Pinbelegung des Spannungsreglers LM7805, Funktioniert und Äquivalent

LM7805 5V-Spannungsregler – Funktionsweise

In der Elektronik ist eine stabile Stromversorgung unerlässlich, um die Zuverlässigkeit und Langlebigkeit elektronischer Schaltungen zu gewährleisten. Hier kommen Spannungsregler wie der LM7805 zum Einsatz. Ob einfacher LED-Treiber oder mikrocontrollerbasierte Anwendung – der LM7805 ist eine der zuverlässigsten und am weitesten verbreiteten Komponenten für eine konstante 5-V-Ausgangsspannung.

In diesem umfassenden Leitfaden behandeln wir die Pinbelegung des LM7805, seine Funktionsweise, Spezifikationen, den Einsatz in Arduino-Stromversorgungsschaltungen und vieles mehr. Entdecken Sie, warum dieses Bauteil als der beste lineare 5-V-Spannungsregler für Anfänger und Profis gilt.

Was ist der Spannungsregler LM7805?

Der LM7805 ist ein linearer 5-V-Spannungsregler aus der 78xx-Serie. Er wandelt eine höhere, ungeregelte Eingangsspannung in eine feste Ausgangsspannung von +5 V um. Als positiver Spannungsregler sorgt er für einen stabilen Betrieb Ihrer Stromversorgung. Die „05“ steht für eine 5-Volt-Ausgangsspannung.

Aufgrund ihrer Einfachheit und Zuverlässigkeit wird diese Komponente häufig in Elektronikprojekten, Arduino-Schaltungen und eingebetteten Systemen verwendet.

LM7805 Eigenschaften

Der LM7805 ist für seine Benutzerfreundlichkeit, Erschwinglichkeit und integrierten Schutzfunktionen bekannt.

Ausgangsspannung: Fest +5V ±2%

Eingangsspannungsbereich: 7V bis 35V (empfohlen: 9V–12V)

Maximaler Ausgangsstrom: 1,5 A (mit geeigneter Kühlung)

Dropout-Spannung: ~2V

Interner Schutz:

1. Thermische Abschaltung

2. Kurzschlussschutz

3. Überstromschutz

Um die Stabilität zu verbessern, platzieren Sie einen 0,33-µF-Kondensator am Eingang und einen 0,1-µF-Kondensator am Ausgang, in der Nähe der Reglerstifte.

LM7805-Pinbelegung (TO-220-Gehäuse)

Die Pinbelegung des LM7805 ist vor der Integration in eine Schaltung unbedingt zu verstehen. Der gängigste Gehäusetyp ist das TO-220-Gehäuse, er ist jedoch auch in den Gehäusen TO-92 (für Anwendungen mit niedrigerem Stromverbrauch) und SOT-223 für die Oberflächenmontage erhältlich.

Nachfolgend sehen Sie die Pin-Konfiguration für das TO-220-Gehäuse:

PIN-Nummer	Name	Beschreibung
1	Eingang	Spannungseingang (7 V bis 35 V)
2	Masse	Masse (0 V Referenz)
3	Ausgabe	Geregelter +5V-Ausgang

Um die Stabilität zu gewährleisten, wird empfohlen, einen 0,33µF-Kondensator am Eingang und einen 0,1µF-Kondensator am Ausgang anzuschließen und diese so nah wie möglich an den Pins des LM7805 zu platzieren.

Wie funktioniert der Spannungsregler LM7805?

Um den Spannungsregler LM7805 effektiv nutzen zu können, ist es wichtig, seine Funktionsweise zu verstehen. Als Linearregler reduziert der LM7805 die überschüssige Eingangsspannung durch Wärmeableitung und hält gleichzeitig eine konstante Ausgangsspannung von +5 V aufrecht.

Seine interne Schaltung ist so ausgelegt, dass sie Schwankungen sowohl der Eingangsspannung als auch der Lastbedingungen bewältigen kann und so einen stabilen Ausgang gewährleistet. Dadurch eignet sich der LM7805 ideal für die Stromversorgung empfindlicher Elektronik wie Mikrocontroller, Sensoren und Kommunikationsmodule.

Funktionsprinzip

Die Kernfunktion des LM7805 umfasst einen Serientransistor, eine Spannungsreferenz und einen Fehlerverstärker. So läuft der Prozess ab:

Spannungsreferenz:

Der LM7805 enthält eine interne 5-V-Referenz, die als Zielspannung für den Ausgang dient.

Fehlerverstärker:

Der Fehlerverstärker vergleicht die Ausgangsspannung mit dieser Referenzspannung. Ist die Ausgangsspannung zu niedrig, erhöht der Verstärker die Leitfähigkeit des Durchgangstransistors und damit die Spannung. Überschreitet die Ausgangsspannung den gewünschten Wert, wird die Leitfähigkeit reduziert.

Seriendurchlasstransistor:

Der Durchlasstransistor verhält sich wie ein variabler Widerstand und steuert den Stromfluss vom Eingang zum Ausgang. Er passt sich in Echtzeit an, um eine konstante Ausgangsspannung von 5 V aufrechtzuerhalten.

