7805-pingeregulaator on üks enim kasutatavaid lineaarseid regulaatoreid stabiilse +5 V toiteallika genereerimiseks. Tuntud oma lihtsuse, töökindluse ja sisseehitatud kaitsete poolest, on see endiselt usaldusväärne valik. Alates mikrokontrolleri plaatidest kuni anduriahelateni tagab 7805 ühtlase jõudluse nii hariduslikes kui ka professionaalsetes elektroonikaprojektides.
Mis on pingeregulaator 7805?
7805 on klassikaline fikseeritud väljundiga lineaarne regulaator, mis annab +5 V kõrgemast sisendpingest. See kuulub 78xx perekonda, kus "xx" tähistab reguleeritud pinget. Ainult kolme viiguga (IN, GND, OUT) on seda lihtne integreerida vooluringidesse ilma täiustatud disaininõueteta. Selle populaarsus tuleneb sellest, et see on vastupidav, odav ja seda toodavad peaaegu kõik suuremad pooljuhtide ettevõtted, tagades müüjate vahelise ühilduvuse.
Kõige sagedamini tarnitakse seda TO-220 pakendis läbivate aukude jaoks, kuid kompaktsete PCB-de jaoks on saadaval pinnakinnitusvõimalused, nagu SOT-223 ja D²PAK (TO-263). Kui 7805 on kohandatud +5 V rööbastele, siis seotud seadmed, nagu 7806 (+6 V), 7809 (+9 V) ja 7905 (–5 V), laiendavad sama perekonda. Reguleeritavad regulaatorid, nagu LM317, töötavad siis, kui on vaja mittestandardseid pingeid.
7805 pingeregulaatori omadused
• Lihtne rakendamine: stabiilsuse tagamiseks on vaja ainult väikeseid sisend- ja väljundkondensaatoreid.
• Korralik vooluajam: varustab ~1 A pidevalt; kuni 1,5 A tipp korraliku jahutusradiaatoriga.
• Sisseehitatud kaitse: voolu piiramine, termiline väljalülitamine ja ohutu ala kompenseerimine on integreeritud.
• Veataluvus: elab üle lühised, ülekoormused ja ülekuumenemised.
• Mõõdukas väljalangemine: Tavaliselt ~2 V, seega peab sisend jääma ≥7 V.
• Lai töötemperatuur: mõeldud kaubanduslikele ja tööstuslikele vahemikele, olenevalt pakendist kuni ~125 °C.
7805 pingeregulaatori tehnilised andmed
| Parameeter | Väärtus / vahemik | Märkused |
|---|---|---|
| Väljundpinge | 5 V (fikseeritud) ±4% tüüpiline | Mõned müüjad garanteerivad ±2% |
| Sisendpinge (soovitatav) | 7–25 V | Võimaldab väljalangemist + pulsatsiooni pearuumi |
| Sisendpinge (max) | 25–35 V (müüjapõhine) | Absoluutne maksimum, kontrollige andmelehte |
| Väljundvool | \~1 Pidev | Piiratud termiline, pakendist sõltuv |
| Vaikne vool | \~5 mA | Kerge ooterežiimi äravool |
| Väljalangemise pinge | \~2 V | Madalam väikesel koormusel, kõrgem 1 A juures |
| Kondensaatorid (möödaviik) | 0,33 μF (IN), 0,1 μF (OUT) | Asetage regulaatori tihvtide lähedusse |
| Liini reguleerimine | Tüüpiline 3–7 mV/V | Vouti muutus Vini sammu kohta |
| Koormuse reguleerimine | 25–50 mV (0–1 A) | Vouti muutmine tühikäigust täiskoormusele |
| PSRR | \~62–70 dB @ 100 Hz | Tugev lainetuse/müra tagasilükkamine |
| Väljundi pulsatsioon/müra | \~40–80 μV rms | Madalam kui enamikul lülitusrežiimis olevatel tarvikutel |
7805 pingeregulaatori pistikupesa
| Nööpnõel | Nimi | Kirjeldus |
|---|---|---|
| 1 | SISSE | Reguleerimata alalisvoolu sisend (≥7 V) |
| 2 | GND | Maapinna tagasipöördumise tee |
| 3 | VÄLJA | Reguleeritud +5 V väljund |
Tüüpiline 5 V toide 7805 abil
Tavaline 12 V kuni 5 V regulaatorikett näeb sageli välja selline:
• Astmeline trafo – vähendab vahelduvvooluvõrku (110/220 V) ohutumale ~12 V vahelduvvoolu tasemele.
