LM7805 -Spannungsreglerhandbuch: Arbeiten, Schaltkreise, Pinout und Anwendungen

Der LM7805 -Voltage -Regler ist eine Grundkomponente in der Elektronik, die für seine Fähigkeit bekannt ist, einen stabilen 5 -V -Ausgang aus einem höheren Gleichstromeingang zu liefern.In diesem Artikel werden wir untersuchen, wie der LM7805 funktioniert, wie Sie es in Ihren Schaltkreisen verwenden und was für optimale Leistung, thermisches Management und Schaltungsdesign in Betracht gezogen werden soll.

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Was ist der LM7805 -Voltage -Regler?

Der LM7805 ist ein weit verbreiteter linearer Spannungsregler, der einen festen und stabilen 5 -V -Gleichstromausgang liefert.Es ist Teil der 78xx -Reihe von Regulatoren, wobei "xx" die Ausgangsspannung angibt;Daher entspricht die "05" 5 Volt.Dieses Gerät ist so konzipiert, dass sie höhere Eingangsspannungen, die typischerweise von 7 V und 35 V bis zu einem konsistenten 5-V-Ausgang reichen, nach unten zurücktreten und regulieren, was es ideal für eine niedrige Spannungselektronik macht.

Eines der wichtigsten Merkmale des LM7805 ist die interne Schaltung, einschließlich der Strombegrenzung, des thermischen Herunterfahrens und des Schutzes für den sicheren Bereich.Diese eingebauten Schutzmaßnahmen verbessern die Systemstabilität und verhindern Schäden unter Fehlerbedingungen.

Abbildung 1. LM7805 Pinout

LM7805 Regulierungsaufgabe -Arbeitsprinzip

Der LM7805 arbeitet als linearer Spannungsregler unter Verwendung einer Kombination einer internen Spannungsreferenz, eines Fehlerverstärkers und eines Pass -Transistors, um einen konstanten 5 -V -Ausgang unabhängig von Änderungen der Eingangsspannung oder des Ausgangsstroms (innerhalb der Nenngrenzen) zu liefern.Die interne Referenz legt einen genauen 5 -V -Pegel fest, während der Fehlerverstärker diese Referenz mit der Ausgangsspannung kontinuierlich vergleicht und den Pass -Transistor an die Korrektur von Abweichungen anpasst.

Um korrekt zu funktionieren, erfordert der LM7805, dass die Eingangsspannung mindestens 2 Volt höher als die Ausgangsspannung, typischerweise mindestens 7 V, für seine Abbrecherspannung berücksichtigt werden.Wenn der Eingang zu nahe an 5 V sinkt, kann der Regler nicht mehr die ordnungsgemäße Regulierung aufrechterhalten.

LM7805 -Schaltung mit Kondensatoren

Eine typische LM7805 -Schaltung enthält die folgenden Kondensatoren:

1. 0,33 µf Keramikkondensator zwischen Vin und GND: In der Nähe des Eingangsstifts wird dieser Kondensator hochfrequentes Rauschen herausgefiltert und die Eingangsspannung stabilisiert.Es ist besonders wichtig, wenn der Regler von einer Schaltversorgung oder einem langen Draht angetrieben wird, der möglicherweise elektrische Rausch einführt.

2. 0,1 µF Keramikkondensator zwischen Vout und GND: In der Nähe des Ausgangsstifts positioniert, hilft dieser Kondensator bei der Aufrechterhaltung der Ausgangsstabilität und verhindert die Schwingung, indem transiente Spannungsspitzen herausgefiltert werden.

3. Optional 10 µF (oder höher) Elektrolytkondensatoren sowohl für Eingang als auch auf den Ausgang: Diese werden häufig parallel zu den Keramikkondensatoren hinzugefügt, um eine laufende Entkopplung bereitzustellen.Sie verbessern die Niederfrequenzfilterung und tragen dazu bei, die Regulierung bei plötzlichen Laständerungen aufrechtzuerhalten.Größere Werte (wie 100 µF) können für höhere Stromanwendungen oder bei induktiven Lasten wie Motoren oder Relais verwendet werden.