Rückkopplungsschleife:

Dieses geschlossene Regelsystem passt sich kontinuierlich selbst an, um eine stabile Ausgabe aufrechtzuerhalten, selbst wenn sich die Eingangsspannung oder die Lastbedingungen ändern.

Wärmeableitung:

Die Differenz zwischen Eingangs- und Ausgangsspannung wird als Wärme abgeführt. Beispielsweise führt die Umwandlung von 12 V in 5 V bei einer Last von 1 A zu:

Verlustleistung = (V_In−V_aus) × Ich_laden = (12 V – 5 V) × 1 A = 7 W

Dieses Design stellt sicher, dass der LM7805 ideal für rauscharme, geregelte 5-V-Versorgungen mit geringer Welligkeit ist, insbesondere in analogen und digitalen Schaltkreisen, die keine Leistungsinstabilität tolerieren.

Schaltungsbeispiel LM7805

Hier ist eine einfache und häufig verwendete Spannungsreglerschaltung LM7805, die sich perfekt dafür eignet, digitalen Komponenten wie Mikrocontrollern, Sensoren oder Logik-ICs einen stabilen 5-V-Gleichstromausgang zu bieten.

Schaltungsbeschreibung:

Dieses Beispiel zeigt, wie der LM7805 richtig angeschlossen wird, um einen sauberen +5-V-Ausgang zu liefern:

Eingangsspannung (Vin):

Die Schaltung benötigt eine ungeregelte Gleichspannung, typischerweise zwischen 7 V und 25 V. Der LM7805 benötigt mindestens 2 V mehr als sein Ausgang (d. h. die Dropout-Spannung), daher ist eine Versorgung mit 9 V oder 12 V ideal.

Eingangskondensator (0,33µF):

Dieser Kondensator filtert hochfrequentes Rauschen aus der Eingangsspannung und sollte für maximale Wirksamkeit so nah wie möglich am Eingangspin des LM7805 platziert werden.

LM7805-Regler:

Der LM7805 regelt die Spannung selbst und sorgt für einen stabilen 5V-Ausgang.

Masse (GND):

Verbinden Sie alle Erdungen (Eingangskondensator, Ausgangskondensator und LM7805 Pin 2) mit einer gemeinsamen Referenz.

Ausgangskondensator (0,1µF):

Dieser Kondensator trägt dazu bei, die Ausgangsstabilität aufrechtzuerhalten, insbesondere bei schwankenden Lasten, und minimiert Spannungsspitzen und hochfrequentes Rauschen.

Ausgangsspannung:

Die rechte Seite der Schaltung liefert einen sauberen +5-V-Ausgang, der ideal für die Stromversorgung von 5-V-Logikschaltungen, Sensoren oder sogar einer Arduino-Platine ist.

Wichtige Hinweise:

1. Halten Sie die Kondensatoren immer in der Nähe der LM7805-Pins, um unerwünschtes Rauschen oder Instabilität zu vermeiden.

2. Diese Schaltung kann bis zu 1 A verarbeiten (oder mehr mit geeigneter Kühlung) und ist daher für Anwendungen mit mittlerem Strom geeignet.

3. Erwägen Sie für zusätzlichen Schutz das Hinzufügen einer Sperrdiode und eines größeren Massenkondensators, wenn die Eingangsspannung instabil ist.

Anwendungen von LM7805

Der Spannungsregler LM7805 wird häufig in der Elektronik eingesetzt, um einen stabilen 5-V-Ausgang zu gewährleisten. Einige gängige Anwendungen sind:

Mikrocontroller-Stromversorgung:

Versorgt 5-V-Mikrocontroller wie Arduino, ATmega und STM32 mit Strom.

Arduino-Projekte:

Reguliert 9-V-/12-V-Eingänge auf 5 V für den zuverlässigen Betrieb benutzerdefinierter Arduino-Setups.

Sensormodule:

Bietet 5 V Strom für Sensoren wie IR, Ultraschall und LM35.

Robotik und eingebettete Systeme

Liefert Logikspannung für Motortreiber, Bluetooth-/WiFi-Module und Steuerschaltungen.

Batteriebetriebene Geräte:

Wandelt Batteriespannungen (z. B. 7,4 V, 9 V) für einen sicheren Betrieb in 5 V um.

DIY-Netzteile:

Wird in einfachen 5-V-Tischnetzteilen für Schaltungstests verwendet.

Unterhaltungselektronik:

Wird in Geräten wie Radios und DVD-Playern verwendet, um 5-V-Logikabschnitte mit Strom zu versorgen.

LM7805 Arduino

Kann LM7805 Arduino mit Strom versorgen?

Ja, der LM7805 ist eine ausgezeichnete Option zur Stromversorgung vieler Arduino-Boards (z. B. Uno, Nano, Mega), die mit 5 V betrieben werden.

So stellen Sie eine Verbindung her:

Eingang: Stellen Sie LM7805 eine 9-V-12-V-Batterie oder einen Adapter zur Verfügung.

