Regolatori lineari: 7805, LM317 e LDO
I regolatori lineari permettono di ottenere una tensione DC stabile partendo da una tensione più alta. Sono semplici, economici e poco rumorosi, ma dissipano sotto forma di calore la differenza di potenza tra ingresso e uscita. In questa guida vediamo il 7805, l’LM317 regolabile e gli LDO a bassa caduta.
Come funziona un regolatore lineare?
Un regolatore lineare mantiene una tensione di uscita quasi costante facendo lavorare un transistor di potenza nella sua regione lineare. Un circuito di controllo confronta l’uscita con una tensione di riferimento e modifica continuamente la conduzione dell’elemento serie.
Dove finisce la tensione in eccesso?
La differenza tra ingresso e uscita non viene convertita con alta efficienza: viene principalmente dissipata come calore nel regolatore.
Che cos’è il dropout?
Un regolatore ha bisogno di una differenza minima tra ingresso e uscita per mantenere correttamente la regolazione. Questa differenza è chiamata dropout voltage.
7805: il classico regolatore fisso a 5 V
Il 7805 appartiene alla famiglia 78xx di regolatori lineari a tensione positiva fissa. Il suffisso “05” indica un’uscita nominale di 5 V.
IN
Riceve la tensione continua non regolata.
GND
Riferimento comune del circuito.
OUT
Fornisce circa 5 V regolati.
Il 7805 è robusto e semplice, ma richiede una Vin sufficientemente superiore a 5 V e dissipa calore in funzione della corrente e della differenza Vin−Vout.
Schema tipico con 7805
Qui è utile vedere concretamente dove vanno i condensatori di ingresso e uscita e come viene collegato il regolatore.
LM317: regolatore lineare regolabile
L’LM317 è un regolatore positivo regolabile. Invece di fornire una tensione fissa, utilizza un partitore resistivo collegato al pin ADJ per impostare il valore di uscita.
Come si imposta la tensione dell’LM317?
Spesso il termine dovuto a IADJ è piccolo e, per una stima iniziale, viene trascurato.
Che cos’è un regolatore LDO?
LDO significa Low Dropout Regulator. È sempre un regolatore lineare, ma è progettato per funzionare con una differenza più piccola tra Vin e Vout rispetto a molte architetture lineari tradizionali.
Regolatore tradizionale e LDO a confronto
| Caratteristica | Lineare tradizionale | LDO |
|---|---|---|
| Dropout | Generalmente maggiore | Più basso |
| Efficienza | Dipende soprattutto dal rapporto Vout/Vin | Può migliorare quando Vin è vicina a Vout |
| Rumore | Generalmente basso | Dipende molto dal modello |
| Stabilità | Spesso tollerante | Può richiedere specifiche precise sul condensatore di uscita |
Perché servono i condensatori?
I condensatori di ingresso e uscita aiutano a mantenere stabile il regolatore, ridurre l’impedenza alle alte frequenze e migliorare la risposta ai transitori.
Protezione termica e dissipatore
Molti regolatori integrati includono limitazione di corrente e protezione termica, ma non bisogna usarle come normale modalità di funzionamento. La temperatura di giunzione va mantenuta entro i limiti specificati.
La resistenza termica dipende da package, PCB, rame, ventilazione e montaggio.
7805, LM317 o LDO: quale scegliere?
| Esigenza | Scelta tipica |
|---|---|
| 5 V fissi, circuito semplice | 7805 o equivalente moderno |
| Tensione regolabile | LM317 |
| Vin molto vicina a Vout | LDO |
| Corrente elevata e grande salto di tensione | Meglio valutare un DC-DC switching |
| Basso rumore analogico | Lineare/LDO scelto per rumore e PSRR |
Errori comuni
- pensare che il 7805 possa funzionare correttamente con qualsiasi Vin superiore a 5 V;
- ignorare il dropout;
- dimenticare la dissipazione termica;
- usare un LDO senza verificare i condensatori richiesti;
- trascurare il pinout reale del componente;
- confondere regolazione lineare con conversione switching;
- pensare che un LDO sia sempre più efficiente in qualsiasi condizione;
- ignorare corrente massima, SOA e protezioni;
- dimensionare LM317 senza considerare tolleranze e IADJ;
- scegliere un regolatore soltanto in base alla tensione nominale.