Elektrische Bewertungen und Schlüsselmerkmale

Parameter	Wert/Beschreibung
Eingangsspannungsbereich	7 V bis 35 V.Die Eingabe muss mindestens 2 V höher sein als Ausgang (Dropout Stromspannung).
Ausgangsspannung	5 V ± 2%behoben.Behält eine enge Regulierung unter normaler Belastung und beibehält Temperaturbedingungen.
Maximaler Ausgangsstrom	Bis zu 1,5a mit ordnungsgemäßer Wärmeabteilung (z. B. Wärme oder Wärme Unterlage).
Typische Ausfallspannung	Ungefähr 2 V.Die Eingabe sollte nicht unter ~ 7 V fallen, um 5 V zu gewährleisten Ausgangsstabilität.

Gemeinsame LM7805 -Anwendungen

Abbildung 2. Microcontroller-basierte Projekte (Arduino, Raspberry PI, PIC)

• Microcontroller-basierte Projekte (Arduino, Raspberry Pi, PIC): Viele Entwicklungsveranstaltungen und eigenständige Mikrocontroller -Schaltkreise verlassen sich auf eine saubere 5 -V -Versorgung.Der LM7805 ist ideal für die Stromversorgung dieser Systeme, insbesondere wenn die Eingangsquelle ein höherer Spannungswandadapter oder einen Akku ist.

Abbildung 3. TTL -Logik und digitale ICs

• TTL -Logik und digitale ICs: 5V-tolerante logische Familien wie 74Ls, 74HC oder ältere TTL-Chips erfordern genaue Spannungsniveaus, um korrekt zu arbeiten.Der LM7805 sorgt für eine stabile Versorgung, um ein unregelmäßiges Verhalten oder keine Nichtpaarungen auf Logikebene zu verhindern.

Abbildung 4. Analoge Sensoren

• Analoge Sensoren und Signalkreisschaltungen: Viele analoge Sensoren und Verstärker benötigen eine geringe, regulierte 5-V-Quelle für eine genaue Signalverarbeitung.Der LM7805 wird häufig verwendet, um eine stabile Verzerrung der Temperatursensoren, Fotodioden und Audiovorverstärker -Schaltungen zu ermöglichen.

Abbildung 5. Breadboard -Stromversorgungen

• Breadboard -Netzteile: In Prototyping-Umgebungen ist der LM7805 häufig in Breadboard-kompatible Leistungsmodule integriert, um 9-V-Batterien oder 12-V-Adapter in eine verwendbare 5-V-Schiene umzuwandeln.

Abbildung 6. Eingebettete Systeme

• Regulierte DC -Schienen in eingebetteten Designs: In eingebetteten Systemen versorgt der LM7805 häufig periphere Geräte, Kommunikationsmodule (wie Bluetooth, GPS oder GSM) und andere 5-V-abhängige Subsysteme aus einer gemeinsamen nicht regulierten DC-Eingabe.

LM7805 gegen LM317 gegen Buck Converter -Vergleich

Bei der Auswahl eines Spannungsreglers ist es wichtig, Faktoren wie Flexibilität der Ausgangsspannung, Effizienz, Rauschempfindlichkeit und Anwendungstyp zu berücksichtigen.So ist der LM7805 mit anderen beliebten Spannungsregulierungsoptionen wie dem Buck Converter LM317 und LM2596 vergleichbar:

Regler	Typ	Ausgangsspannung	Effizienz	Einstellbar	Bester Anwendungsfall
LM7805	Linear	Behoben 5 V	Niedrig (~ 40–60%)	NEIN	Einfache, niedrige, 5-V-spezifische Schaltkreise
LM317	Linear	1,25 V bis 37 V (einstellbar)	Niedrig (~ 40–60%)	Ja	Anwendungen, die eine benutzerdefinierte Ausgabe benötigen Spannungen
LM2596	Schalten (Buck Converter)	Einstellbar	Hoch (70–90%)	Ja	Stromeffizient, batteriebetrieben oder Hochlastsysteme

