A 7805-ös feszültségszabályozó az egyik legszélesebb körben használt lineáris szabályozó stabil +5 V-os tápellátás előállítására. Egyszerűségéről, megbízhatóságáról és beépített védelméről ismert, továbbra is megbízható választás. A mikrovezérlő kártyáktól az érzékelő áramkörökig a 7805 egyenletes teljesítményt biztosít mind az oktatási, mind a professzionális elektronikai projektekben.
Mi az a 7805 feszültségszabályozó?
A 7805 egy klasszikus fix kimenetű lineáris szabályozó, amely +5 V-ot ad le magasabb bemeneti feszültségről. A 78xx családba tartozik, ahol az "xx" a szabályozott feszültséget jelöli. Mindössze három érintkezővel (IN, GND, OUT) könnyen integrálható az áramkörökbe fejlett tervezési követelmények nélkül. Népszerűsége abból fakad, hogy robusztus, olcsó és szinte minden nagyobb félvezetőgyártó cég gyártja, biztosítva a tűk közötti kompatibilitást a gyártók között.
Leggyakrabban a TO-220 csomagban szállítják átmenő furatú kialakításokhoz, de a kompakt NYÁK-okhoz olyan felületre szerelhető opciók is rendelkezésre állnak, mint a SOT-223 és a D²PAK (TO-263). Míg a 7805 +5 V-os sínekre van szabva, a kapcsolódó eszközök, mint például a 7806 (+6 V), 7809 (+9 V) és 7905 (–5 V) ugyanazt a családot bővítik. Az LM317-hez hasonló állítható szabályozók akkor szolgálnak, ha nem szabványos feszültségekre van szükség.
A 7805 feszültségszabályozó jellemzői
• Egyszerű megvalósítás: Csak kis bemeneti és kimeneti kondenzátorokra van szükség a stabilitás érdekében.
• Megfelelő áramhajtás: ~1 A-t szolgáltat folyamatosan; 1,5 A csúcsig megfelelő hűtőbordával.
• Beépített védelem: Áramkorlátozás, hőleállítás és biztonságos terület kompenzáció integrálva.
• Hibatűrés: Túléli a rövidzárlatot, a túlterhelést és a túlmelegedési eseményeket.
• Mérsékelt lemorzsolódás: Általában ~2 V, ezért a bemenetnek ≥7 V-nak kell maradnia.
• Széles üzemi hőmérséklet: Kereskedelmi és ipari tartományokhoz tervezték, csomagtól függően ~125 °C-ig.
7805 feszültségszabályozó műszaki adatok
| Paraméter | Érték / Tartomány | Jegyzetek |
|---|---|---|
| Kimeneti feszültség | 5 V (rögzített) ±4% jellemző | Egyes szállítók ±2%-os garanciát vállalnak |
| Bemeneti feszültség (ajánlott) | 7–25 V | Lehetővé teszi a lemorzsolódást + a hullámzás mozgásterét |
| Bemeneti feszültség (max) | 25–35 V (gyártóspecifikus) | Abszolút max, ellenőrizze az adatlapot |
| Kimeneti áram | \~1 Folytonos | Termikusan korlátozott, csomagfüggő |
| Nyugalmi áram | \~5 mA | Enyhe készenléti lefolyó |
| Kiesési feszültség | \~2 V | Kis terhelésnél alacsonyabb, 1 A-nél magasabb |
| Kondenzátorok (bypass) | 0,33 μF (IN), 0,1 μF (OUT) | Helyezze a szabályozó csapok közelébe |
| Vonalszabályozás | 3–7 mV/V jellemző | A Vout változása Vin lépésenként |
| Terhelés szabályozása | 25–50 mV (0–1 A) | A Vout változása üresjáratról teljes terhelésre |
| PSRR | \~62–70 dB @ 100 Hz | A hullámzás/zaj erős elutasítása |
| Kimeneti hullámzás/zaj | \~40–80 μV effektív | Alacsonyabb, mint a legtöbb kapcsolóüzemű kellékanyag |
7805 feszültségszabályozó kivezetés
| Tű | Név | Leírás |
|---|---|---|
| 1 | BAN | Szabályozatlan egyenáramú bemenet (≥7 V) |
| 2 | GND | Talaj visszatérő út |
| 3 | KI | Szabályozott +5 V kimenet |
Tipikus 5 V-os tápellátás 7805-tel
A szabványos 12 V-tól 5 V-ig terjedő szabályozó lánc gyakran így néz ki:
• Lecsökkentő transzformátor – Biztonságosabb ~12 V AC szintre csökkenti a hálózati váltakozó áramot (110/220 V).
