W robotyce i elektronice stabilne źródło napięcia to podstawa – od prostych układów sterujących po zaawansowane roboty mobilne. Układ regulowanej stabilizacji napięcia 0–12 V na bazie popularnego stabilizatora LM317 pozwala na precyzyjne ustawianie napięcia wyjściowego w zakresie bliskim 0–12 V, co czyni go idealnym do zasilania mikrokontrolerów, silników krokowych i sensorów w robotach. W tym materiale znajdziesz schemat, listę elementów, instrukcję montażu oraz praktyczne wskazówki oparte na sprawdzonych konstrukcjach stabilizatorów liniowych.
Zasada działania regulowanego stabilizatora napięcia
Stabilizatory liniowe, takie jak LM317, porównują napięcie referencyjne z napięciem na wyjściu i dynamicznie regulują spadek napięcia na wewnętrznym tranzystorze mocy. Dla LM317 napięcie referencyjne Vref wynosi 1,25 V, a napięcie wyjściowe oblicza się ze wzoru:
Vo = Vref × (1 + R2 / R1)
Gdzie R1 to stały rezystor (np. 240 Ω lub 500 Ω), a R2 to potencjometr regulacyjny (np. 10 kΩ). Dla R1 = 500 Ω i R2 = 10 kΩ zakres regulacji wynosi ok. 1,25–26 V, ograniczany przez zapas napięcia po stronie wejściowej (typowo min. ~3 V ponad wartość wyjściową) i maksymalną różnicę 40 V między wejściem a wyjściem.
Aby uzyskać zakres bliski 0–12 V, można zastosować dodatkowy tranzystor do „pociągnięcia” pinu ADJ poniżej masy lub odpowiednio ukształtować dzielnik R1–R2. Straty mocy w stabilizatorze wynoszą (Vin − Vout) × Iout – przy wyższych prądach konieczny jest wydajny radiator.
Proponowany schemat układu 0–12 V
Poniżej znajdziesz uproszczony, tekstowy schemat połączeń dla zasilania z 14–20 V DC lub z transformatora AC przez mostek Graetza. Uwzględniono filtrację, zabezpieczenie przed odwrotną polaryzacją oraz opcjonalny woltomierz:
Wejście:
- 15–20 V DC lub AC → mostek Graetza (4× 1N4007)
- C1: 100 µF / 25 V (filtr wejścia)
- D1: 1N4007 (zabezpieczenie przed odwrotną polaryzacją)
LM317:
- IN → zasilanie przez C2: 100 nF do masy
- ADJ → R1: 500 Ω (2×1 kΩ równolegle przez zworkę) → masa
- OUT → R2: potencjometr 10 kΩ → ADJ
Wyjście:
- C3: 1 µF od OUT do ADJ
- Cout: 100 µF / 16 V do masy
- Vout: 0–12 V (opcjonalnie woltomierz LED 3-pin równolegle)
Kluczowe modyfikacje dla uzyskania napięcia od 0 V są następujące:
- użyj zworki na R1 (dwa rezystory 1 kΩ równolegle = 500 Ω) dla szerszego zakresu,
- dodaj tranzystor NPN (np. BD139) do „ściągania” ADJ poniżej masy, co umożliwia start od ~0 V,
- zastosuj mostek diodowy (4× 1N4007) na wejściu dla zasilania AC.
Parametry pracy układu: Vin 15–24 V, prąd do 1,5 A przy odpowiednim chłodzeniu, wyjście stabilizowane z LED sygnalizującą zasilanie.
Lista potrzebnych elementów
Do montażu na płytce uniwersalnej lub dedykowanej PCB przyda się poniższy zestaw:
- Stabilizator – LM317T (TO-220) lub LM350 dla wyższych prądów;
- Rezystory – R1: 2× 1 kΩ (zworka = 500 Ω), R2: potencjometr liniowy 10 kΩ;
- Kondensatory – 100 µF/25 V (wejście), 100 nF ceramiczny (filtr), 1 µF (ADJ–OUT), 100 µF/16 V (wyjście), opcjonalnie 470 µF;
- Diody – 4× 1N4007 (mostek Graetza), 1× LED + rezystor 4,7 kΩ (sygnalizacja);
- Złącza – 2× terminal block (wejście/wyjście), listwa goldpin;
- Inne – płytka uniwersalna/PCB, radiator + śrubka, zwora, miniaturowy woltomierz LED (3-pinowy), opcjonalnie tranzystor BD139;
- Narzędzia – lutownica, multimetr, śrubokręt do potencjometru.
