三端子レギュレーターについてです。

読んでいる本の中に図の様な回路がありました。抵抗と可変抵抗（分圧？？？）の部分と電圧電流の部分がいまいちよくわかりません。オームの法則等をを使って簡単に教えていただけないでしょうか？

質問者からの補足コメント

• 消費電流が最大１Aとはどう計算すればいいですか？

    補足日時：2016/02/16 12:18

No.6 回答者： m-jiro 回答日時： 2016/02/16 22:46

＃１です。

>　消費電流が最大１Aとはどう計算すればいいですか？
出力に接続する機器の消費電流のことでしょうか？
その機器のカタログとか取り扱い説明書を見るしかないでしょう。電流計があれば測るという方法もありますが・・・。
レギュレーターＩＣ自身の消費電流はせいぜい１０ｍＡ程度ですから、まず心配することはありません。

ところで「５Ｖ３端子レギュレーター」と称するＩＣは多くのメーカーで何種類も製造されています。最もよく知られていて古くから使われているのが通称「７８０５」と呼ばれているものです（他の方の回答にあるＬＭ７８０５Ｃもそのひとつ）。電流容量は１Ａと称していますが内部の電流制限回路は約２Ａで動作します。
しかし実際に何Ａまで使用できるかとなると温度（発熱）で制限されます。
入力が１２Ｖ、出力を５ＶであればＩＣで７Ｖ落ちますね。電流が１Ａならば　７Ｖ×１Ａ＝７Ｗ　の熱が出ます。この熱をうまく逃がさないとＩＣがオーバーヒートして保護機能が働き出力電圧が下がります。温度保護があることでかなり無茶な使い方をしても煙が出るようなことはありませんがチンチンに熱くなります。
７８０５を放熱器なしで使用した場合、許容発熱は１．５Ｗ程度が限界です（７Ｖ落ちでは２００ｍＡ程度が限界）。それ以上の発熱が予想されれば金属板に取り付けるなどして熱を逃がさないと保護機能が働きます。金属板は１０ｃｍ四方程度のもので１０Ｗぐらいまで大丈夫ですが８０℃ぐらいにはなります。ケースやシャーシーが金属製ならそれに取りつけても構いませんが、ＩＣのねじ穴部の金属はＣＯＭ端子（真ん中の電極）につながっていますので、ショートには注意してください。

No.5 回答者： tekcycle 回答日時： 2016/02/16 21:16

入力DC12Vから出力DC５－１２V(１２Vにはなりませんよ)の間に三端子レギュレーターがあるわけですが、そこに流せる電流の最大値が1Aなのでしょう。

出力側の回路が、それを超えないような物でなければなりません。おそらく通常、目一杯1A使い切るような使い方はしないのでしょう。実際半分程度と考えるのでは。良くは知りませんが。
また、無条件に1Aなり0.5Aなり流せるわけではありません。
例えば入力12V出力5Vなら、三端子レギュレーターのところで7V消費していることになります。
ここに0.5A流してしまうと、7×0.5＝3.5W消費することになります。
半田ごてが10Wからありますんで、その１／３の熱を持つことになるでしょう。(素子の表面積は小さいので、実際は同等でしょう)
こうなると壊れてしまいます。
ペルチェだ水冷だというのではない、少々のアルミ放熱板を付けたところで解消できないのでは。

というわけで、何に使うの？出力側は何に繋いで、電流電圧はどのくらい？
ということを書いた方が無難だと思います。

三端子レギュレーターの説明が解り難ければ、トランジスタによる定電圧回路、オペアンプによる定電圧回路、等を勉強すると解るようになると思います。

No.4 回答者： xpopo 回答日時： 2016/02/16 14:02

回答NO.2です。

出力電圧固定タイプのICでも回答NO.1の方の回答にあるように動作するのを確認しました。
シミュレーション結果を添付します。
　この場合、ICが５V固定出力ですのでOUT端子とGND端子間の電圧は５V一定に制御されますので抵抗R1にi流れる電流IR1は
　　　　　５V／100Ω＝0.05A
この電流IR1とICの消費電流Icc（8mA程度）が抵抗R2に流れます。このIccを無視するとトータルの出力電圧Voutは

　　　　　Vout=５V　＋　5V×R2／R1　　（１）

で計算されます。

条件は　ICはLM7805C、抵抗R1＝100Ω、入力電源電圧＝12Vで抵抗R2を　1Ω、10Ω、20Ω、50Ω、100Ω、200Ωと変えて各抵抗値で負荷電流I1を0~３Aまで変化させる。

結果は　上側が出力電圧、下側が出力OUT端子とｓGND（本来のICのGND端子）間の電位差をプロットしてます。
　　出力OUTはR2が　1Ω~50Ωに範囲では式（１）の計算で求める電圧で安定してるのが分かります。
　　R2が100Ω、200Ωと大きくなると出力電圧が負荷電流が大きくなってゆくにしたがって減少してゆきます。定電圧性が悪化してるのが分かります。
　　　　一方下側は出力電圧VoutとICのGND端子ｓGND間の電圧です。抵抗R2が1Ω~50Ωの範囲では負荷電流にかかわらず５V一定なのが分かります。
　　しかし、R2が100Ω、200Ωと大きくなると５Vから大きく下がり、かつ電流の増加に対しても下がってきてるのが分かります。

