7805 įtampos reguliatorius yra vienas iš plačiausiai naudojamų linijinių reguliatorių stabiliam +5 V maitinimui generuoti. Žinomas dėl savo paprastumo, patikimumo ir įmontuotos apsaugos, jis išlieka patikimu pasirinkimu. Nuo mikrovaldiklių plokščių iki jutiklių grandinių – 7805 užtikrina nuoseklų veikimą tiek mokomuosiuose, tiek profesionaliuose elektronikos projektuose.
Kas yra 7805 įtampos reguliatorius?
7805 yra klasikinis fiksuotos išvesties linijinis reguliatorius, tiekiantis +5 V iš didesnės įėjimo įtampos. Jis priklauso 78xx šeimai, kur "xx" reiškia reguliuojamą įtampą. Turint tik tris kaiščius (IN, GND, OUT), jį lengva integruoti į grandines be pažangių projektavimo reikalavimų. Jo populiarumą lemia tai, kad jis yra tvirtas, nebrangus ir gaminamas beveik visose pagrindinėse puslaidininkių įmonėse, užtikrinant visų pardavėjų suderinamumą tarp kaiščių.
Dažniausiai jis tiekiamas TO-220 pakuotėje, skirtoje kiaurymių konstrukcijoms, tačiau kompaktiškoms PCB galimos paviršiaus montavimo parinktys, tokios kaip SOT-223 ir D²PAK (TO-263). Nors 7805 yra pritaikytas +5 V bėgiams, susiję įrenginiai, tokie kaip 7806 (+6 V), 7809 (+9 V) ir 7905 (–5 V), išplečia tą pačią šeimą. Reguliuojami reguliatoriai, tokie kaip LM317, tarnauja, kai reikalinga nestandartinė įtampa.
7805 įtampos reguliatoriaus savybės
• Paprastas įgyvendinimas: stabilumui užtikrinti reikia tik mažų įvesties ir išvesties kondensatorių.
• Tinkama srovės pavara: nuolat tiekia ~1 A; iki 1,5 A smailės su tinkamu radiatoriumi.
• Integruota apsauga: integruotas srovės ribojimas, terminis išjungimas ir saugios zonos kompensavimas.
• Atsparumas gedimams: atlaiko trumpąjį jungimą, perkrovas ir per didelę temperatūrą.
• Vidutinis nutraukimas: paprastai ~2 V, todėl įvestis turi išlikti ≥7 V.
• Plati darbinė temperatūra: skirta komerciniams ir pramoniniams diapazonams, iki ~125 °C, priklausomai nuo pakuotės.
7805 įtampos reguliatoriaus techninės specifikacijos
| Parametras | Vertė / diapazonas | Pastabos |
|---|---|---|
| Išėjimo įtampa | 5 V (fiksuota) ±4% tipinė | Kai kurie pardavėjai garantuoja ±2% |
| Įvesties įtampa (rekomenduojama) | 7–25 V | Leidžia iškritimą + bangavimo aukštis |
| Įvesties įtampa (maks.) | 25–35 V (konkrečiam pardavėjui) | Absoliutus maks., patikrinkite duomenų lapą |
| Išėjimo srovė | \~1 Nepertraukiamas | Termiškai ribojamas, priklauso nuo pakuotės |
| Ramybės srovė | \~5 mA | Nedidelis budėjimo režimo nutekėjimas |
| Išmetimo įtampa | \~2 V | Žemesnis esant mažai apkrovai, didesnis esant 1 A |
| Kondensatoriai (aplinkkelis) | 0,33 μF (IN), 0,1 μF (OUT) | Padėkite arti reguliatoriaus kaiščių |
| Geležinkelio linijos reguliavimas | 3–7 mV/V tipinė | Vout pokytis per Vin žingsnį |
| Apkrovos reguliavimas | 25–50 mV (0–1 A) | Vout pokytis iš tuščios apkrovos į pilną apkrovą |
| PSRR | \~62–70 dB @ 100 Hz | Stiprus pulsacijos / triukšmo atmetimas |
| Išėjimo pulsacija / triukšmas | \~40–80 μV vidutinė vertė | Mažesnis nei dauguma perjungimo režimo medžiagų |
7805 įtampos reguliatoriaus kontaktas
| Smeigtukas | Vardas | Aprašymas |
|---|---|---|
| 1 | IN | Nereguliuojama nuolatinės srovės įvestis (≥7 V) |
| 2 | GND | Žemės grįžimo kelias |
| 3 | IŠ | Reguliuojama +5 V išvestis |
Tipinis 5 V maitinimas naudojant 7805
Standartinė 12–5 V reguliatoriaus grandinė dažnai atrodo taip:
• Pakopinis transformatorius – sumažina tinklo kintamąją srovę (110/220 V) iki saugesnio ~12 V kintamosios srovės lygio.