• Híd egyenirányító – Négy dióda segítségével átalakítja az AC-t pulzáló egyenárammá.
• Ömlesztett szűrőkondenzátor – Egy nagy elektrolitkondenzátor (általában 1000 μF/25 V) stabilabb egyenárammá simítja az egyenirányított hullámformát.
• 7805 Regulator IC – Szabályozza a simított egyenáramot és pontosan rögzíti a feszültséget +5 V-on.
• Bypass kondenzátorok – A bemeneten és a kimeneten 0,1 μF kerámia kondenzátor megakadályozza az oszcillációkat és javítja a tranziens választ.
• Védelmi alkatrészek – Biztosíték a túlterhelés biztonságához, fordított polaritású dióda az IN/OUT bemeneten, hogy megvédje a kisüléstől, amikor a bemenet összeomlik, és opcionális túlfeszültség-csökkentő a hálózati tüskékhez.
Ez a beállítás látható az Arduino táblákon, érzékelőmodulokon és kis beágyazott rendszereken. Például egy 12 V-os fali adapterrel működő Arduino UNO a 7805-öt belsőleg használja, hogy szabályozott 5 V-os sínt biztosítson logikai áramkörei és perifériái számára.
A 7805 feszültségszabályozó működési elve
Belsőleg a 7805 három kulcsblokkot integrál: egy 5 V-os referenciát, egy hibaerősítőt és egy soros tranzisztort. A hibaerősítő folyamatosan figyeli a kimenetet a referenciaértékhez képest, és beállítja az áteresztő elem vezetését.
• Ha a kimenet csökken: az áteresztő tranzisztort erősebben hajtják, így több áram folyik, és a feszültséget 5 V-ra emeli.
• A teljesítmény növekedésekor: a tranzisztor effektív ellenállása növekszik, csökkentve az áramáramlást és visszahúzva a feszültséget.
Ez a zárt hurkú visszacsatoló rendszer stabil +5 V-os kimenetet tart fenn jó vonal- és terhelésszabályozással, miközben minimalizálja a zajt a szabályozatlan tápellátáshoz képest.
A kompromisszum a hatékonyság hiánya: a felesleges feszültség hőként eloszlik. A teljesítményveszteséget a következő képlet adja meg:
Ploss = (Vin − 5) × Iout
Ez egyszerűvé és megbízhatóvá teszi a 7805-öt, de kevésbé hatékony, ha a bemeneti feszültség jóval meghaladja az 5 V-ot, vagy ha nagyobb áramot szolgáltat.
Hő- és hatékonysági szempontok
A 7805 úgy szabályozza a feszültséget, hogy a felesleges energiát hőként elvezeti. Az elveszett teljesítmény:
Pheat = (Vin − 5) × Iout
Ez a hőkezelést kulcsfontosságú tervezési tényezővé teszi, különösen akkor, ha a bemeneti feszültség jóval magasabb, mint 5 V, vagy a terhelési áram jelentős.
Hőellenállási értékek
• TO-220 tokozás: RθJA ≈ 50–65 °C/W (hűtőborda nélkül), RθJC ≈ 5 °C/W.
• SOT-223 tokozás: RθJA ≈ 90–110 °C/W (korlátozott hőterjedés).
• Hűtőbordával: Az RθJA mérettől és légáramlástól függően 10–20 °C/W-ra javulhat.
Hűtőbordázási irányelvek
• Rögzítse alumínium hűtőbordákhoz vagy fém házhoz a jobb elvezetés érdekében.
• Használjon hőzsírt vagy szigetelő párnákat az interfész ellenállásának csökkentésére.
• Biztosítsa a megfelelő légáramlást, ha a disszipáció meghaladja a ~5 W-ot.
Dolgozott példa
Vin = 12 V esetén Iout = 0,5 A:
Pheat = (12 − 5) × 0,5=3,5 W
• Hűtőborda nélkül (RθJA = 50 °C/W): A Tj emelkedése 175 °C-≈ → nem biztonságos.
