¿Por qué los reguladores de voltaje lineal tienen un voltaje de salida mínimo de 0 V

Dos razones.

1.25V es un voltaje conveniente para hacer una referencia de voltaje, se llama referencia de banda de banda y tiene (relativamente) bajo Coeficiente de temperatura a temperatura ambiente. Puede hacer otros tipos de referencias y puede hacer diferentes voltajes a partir de una referencia de 1.25 V con un amplificador o atenuador, pero 1.25 V es bastante bueno. Usted necesita un voltaje (o una referencia de corriente, que generalmente se deriva de una referencia de voltaje) en su interior o no puede regular un voltaje conocido.

En segundo lugar, 1.25V es un voltaje lo suficientemente bajo que pocos (hasta muy recientemente) realmente necesitan un suministro tan bajo (en realidad, a nadie le importan los suministros de laboratorio), y lo suficientemente alto como el voltaje de compensación del op-amp interno. No afecta mucho la precisión. También permite un circuito interno que no tiene que trabajar hasta 0V.

Hacer un simple regulador de voltaje ajustable que funcione hasta 0V no sería particularmente difícil de ninguna manera, pero agregaría costo y pines, y eso no es un arranque para una parte de jellybean.

Agregaré algunas consideraciones más a la excelente respuesta de Spehro Pefhany.

Los fabricantes de reguladores de voltaje obtienen ganancias al vender sus partes y la industria electrónica moderna obtiene beneficios principalmente de productos producidos en masa, no de productos especializados de nicho.

Los reguladores de voltaje tienen un éxito enorme porque satisfacen una necesidad común en la electrónica: proporcionan un suministro de voltaje estable a los circuitos que alimentan. La mayoría de los aparatos electrónicos utilizan valores de alimentación de voltaje más o menos estandarizados: 1.8V, 2.5V, 3.3V y 5V para circuitos digitales; 12V o 15V para etapas analógicas de mayor potencia; 28 V para amplificadores de potencia, por ejemplo.

Por lo tanto, un fabricante tiene una ventaja en la producción de reguladores de voltaje fijo. Por supuesto, tener un regulador ajustable también tiene sus ventajas: puede tener un riel de suministro de voltaje no estándar, es posible que desee proporcionar alguna forma de recortar el voltaje de suministro, es posible que desee cambiar el voltaje dinámicamente para adaptarse a las solicitudes de energía en complejo circuitos, etc.

El hecho es que el "caso de uso de la fuente de alimentación de laboratorio" casi no tiene sentido para los fabricantes de chips: ¡compare la cantidad de fuentes de alimentación de laboratorio que se venden cada año a la cantidad de reguladores de potencia incorporados en el mismo período!

Además, cualquier voltaje por debajo de ~ 1.5V tiene poco uso como voltaje del riel de alimentación en la electrónica actual (tal vez en 10 años veremos una nueva familia lógica exitosa que funciona a 0.5V, pero hasta entonces, ¡no!), así que no hay incentivo para crear chips reguladores ajustables que regulen hasta 0V (si esto se incluye como parte del diseño, está bien, pero en ningún caso es un objetivo principal de diseño de chips).

Además, un suministro de laboratorio casi nunca está hecho de un solo regulador: necesita circuitos mucho más sofisticados (a menos que sea un juguete de un aficionado) para reducir el ruido, para proporcionar una buena respuesta transitoria, evitar el exceso de salida, el límite de corriente y la corriente , etc., es decir, todas esas características que hacen que valga la pena tener una fuente de alimentación de laboratorio. Por lo tanto, no habrá un "suministro en un chip" porque todos los fabricantes de suministros de laboratorio optimizarán sus diseños de diferentes maneras, y un chip "catch-all" no será útil, o al menos, no será necesario para ser producido en masa.

No tengo nada que agregar a la pregunta que se hace en el título, pero sí tengo una posible solución a los puntos segundo / tercero de cómo superar la barrera de 1.25V. Como probablemente se habrá dado cuenta, la salida de voltaje del LM317 es 1.25 V mayor que Vadj , por lo tanto, necesita un suministro negativo para bajar Vout hasta cero voltios. Construí un suministro doble de 5A hace mucho tiempo y obtuve muy buenos resultados hasta que alguien lo abandonó cuando se mudó de casa. Nunca he tenido tiempo de reconstruirlo, pero estaba basado en el circuito a continuación. He omitido los componentes del transformador / rectificación / suavizado, ya que no son nada especial en este caso. Los suministros de CC suavizados y no regulados van a +VDC y -VDC .

Utilizaunpocomásdetusmonedasdedineroganadasconesfuerzoalusarop-ampsparaproporcionarunVadjestable,queasuvezrequierealgúntipodereguladorparaproporcionarelsuministrode+/-12VparaelTL074.Cualquierreguladorharáenestecaso,fijooajustable,enunrangorazonable.

Cómohaceloquehace:

Muysimple.U1:AamortigualadivisióndevoltajeatravésdelaresistenciavariableR_ADJ.U1:CinvierteestodemodoqueU1:DyU1:Bterminanconvoltajesigualesperoopuestosensusentradasquenoseinvierten.DyBsonesencialesparaproporcionarunaaltaimpedanciaestableparaR2+/-(encerradoenuncírculoenrojo).

[Sideseatenervoltajesseparadosde+vey-ve,conecteU1:B+asupropiodivisordevoltaje,ydejequeU1:AoutsolovayaaR9.]

LosdosR2resistorsseemparejanconsusrespectivosR1resistorsyseadhierenalaecuaciónestándardeVoutsobrelashojasdedatosdeestereguladorysusprimos,exceptoqueluegorestaelvoltajeV_BIAS+(oagregueelvoltajeenV_BIAS-)paraobtenerelVoutreal.DependedeustedelegirlosvaloresdeR2+yR2--ytambiénR6,R7yR_ADJ-paradarlecambiosdevoltajeaceptables.TengaencuentaquelosvaloresdeR2nocoincidirándebidoalIadjactual,quedifiereligeramentedeunICaotro,perodefinitivamentedelLM317aElLM337.Ensumayorparte,larelaciónentreVadjyIadjeslineal(apartirdelaexperiencia),perolascosascambianunpococuandocomienzaadibujarunacorrientesignificativaenlacarga,porlotanto:

Altaregulaciónactual:

Q1/2yR3-5(encerradosenuncírculoenazul)haceneltrabajodelburrocuandosetratadelacorriente.Sinembargo,estosebasaenlaeleccióncuidadosadelosvaloresparalasresistencias.Nota:"2R" y "R" no significan "2 Ohm" y "1 Ohm" respectivamente; se refieren a que uno es el doble de la resistencia del otro. Este tema se trata en varias versiones de las hojas de datos para estos reguladores y en línea, por lo que no lo reiteraré aquí. En última instancia, el objetivo es desviar la mayor cantidad de corriente posible del regulador y forzarlo a través de tantos transistores como sea necesario, pero tendrá que determinar los mejores valores para sus propias necesidades.

No intente extraer demasiada corriente a voltajes más bajos, esto significa una disipación de potencia mucho mayor de los circuitos integrados y temperaturas mucho más altas. Si +VDC es 18V, +V_out es 3.3V, y +Iout es 3Amps, tendrás 44 vatios + que se convertirán en calor. Creo que eso empuja un par de TIP147s disipados por calor modesto a punto de quema.