• Tilto lygintuvas – konvertuoja kintamąją srovę į pulsuojančią nuolatinę srovę naudojant keturis diodus.
• Tūrinio filtro kondensatorius – didelis elektrolitinis kondensatorius (paprastai 1000 μF/25 V) išlygina ištaisytą bangos formą į stabilesnę nuolatinę srovę.
• 7805 reguliatorius IC – reguliuoja išlygintą nuolatinę srovę ir tiksliai užfiksuoja įtampą +5 V.
• Apėjimo kondensatoriai – 0,33 μF keraminis kondensatorius įėjime ir 0,1 μF išėjime apsaugo nuo svyravimų ir pagerina trumpalaikį atsaką.
• Apsaugos komponentai – saugiklis apsaugai nuo perkrovos, atvirkštinio poliškumo diodas per IN/OUT, apsaugantis nuo iškrovos, kai įėjimas sugriūva, ir pasirenkamas viršįtampių slopintuvas tinklo šuoliams.
Ši sąranka matoma "Arduino" plokštėse, jutiklių moduliuose ir mažose įterptosiose sistemose. Pavyzdžiui, "Arduino UNO", maitinamas 12 V sieniniu adapteriu, naudoja 7805 viduje, kad užtikrintų reguliuojamą 5 V bėgelį savo loginėms grandinėms ir periferiniams įrenginiams.
7805 įtampos reguliatoriaus veikimo principas
Viduje 7805 integruoja tris pagrindinius blokus: 5 V atskaitos tašką, klaidų stiprintuvą ir nuoseklųjį tranzistorių. Klaidų stiprintuvas nuolat stebi išėjimą pagal etaloną ir reguliuoja pralaidumo elemento laidumą.
• Kai išėjimas sumažėja: pralaidus tranzistorius varomas stipriau, todėl teka daugiau srovės ir įtampa vėl pakyla iki 5 V.
• Kai galia padidėja: tranzistoriaus efektyvi varža padidėja, sumažina srovės srautą ir sumažina įtampą.
Ši uždaro ciklo grįžtamojo ryšio sistema palaiko stabilų +5 V išėjimą su geru linijos ir apkrovos reguliavimu, taip pat sumažina triukšmą, palyginti su nereguliuojamu tiekimu.
Kompromisas yra neefektyvumas: perteklinė įtampa išsklaidoma kaip šiluma. Galios nuostoliai apskaičiuojami taip:
Ploss = (Vin − 5) × Iout
Dėl to 7805 yra paprastas ir patikimas, tačiau mažiau efektyvus, kai įėjimo įtampa yra gerokai didesnė nei 5 V arba tiekiant didesnes sroves.
Šiluminiai ir efektyvumo aspektai
7805 reguliuoja įtampą išsklaidydamas perteklinę energiją kaip šilumą. Prarasta galia yra:
Pheat = (Vin − 5) × Iout
Dėl to šilumos valdymas yra pagrindinis projektavimo veiksnys, ypač kai įėjimo įtampa yra daug didesnė nei 5 V arba apkrovos srovė yra reikšminga.
Šiluminės varžos vertės
• TO-220 paketas: RθJA ≈ 50–65 °C/W (be radiatoriaus), RθJC ≈ 5 °C/W.
• SOT-223 pakuotė: RθJA ≈ 90–110 °C/W (ribotas šilumos pasklaida).
• Su radiatoriumi: RθJA gali pagerėti iki 10–20 °C/W, priklausomai nuo dydžio ir oro srauto.
Radiatoriaus gairės
• Pritvirtinkite prie aliuminio radiatorių arba metalinės važiuoklės, kad geriau išsisklaidytų.
• Naudokite terminį tepalą arba izoliacines trinkeles, kad sumažintumėte sąsajos pasipriešinimą.
• Užtikrinkite tinkamą oro srautą, jei išsklaidymas viršija ~5 W.
