Regulatorul de tensiune 7805 este unul dintre cele mai utilizate regulatoare liniare pentru generarea unei surse stabile de +5 V. Cunoscut pentru simplitatea, fiabilitatea și protecțiile încorporate, rămâne o alegere de încredere. De la plăci de microcontroler la circuite de senzori, 7805 asigură performanțe constante atât în proiectele electronice educaționale, cât și în cele profesionale.
Ce este regulatorul de tensiune 7805?
7805 este un regulator liniar clasic cu ieșire fixă care furnizează +5 V de la o tensiune de intrare mai mare. Aparține familiei 78xx, unde "xx" denotă tensiunea reglată. Cu doar trei pini (IN, GND, OUT), este ușor de integrat în circuite fără cerințe avansate de proiectare. Popularitatea sa provine din faptul că este robust, ieftin și fabricat de aproape toate companiile majore de semiconductori, asigurând compatibilitatea pin-to-pin între furnizori.
Este cel mai adesea furnizat în pachetul TO-220 pentru modele cu orificii traversante, dar opțiunile de montare la suprafață precum SOT-223 și D²PAK (TO-263) sunt disponibile pentru PCB-uri compacte. În timp ce 7805 este adaptat pentru șine de +5 V, dispozitivele conexe precum 7806 (+6 V), 7809 (+9 V) și 7905 (–5 V) extind aceeași familie. Regulatoarele reglabile precum LM317 servesc atunci când sunt necesare tensiuni non-standard.
Caracteristicile regulatorului de tensiune 7805
• Implementare simplă: Are nevoie doar de condensatori mici de intrare și ieșire pentru stabilitate.
• Acționare de curent decentă: Furnizează ~ 1 A continuu; până la 1,5 A vârf cu radiator adecvat.
• Protecție încorporată: Limitarea curentului, oprirea termică și compensarea zonei sigure sunt integrate.
• Toleranță la erori: Supraviețuiește scurtcircuitelor, supraîncărcărilor și evenimentelor de supratemperatură.
• Abandon moderat: De obicei, ~2 V, deci intrarea trebuie să rămână ≥7 V.
• Temperatură largă de funcționare: Proiectat pentru intervale comerciale și industriale, până la ~125 °C, în funcție de ambalaj.
Specificații tehnice ale regulatorului de tensiune 7805
| Parametru | Valoare / Interval | Note |
|---|---|---|
| Tensiune de ieșire | 5 V (fix) ±4% tipic | Unii furnizori garantează ±2% |
| Tensiune de intrare (recomandată) | 7-25 V | Permite abandon + spațiu pentru cap de ondulare |
| Tensiune de intrare (max) | 25–35 V (specific furnizorului) | Maxim absolut, fișă tehnică de verificare |
| Curent de ieșire | \~1 A continuu | Limitat termic, dependent de pachet |
| Curent de repaus | \~5 mA | Ușoară scurgere în așteptare |
| Tensiune de cădere | \~2 V | Mai jos la sarcină mică, mai mare la 1 A |
| Condensatoare (bypass) | 0,33 μF (IN), 0,1 μF (OUT) | Așezați aproape de știfturile regulatorului |
| Reglarea liniei | 3–7 mV/V tipic | Schimbarea Vout pe pasul Vin |
| Reglarea sarcinii | 25–50 mV (0–1 A) | Schimbarea Vout-ului de la sarcină la sarcină completă |
| PSRR | \~62–70 dB @ 100 Hz | Respingerea puternică a ondulației/zgomotului |
| Ondulare/zgomot de ieșire | \~40–80 μV rms | Mai mic decât majoritatea consumabilelor în comutație |
7805 Pinout regulator de tensiune
| Știft | Nume | Descriere |
|---|---|---|
| 1 | ÎN | Intrare DC nereglată (≥7 V) |
| 2 | GND | Calea de întoarcere la sol |
| 3 | AFARĂ | Ieșire reglată +5 V |
Alimentare tipică de 5 V folosind 7805
Un lanț de reglare standard de 12 V până la 5 V arată adesea astfel:
• Transformator redus – Reduce rețeaua AC (110/220 V) la un nivel mai sigur de ~12 V AC.