Fehlerbehebung gemeinsamer LM7805 -Probleme

Problem	Wahrscheinlich Ursache	Lösung
Keine Ausgangsspannung	Falsche Verkabelung oder keine Eingangsspannung	Überprüfen Sie die PIN-Konfiguration (Vin, GND, Vout).Verwenden Sie ein Multimeter, um zu überprüfen, ob die Eingangsspannung ist Gegenwart und über 7 V.Bestätigen Sie auch, dass der Boden ordnungsgemäß ist verbunden.
Überhitzung der Regulierungsbehörde	Übermäßige Leistungsaufteilung ohne Kühlung	Befestigen Sie einen Kühlkörper am TO-220 Paket.Verbesserung der Belüftung oder verwenden Sie Wärmekissen.In Betracht ziehen Umschalten auf einen Buck -Konverter, wenn der Stromverlust übermäßig ist.
Ausgangsspannung < 5V	Die Eingangsspannung ist zu niedrig oder der Strom Die Nachfrage ist zu hoch	Stellen Sie sicher, dass die Eingangsspannung mindestens 2 V beträgt über dem 5 -V -Ausgang (vorzugsweise ≥ 7 V).Reduzieren Sie den Laststrom oder Verwenden Sie einen Regler mit höherer Kapazität oder den Kühlkörper.
Übermäßiges Ausgangsrauschen oder Instabilität	Fehlende oder schlecht platzierte Bypass Kondensatoren	Fügen Sie empfohlene Keramikkondensatoren hinzu: 0,33 µF zwischen Vin und GND und 0,1 µF zwischen Vout und GND.Platziere sie als In der Nähe der IC -Stifte, um Oszillationen und Ripple zu unterdrücken.

LM7805 -Layout -Verfahren für Layout

• Platzieren Sie Bypass -Kondensatoren in der Nähe der Reglerstifte: Immer den Kondensator von 0,33 µF und 0,1 µF -Ausgangskondensator so nah wie möglich an die Vin- und Vout -Stifte des LM7805 montieren.Dies minimiert die parasitäre Induktivität und unterdrückt hochfrequente Oszillationen, Rippeln und Spannungsspitzen.

• Verwenden Sie breite Spuren für Hochstromwege: Die Spuren, die den Eingangs- und Ausgangsstrom tragen - insbesondere die GND- und Vout -Linien - sollten breit genug sein, um den erwarteten Strom zu verarbeiten, ohne signifikante Spannungsabfälle zu verursachen oder Wärme zu erzeugen.Breitere Spuren verringern auch den Widerstand und die elektromagnetische Interferenz (EMI).

• Implementieren Sie feste Bodenebenen: Verwenden Sie nach Möglichkeit eine kontinuierliche Grundebene unter dem Regler und verwandten Komponenten.Dies liefert einen Return-Pfad mit geringer Impedanz für Strom und minimiert die Rauschkopplung zwischen verschiedenen Teilen der Schaltung.

• Wärme -VIAS für SMD -Versionen einbeziehen: Wenn Sie eine Oberflächenmontage (SMD) -Version des LM7805 (oder einen äquivalenten LDO-Regler) verwenden, legen Sie thermische VIAS unter das Wärmekissen des Reglers, um Wärme auf innere oder untere Kupferschichten zu übertragen.Dies verbessert die thermische Dissipation erheblich, insbesondere in kompakten oder versiegelten Gehäusen.

• Halten Sie empfindliche Knoten von heißen Bereichen fern: Platzieren Sie wärmeempfindliche Komponenten wie Mikrocontroller, präzise analoge ICS und Temperatursensoren vom Regler und seiner Wärmedissipierzone, um thermische Interferenzen oder Drift zu vermeiden.

• Minimieren Sie den Schleifenbereich in Kraft- und Bodenpfaden: Wenn Sie die Eingangs- und Ausgangsschleifbereiche klein halten, werden die strahlenden EMI verringert und die Gesamtkreisstabilität verbessert, insbesondere für Mischsignal- oder HF-Anwendungen.