• Sillaalaldi – muundab vahelduvvoolu pulseerivaks alalisvooluks, kasutades nelja dioodi.
• Hulgifiltri kondensaator – suur elektrolüütkondensaator (tavaliselt 1000 μF/25 V) silub alaldatud lainekuju stabiilsemaks alalisvooluks.
• 7805 regulaator IC – reguleerib silutud alalisvoolu ja kinnitab pinge täpselt +5 V juures.
• Möödaviigukondensaatorid – 0,33 μF keraamiline kondensaator sisendis ja 0,1 μF väljundis takistavad võnkumisi ja parandavad siirdereaktsiooni.
• Kaitsekomponendid – kaitse ülekoormuse ohutuse tagamiseks, vastupidise polaarsusega diood üle IN/OUT, et kaitsta tühjenemise eest sisendi kokkuvarisemisel, ja valikuline liigpingepiirik võrgupiikide jaoks.
Seda seadistust on näha Arduino plaatides, andurimoodulites ja väikestes manussüsteemides. Näiteks 12 V seinaadapteriga töötav Arduino UNO kasutab 7805 sisemiselt, et pakkuda oma loogikaahelatele ja välisseadmetele reguleeritud 5 V rööpa.
7805 pingeregulaatori tööpõhimõte
Sisemiselt integreerib 7805 kolm võtmeplokki: 5 V referents, veavõimendi ja jadapäästransistor. Veavõimendi jälgib pidevalt väljundit võrdluse suhtes ja reguleerib läbipääsuelemendi juhtivust.
• Kui väljund langeb: läbipääsutransistori juhitakse tugevamalt, võimaldades voolata rohkem voolu ja tõstes pinge tagasi 5 V-ni.
• Kui väljund tõuseb: transistori efektiivne takistus suureneb, vähendades vooluvoolu ja tõmmates pinge tagasi.
See suletud ahelaga tagasisidesüsteem säilitab stabiilse +5 V väljundi koos hea liini ja koormuse reguleerimisega, minimeerides samal ajal müra võrreldes reguleerimata toiteallikatega.
Kompromiss on ebaefektiivsus: liigne pinge hajub soojusena. Võimsuskadu saadakse valemiga:
Ploss = (Vin − 5) × Iout
See muudab 7805 lihtsaks ja töökindlaks, kuid vähem tõhusaks, kui sisendpinge on tunduvalt üle 5 V või kui toidetakse suuremaid voolusid.
Soojuse ja tõhususe kaalutlused
7805 reguleerib pinget, hajutades liigse energia soojusena. Kaotatud võimsus on:
Pheat = (Vin − 5) × Iout
See muudab soojusjuhtimise peamiseks disainiteguriks, eriti kui sisendpinge on palju suurem kui 5 V või koormusvool on märkimisväärne.
Soojustakistuse väärtused
• TO-220 pakett: RθJA ≈ 50–65 °C/W (ilma jahutusradiaatorita), RθJC ≈ 5 °C/W.
• SOT-223 pakett: RθJA ≈ 90–110 °C/W (piiratud soojuse levik).
• Jahutusradiaatoriga: RθJA võib olenevalt suurusest ja õhuvoolust paraneda 10–20 °C/W-ni.
Jahutusradiaatori juhised
• Parema hajumise tagamiseks kinnitage alumiiniumist jahutusradiaatorite või metallist šassii külge.
• Kasutage liidese takistuse vähendamiseks termilist määret või isoleerpatju.
• Tagage õige õhuvool, kui hajumine ületab ~5 W.
Töötatud näide
Kui Vin = 12 V, Iout = 0,5 A:
Pheat = (12 − 5) × 0,5 = 3,5 W
• Ilma jahutusradiaatorita (RθJA = 50 °C/W): Tj tõus ≈ 175 °C → ohtlik.