• Hűtőbordával (RθJA = 15 °C/W): Tj emelkedés ≈ 52 °C-→ szobahőmérsékleten biztonságos.
Hatékonysági példák
• Vin = 9 V, Iout = 500 mA → Hatékonyság ≈ 5/9 = 56%.
• Vin = 12 V, Iout = 500 mA → Hatékonyság ≈ 5/12 = 42%.
Így a 7805 alacsony és közepes áramerősséggel működik a legjobban, és ha a Vin közel van az 5 V-hoz. Nagyobb teljesítmény vagy nagy bemeneti-kimeneti különbségek esetén a hatékonyság érdekében a kapcsolószabályozót részesítik előnyben.
A 7805 feszültségszabályozó alkalmazásai
A 7805 továbbra is népszerű egyszerűsége és robusztus teljesítménye miatt az alacsony fogyasztású rendszerek széles skáláján. A gyakori használati esetek a következők:
• Mikrovezérlő kártyák tápellátása – Állandó 5 V-os sínt biztosít az olyan platformokhoz, mint az Arduino, STM32, AVR és PIC fejlesztőkártyák. Stabil működést biztosít akkor is, ha a bemeneti tápellátás fali adapterekből vagy szabályozatlan forrásokból származik.
• Analóg és érzékelő áramkörök – Műveleti erősítők, ADC-k és precíziós érzékelők táplálására szolgál, ahol a tiszta, alacsony hullámzású feszültség fontos a pontosság szempontjából.
• Perifériás modulok vezetése – Támogatja a kis terheléseket, például reléket, LCD-modulokat és vezeték nélküli adó-vevőket, amelyek megbízható 5 V-os tápellátást igényelnek.
• Akkumulátoros rendszerek – Alkalmas ≥7 V-os (például 9 V vagy 12 V) akkumulátorokhoz, ahol mérsékelt áramot vesznek fel, így hasznos hordozható áramkörökben vagy tartalék rendszerekben.
• Laboratóriumi és oktatási átalakítások – Gyakori a padbeállításokban, ahol a 12 V-os forrást 5 V-ig szabályozzák prototípuskészítéshez és diákprojektekhez.
A 7805 feszültségszabályozó IC áramkör belsejében
A 7805 feszültségszabályozó IC-t úgy tervezték, hogy egyenletes 5 V-os kimenetet biztosítson magasabb bemeneti feszültségből. Belső kialakítása egyesíti a szabályozási, visszacsatolási és biztonsági funkciókat, így az elektronikában használt egyik legmegbízhatóbb feszültségszabályozó.
Fő vezérlés (Q16 – Passz tranzisztor)
A Q16 kezeli a bemenet és a kimenet közötti áramáramlást. Együtt működik a sávszélesség referencia áramkörével (sárga szakasz), amely stabil referenciafeszültséget biztosít, amely nem változik a hőmérséklet függvényében.
Visszajelzés és hibajavítás
A kimenet egy kis részét a Q1-en és Q6-on keresztül táplálják vissza. Ha a feszültség túl magas vagy túl alacsony, hibajelet generálnak. Ezt a jelet a hibaerősítő (narancssárga szakasz) erősíti, és a Q16 beállítására szolgál, a kimenetet 5 V-on rögzítve.
Indító áramkör (zöld szakasz)
Ez az áramkör biztosítja, hogy a sávszélesség referencia megfelelően aktiválódjon, amikor a szabályozó bekapcsol. Enélkül előfordulhat, hogy az IC nem indul el. Ha aktív, stabilan tartja a szabályozási folyamatot.
Beépített védelem
A 7805 számos biztonsági funkciót tartalmaz:
• A Q13 megakadályozza a túlmelegedést.
• A Q19 véd a túlzott bemeneti feszültség ellen.
• A Q14 korlátozza a kimeneti áramot.
Ezek a védőáramkörök szükség esetén csökkentik vagy leállítják a kimenetet, megakadályozva az IC és a csatlakoztatott eszközök károsodását.
Feszültségosztó (kék szakasz)
Az elválasztó lekicsinyíti a kimeneti feszültséget a belső összehasonlítás érdekében. Ez lehetővé teszi a szabályozó számára, hogy finombeállításokat végezzen, és stabilan tartsa a teljesítményt különböző terhelések mellett.