• Redresor de punte – Convertește curentul alternativ în curent continuu pulsator folosind patru diode.
• Condensator de filtru în vrac – Un condensator electrolitic mare (de obicei 1000 μF / 25 V) netezește forma de undă rectificată într-un curent continuu mai stabil.
• 7805 Regulator IC – Reglează curentul continuu netezit și fixează tensiunea cu precizie la +5 V.
• Condensatoare de bypass – Un condensator ceramic de 0,33 μF la intrare și 0,1 μF la ieșire previn oscilațiile și îmbunătățesc răspunsul tranzitoriu.
• Componente de protecție – Siguranță pentru siguranță la suprasarcină, diodă cu polaritate inversă prin IN/OUT pentru a proteja împotriva descărcării atunci când intrarea se prăbușește și supresor opțional de supratensiune pentru vârfurile de rețea.
Această configurație este văzută în plăcile Arduino, modulele de senzori și sistemele mici încorporate. De exemplu, un Arduino UNO alimentat de un adaptor de perete de 12 V folosește 7805 intern pentru a furniza o șină reglată de 5 V pentru circuitele sale logice și periferice.
Principiul de funcționare al regulatorului de tensiune 7805
Intern, 7805 integrează trei blocuri de cheie: o referință de 5 V, un amplificator de eroare și un tranzistor cu trecere în serie. Amplificatorul de eroare monitorizează constant ieșirea față de referință și reglează conducția elementului de trecere.
• Când ieșirea scade: tranzistorul de trecere este acționat mai tare, permițând curgerea mai mult curent și ridicând tensiunea înapoi la 5 V.
• Când ieșirea crește: rezistența efectivă a tranzistorului crește, reducând fluxul de curent și trăgând tensiunea înapoi.
Acest sistem de feedback în buclă închisă menține o ieșire stabilă de +5 V cu o bună reglare a liniei și a sarcinii, minimizând în același timp zgomotul în comparație cu sursele nereglementate.
Compromisul este ineficiența: excesul de tensiune este disipat sub formă de căldură. Pierderea de putere este dată de:
Ploss = (Vin − 5) × Iout
Acest lucru face ca 7805 să fie simplu și fiabil, dar mai puțin eficient atunci când tensiunea de intrare este mult peste 5 V sau atunci când furnizează curenți mai mari.
Considerații termice și de eficiență
7805 reglează tensiunea prin disiparea excesului de energie sub formă de căldură. Puterea pierdută este:
Pheat = (Vin − 5) × Iout
Acest lucru face ca managementul termic să fie un factor cheie de proiectare, mai ales atunci când tensiunea de intrare este mult mai mare de 5 V sau curentul de sarcină este semnificativ.
Valori de rezistență termică
• Pachet TO-220: RθJA ≈ 50–65 °C/W (fără radiator), RθJC ≈ 5 °C/W.
• Pachet SOT-223: RθJA ≈ 90-110 °C/W (răspândire limitată a căldurii).
• Cu radiator: RθJA se poate îmbunătăți la 10-20 °C/W, în funcție de dimensiune și debitul de aer.
Linii directoare privind dispărutarea căldurii
• Atașați la radiatoare din aluminiu sau la șasiu metalic pentru o mai bună disipare.
• Utilizați grăsime termică sau tampoane izolatoare pentru a reduce rezistența interfeței.
• Asigurați un flux de aer adecvat dacă disiparea depășește ~5 W.
Exemplu lucrat
Pentru Vin = 12 V, Iout = 0,5 A:
Pheat = (12 − 5) × 0,5=3,5 W
• Fără radiator (RθJA = 50 °C/W): Creșterea ≈ 175 °C → nesigură.