• Jahutusradiaatoriga (RθJA = 15 °C/W): Tj tõus ≈ 52 °C → toatemperatuuril ohutu.
Tõhususe näited
• Vin = 9 V, Iout = 500 mA → Kasutegur ≈ 5/9 = 56%.
• Vin = 12 V, Iout = 500 mA → Kasutegur ≈ 5/12 = 42%.
Seega töötab 7805 kõige paremini madala kuni mõõduka vooluga ja siis, kui Vin on 5 V lähedal. Suurema võimsuse või suurte sisend-väljundi erinevuste korral eelistatakse tõhususe tagamiseks lülitusregulaatorit.
7805 pingeregulaatori rakendused
7805 on endiselt populaarne tänu oma lihtsusele ja tugevale jõudlusele paljudes vähese energiatarbega süsteemides. Levinud kasutusjuhtumid on järgmised:
• Mikrokontrolleri plaatide toite – Pakub püsivat 5 V rööpa sellistele platvormidele nagu Arduino, STM32, AVR ja PIC arendusplaadid. See tagab stabiilse töö isegi siis, kui sisendtoide on seinaadapteritest või reguleerimata allikatest.
• Analoog- ja anduriahelad – kasutatakse operatsioonivõimendite, ADC-de ja täppisandurite varustamiseks, kus täpsuse tagamiseks on oluline puhas madala pulsatsiooniga pinge.
• Välisseadmete moodulite juhtimine – toetab väikeseid koormusi, nagu releed, LCD-moodulid ja juhtmevabad transiiverid, mis nõuavad usaldusväärset 5 V toiteallikat.
• Akutoitega süsteemid – Sobib akudele ≥7 V (näiteks 9 V või 12 V), kus võetakse mõõdukat voolu, muutes selle kasulikuks kaasaskantavates vooluahelates või varusüsteemides.
• Labori- ja hariduslikud ümberehitused – levinud pinkide seadistustes, kus 12 V allikat reguleeritakse prototüüpide ja õpilasprojektide jaoks kuni 5 V-ni.
7805 pingeregulaatori IC-ahela sees
7805 pingeregulaatori IC on loodud pakkuma püsivat 5 V väljundit kõrgemast sisendpingest. Selle sisemine disain ühendab endas reguleerimise, tagasiside ja turvafunktsioonid, muutes selle üheks kõige usaldusväärsemaks elektroonikas kasutatavaks pingeregulaatoriks.
Peamine juhtimine (Q16 – läbipääs transistor)
Q16 haldab vooluvoogu sisendi ja väljundi vahel. See töötab koos ribavahe võrdlusahelaga (kollane sektsioon), mis tagab stabiilse võrdluspinge, mis ei muutu temperatuuriga.
Tagasiside ja vigade parandamine
Väike osa toodangust suunatakse tagasi 1. ja 6. kvartali kaudu. Kui pinge on liiga kõrge või liiga madal, genereerivad need veasignaali. Seda signaali võimendab veavõimendi (oranž osa) ja seda kasutatakse Q16 reguleerimiseks, hoides väljundit lukustatud 5 V juures.
Käivitusahel (roheline osa)
See vooluahel tagab, et ribavahe viide aktiveerub korralikult, kui regulaator sisse lülitub. Ilma selleta ei pruugi IC käivituda. Kui see on aktiivne, hoiab see reguleerimisprotsessi stabiilsena.
Sisseehitatud kaitse
7805 sisaldab mitmeid turvaelemente:
• Q13 hoiab ära ülekuumenemise.
• Q19 kaitseb liigse sisendpinge eest.
• Q14 piirab väljundvoolu.
Need kaitseahelad vähendavad või lülitavad vajadusel väljundit välja, vältides nii IC kui ka ühendatud seadmete kahjustamist.
Pingejaotur (sinine osa)
Jaotur vähendab sisemise võrdluse jaoks väljundpinget. See võimaldab regulaatoril teha peenseadistusi ja hoida väljundit stabiilsena erinevate koormuste korral.
