Распиновка регулятора напряжения LM7805, работа и эквивалент

Регулятор напряжения LM7805 5 В – как он работает

В мире электроники поддержание стабильного питания имеет важное значение для обеспечения надежности и долговечности электронных схем. Именно здесь регуляторы напряжения, такие как регулятор напряжения LM7805, становятся критически важными. Независимо от того, создаете ли вы базовый драйвер светодиода или приложение на базе микроконтроллера, LM7805 является одним из самых надежных и широко используемых компонентов для обеспечения постоянного выходного напряжения 5 В.

В этом подробном руководстве мы рассмотрим распиновку LM7805, принцип работы, технические характеристики, использование в схемах питания Arduino и многое другое. Узнайте, почему этот компонент считается лучшим линейным регулятором напряжения 5 В как для новичков, так и для профессионалов.

Что такое регулятор напряжения LM7805?

LM7805 — это линейный стабилизатор напряжения 5 В из серии 78xx. Он преобразует более высокое нерегулируемое входное напряжение в фиксированное выходное напряжение +5 В. Как стабилизатор положительного напряжения, он обеспечивает стабильную работу шины питания. «05» указывает на выходное напряжение 5 В.

Этот компонент широко используется в электронных проектах, схемах Arduino и встраиваемых системах благодаря своей простоте и надежности.

Характеристики LM7805

LM7805 известен своей простотой использования, доступной ценой и встроенными функциями защиты.

Выходное напряжение: Фиксированный +5В ±2%

Диапазон входного напряжения: от 7 В до 35 В (рекомендуется: 9 В–12 В)

Максимальный выходной ток: 1,5 А (с надлежащим теплоотводом)

Напряжение падения: ~2В

Внутренняя защита:

1. Тепловое отключение

2. Защита от короткого замыкания

3. Защита от сверхтоков

Для повышения стабильности установите конденсатор емкостью 0,33 мкФ на входе и конденсатор емкостью 0,1 мкФ на выходе, рядом с контактами регулятора.

Распиновка LM7805 (корпус TO-220)

Понимание распиновки LM7805 необходимо перед его интеграцией в схему. Наиболее распространенный тип корпуса — TO-220, хотя он также доступен в корпусах TO-92 (для приложений с низким током) и поверхностного монтажа SOT-223.

Ниже приведена конфигурация выводов для корпуса TO-220:

Номер контакта	Имя	Описание
1	Вход	Входное напряжение (от 7 В до 35 В)
2	Земля	Земля (опорный уровень 0 В)
3	Выход	Регулируемый выход +5 В

Для обеспечения стабильности рекомендуется подключить конденсатор емкостью 0,33 мкФ на входе и конденсатор емкостью 0,1 мкФ на выходе, расположив их как можно ближе к контактам LM7805.

Как работает регулятор напряжения LM7805?

Для эффективного использования регулятора напряжения LM7805 важно понимать, как он работает. Как линейный регулятор, LM7805 работает, снижая избыточное входное напряжение за счет рассеивания тепла, поддерживая при этом стабильный выход +5 В.

Его внутренняя схема разработана для обработки изменений как входного напряжения, так и условий нагрузки, обеспечивая стабильный выход. Это делает LM7805 идеальным для питания чувствительной электроники, такой как микроконтроллеры, датчики и модули связи.

Принцип работы

Основная операция LM7805 включает в себя последовательный проходной транзистор, опорное напряжение и усилитель ошибки. Вот как разворачивается процесс:

Опорное напряжение:

LM7805 содержит внутренний источник опорного напряжения 5 В, который служит целевым напряжением для выхода.

Усилитель ошибок:

Усилитель ошибки сравнивает выходное напряжение с этим опорным значением. Если выходное напряжение слишком низкое, усилитель увеличивает проводимость проходного транзистора, повышая напряжение. Если выходное напряжение превышает желаемое значение, проводимость уменьшается.

Последовательный проходной транзистор:

Действуя как переменный резистор, проходной транзистор управляет потоком тока от входа к выходу, подстраиваясь в режиме реального времени для поддержания постоянного выходного напряжения 5 В.

