关于用LM317作为毫欧表的恒流源时，电压差对精度的影响和实测数据的讨论

IlovePLC · 发表于 2023-1-19 17:40:37

我用LM317制作毫欧表附件的帖子（详见：《也谈用LM317制作一套毫欧表附件和开尔文LCR测试夹》），得到了很多坛友们的支持和鼓励，也有很多坛友参与制作方法的讨论和技术上的建议，其中也有部分坛友提出不同的看法，认为LM317的输入输出的电压差，对于利用锂电池3.7V作为供电，因输入电压不满足电压差的要求，会对精度方面有影响。由于原贴的精度讨论到达了100多楼，很多坛友看不到后面的楼层，不知道讨论细节，为此，我特开立此贴进行讨论，让更多坛友参与进来，发表不同的意见。

事件起因：
我用锂电池作为LM317恒流源的输入供电时，有坛友认为锂电池电压降低时（例如从4.2V降到3.7V以下），会对恒流电流有影响，理由是LM317的输入输出的电压差（下面统一简称为：压差或电压差）最低为3V，压差低于3V时，LM317不能正常工作，所以恒流值是不准确的，测量阻值也会不准确，建议我改用5V作为输入电压给恒流源供电。

那么利用锂电池作为恒流源的输入电源到底可不可行呢？我在制作LM317的恒流源时就想到了压差这个因素，我当时的认知是LM317的压差为1点多伏（具体数值我忘记了），而不是现在认为的3V，所以我没多想，就直接使用锂电池作为输入电源了。

既然大家提出问题了，我也不能一味的坚持自己的观点，我需要多方求证。于是我上百度搜索很多个说法，其中最多说法的是LM317能正常工作的最小压差为3V，甚至有人说是4V。那么LM317的最低压差是4V、3V、2V？还是1点多伏呢？网上众说纷纭，都没有一个能说服我的论证出来。

既然网上的说法有多种多样，那么唯一可信的求证只能是翻看厂家的数据文档了，为此，我查阅了ST厂家的LM317数据手册，由于是英文说明，我看得不是很懂；又找到了一份中文说明的LM317数据手册，厂家是安森美。我就从这两份文档中去查看数据吧。下面这两份资料的下载：
LM317T_ST(意法半导体)数据手册_80db(120Hz)：

LM317T_ST(意法半导体)数据手册_C361026_80db(120Hz).PDF (985.09 KB, 下载次数: 3)
LM317T(安森美半导体)数据手册_中文资料：

LM317T(安森美半导体)数据手册_中文资料.pdf (1.84 MB, 下载次数: 4)

下面是坛友们花了心思提出的建议和不同看法，在此我表示感谢能参与讨论：
【LM317一般要求保留3V的压差，加上1.25V的负载，是4.25V，这是锂离子电池的充电截止电压。退一步，0.1A小电流，且恒定，那么把保留的0.5V buffer减掉，3.75V，锂电池的放电电压。这个值还是比较悬的，一点buffer没留。】
【然后说漂移的来源，0.1A通过1.25V是0.125W，那两个电阻加起来足有5W，而LM317功耗是0.25W，但楼主把这两部分紧贴后塞在小盒子里的结构……，最后就是如果5V取电，纹波对测量结果的影响，手持表dcmv对开关电源的纹波压根不敏感。】
【锂电池3.8V-基准电压1.25V=2.55V，这个2.55V刚好大于最小压差2.5V。
锂电池可不能在放电过程中保持3.8V，就算能保持，你给测量的电阻压降留了多少？0.05V? 这个只用来测0.5Ω以下电阻? 你也许可以挑到一个压差低些的LM317，但电路不是这么搞的，从设计伊始就应该从电池充满电到放电结束的整个电压范围计算参数。前面那位云中漫步坛友说的应该接5V才是正确做法。】

下面热心坛友搭建了一个仿真电路，对LM317恒流电路进行仿真，下面是不同的输入电压的情况下，仿真得到恒流数值是不同的：
输入电压为5V时，输出的恒流值为100mA：