7805 pingeregulaatori plussid ja miinused
| Plussid | Miinused |
|---|---|
| Lihtne kasutada – nõuab ainult mõnda välist kondensaatorit; häälestamist ega reguleerimist pole vaja. | Madal kasutegur kõrge Vin juures – liigne sisendpinge hajub soojusena, vähendades efektiivsust. |
| Sisseehitatud kaitsed – lühis, termiline seiskamine ja voolu piiramine tagavad ohutuma töö. | Termilised väljakutsed – toodab märkimisväärset soojust suuremate voolude korral, vajades sageli jahutusradiaatorit. |
| Stabiilne, madala müratasemega väljund – tagab puhta 5 V rööpa, mis sobib loogika- ja analoogahelate jaoks. | Fikseeritud väljundpinge – Piiratud +5 V-ga, ei sobi muutuva mahu jaokstage vajadused. |
| Kulutõhus ja juurdepääsetav – odav, laialdaselt kättesaadav ja toodetud mitut tüüpi pakendites. | Väljalangevuspinge (\~2 V) – õigeks reguleerimiseks vajab vähemalt \~7 V sisendit, ei sobi madala mahu jaokstage allikad. |
| Usaldusväärne disain – tõestatud kogemused tarbe- ja tööstustoodete vallas. | Praegused piirangud – tavaliselt varustab\~1 A; Suuremad koormused nõuavad regulaatorite ümberlülitamist. |
Levinud vead, mida vältida 7805 pingeregulaatoris
• Möödaviigukondensaatorite väljajätmine: Väikesed keraamilised kondensaatorid (0,33 μF sisendis, 0,1 μF väljundis) on võnkumiste vältimiseks hädavajalikud. Nende vahelejätmine põhjustab sageli ebastabiilset või mürarikast väljundit.
• Liiga madala sisendpinge andmine: Kuna 7805 reguleerimiseks on vaja vähemalt ~7 V, põhjustab ainult 6–6,5 V toitmine halba reguleerimist ja kõikuvat väljundit.
• Soojuse hajumise ignoreerimine: Suure koormuse või kõrge VIN-koodi korral võib regulaator üle kuumeneda ja termiliselt välja lülituda või isegi ebaõnnestuda, kui jahutusradiaatorit ei kasutata.
• Sisendfiltri kondensaatori alamõõtmine: Väike puistekondensaator ei suuda alalisvoolu korralikult alaldada, põhjustades pulsatsiooni, mis vähendab stabiilsust ja võib häirida tundlikke vooluringe.
• Halvad maandustavad: Pikkade või õhukeste maandusjälgede kasutamine tekitab müra ja pingelangusi. Veenduge alati tugeva maandusühenduse olemasolu regulaatori tihvtide lähedal.
7805 pingeregulaatori testimine ja tõrkeotsing
• Kontrollige sisendpinget: veenduge, et regulaator oleks koormuse all vähemalt 7 V. Kui Vin langeb alla selle taseme, ei saa 7805 korralikult reguleerida.
• Väljundpinge mõõtmine: kontrollige multimeetriga, et väljund oleks +5 V lähedal. Märkimisväärne kõrvalekalle võib viidata ülekoormusele, ülekuumenemisele või regulaatori rikkele.
• Monitori temperatuur: puutekindlad kontrollid või termomeeter võivad paljastada ülekuumenemise. Kui pakend läheb liiga kuumaks, kaaluge jahutusradiaatori lisamist või koormusvoolu vähendamist.
• Võrrelge koormuseta ja koormuse käitumist: mõõtke väljundit nii koormusega kui ka ilma. Suur pingelangus koormuse all viitab ebapiisavale sisendfiltreerimisele, liigsele voolutarbimisele või seadme rikkele.
• Isoleerige rikked koormuse eemaldamisega: Kui väljund tõmmatakse alla või regulaator lülitub välja, ühendage koormus lahti, et regulaatorit iseseisvalt testida. Tavaline 5 V väljund ilma koormuseta näitab, et probleem on ühendatud vooluringis.