Koszt całości: poniżej 20 zł.
Instrukcja montażu krok po kroku
Montaż jest prosty i typowo przewlekany (THT). Zachowaj polaryzację kondensatorów i diod (minus oznaczony paskiem na obudowie oraz na polu lutowniczym).
-
Przygotowanie PCB – rozplanuj rozmieszczenie elementów. Wlutuj najniższe podzespoły: diody 1N4007 (mostek) i rezystor 4,7 kΩ dla LED. Polaryzacja diod: katoda (pasek) zgodnie z oznaczeniem.
-
Sygnalizacja – wlutuj LED (dłuższa nóżka = plus) oraz listwę goldpin do ewentualnych zworek/pomiarów.
-
Złącza – zamontuj terminal blocki na wejście (AC/DC) i wyjście, aby ułatwić podłączenia.
-
Kondensatory – wlutuj kondensatory elektrolityczne z właściwą polaryzacją (minus do zakreskowanego pola), dodaj 100 nF jak najbliżej pinów IN/OUT LM317.
-
Stabilizator – przykręć LM317 do radiatora z użyciem podkładki izolacyjnej, jeżeli radiator jest połączony z masą. Wlutuj piny: IN → wejście, OUT → wyjście, ADJ → dzielnik R1–R2.
-
Regulacja – połącz R1 = 500 Ω (2×1 kΩ równolegle przez zworkę) oraz potencjometr 10 kΩ. Podłącz woltomierz równolegle do wyjścia (opcjonalnie).
-
Testowanie – podaj Vin = 19 V, wyreguluj potencjometr: miernik powinien pokazać ok. 0–12 V. Obciąż wyjście rezystorem 100 Ω i sprawdź stabilność oraz nagrzewanie.
Pełny moduł zajmuje około 57 × 24 × 27 mm.
Zasilanie i praktyczne uwagi
Dobór źródła zasilania i chłodzenia ma kluczowy wpływ na niezawodność układu:
- źródło wejściowe – transformator 14 V AC z mostkiem Graetza (po prostowaniu ~18 V DC) lub zasilacz notebooka 19 V; nie przekraczaj 35 V na wejściu LM317,
- ograniczenia prądowe – LM317 jest przystosowany do prądu do 1,5 A przy odpowiednim radiatorze; bez chłodzenia prąd ogranicza zabezpieczenie termiczne,
- rozszerzenia – dodaj blok ograniczenia prądu (tranzystor + rezystor pomiarowy), cyfrowy woltomierz/amperomierz lub przekaźnik odcinający przeciążenia.
Problemy i rozwiązania
Najczęstsze symptomy, ich przyczyny oraz sposoby naprawy zestawiono poniżej:
| Problem | Przyczyna | Rozwiązanie |
|---|---|---|
| Brak 0 V | Wysokie Vref LM317 | Dodaj tranzystor „ściągający” ADJ (np. NPN) lub PMOS |
| Przegrzewanie | Duży spadek Vin − Vout | Użyj większego radiatora/wentylacji lub przetwornicy buck |
| Szumy | Niewystarczająca filtracja | Dodaj 100 nF + 1 µF na wyjściu możliwie blisko LM317 |
| Niestabilność | Brak minimalnego obciążenia | Dodaj rezystor obciążający 1 kΩ na wyjściu |
Zastosowania w robotyce i elektronice
Układ sprawdzi się jako regulowane zasilanie dla Arduino (5 V), serwomechanizmów (6 V), Raspberry Pi (5 V) czy czujników (3,3 V) – po dodaniu odpowiedniego modułu obniżającego lub stabilizatora niskiego napięcia.
W projektach z bateriami litowymi 11,1 V (3S) możesz bezpiecznie ograniczać napięcie do 12 V. Dla wyższych prądów zastosuj LM338 (do 5 A) lub przejdź na przetwornicę impulsową w celu obniżenia strat.