输入电压为4.2V时，输出的恒流值为100mA：

输入电压为3.7V时，输出的恒流值已经改变了，不再是100mA而是73.1mA：

输入电压为3.5V时，输出的恒流值已经改变了，为58.5mA：

输入电压为3.0V时，输出的恒流值已经改变了，为21.8mA：

从上面的几张仿真图来看，当输入电压为3.7V及以下时，恒流值就不稳定了，开始下降。那么事实真的如此吗？输入电压3.7V以下就不能使用锂电池作为供电了吗？

于是我查阅读了两个厂家的LM317数据文档，居然没有明确讲到最低压差是多少伏，那么最低压差是多少伏就成了一个悬案。但是厂家给出了几个测试数据，这几个测试数据也没有明确说最小压差是多少伏，但从中我们可以看到最小压差可以到达什么程度？

下图是安森美厂家给出了LM317作为恒流源时的输出电流，最小电流为10mA，也就是说输出电流要10mA及以上才能正常工作，这个是恒流源正常工作的条件之一：

下图是我找到的安森美厂家给出的测试表，是输入输出电压差与LM317自身温度的关系表，从下图中可以很明显的看出：温度为25度的情况下，电流为20mA时对应的压差为1.6V左右，电流为200mA时对应的压差为1.7V左右。那么从这张表是否可以推断出LM317的最低压差为1.6V？这个我不能断下结论，但至少能给出一个参考依据：

下图是ST厂家给出的测试数据表，由于是英文数据，我对英文不熟悉，简单翻译了一下，在“调整引脚电流”和“参考电压”这两项中，都讲到了最小10mA的测试条件，其中还有压差为2.5V的测试条件。也就是说厂家给出了测试条件为电流10mA、压差2.5V的情况下，“调整引脚电流”和“参考电压”这两项参数是符合出厂要求的。

从上图中，厂家没有明确最低压差是多少，只是提供了一些测试条件下的相关依据，并不是说这个测试条件就是最低压差。

从上面几个厂家提供的数据表可以看出，我还没有找到最低压差是多少的根据，那么只能自己通过实物进行通电实测了，去获得最接近事实的数据，为此，我画出一个原理图，方便大家看懂实测电路是怎样的：
直接测试输出电流Io的原理图：（万用表使用电流的mA档）

测试低阻值RL的原理图：（万用表使用电压的mV档）

我把输入电压从高到低的顺序进行测试吧，来个实战演习。

--------输入电压为5V时---------------
下图是输入电压为5V时的测量数据，这是空载时的输入电压，为5.18V：

(5V时).接入万用表的mA档时，输出恒流值为100.7mA，输入电压降低为4.9V，请见下图：

(5V时).检测电阻75mΩ，测得电压7.6mV，乘以10倍就是76mΩ，说明输入电压为5V时的恒流值是准确的。请见下图：

--------输入电压为4.07V时---------------
下图是用锂电池作为输入电压时的测量数据，这是空载时的输入电压，为4.09V：

(4.07V时).接入万用表的mA档时，输出恒流值为100.7mA，输入电压降低为4.07V，请见下图：

(4.07V时).检测电阻75mΩ，测得电压7.6mV，乘以10倍就是76mΩ，说明输入电压为4.07V时的恒流值是准确的。请见下图：

由于我没有可调电源，所以只能找来几个4148二极管，对锂电池降压来获得更低的输入电压：

--------输入电压为3.18V时---------------
下图是给锂电池串入一个二极管时的测量数据，这是空载时的输入电压，为3.75V：

(3.18V时).接入万用表的mA档时，输出恒流值为100.7mA，输入电压降低为3.18V，这个降幅非常厉害，从3.75V降到3.18V，但恒流值依然保持恒定不变，请见下图：

(3.18V时).检测电阻75mΩ，测得电压7.6mV，乘以10倍就是76mΩ，说明输入电压为3.18V时的恒流值仍然是准确的，输入电压为3.18V时电路还可以正常工作。请见下图：

--------输入电压为2.41V时---------------
下图是给锂电池串入两个二极管时的测量数据，这是空载时的输入电压，为3.39V：

(2.41V时).接入万用表的mA档时，输出恒流值为56.8mA，已经不准确了，输入电压降低为2.41V，这个降幅非常厉害，从3.39V降到2.41V，恒流值已经失真，请见下图：