7805 alternatiivi kõrge efektiivsuse saavutamiseks
Kuigi 7805 on lihtne ja töökindel, raiskab selle lineaarne olemus energiat soojusena. Rakenduste jaoks, mis vajavad suuremat tõhusust või pikemat aku kasutusaega, on alternatiivid sageli paremad valikud:
Lülitusbucki regulaatorid (LM2596, XL4015)
Astmelised muundurid, mis saavutavad 80–90% kasuteguri isegi siis, kui Vin on palju kõrgem kui 5 V. Need sobivad hästi üle 500 mA koormuste toiteks või kui kuumuse minimeerimine on kriitiline.
Madala väljalangevuse regulaatorid (LDO) – nt AMS1117-5.0, LT1763
Need saavad reguleerida Viniga ainult ~0,5–1 V Voutist kõrgemal, muutes need kasulikuks, kui sisendtoide on 5 V lähedal (nt 6 V adapterid või 2-elemendilised liitiumioonpakid). Efektiivsus paraneb, kui Vin-Vout on väike.
Hübriidne lähenemine
Bucki regulaator võib esmalt langetada suure sisendi (nt 12 V → 6,5 V), millele järgneb lõplikuks reguleerimiseks 7805. See ühendab lülitusregulatsiooni efektiivsuse lineaarse regulaatori madala müratasemega väljundiga.
Valmis moodulid
Eelmonteeritud buck-muundurplaadid on odavad, kompaktsed ja maksavad sageli mitte rohkem kui paljas IC. Neid kasutatakse laialdaselt hobielektroonikas ja isetegemisprojektides kiireks ja tõhusaks võimsuse muundamiseks.
Järeldus
7805 pingeregulaator jääb klassikaliseks lahenduseks puhta ja stabiilse +5 V toite tagamiseks. Kuigi see pole kõige tõhusam suure vooluga või laia sisendiga rakenduste jaoks, muudavad selle vastupidavus, kasutusmugavus ja madal müratase ideaalseks lugematute väikese energiatarbega konstruktsioonide jaoks. Olenemata sellest, kas tegemist on prototüüpide, õppekomplektide või väikeste manussüsteemidega, on 7805 jätkuvalt usaldusväärne valik.
Korduma kippuvad küsimused [KKK]
Mis on maksimaalne sisendpinge 7805 regulaatori jaoks?
Enamik 7805 regulaatoreid saab hakkama kuni 25 V sisendiga, mõned andmelehe variandid võimaldavad absoluutselt maksimaalselt 30–35 V. Selle piiri lähedal töötamine tekitab aga liigset soojust, seega on töökindluse tagamiseks soovitatav püsida 7–20 V piires.
Kas 7805 saab kasutada ilma kondensaatoriteta?
Tehniliselt jah, kuid see pole soovitatav. Andmelehel on täpsustatud sisendkondensaatorid (0.33 μF) ja väljundkondensaatorid (0.1 μF), mis on paigutatud tihvtide lähedale, et vältida võnkumisi ja parandada siirdereaktsiooni. Nende vahelejätmine riskib ebastabiilsuse ja müraga.
Kuidas vähendada soojust 7805 regulaatoriahelas?
Kuumus on võrdeline (Vin – 5) × Ioutiga. Selle minimeerimiseks vähendage sisendpinget, kasutage jahutusradiaatorit või siduge 7805 lülitus-eelregulaatoriga. Suurte koormuste korral on lülitusregulaatorid palju tõhusamad.
Kas 7805 sobib akutoitel projektideks?
See võib töötada, kui aku on üle 7 V, kuid efektiivsus on lineaarse hajumise tõttu halb. Kaasaskantavate seadmete jaoks on tavaliselt paremad valikud madala väljalangevusega (LDO) regulaatorid või DC-DC buck-muundurid.
Miks kasutada 7805 buck-muunduri asemel?
Kuigi 7805 on vähem tõhus, pakub see ülimadalat mürataset ja pulsatsiooni, muutes selle ideaalseks analoogandurite, heliahelate ja RF-moodulite jaoks. Buck-muundurid paistavad silma tõhususe poolest, kuid võrreldava väljundpuhtuse saavutamiseks vajavad need sageli täiendavat filtreerimist.