Dirbo pavyzdys
Jei Vin = 12 V, Iout = 0,5 A:
Pakaitinimas = (12 − 5) × 0,5 = 3,5 W
• Be radiatoriaus (RθJA = 50 °C/W): Tj pakilimas ≈ 175 °C → nesaugus.
• Su radiatoriumi (RθJA = 15 °C/W): Tj pakyla ≈ 52 °C → saugus kambario temperatūroje.
Efektyvumo pavyzdžiai
• Vin = 9 V, Iout = 500 mA → efektyvumas ≈ 5/9 = 56%.
• Vin = 12 V, Iout = 500 mA → efektyvumas ≈ 5/12 = 42%.
Taigi, 7805 geriausiai veikia esant mažoms ir vidutinėms srovėms ir kai Vin yra arti 5 V. Esant didesnei galiai ar dideliems įvesties ir išvesties skirtumams, efektyvumui pirmenybė teikiama perjungimo reguliatoriui.
7805 įtampos reguliatoriaus taikymas
7805 išlieka populiarus dėl savo paprastumo ir tvirto veikimo įvairiose mažos galios sistemose. Dažniausi naudojimo atvejai:
• Mikrovaldiklių plokščių maitinimas – užtikrina pastovų 5 V bėgį tokioms platformoms kaip Arduino, STM32, AVR ir PIC kūrimo plokštės. Tai užtikrina stabilų veikimą net tada, kai įvestis tiekiama iš sieninių adapterių ar nereguliuojamų šaltinių.
• Analoginės ir jutiklių grandinės – naudojamos operaciniams stiprintuvams, ADC ir tiksliems jutikliams tiekti, kai tikslumui svarbi švari, mažos pulsacijos įtampa.
• Periferinių modulių valdymas – palaiko mažas apkrovas, tokias kaip relės, LCD moduliai ir belaidžiai siųstuvai-imtuvai, kuriems reikalingas patikimas 5 V maitinimas.
• Baterijomis maitinamos sistemos – tinka akumuliatoriams ≥7 V (pvz., 9 V arba 12 V), kur imama vidutinė srovė, todėl naudinga nešiojamose grandinėse ar atsarginėse sistemose.
• Laboratorijos ir edukacinės konversijos – įprastos stendo sąrankose, kur 12 V šaltinis reguliuojamas iki 5 V prototipų kūrimui ir studentų projektams.
7805 įtampos reguliatoriaus IC grandinės viduje
7805 įtampos reguliatoriaus IC sukurtas taip, kad užtikrintų pastovų 5 V išėjimą iš didesnės įvesties įtampos. Jo vidinis dizainas sujungia reguliavimo, grįžtamojo ryšio ir saugos funkcijas, todėl jis yra vienas patikimiausių elektronikoje naudojamų įtampos reguliatorių.
Pagrindinis valdiklis (Q16 – pravažiavimo tranzistorius)
Q16 valdo srovės srautą tarp įvesties ir išvesties. Jis veikia kartu su juostos tarpo atskaitos grandine (geltona sekcija), kuri užtikrina stabilią etaloninę įtampą, kuri nesikeičia priklausomai nuo temperatūros.
Grįžtamasis ryšys ir klaidų taisymas
Nedidelė produkcijos dalis grąžinama per Q1 ir Q6. Jei įtampa yra per didelė arba per žema, jie sukuria klaidos signalą. Šį signalą sustiprina klaidų stiprintuvas (oranžinė dalis) ir naudojamas Q16 reguliuoti, išlaikant išėjimą užrakintą 5 V.
Paleidimo grandinė (žalia sekcija)
Ši grandinė užtikrina, kad juostos tarpo atskaita tinkamai įsijungtų, kai reguliatorius įsijungia. Be jo IC gali nepavykti paleisti. Kai jis aktyvus, reguliavimo procesas išlieka stabilus.
Integruota apsauga
7805 turi keletą saugos funkcijų:
• Q13 apsaugo nuo perkaitimo.
• Q19 apsaugo nuo per didelės įvesties įtampos.
• Q14 riboja išėjimo srovę.
Šios apsauginės grandinės prireikus sumažina arba išjungia išvestį, neleisdamos pažeisti tiek IC, tiek prijungtų įrenginių.
Įtampos daliklis (mėlyna sekcija)
Skirstytuvas sumažina išėjimo įtampą vidiniam palyginimui. Tai leidžia reguliatoriui tiksliai sureguliuoti ir išlaikyti išvestį stabilią esant skirtingoms apkrovoms.