Цикл обратной связи:

Эта замкнутая система непрерывно подстраивается под себя, поддерживая стабильный выходной сигнал, даже если изменяются входное напряжение или условия нагрузки.

Рассеивание тепла:

Разница между входным и выходным напряжением рассеивается в виде тепла. Например, преобразование 12 В в 5 В при нагрузке 1 А приводит к:

Рассеиваемая мощность = (В_в−В_вне) × Я_{нагрузка} = (12В – 5В) × 1А = 7Вт

Такая конструкция гарантирует, что LM7805 идеально подходит для малошумящих, малопульсирующих, стабилизированных источников питания 5 В, особенно в аналоговых и цифровых схемах, которые не допускают нестабильности питания.

Пример схемы LM7805

Ниже представлена простая и широко используемая схема стабилизатора напряжения LM7805, которая идеально подходит для обеспечения стабильного выходного напряжения 5 В постоянного тока для цифровых компонентов, таких как микроконтроллеры, датчики или логические ИС.

Описание схемы:

В этом примере показано, как правильно подключить LM7805, чтобы получить чистый выход +5 В:

Входное напряжение (Vin):

Для схемы требуется нерегулируемое постоянное напряжение, обычно от 7 В до 25 В. LM7805 требуется как минимум на 2 В больше, чем его выход (т. е. падение напряжения), поэтому идеальным вариантом будет источник питания 9 В или 12 В.

Входной конденсатор (0,33 мкФ):

Этот конденсатор фильтрует высокочастотные помехи входного напряжения и должен быть расположен как можно ближе к входному контакту LM7805 для максимальной эффективности.

Регулятор LM7805:

Микросхема LM7805 сама регулирует напряжение и обеспечивает стабильный выход 5 В.

Земля (GND):

Подключите все заземления (входной конденсатор, выходной конденсатор и контакт 2 LM7805) к общему опорному напряжению.

Выходной конденсатор (0,1 мкФ):

Этот конденсатор помогает поддерживать стабильность выходного сигнала, особенно при изменяющихся нагрузках, а также сводит к минимуму скачки напряжения и высокочастотные шумы.

Выходное напряжение:

Правая часть схемы будет обеспечивать чистый выход +5 В, что идеально подходит для питания логических схем 5 В, датчиков или даже платы Arduino.

Основные примечания:

1. Всегда располагайте конденсаторы близко к контактам LM7805, чтобы предотвратить нежелательные шумы или нестабильность.

2. Эта схема может выдерживать ток до 1 А (или больше при надлежащем теплоотводе), что делает ее пригодной для приложений со средним током.

3. Для дополнительной защиты рассмотрите возможность добавления диода обратной полярности и конденсатора большей емкости, если входное напряжение нестабильно.

Применение LM7805

Регулятор напряжения LM7805 широко используется в электронике для обеспечения стабильного выходного напряжения 5 В. Некоторые распространенные применения включают:

Питание микроконтроллера:

Питает 5-вольтовые микроконтроллеры, такие как Arduino, ATmega и STM32.

Проекты Ардуино:

Регулирует входы 9 В/12 В до 5 В для надежной работы пользовательских настроек Arduino.

Сенсорные модули:

Обеспечивает питание 5 В для таких датчиков, как ИК, ультразвуковые и LM35.

Робототехника и встраиваемые системы

Обеспечивает логическое напряжение для драйверов двигателей, модулей Bluetooth/Wi-Fi и цепей управления.

Устройства с питанием от батареек:

Преобразует напряжение батареи (например, 7,4 В, 9 В) в 5 В для безопасной работы.

Самодельные блоки питания:

Используется в простых настольных источниках питания 5 В для тестирования цепей.

Бытовая электроника:

Используется в таких устройствах, как радиоприемники и DVD-плееры, для питания логических цепей напряжением 5 В.

LM7805 Ардуино

Может ли LM7805 питать Arduino?

Да, LM7805 — отличный вариант для питания многих плат Arduino (например, Uno, Nano, Mega), работающих от напряжения 5 В.

Как подключиться:

Вход: Подключите батарею 9 В–12 В или адаптер к LM7805.

Выход: Подключите вывод 5 В LM7805 к выводу 5 В Arduino.

