117的性能，确保电路正常工作。

（四）保护措施

当LM117的输出电压超过15V时，建议在输出端加装保护二极管。保护二极管的作用是在输出端出现反向电压或瞬态高压时，将电压钳位在一个安全值以内，保护LM117和其他电路元件不受损坏。此外，在高压应用中，要特别注意安全操作，避免触电事故的发生。

七、LM117的选型与替代

（一）选型指南

在选择LM117时，需要根据具体的应用需求考虑多个因素。

1. 工作温度范围：如果应用环境温度较高或较低，需要选择能够适应相应温度范围的型号。例如，在军事装备或航空航天领域，应选择军用级LM117，其工作温度范围为-55℃至150℃；而在一般的商业电子产品中，LM317（工作温度范围0℃至125℃）可能就足够了。

2. 输出电流要求：根据负载所需的电流大小选择合适输出电流能力的LM117。如果负载电流较小，可以选择标准型号；若负载电流较大，可能需要考虑使用散热更好的封装形式或选择具有更高输出电流能力的特殊型号。

3. 特殊功能需求：如果应用需要耐辐射、高精度等特殊功能，应选择相应的特殊型号，如LM117QML - SP RHA等。

（二）国产替代

在国内，也有许多厂商生产与LM117功能相似的三端可调稳压器，可以作为国产替代产品。这些国产替代产品在性能上与LM117相近，但在价格、供货周期等方面可能具有一定的优势。例如，某些国产三端稳压器在输出电压范围、输出电流能力、调整率等指标上与LM117相当，能够满足大多数应用场景的需求。在选择国产替代产品时，需要仔细查看产品手册，确保其性能参数符合设计要求，并进行必要的测试和验证。

八、总结与展望

LM117作为一款经典的三端可调正电压稳压器集成电路，凭借其广泛的输出电压范围、较大的输出电流能力、优秀的调整率指标、多种保护功能以及灵活的应用方式，在电子领域得到了广泛的应用。无论是可调电源、恒流源、电池充电电路还是工业控制电源电路，LM117都能发挥重要作用。同时，其特殊用法如高压调节、可编程电源输出和精密电流调节等，进一步拓展了它的应用范围。

随着电子技术的不断发展，对电源的稳定性、精度和可靠性要求越来越高。LM117也在不断改进和升级，新型号的LM117在性能上不断提升，如更高的纹波抑制比、更低的功耗等。未来，LM117有望在更多新兴领域得到应用，如新能源汽车、物联网、人工智能等。同时，国产替代产品的发展也将为电子设计提供更多的选择，促进电子行业的健康发展。

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