7805 įtampos reguliatoriaus privalumai ir trūkumai
| Argumentai "už" | Minusai |
|---|---|
| Paprasta naudoti – reikia tik kelių išorinių kondensatorių; nereikia derinti ar reguliuoti. | Mažas efektyvumas esant dideliam Vin – perteklinė įvesties įtampa išsklaidoma kaip šiluma, todėl sumažėja efektyvumas. |
| Integruotos apsaugos – trumpasis jungimas, terminis išjungimas ir srovės ribojimas užtikrina saugesnį veikimą. | Šiluminiai iššūkiai – sukuria didelę šilumą esant didesnėms srovėms, dažnai reikia radiatoriaus. |
| Stabili, mažai triukšmo kelianti išvestis – užtikrina švarų 5 V bėgį, tinkantį loginėms ir analoginėms grandinėms. | Fiksuota išėjimo įtampa – ribojama iki +5 V, netinka kintamos įtampos poreikiams. |
| Ekonomiškas ir prieinamas – nebrangus, plačiai prieinamas ir gaminamas kelių tipų pakuotėse. | Iškritimo įtampa (\~2 V) – norint tinkamai reguliuoti, reikia bent \~7 V įvesties, netinka žemos įtampos šaltiniams. |
| Patikimas dizainas – įrodyta patirtis plataus vartojimo ir pramonės gaminių srityje. | Dabartiniai apribojimai – Paprastai tiekia\~1 A; Didesnėms apkrovoms reikia perjungti reguliatorius. |
Dažnos klaidos, kurių reikia vengti 7805 įtampos reguliatoriuje
• Apėjimo kondensatorių praleidimas: Maži keraminiai kondensatoriai (0,33 μF įėjime, 0,1 μF išvestyje) yra būtini norint išvengti virpesių. Jų praleidimas dažnai sukelia nestabilią ar triukšmingą išvestį.
• Tiekimas per žema įvesties įtampa: Kadangi 7805 reguliuoti reikia mažiausiai ~7 V, maitinimas tik 6–6,5 V lemia prastą reguliavimą ir svyruojančią galią.
• Šilumos išsklaidymo nepaisymas: Esant didelei apkrovai arba dideliam Vin, reguliatorius gali perkaisti ir įjungti terminį išsijungimą arba net sugesti, jei nenaudojamas radiatorius.
• Per mažas įvesties filtro kondensatoriaus dydis: mažas tūrinis kondensatorius negali tinkamai išlyginti ištaisytos nuolatinės srovės, todėl atsiranda virpėjimas, kuris sumažina stabilumą ir gali sutrikdyti jautrias grandines.
• Prasta įžeminimo praktika: naudojant ilgus arba plonus įžeminimo pėdsakus, atsiranda triukšmas ir įtampos kritimai. Visada užtikrinkite tvirtą įžeminimo jungtį arti reguliatoriaus kaiščių.
7805 įtampos reguliatoriaus testavimas ir trikčių šalinimas
• Patikrinkite įvesties įtampą: įsitikinkite, kad reguliatorius tiekiamas bent 7 V esant apkrovai. Jei Vin nukrinta žemiau šio lygio, 7805 negali tinkamai reguliuoti.
• Išmatuokite išėjimo įtampą: naudodami multimetrą patikrinkite, ar išėjimas yra artimas +5 V. Didelis nuokrypis gali reikšti perkrovą, perkaitimą arba reguliatoriaus gedimą.
• Stebėkite temperatūrą: jutikliniai patikrinimai arba termometras gali atskleisti perkaitimą. Jei pakuotė per daug įkaista, apsvarstykite galimybę pridėti radiatorių arba sumažinti apkrovos srovę.
• Palyginkite elgseną be apkrovos: išmatuokite išvestį tiek su apkrova, tiek be jos. Didelis įtampos kritimas esant apkrovai rodo nepakankamą įvesties filtravimą, per didelį srovės suvartojimą arba sugedusį įrenginį.
• Izoliuokite gedimus pašalindami apkrovą: jei išėjimas nutraukiamas arba reguliatorius išsijungia, atjunkite apkrovą, kad patikrintumėte reguliatorių savarankiškai. Įprasta 5 V išvestis be apkrovos rodo, kad problema slypi prijungtoje grandinėje.
