7805-jännitesäädin on yksi yleisimmin käytetyistä lineaarisista säätimistä vakaan +5 V:n syötön tuottamiseen. Se tunnetaan yksinkertaisuudestaan, luotettavuudestaan ja sisäänrakennetuista suojauksistaan, joten se on edelleen luotettava valinta. Mikro-ohjainkorteista anturipiireihin 7805 varmistaa tasaisen suorituskyvyn sekä koulutus- että ammattimaisissa elektroniikkaprojekteissa.
Mikä on 7805-jännitteensäädin?
7805 on klassinen kiinteälähtöinen lineaarinen säädin, joka tuottaa +5 V korkeammasta tulojännitteestä. Se kuuluu 78xx-perheeseen, jossa "xx" tarkoittaa säänneltyä jännitettä. Vain kolmen nastan (IN, GND, OUT) ansiosta se on helppo integroida piireihin ilman edistyneitä suunnitteluvaatimuksia. Sen suosio johtuu siitä, että se on kestävä, edullinen ja lähes kaikkien suurten puolijohdeyritysten valmistama, mikä varmistaa nastan ja nastan yhteensopivuuden eri toimittajien välillä.
Se toimitetaan useimmiten TO-220-pakkauksessa läpireikämalleihin, mutta pinta-asennusvaihtoehtoja, kuten SOT-223 ja D²PAK (TO-263), on saatavana pienikokoisille piirilevyille. Vaikka 7805 on räätälöity +5 V:n kiskoille, siihen liittyvät laitteet, kuten 7806 (+6 V), 7809 (+9 V) ja 7905 (–5 V), laajentavat samaa perhettä. Säädettävät säätimet, kuten LM317, palvelevat, kun tarvitaan epätyypillisiä jännitteitä.
7805-jännitteensäätimen ominaisuudet
• Yksinkertainen toteutus: Tarvitaan vain pieniä tulo- ja lähtökondensaattoreita vakauden takaamiseksi.
• Kunnollinen virtakäyttö: Syöttää ~1 A jatkuvasti; jopa 1,5 A huippu asianmukaisella jäähdytyselementillä.
• Sisäänrakennettu suojaus: Virranrajoitus, lämpösammutus ja turva-alueen kompensointi on integroitu.
• Viasietoisuus: Kestää oikosulkuja, ylikuormituksia ja ylikuumenemistapahtumia.
• Kohtalainen katkeaminen: Tyypillisesti ~2 V, joten tulon on pysyttävä ≥7 V:n jännitteessä.
• Laaja käyttölämpötila: Suunniteltu kaupallisille ja teollisille alueille, jopa ~125 °C pakkauksesta riippuen.
7805 Voltage Säätimen tekniset tiedot
| Parametri | Arvo / alue | Huomautuksia |
|---|---|---|
| Lähtö Voltage | 5 V (kiinteä) ±4 % tyypillinen | Jotkut myyjät takaavat ±2 % |
| Tulojännite (suositus) | 7–25 V | Mahdollistaa dropout + aaltoilun pääntilan |
| Tulojännite (max) | 25–35 V (toimittajakohtainen) | Absoluuttinen maksimi, tarkista tietolomake |
| Lähtövirta | \~1 Jatkuva | Lämpörajoitettu, pakkauksesta riippuvainen |
| Lepovirta | \~5 mA | Pieni valmiustilan tyhjennys |
| Keskeytysjännite | \~2 V | Pienempi pienellä kuormituksella, korkeampi 1 A:lla |
| Kondensaattorit (ohitus) | 0.33 μF (IN), 0.1 μF (OUT) | Aseta lähelle säätimen nastoja |
| Linjan säätö | 3–7 mV/V tyypillinen | Muutos Voutissa Vin-askelta kohden |
| Kuorman säätö | 25–50 mV (0–1 A) | Muutos Voutissa kuormittamattomasta täyteen koneeseen |
| PSRR | \~62–70 dB @ 100 Hz | Aaltoilun/kohinan voimakas hylkääminen |
| Lähdön aaltoilu/kohina | \~40–80 μV rms | Pienempi kuin useimmat hakkuritarvikkeet |
7805 jännitteensäätimen liitäntä
| Nasta | Nimi | Kuvaus |
|---|---|---|
| 1 | SISÄÄN | Sääntelemätön DC-tulo (≥7 V) |
| 2 | GND | Paluureitti maahan |
| 3 | ULOS | Säännelty +5 V lähtö |
Tyypillinen 5 V:n syöttö 7805:llä
Tavallinen 12 V-5 V säädinketju näyttää usein tältä:
• Alennusmuuntaja – Vähentää verkkovirran (110/220 V) turvallisemmalle ~12 V AC-tasolle.
• Siltatasasuuntaaja – Muuntaa vaihtovirran sykkiväksi DC:ksi neljän diodin avulla.
• Bulkkisuodatinkondensaattori – Suuri elektrolyyttikondensaattori (tyypillisesti 1000 μF/25 V) tasoittaa tasasuuntatun aaltomuodon vakaammaksi tasavirtaksi.