Auswahl des richtigen LM7805 -Reglers

• Wählen Sie einen seriösen Hersteller: Bleib bei bekannten Marken.Diese Unternehmen bieten Regulierungsbehörden an, die Qualitätsstandards erfüllen, mit umfassenden Datenblättern und nachgewiesenen Leistung über eine Vielzahl von Bedingungen.

• Wählen Sie den richtigen Paketyp: Das TO-220-Paket ist aufgrund seiner einfachen Montage, robusten Leads und hervorragenden Funktionen für die thermische Dissipation die beliebteste Option.Es ermöglicht die Verwendung von externen Wärmekolben, was nützlich ist, wenn Sie höhere Stromlasten anführen oder von einer hohen Eingangsspannung nach unten treten.Für platzbeschränkte Designs finden Sie auch LM7805-kompatible Regulatoren in bis 92, DPAK- oder SOT-223-Oberflächenmontagepaketen. Diese bieten jedoch eine reduzierte Stromhandhabung und eine begrenzte Wärmeableitung.

• Überprüfen Sie die aktuellen Anforderungen: Der LM7805 kann bis zu 1,5a Ausgangsstrom mit angemessener Kühlung liefern.

• Überprüfen Sie das Datenblatt sorgfältig: Selbst bei den LM7805-Regulatoren verschiedener Hersteller können Leistungsspezifikationen wie Tropfenspannung, Wärmewiderstand, ruhender Strom und Kurzschlussverhalten geringfügig variieren.

Abschluss

Der LM7805 ist nach wie vor eine vertrauenswürdige Wahl für die Erzeugung eines sauberen 5 -V -Netzteils in der Elektronik, dank seiner Benutzerfreundlichkeit, des robusten Schutzes und der weit verbreiteten Verfügbarkeit.Während es im Vergleich zu modernen Schaltregulatoren möglicherweise nicht die höchste Effizienz bietet, macht es seine Einfachheit und Zuverlässigkeit für viele Anwendungen mit geringer bis mittelschwerer Kraft zu einer Lösung.Wenn Sie Best Practices in Design, Layout und thermischem Management befolgen, können Sie sicherstellen, dass Ihre LM7805-Basisschaltungen in einer Vielzahl von Umgebungen sicher und konsequent funktionieren.

Häufig gestellte Fragen [FAQ]

1. Kann ich den LM7805 ohne Wärme verwenden?

Ja, aber nur für niedrige Stromlasten (normalerweise unter 500 mA) und wenn die Eingangsspannung nahe 7 V liegt.Ohne Kühlkörper kann überschüssige Wärme bei höheren Lasten oder größeren Spannungsabfällen eine thermische Abschaltung verursachen.

2. Ist der LM7805 für batteriebetriebene Geräte geeignet?

Nicht ideal.Die LM7805 verschwendet überschüssige Spannung als Wärme und verringert die Energieeffizienz.Bei batteriebetriebenen oder energieempfindlichen Anwendungen ist ein Buck-Wandler normalerweise eine bessere Wahl.

3. Was passiert, wenn die Eingangsspannung auf der LM7805 unter 7 V fällt?

Wenn Vin unter die Tropfenspannung (~ 7 V) fällt, kann der Ausgang unter 5 V fallen oder instabil werden, was möglicherweise zu einer Fehlfunktion der empfindlichen Schaltungen führt.

4. Kann ich das LM7805 verwenden, um ein USB -Gerät mit Strom zu versorgen?

Ja, wenn der Eingang über 7 V liegt und die Last 1,5A nicht überschreitet.Fügen Sie bei Bedarf die richtigen Eingangs-/Ausgangskondensatoren und einen Kühlkörper hinzu.Stellen Sie sicher, dass das USB -Gerät genau 5 V ± 5%toleriert.

5. Wie reduziere ich die Wärmeerzeugung in LM7805 -Schaltungen?

Verringern Sie die Eingangsspannung so nahe wie möglich von 7 V, reduzieren Sie den Ausgangsstrom, verwenden Sie einen Wärmekolben oder ersetzen Sie den LM7805 durch einen Schaltregler, um den Stromverlust als Wärme erheblich zu verringern.