• Cu radiator (RθJA = 15 °C/W): Creșterea tj ≈ 52 °C → sigură la temperatura camerei.
Exemple de eficiență
• Vin = 9 V, Iout = 500 mA → Eficiență ≈ 5/9 = 56%.
• Vin = 12 V, Iout = 500 mA → Eficiență ≈ 5/12 = 42%.
Astfel, 7805 funcționează cel mai bine pentru curenți mici până la moderați și când Vin este aproape de 5 V. Pentru o putere mai mare sau diferențe mari de intrare-ieșire, este preferat un regulator de comutare pentru eficiență.
Aplicații ale regulatorului de tensiune 7805
7805 rămâne popular datorită simplității și performanțelor sale robuste într-o gamă largă de sisteme cu consum redus de energie. Cazurile comune de utilizare includ:
• Alimentarea plăcilor de microcontroler – Oferă o șină stabilă de 5 V pentru platforme precum plăci de dezvoltare Arduino, STM32, AVR și PIC. Asigură o funcționare stabilă chiar și atunci când alimentarea de intrare provine de la adaptoare de perete sau surse nereglementate.
• Circuite analogice și senzori – Utilizate pentru a alimenta amplificatoare operaționale, ADC-uri și senzori de precizie unde o tensiune curată, cu ondulație scăzută, este importantă pentru precizie.
• Module periferice de conducere – Suportă sarcini mici, cum ar fi relee, module LCD și transceiver wireless care necesită o alimentare fiabilă de 5 V.
• Sisteme alimentate cu baterii – Potrivit pentru acumulatori ≥7 V (cum ar fi 9 V sau 12 V) unde sunt extrași curenți moderați, făcându-l util în circuite portabile sau sisteme de rezervă.
• Conversii de laborator și educaționale – Obișnuite în configurațiile de bancă în care o sursă de 12 V este reglată până la 5 V pentru prototipuri și proiecte studențești.
În interiorul circuitului IC al regulatorului de tensiune 7805
Regulatorul de tensiune IC 7805 este proiectat pentru a oferi o ieșire constantă de 5V de la o tensiune de intrare mai mare. Designul său intern combină caracteristicile de reglare, feedback și siguranță, făcându-l unul dintre cele mai fiabile regulatoare de tensiune utilizate în electronică.
Control principal (Q16 – Treceți tranzistorul)
Q16 gestionează fluxul de curent între intrare și ieșire. Funcționează împreună cu circuitul de referință bandgap (secțiune galbenă), care oferă o tensiune de referință stabilă care nu se schimbă odată cu temperatura.
Feedback și corectarea erorilor
O mică parte din producție este alimentată înapoi prin Q1 și Q6. Dacă tensiunea este prea mare sau prea mică, acestea generează un semnal de eroare. Acest semnal este amplificat de amplificatorul de eroare (secțiune portocalie) și utilizat pentru a regla Q16, menținând ieșirea blocată la 5V.
Circuit de pornire (secțiune verde)
Acest circuit asigură că referința de bandă se activează corect atunci când regulatorul pornește. Fără el, IC ar putea să nu pornească. Odată activ, menține stabil procesul de reglare.
Protecție încorporată
7805 include mai multe caracteristici de siguranță:
• Q13 previne supraîncălzirea.
• Q19 protejează împotriva tensiunii de intrare excesive.
• Q14 limitează curentul de ieșire.
Aceste circuite de protecție reduc sau opresc ieșirea atunci când este necesar, prevenind deteriorarea atât a circuitului integrat, cât și a dispozitivelor conectate.
Divizor de tensiune (secțiune albastră)
Divizorul reduce tensiunea de ieșire pentru comparație internă. Acest lucru permite regulatorului să facă ajustări fine și să mențină ieșirea stabilă sub sarcini diferite.