Земля: Обеспечьте общее заземление между LM7805 и Arduino.

Советы по использованию LM7805 с Arduino:

1. Всегда добавляйте конденсаторы возле входа и выхода, чтобы предотвратить скачки напряжения и шум.

2. Рассмотрите возможность использования радиатора, если ваша схема потребляет более 300–500 мА.

3. Избегайте конфликтов с USB, никогда не подключая Arduino USB, когда на него подается питание через контакт LM7805 5 В.

4. Перед подключением к Arduino проверьте выход с помощью мультиметра.

Распространенные проекты Arduino с использованием LM7805:

1. Портативные проекты Arduino с батареями 9 В

2. Метеостанции Arduino на солнечных батареях

3. Схемы контроллера двигателя с отдельным источником питания

4. Сенсорные узлы и устройства IoT с регулируемым питанием 5 В

5. Робототехнические комплекты, использующие внешнее питание для сервоприводов и логических плат

Эквивалент LM7805 и его замена

Если LM7805 недоступен или не подходит, можно использовать следующие альтернативы:

Линейные эквиваленты:

Картина	Модель	Выходное напряжение	Эффективность	Совместимость с контактами	Упаковка	Заметные различия
	LM7805	5В	40–60%	Да	ТО-220	Стандартный линейный регулятор, широко используемый
	КА7805	5В	40–60%	Да	ТО-220	Функционально идентичны, производитель разный
	MC7805	5В	40–60%	Да	ТО-220	Те же характеристики, что и у LM7805, марка ON Semiconductor
	L78S05CV	5В	40–60%	Да	ТО-220	Более высокая токовая нагрузка (до 2А)
	UA7805	5В	40–60%	Да	ТО-220	Более ранняя версия, устаревший дизайн

Замена переключателей (более высокая эффективность):

Картина	Модель	Выходное напряжение	Эффективность	Упаковка	Заметные различия
	ЛМ2596-5.0	5 В (фиксированный)	70–85%	ТО-220 / Модуль	Высокая эффективность, требуются внешние компоненты
	MP1584EN	Регулируемый	75–90%	СОТ-23-5	Сверхкомпактный импульсный регулятор SMD
	XL4015	Регулируемый	75–90%	Модуль	Поддерживает более высокий ток (до 5 А), модульную форму
	Р-78Е5.0	5 В (фиксированный)	85–96%	СИП-3	Замена переключателя Drop-in для LM7805
	ТСР 1-2450	5 В (фиксированный)	85–94%	СИП-3	Компактный SIP-модуль, высокая эффективность, не требуется радиатор

Импульсные регуляторы обеспечивают более высокую эффективность, но могут создавать пульсации, что делает их идеальными для чувствительных к питанию приложений, таких как устройства с батарейным питанием.

Корпус LM7805 (корпус TO-220)

LM7805 обычно выпускается в корпусе TO-220, который хорошо подходит для силовых компонентов благодаря своей прочной конструкции и эффективному рассеиванию тепла.

Рассеивание тепла:

Металлический язычок на контакте 2 действует как радиатор, позволяя LM7805 рассеивать избыточное тепло, что необходимо для более высоких токов (до 1 А).

Тепловые характеристики:

Эффективное терморегулирование, обеспечивающее безопасную работу под нагрузкой.

Размеры

Корпус TO-220 обычно имеет следующие размеры:

Длина: 10.2мм

Ширина: 4,5 мм

Высота: 15,4 мм (с металлической пластиной для теплоотвода)

Это делает корпус TO-220 универсальным и подходящим как для сквозного монтажа, так и для некоторых конструкций с поверхностным монтажом со специальными адаптерами.

Заключение

Хотя LM7805 имеет ограничения по рассеиванию тепла и эффективности, он остается идеальным выбором для недорогих, небольших или начинающих проектов. Для высокоэффективных приложений можно рассмотреть импульсные регуляторы, но по простоте, надежности и удобству использования LM7805 остается вне конкуренции.

Работаете ли вы над проектами Arduino, питаете ли датчики или интегрируете светодиоды, LM7805 представляет собой стабильное и практичное решение, обеспечивающее ваши компоненты необходимыми им 5 В.