A 7805 feszültségszabályozó előnyei és hátrányai
| Érvek | Hátrányok |
|---|---|
| Egyszerű használat – Csak néhány külső kondenzátort igényel; nincs szükség hangolásra vagy beállításra. | Alacsony hatásfok magas Vin mellett – A felesleges bemeneti feszültség hőként eloszlik, csökkentve a hatékonyságot. |
| Beépített védelem – A rövidzárlat, a hőleállítás és az áramkorlátozás biztonságosabb működést biztosít. | Termikus kihívások – Jelentős hőt termel nagyobb áramerősségnél, gyakran hűtőbordára van szükség. |
| Stabil, alacsony zajszintű kimenet – Tiszta 5 V-os sínt biztosít, amely alkalmas logikai és analóg áramkörökhöz. | Fix kimeneti feszültség – +5 V-ra korlátozva, nem alkalmas változó térfogathoztage igények. |
| Költséghatékony és hozzáférhető – Olcsó, széles körben elérhető és többféle csomagtípusban gyártható. | Kiesés voltage (\~2 V) – A megfelelő szabályozáshoz legalább \~7 V bemenetre van szükség, nem alkalmas alacsony térfogathoztage források. |
| Megbízható tervezés – Bizonyított eredmények a fogyasztói és ipari termékek terén. | Jelenlegi korlátozások – általában szolgáltat\~1 A; A nagyobb terhelések szabályozókat igényelnek. |
Gyakori hibák, amelyeket el kell kerülni a 7805 feszültségszabályozóban
• Bypass kondenzátorok elhagyása: A kis kerámia kondenzátorok (0,33 μF a bemeneten, 0,1 μF a kimeneten) elengedhetetlenek az oszcillációk megelőzéséhez. Ezek kihagyása gyakran instabil vagy zajos kimenethez vezet.
• Túl alacsony bemeneti feszültség ellátása: Mivel a 7805 szabályozásához legalább ~7 V-ra van szükség, a 6–6,5 V tápellátás gyenge szabályozást és ingadozó teljesítményt eredményez.
• A hőelvezetés figyelmen kívül hagyása: Nagy terhelés vagy magas alin érték esetén a szabályozó túlmelegedhet és hőleállásba léphet, vagy akár meg is hibásodhat, ha nem használ hűtőbordát.
• A bemeneti szűrő kondenzátor alulméretezése: A kis térfogatú kondenzátor nem tudja megfelelően simítani az egyenáramot, ami hullámzást okoz, ami csökkenti a stabilitást és megzavarhatja az érzékeny áramköröket.
• Rossz földelési gyakorlatok: A hosszú vagy vékony földelési nyomok használata zajt és feszültségesést okoz. Mindig biztosítson szilárd földelést a szabályozó csapjainak közelében.
A 7805 feszültségszabályozó tesztelése és hibaelhárítása
• Ellenőrizze a bemeneti feszültséget: Győződjön meg arról, hogy a szabályozó terhelés alatt legalább 7 V-ot táplál. Ha Vin e szint alá süllyed, a 7805 nem tudja megfelelően szabályozni.
• Kimeneti feszültség mérése: Multiméterrel ellenőrizze, hogy a kimenet +5 V közelében van-e. A jelentős eltérés túlterhelésre, túlmelegedésre vagy a szabályozó meghibásodására utalhat.
• Hőmérséklet monitorozása: Az érintésbiztos ellenőrzések vagy a hőmérő túlmelegedést mutathat. Ha a csomag túlságosan felforrósodik, fontolja meg hűtőborda hozzáadását vagy a terhelési áram csökkentését.
• Terhelés nélküli és terhelési viselkedés összehasonlítása: Mérje a kimenetet terheléssel és terhelés nélkül is. A terhelés alatti nagy feszültségesés elégtelen bemeneti szűrésre, túlzott áramfelvételre vagy meghibásodott eszközre utal.
• Hibák elkülönítése a terhelés eltávolításával: Ha a kimenetet lehúzzák, vagy a szabályozó leáll, válassza le a terhelést a szabályozó független teszteléséhez. A normál 5 V-os kimenet terhelés nélkül azt jelzi, hogy a probléma a csatlakoztatott áramkörben van.