(2.41V时).检测电阻75mΩ，测得电压4.5mV，乘以10倍就是45mΩ，说明输入电压为2.40V时的恒流值已经不准确了，电路不能正常工作。请见下图：

从以上各个输入电压的测量数据来看，输入电压为3.18V，输出的恒流值仍然为100.7mA，说明使用锂电池作为恒流源的供电是没有问题的，就算锂电池从4.2V放电到3.18V，恒流源仍然能正常工作，测量低阻值仍然是准确的。但输入电压继续降低到什么程度时，恒流值才失真？这个我没有可调电源进行测试，只能一个个串入二极管测量，最低只能做到3.18V，我相信，输入电压还可以再降低到3V的，请有数控电源或者有可调电压源的朋友们，顺便做一下测试，输入电压低到3.0V时，恒流值是否有变化？

那么确定输入电压低到3.18V时恒流值仍然不变的情况下，压差是多少呢？我简单计算了一下：3.18V-基准电压1.25V=1.93V。我这个算法正不正确？这个1.93V是不是LM317的压差呢？请各位大神们帮忙计算一下。

上面的原理图我使用的是12.5Ω的电阻，实际上是很难找到这种阻值的，所以大家想进行测试时，可以找10Ω或20Ω的电阻来测试，只是恒流值不一样而已（例如恒流值=1.25V÷10Ω=125mA），只要输入电压有变化，而恒流值不变化，就可以认定为这个输入电压是有效的，不会造成恒流值变化。

我个人认为：百度上面说的LM317的最低压差为3V、4V的说法，并不完全正确。造成这种误差的原因，我个人分析，可能是每个厂家生产的LM317，虽然内部电路图是一样的，但使用的材料和制作工艺各不相同，所以每个厂家生产的LM317，它的压差不相同，有的压差大，有的压差小，所以网上就有很多各种不同的说法了。

至此，LM317最低压差是多少？厂家都没有明确说明，我上面做的实验，测试条件很简陋，可能漏掉了一些必要的条件，所以我上面的实验测试只能当作参考，并不具备权威性，我希望各位坛友们有条件的话，一起做个测试，找出LM317的最低压差，谢谢！

由于我上面做的是恒流源测试实验，得到的数据可能只是针对恒流源来说的，如果你的LM317用于可调电压或稳压源时，我上面的数据可能就不准确了，希望有用LM317制作稳压电压源的朋友们，顺便做个测试吧，输入电压为3.0V时，输出电压还是不是最小电压1.25V或1.2V？

hilljanet123 · 发表于 2023-1-19 18:10:06

压差3v，只是稳压的时候需要

IlovePLC · 发表于 2023-1-19 18:18:04

hilljanet123 发表于 2023-1-19 18:10
压差3v，只是稳压的时候需要

谢谢参与讨论

geek云中漫步 · 发表于 2023-1-19 18:25:02

不错，做了不少的验证动作，请注意这个LM317芯片有不同的封装工作形态。最大工作电流，最高工作温度等等参数。我仿真的是LM317AH。你实物是LM317T应该说恒流稳定性如何应该以你实物为准。也许别的型号有严格的电压差限制导致低压状态下恒流不稳现象。如果你有其他型号如LM317AH,LM317H等等可以再次进行验证一下加深对这个判定。

dayibalang · 发表于 2023-1-19 18:42:24

317的3v的说法是基于不同厂家工艺最大1.5a保守估计，不同厂家会有小区别，小电流下也会有区别。我不认同楼主的供电方案基于以下几点
1，设计没有考虑不同厂家和器件的余量
2，一般万用表最小Ω档200Ω，低阻档附件考虑到测量范围连续性低一档是20Ω，0.1a，压降需要2v，3.7v供电明显是不够的。
3除了供电，结构上也有不足，限流电阻和功率器件紧密安装，增加温度的影响，除非已经确认基准和电阻温飘相反，不过看起来楼主的设计还没考虑这么细