Pro și contra regulatorului de tensiune 7805
| Avantaje | Minusuri |
|---|---|
| Simplu de utilizat – Necesită doar câțiva condensatori externi; Nu este nevoie de reglare sau ajustare. | Eficiență scăzută la Vin ridicat – Tensiunea de intrare în exces este disipată sub formă de căldură, scăzând eficiența. |
| Protecții încorporate – Scurtcircuitul, oprirea termică și limitarea curentului asigură o funcționare mai sigură. | Provocări termice – Generează căldură semnificativă la curenți mai mari, necesitând adesea un radiator. |
| Ieșire stabilă, cu zgomot redus – Oferă o șină curată de 5 V, potrivită pentru circuite logice și analogice. | Tensiune de ieșire fixă – limitată la +5 V, nu este potrivită pentru nevoi de tensiune variabilă. |
| Rentabil și accesibil – Ieftin, disponibil pe scară largă și produs în mai multe tipuri de pachete. | Tensiune de cădere (\~2 V) – Are nevoie de intrare de cel puțin \~7 V pentru a regla corect, nepotrivită pentru surse de joasă tensiune. |
| Design fiabil – Istoric dovedit în produse de consum și industriale. | Limitări curente – De obicei consumă\~1 A; sarcinile mai mari necesită regulatoare de comutare. |
Greșeli comune de evitat în regulatorul de tensiune 7805
• Omiterea condensatoarelor de bypass: Condensatoarele ceramice mici (0,33 μF la intrare, 0,1 μF la ieșire) sunt esențiale pentru a preveni oscilațiile. Omiterea lor duce adesea la ieșiri instabile sau zgomotoase.
• Alimentarea unei tensiuni de intrare prea mici: Deoarece 7805 necesită cel puțin ~ 7 V pentru a regla, alimentarea cu doar 6-6,5 V are ca rezultat o reglare slabă și o ieșire fluctuantă.
• Ignorarea disipării căldurii: Sub sarcină grea sau vin mare, regulatorul se poate supraîncălzi și poate intra în oprire termică sau chiar se poate defecta dacă nu este utilizat radiatorul.
• Subdimensionarea condensatorului filtrului de intrare: Un condensator mic în vrac nu poate netezi corect curentul continuu rectificat, provocând ondulații care reduc stabilitatea și pot perturba circuitele sensibile.
• Practici slabe de împământare: Utilizarea urmelor de împământare lungi sau subțiri introduce zgomot și căderi de tensiune. Asigurați-vă întotdeauna o conexiune solidă la masă aproape de pinii regulatorului.
Testarea și depanarea regulatorului de tensiune 7805
• Verificați tensiunea de intrare: Asigurați-vă că regulatorul este alimentat cu cel puțin 7 V sub sarcină. Dacă Vin scade sub acest nivel, 7805 nu se poate regla corect.
• Măsurați tensiunea de ieșire: Cu un multimetru, verificați dacă ieșirea este aproape de +5 V. O abatere semnificativă poate indica suprasarcină, supraîncălzire sau defecțiune a regulatorului.
• Monitorizați temperatura: Verificările tactile sau un termometru pot dezvălui supraîncălzirea. Dacă pachetul se încălzește excesiv, luați în considerare adăugarea unui radiator sau reducerea curentului de sarcină.
• Comparați comportamentul fără sarcină vs. sarcină: Măsurați ieșirea atât cu cât și fără sarcină. O cădere mare de tensiune sub sarcină sugerează o filtrare insuficientă a intrării, un consum excesiv de curent sau un dispozitiv defect.
• Izolați defecțiunile prin îndepărtarea sarcinii: Dacă ieșirea este trasă în jos sau regulatorul se oprește, deconectați sarcina pentru a testa regulatorul independent. O ieșire normală de 5 V fără sarcină indică faptul că problema constă în circuitul conectat.