7805 alternatíva a nagy hatékonysághoz
Míg a 7805 egyszerű és megbízható, lineáris természete hőként pazarolja az energiát. A nagyobb hatékonyságot vagy hosszabb akkumulátor-élettartamot igénylő alkalmazásokhoz gyakran jobb választás az alternatíva:
Kapcsoló buck szabályozók (LM2596, XL4015)
Lecsökkentő átalakítók, amelyek 80–90% -os hatékonyságot érnek el, még akkor is, ha a Vin sokkal magasabb, mint 5 V. Kiválóan alkalmasak 500 mA feletti terhelések táplálására, vagy ha a hő minimalizálása kritikus fontosságú.
Alacsony kiesésű szabályozók (LDO) – pl. AMS1117-5.0, LT1763
Ezek csak ~0,5–1 V-tal tudnak szabályozni a Vin felett, így hasznosak, ha a bemeneti tápellátás közel van az 5 V-hoz (pl. 6 V-os adapterek vagy 2 cellás Li-ion csomagok). A hatékonyság javul, ha a Vin–Vout kicsi.
Hibrid megközelítés
A buck szabályozó először nagy bemenetet (pl. 12 V → 6,5 V) dobhat le, majd egy 7805-öt a végső szabályozáshoz. Ez egyesíti a kapcsolásszabályozás hatékonyságát a lineáris szabályozó alacsony zajszintű kimenetével.
Kész modulok
Az előre összeszerelt buck átalakító táblák olcsók, kompaktak, és gyakran nem kerülnek többe, mint a csupasz IC. Ezeket széles körben használják hobbielektronikában és barkácsprojektekben a gyors és hatékony energiaátalakítás érdekében.
Következtetés
A 7805-ös feszültségszabályozó továbbra is klasszikus megoldás a tiszta és stabil +5 V-os teljesítmény biztosítására. Bár nem a leghatékonyabb nagy áramú vagy széles bemenetű alkalmazásokhoz, robusztussága, könnyű kezelhetősége és alacsony zajszintje ideálissá teszi számtalan alacsony fogyasztású kialakításhoz. Legyen szó prototípusokról, oktatókészletekről vagy kis beágyazott rendszerekről, a 7805 továbbra is megbízható választás.
Gyakran ismételt kérdések [GYIK]
Mekkora a maximális bemeneti feszültség egy 7805-ös szabályozónál?
A legtöbb 7805-ös szabályozó akár 25 V-os bemenetet is képes kezelni, egyes adatlapváltozatok pedig 30–35 V-os abszolút maximumot tesznek lehetővé. Ennek a határértéknek a közelében azonban felesleges hőt termel, ezért a megbízhatóság érdekében ajánlott 7–20 V-on belül maradni.
Használható a 7805 kondenzátorok nélkül?
Technikailag igen, de nem tanácsos. Az adatlap meghatározza a csapok közelében elhelyezett bemeneti (0,33 μF) és kimeneti (0,1 μF) kondenzátorokat az oszcillációk megelőzése és a tranziens válasz javítása érdekében. Kihagyásuk instabilitást és zajt kockáztat.
Hogyan csökkenthetem a hőt egy 7805-ös szabályozó áramkörben?
A hő arányos a (Vin – 5) × Iouttal. Ennek minimalizálása érdekében csökkentse a bemeneti feszültséget, használjon hűtőbordát, vagy párosítsa a 7805-öt egy kapcsoló előszabályozóval. Nagy terhelések esetén a kapcsoló szabályozók sokkal hatékonyabbak.
Alkalmas a 7805 akkumulátoros projektekhez?
Működhet, ha az akkumulátor 7 V felett van, de a hatékonyság gyenge lesz a lineáris disszipáció miatt. Hordozható eszközök esetén általában jobb választás az alacsony kiesésű (LDO) szabályozók vagy a DC-DC buck átalakítók.
Miért érdemes 7805-öt használni buck konverter helyett?
Bár kevésbé hatékony, a 7805 rendkívül alacsony zajt és hullámzást biztosít, így ideális analóg érzékelőkhöz, audio áramkörökhöz és RF modulokhoz. A Buck konverterek hatékonysággal jeleskednek, de gyakran extra szűrést igényelnek az összehasonlítható kimeneti tisztaság eléréséhez.