7805 didelio efektyvumo alternatyvos
Nors 7805 yra paprastas ir patikimas, jo linijinis pobūdis eikvoja energiją kaip šilumą. Programoms, kurioms reikalingas didesnis efektyvumas arba ilgesnis akumuliatoriaus veikimo laikas, alternatyvos dažnai yra geresnis pasirinkimas:
Reguliatorių perjungimas (LM2596, XL4015)
Pakopiniai keitikliai, kurie pasiekia 80–90% efektyvumą, net kai Vin yra daug didesnis nei 5 V. Jie puikiai tinka maitinti didesnes nei 500 mA apkrovas arba kai labai svarbu sumažinti šilumą.
Mažo iškritimo reguliatoriai (LDO) – pvz., AMS1117-5.0, LT1763
Jie gali reguliuoti su Vin tik ~0,5–1 V virš Vout, todėl jie yra naudingi, kai įvesties maitinimas yra arti 5 V (pvz., 6 V adapteriai arba 2 elementų ličio jonų paketai). Efektyvumas pagerėja, kai Vin–Vout yra mažas.
Hibridinis požiūris
Buck reguliatorius pirmiausia gali numesti aukštą įvestį (pvz., 12 V → 6.5 V), o po to 7805 galutiniam reguliavimui. Tai sujungia perjungimo reguliavimo efektyvumą su mažo triukšmo linijinio reguliatoriaus išvestimi.
Paruošti moduliai
Iš anksto surinktos buck keitiklio plokštės yra nebrangios, kompaktiškos ir dažnai kainuoja ne daugiau nei plikas IC. Jie plačiai naudojami mėgėjiškoje elektronikoje ir "pasidaryk pats" projektuose, kad būtų galima greitai ir efektyviai konvertuoti galią.
Išvada
7805 įtampos reguliatorius išlieka klasikiniu sprendimu švariai ir stabiliai +5 V energijai tiekti. Nors jis nėra pats efektyviausias didelės srovės ar plačios įvesties programoms, dėl savo tvirtumo, paprasto naudojimo ir mažo triukšmo jis idealiai tinka daugybei mažos galios konstrukcijų. Nesvarbu, ar tai būtų prototipai, mokomieji rinkiniai ar mažos įterptosios sistemos, 7805 ir toliau yra patikimas pasirinkimas.
Dažnai užduodami klausimai [DUK]
Kokia yra didžiausia 7805 reguliatoriaus įėjimo įtampa?
Dauguma 7805 reguliatorių gali apdoroti iki 25 V įvestį, o kai kurie duomenų lapo variantai leidžia maksimaliai 30–35 V. Tačiau važiuojant arti šios ribos susidaro šilumos perteklius, todėl patikimumui rekomenduojama laikytis 7–20 V ribos.
Ar 7805 galima naudoti be kondensatorių?
Techniškai taip, bet nepatartina. Duomenų lape nurodomi įvesties (0,33 μF) ir išvesties (0,1 μF) kondensatoriai, išdėstyti arti kaiščių, kad būtų išvengta svyravimų ir pagerėtų pereinamasis atsakas. Juos praleidus kyla pavojus nestabilumui ir triukšmui.
Kaip sumažinti šilumą 7805 reguliatoriaus grandinėje?
Šiluma yra proporcinga (Vin – 5) × Iout. Norėdami jį sumažinti, sumažinkite įvesties įtampą, naudokite radiatorių arba suporuokite 7805 su perjungimo išankstiniu reguliatoriumi. Esant didelėms apkrovoms, perjungimo reguliatoriai yra daug efektyvesni.
Ar 7805 tinka akumuliatoriniams projektams?
Jis gali veikti, jei akumuliatorius yra didesnis nei 7 V, tačiau efektyvumas bus prastas dėl linijinio išsklaidymo. Nešiojamiesiems įrenginiams paprastai geresnis pasirinkimas yra mažo kritimo (LDO) reguliatoriai arba DC-DC buck keitikliai.
Kodėl verta naudoti 7805, o ne buck keitiklį?
Nors 7805 yra mažiau efektyvus, jis užtikrina itin mažą triukšmą ir virpėjimą, todėl idealiai tinka analoginiams jutikliams, garso grandinėms ir RF moduliams. Buck keitikliai pasižymi efektyvumu, tačiau jiems dažnai reikia papildomo filtravimo, kad būtų pasiekta panaši išvesties švara.