7805 Alternative pentru eficiență ridicată
În timp ce 7805 este simplu și fiabil, natura sa liniară risipește energie sub formă de căldură. Pentru aplicațiile care necesită o eficiență mai mare sau o durată de viață mai lungă a bateriei, alternativele sunt adesea alegeri mai bune:
Regulatoare buck de comutare (LM2596, XL4015)
Convertoare reductoare care ating o eficiență de 80-90%, chiar și atunci când Vin este mult mai mare de 5 V. Sunt potrivite pentru alimentarea sarcinilor de peste 500 mA sau atunci când minimizarea căldurii este critică.
Regulatoare cu abandon redus (LDO) – de exemplu, AMS1117-5.0, LT1763
Acestea se pot regla cu Vin doar ~0,5-1 V peste Vout, făcându-le utile atunci când sursa de intrare este aproape de 5 V (de exemplu, adaptoare de 6 V sau pachete Li-ion cu 2 celule). Eficiența se îmbunătățește atunci când Vin-Vout este mic.
Abordare hibridă
Un regulator buck poate lansa mai întâi o intrare mare (de exemplu, 12 V → 6,5 V), urmată de un 7805 pentru reglarea finală. Aceasta combină eficiența reglarii comutarii cu ieșirea cu zgomot redus a unui regulator liniar.
Module gata făcute
Plăcile de convertoare buck preasamblate sunt ieftine, compacte și adesea nu costă mai mult decât IC-ul gol. Acestea sunt utilizate pe scară largă în electronica hobby și proiectele de bricolaj pentru conversia rapidă și eficientă a puterii.
Concluzie
Regulatorul de tensiune 7805 rămâne o soluție clasică pentru furnizarea unei puteri curate și stabile de +5 V. Deși nu este cel mai eficient pentru aplicații cu curent mare sau cu intrare largă, robustețea, ușurința de utilizare și zgomotul redus îl fac ideal pentru nenumărate modele cu consum redus de energie. Fie că este vorba de prototipuri, kituri educaționale sau sisteme mici încorporate, 7805 continuă să fie o alegere de încredere.
Întrebări frecvente [FAQ]
Care este tensiunea maximă de intrare pentru un regulator 7805?
Majoritatea regulatoarelor 7805 pot gestiona intrări de până la 25 V, unele variante de fișă tehnică permițând maximum absolut de 30-35 V. Cu toate acestea, alergarea aproape de această limită generează căldură excesivă, astfel încât se recomandă să rămâneți între 7-20 V pentru fiabilitate.
7805 poate fi folosit fără condensatoare?
Din punct de vedere tehnic da, dar nu este recomandabil. Fișa tehnică specifică condensatoarele de intrare (0,33 μF) și ieșire (0,1 μF) plasate aproape de pini pentru a preveni oscilațiile și a îmbunătăți răspunsul tranzitoriu. Săritul peste ele riscă instabilitate și zgomot.
Cum reduc căldura într-un circuit de reglare 7805?
Căldura este proporțională cu (Vin – 5) × Iout. Pentru a-l minimiza, reduceți tensiunea de intrare, utilizați un radiator sau asociați 7805 cu un preregulator de comutare. Pentru sarcini grele, regulatoarele de comutare sunt mult mai eficiente.
Este 7805 potrivit pentru proiecte alimentate cu baterii?
Poate funcționa dacă bateria este peste 7 V, dar eficiența va fi slabă din cauza disipării liniare. Pentru dispozitivele portabile, regulatoarele LDO sau convertoarele buck DC-DC sunt de obicei alegeri mai bune.
De ce să folosiți un 7805 în loc de un convertor buck?
Deși mai puțin eficient, 7805 oferă zgomot și ondulații ultra-scăzute, făcându-l ideal pentru senzori analogici, circuite audio și module RF. Convertoarele buck excelează în eficiență, dar adesea necesită filtrare suplimentară pentru a obține o curățenie comparabilă a ieșirii.