Ausgabe: Verbinden Sie den 5-V-Pin des LM7805 mit dem 5-V-Pin des Arduino.

Masse: Stellen Sie eine gemeinsame Masse zwischen LM7805 und Arduino sicher.

Tipps zur Verwendung von LM7805 mit Arduino:

1. Fügen Sie immer Kondensatoren in der Nähe von Eingang und Ausgang hinzu, um Spannungsspitzen und Rauschen zu vermeiden.

2. Erwägen Sie die Verwendung eines Kühlkörpers, wenn Ihr Schaltkreis mehr als 300–500 mA verbraucht.

3. Vermeiden Sie Konflikte mit USB, indem Sie den Arduino USB niemals anschließen, während er über den 5-V-Pin des LM7805 mit Strom versorgt wird.

4. Testen Sie den Ausgang mit einem Multimeter, bevor Sie ihn mit dem Arduino verbinden.

Gängige Arduino-Projekte mit LM7805:

1. Tragbare Arduino-Projekte mit 9-V-Batterien

2. Solarbetriebene Arduino-Wetterstationen

3. Motorsteuerschaltungen mit separater Stromversorgung

4. Sensorknoten und IoT-Geräte mit geregelter 5V-Versorgung

5. Robotik-Kits mit externer Stromversorgung für Servos und Logikplatinen

LM7805-Äquivalent und Ersatz

Sollte der LM7805 nicht verfügbar oder ungeeignet sein, können Sie folgende Alternativen nutzen:

Lineare Äquivalente:

Bild	Modell	Ausgangsspannung	Effizienz	Pin-kompatibel	Paket	Bemerkenswerte Unterschiede
	LM7805	5 V	40–60%	Ja	TO-220	Standard-Linearregler, weit verbreitet
	KA7805	5 V	40–60%	Ja	TO-220	Funktionell identisch, unterschiedlicher Hersteller
	MC7805	5 V	40–60%	Ja	TO-220	Gleiche Spezifikationen wie LM7805, Marke ON Semiconductor
	L78S05CV	5 V	40–60%	Ja	TO-220	Höhere Strombelastbarkeit (bis zu 2 A)
	UA7805	5 V	40–60%	Ja	TO-220	Frühere Version, Legacy-Design

Schaltersatz (höhere Effizienz):

Bild	Modell	Ausgangsspannung	Effizienz	Paket	Bemerkenswerte Unterschiede
	LM2596-5.0	5 V (fest)	70–85%	TO-220 / Modul	Hoher Wirkungsgrad, benötigt externe Komponenten
	MP1584EN	Einstellbar	75–90%	SOT-23-5	Ultrakompakter SMD-Schaltregler
	XL4015	Einstellbar	75–90%	Modul	Unterstützt höhere Ströme (bis zu 5A), Modulform
	R-78E5.0	5 V (fest)	85–96%	SIP-3	Drop-In-Schaltersatz für LM7805
	TSR 1-2450	5 V (fest)	85–94%	SIP-3	Kompaktes SIP-Modul, hohe Effizienz, kein Kühlkörper erforderlich

Schaltregler bieten eine bessere Effizienz, können aber Welligkeit verursachen, weshalb sie sich ideal für stromempfindliche Anwendungen wie batteriebetriebene Geräte eignen.

LM7805-Gehäuse (TO-220-Gehäuse)

Der LM7805 ist üblicherweise im TO-220-Gehäuse erhältlich, das sich aufgrund seines robusten Designs und der effektiven Wärmeableitung gut für Leistungskomponenten eignet.

Wärmeableitung:

Die Metalllasche an Pin 2 fungiert als Kühlkörper und ermöglicht dem LM7805, überschüssige Wärme abzuleiten, was für höhere Ströme (bis zu 1 A) unerlässlich ist.

Thermische Leistung:

Effizientes Wärmemanagement, das einen sicheren Betrieb unter Last gewährleistet.

Maße

Das TO-220-Gehäuse hat typischerweise die folgenden Abmessungen:

Länge: 10,2 mm

Breite: 4,5 mm

Höhe: 15,4 mm (mit Metalllasche zur Wärmeableitung)

Dies macht das TO-220-Gehäuse vielseitig und sowohl für Durchsteckmontage als auch für einige Oberflächenmontagedesigns mit speziellen Adaptern geeignet.

Abschluss

Obwohl der LM7805 hinsichtlich Wärmeableitung und Effizienz Einschränkungen aufweist, ist er dennoch die ideale Wahl für kostengünstige, kleine oder Einsteigerprojekte. Für hocheffiziente Anwendungen kommen Schaltregler infrage, doch in puncto Einfachheit, Zuverlässigkeit und Bedienerfreundlichkeit ist der LM7805 nach wie vor unschlagbar.

Egal, ob Sie an Arduino-Projekten arbeiten, Sensoren mit Strom versorgen oder LEDs integrieren, der LM7805 bietet eine stabile, praktische Lösung, um sicherzustellen, dass Ihre Komponenten die 5 V erhalten, die sie benötigen.