それから、補足にある「消費電流が最大１Aとはどう計算すればいいですか？」という質問に付いては：
この１Aの意味はデータシートでは最低１Aを保証してるだけです。また、出力電流はIC内部の設定で決まってくるので抵抗R1、とR2の値には無関係になります。これはシミュレーション結果からもわかるかと思います。

No.3 回答者： xpopo 回答日時： 2016/02/16 11:29

回答NO.２です。

補足事項があります。

　fumihisaさんの添付された回路でICが「５V3端子レギュレータ」となってますが、出力が５V固定の電源ICの場合は図のような抵抗を外部に追加する必要はありません。この回路図から１００の可変抵抗器を調整して出力電圧を調整できるタイプの可変DC出力電源ICであると考えられます。
　説明は「ICが可変DC出力電源ICである」という前提で説明しました。

No.2 回答者： xpopo 回答日時： 2016/02/16 11:14

簡単に説明するのは難しいんですが．．．。

説明のために回路図を添付しました。添付した回路図で説明します。
　まず、DC１２Vが印加される端子名をＩＮ、出力をOUT、調整用の抵抗が接続される端子をａｄｊとします。
回路の動作は基本的に抵抗１００Ω（図でＲ１）に発生する電圧降下ＶｏａをＩＣ内部にある１．２５Ｖの基準電圧（図で電池で示されてる電圧源Ｖ１）と比較して最終的に　Ｖｏａ＝1.25Ｖ　になるようにＩＣが動作します。
　その結果、抵抗Ｒ１に流れる電流ＩＲ１は

　　　　ＩＲ１＝Ｖｏａ／Ｒ１＝１．２５Ｖ／Ｒ１　　　（１）

で計算できる電流が流れます。この式（１）にＲ１＝１００Ωを代入するとＩＲ１は

　　　　　ＩＲ１＝1.25Ｖ／100Ω＝0.0125Ａ

と計算できます。

　この電流は１００Ωの調整抵抗にすべて流れますので調整抵抗の抵抗をＲ２とすれば、抵抗Ｒ２に発生する電圧降下ＶＲ２
は

　　　　ＶＲ２＝ＩＲ１×Ｒ２　　（２）

よろ計算できますので式（２）にＩＲ１＝0.0125Ａ、Ｒ２＝１００Ωを代入してＶＲ２は

　　　　ＶＲ２＝0.0125Ａ×１００Ω＝1.25Ｖ

と求まります。
ここで出力電圧をＶｏとすると出力電圧はＲ１の電圧降下ＶｏａとＲ２の電圧降下ＶＲ２の和になりますので出力電圧Ｖｏは

　　　Ｖｏ＝Ｖｏａ+ＶＲ２　　　（３）

で求まります。ＶｏａはＩＣの働きで常に１．２５Ｖｎｉなるように制御されてますから式（３）は式（２）を利用して

　　　Ｖｏ＝１．２５Ｖ＋ＩＲ１×Ｒ２　　　（４）

で求められます。式（４）に式（１）を代入して

　　　Ｖｏ＝１．２５Ｖ＋Ｖｏａ×Ｒ２／Ｒ１＝1.25Ｖ＋１．２５Ｖ×Ｒ２／Ｒ１
　　　　　＝１．２５Ｖ×（１＋Ｒ２／Ｒ１）　　（５）
と求まります。

　式（５）のＲ１＝Ｒ２＝１００Ωを代入して計算すると、

　　　Ｖｏ＝１．２５Ｖ×（1＋１００Ω／１００Ω）
　　　　　＝2.5Ｖ

というように計算されます。

No.1 回答者： m-jiro 回答日時： 2016/02/16 10:35

可変型の定電圧電源ですね。

レギュレーターは５Ｖ型ですから出力端子（図の右側の端子）とＣＯＭ（中央）の間に５Ｖの電圧が出ます。
１００Ωの抵抗には　５Ｖ÷１００Ω＝５０ｍＡ　の電流流れ、この電流はＶＲを通じてＧＮＤ（マイナス側）に流れます。
ＶＲ両端に生じる電圧は　ＶＲ×５０ｍＡ　になります（ＶＲが５０Ωなら２．５Ｖ）。
したがって　出力電圧は　ＶＲ×５０ｍＡ＋５Ｖ　になります。

正確にはＶＲにはＩＣ自身の消費電流（一般に３～１０ｍＡ）が加算されるので実際の出力電圧は上記の計算値よりやや高くなります。
また図では入力１２Ｖで、出力５～１２Ｖとなっていますが、そこまで出ません。一般的には約１０Ｖが限界です。これはＩＣ自身の性能によるもので、入力・出力間に生じる最低電圧の小さいものを使えば１１．７Ｖ程度まで出ます。