qrut · 发表于 2023-1-19 19:09:27

一个317恒流的帖子竟然这么热闹，楼主的钻研精神还是值得肯定的。线性稳压压差都不是一个固定值，输出电流越小需要压差也越小，说最少3-4v的压差纯粹就是扯淡，闻所未闻，这点查查手册就能知道，如果真要3-4v那就是劣质产品。至于仿真更不能代表真实性能，有时仿真和现实差别很大。当然适当提高输入电压对于扩展量程提高稳定性还是有帮助的，但也不能过大，过大温升加剧精度降低。最后不要对某些只会嘴把式想当然的人太过在意，这类人本事没多大，挑毛病过嘴瘾确一顶一的强，利用怼别人蹭热度来抬高自己，而自己从来没动动手实践一下或有什么大作（当然他们也没这个能力），好的对的东西可以吸收，如果觉得无可理喻当个笑话一笑而之省的大过年的堵心不是

xjmar · 发表于 2023-1-19 19:13:29

记得以前看过的手册确实标注的最小压差是3V，估计厂家是考虑到元器件的离散型和电源调整管需要工作在线性区才有良好的电压调整效果，定义的3V是预留的一定的冗余量了。

kgmx · 发表于 2023-1-19 19:14:32

理论加实践，求真务实

IlovePLC · 发表于 2023-1-19 19:29:59

qrut 发表于 2023-1-19 19:09
一个317恒流的帖子竟然这么热闹，楼主的钻研精神还是值得肯定的。线性稳压压差都不是一个固定值，输出电流 ...

谢谢给出建议

，其实大家都是讨论技术问题，对事不对人的，只有通过各个坛友不同的分析，才能提高自己的技术水平、拓展视野。每人都掌握属于自己的见识，然后大家一讨论，汇总起来就是一股技术力量了

IlovePLC · 发表于 2023-1-19 19:32:32

geek云中漫步发表于 2023-1-19 18:25
不错，做了不少的验证动作，请注意这个LM317芯片有不同的封装工作形态。最大工作电流，最高工作温度等等参 ...

感谢提出的建议。我是在你的建议下进行实验的，你说型号的后缀字母不同有不同的用途，又长见识了

IlovePLC · 发表于 2023-1-19 19:34:43

dayibalang 发表于 2023-1-19 18:42
317的3v的说法是基于不同厂家工艺最大1.5a保守估计，不同厂家会有小区别，小电流下也会有区别。我不认同楼 ...

好的，虚心接受建议，我在设计时确有结构上的欠妥考虑，应该让电阻和LM317分开，避免热源影响

IlovePLC · 发表于 2023-1-19 19:35:52

xjmar 发表于 2023-1-19 19:13
记得以前看过的手册确实标注的最小压差是3V，估计厂家是考虑到元器件的离散型和电源调整管需要工作在线性区 ...

哦，原来如此，3V的定义是这样来的，长见识了

beiling · 发表于 2023-1-19 19:39:01

表头加lm317制作

geek云中漫步 · 发表于 2023-1-19 19:44:55

IlovePLC 发表于 2023-1-19 19:32
感谢提出的建议。我是在你的建议下进行实验的，你说型号的后缀字母不同有不同的用途，又长见识了 ...

是的,有些管子芯片后缀名不一样差异很大。看，这个型号仿真3.2V输入恒流也是100MA.所以需要实物验证一下。

IlovePLC · 发表于 2023-1-19 19:52:42

geek云中漫步发表于 2023-1-19 19:44
是的,有些管子芯片后缀名不一样差异很大。看，这个型号仿真3.2V输入恒流也是100MA.所以需要实物验证一下 ...

哦，区别蛮大的，长姿势了

dayibalang · 发表于 2023-1-19 19:52:56

本帖最后由 dayibalang 于 2023-1-20 01:11 编辑

IlovePLC 发表于 2023-1-19 19:34
好的，虚心接受建议，我在设计时确有结构上的欠妥考虑，应该让电阻和LM317分开，避免热源影响 ...

客气了，其实你已经费了这么多功夫，再注意点细节是可以达到1个字的，这个电路做好了在5-12v范围内电源调整率可以达到1‰。在固定5v供电下负载的变化可以折算到电源端。具体我就不在这算了，测试可以参考我以前的帖子。设计一个电路需要理论，有理论都不敢说是合格的设计，没有就更无从谈起了。设计是从需求开始分解细化到具体电路并具体实现还要测试验证设计，和diy小制做不一样。
电压调整率3uA/V，0.03%/V。基本和LM317手册标称一致。这是我以前做的类似附件电流10mA，芯片是317L。

实测

https://www.mydigit.cn/thread-247651-1-1.html