• 7805 Regulator IC – Säätelee tasoitettua tasavirtaa ja puristaa jännitteen tarkasti +5 V:iin.
• Ohituskondensaattorit – 0.33 μF keraaminen kondensaattori tulossa ja 0.1 μF lähdössä estävät värähtelyjä ja parantavat transienttivastetta.
• Suojakomponentit – Sulake ylikuormitusturvaa varten, käänteisen napaisuuden diodi IN/OUT-poikki suojaamaan purkautumiselta tulon romahtaessa ja valinnainen ylijännitesuoja verkkopiikkeille.
Tämä asetus näkyy Arduino-levyissä, anturimoduuleissa ja pienissä sulautetuissa järjestelmissä. Esimerkiksi 12 V:n seinäsovittimella toimiva Arduino UNO käyttää 7805:tä sisäisesti tarjoamaan säännellyn 5 V:n kiskon logiikkapiireilleen ja oheislaitteilleen.
7805-jännitesäätimen toimintaperiaate
Sisäisesti 7805 integroi kolme avainlohkoa: 5 V:n referenssin, virhevahvistimen ja sarjapäästötransistorin. Virhevahvistin tarkkailee jatkuvasti lähtöä referenssiin nähden ja säätää päästöelementin johtumista.
• Kun lähtö laskee: päästötransistoria ajetaan kovemmin, jolloin enemmän virtaa pääsee virtaamaan ja jännite nousee takaisin 5 V:iin.
• Kun teho nousee: transistorin tehollinen vastus kasvaa, mikä vähentää virran kulkua ja vetää jännitteen takaisin alas.
Tämä suljetun kierron takaisinkytkentäjärjestelmä ylläpitää vakaata +5 V:n lähtöä hyvällä linjan ja kuormituksen säädöllä ja minimoi samalla melun verrattuna sääntelemättömään syöttöön.
Kompromissi on tehottomuus: ylimääräinen jännite haihtuu lämpönä. Tehohäviö saadaan kaavalla:
Ploss = (Vin − 5) × Iout
Tämä tekee 7805:stä yksinkertaisen ja luotettavan, mutta vähemmän tehokkaan, kun tulojännite on paljon yli 5 V tai kun syötetään suurempia virtoja.
Lämpö- ja tehokkuusnäkökohdat
7805 säätelee jännitettä haihduttamalla ylimääräistä energiaa lämpönä. Menetetty teho on:
Vehnä = (Vin − 5) × Iout
Tämä tekee lämmönhallinnasta keskeisen suunnittelutekijän, varsinkin kun tulojännite on paljon suurempi kuin 5 V tai kuormitusvirta on merkittävä.
Lämmönvastuksen arvot
• TO-220-paketti: RθJA ≈ 50–65 °C/W (ei jäähdytyselementtiä), RθJC ≈ 5 °C/W.
• SOT-223-paketti: RθJA ≈ 90–110 °C/W (rajoitettu lämmön leviäminen).
• Jäähdytyselementin kanssa: RθJA voi nousta 10–20 °C/W:iin koosta ja ilmavirrasta riippuen.
Jäähdytyselementin ohjeet
• Kiinnitä alumiinisiin jäähdytyselementteihin tai metallirunkoon haihtumisen parantamiseksi.
• Käytä lämpörasvaa tai eristystyynyjä käyttöliittymän vastuksen pienentämiseksi.
• Varmista oikea ilmavirta, jos haihtuminen ylittää ~5 W.
Toiminut esimerkki
Jos Vin = 12 V, Iout = 0.5 A:
Pheat = (12 − 5) × 0,5 = 3,5 W
• Ilman jäähdytyselementtiä (RθJA = 50 °C/W): Tj-nousu ≈ 175 °C → vaarallista.
• Jäähdytyselementin kanssa (RθJA = 15 °C/W): Tj-nousu ≈ 52 °C → turvallinen huoneenlämmössä.
Tehokkuus esimamples
• Vin = 9 V, Iout = 500 mA → hyötysuhde ≈ 5/9 = 56 %.
• Vin = 12 V, Iout = 500 mA → hyötysuhde ≈ 5/12 = 42 %.
Siten 7805 toimii parhaiten pienillä tai kohtalaisilla virroilla ja kun Vin on lähellä 5 V. Suuremmalle teholle tai suurille tulo-lähtöeroille kytkentäsäädin on suositeltava tehokkuuden vuoksi.
7805-jännitesäätimen sovellukset
7805 on edelleen suosittu yksinkertaisuutensa ja vankan suorituskykynsä ansiosta monissa pienitehoisissa järjestelmissä. Yleisiä käyttötapauksia ovat:
• Mikro-ohjainlevyjen virransyöttö – Tarjoaa vakaan 5 V:n kiskon alustoille, kuten Arduino-, STM32-, AVR- ja PIC-kehityskorteille. Se varmistaa vakaan toiminnan myös silloin, kun tulo tulee seinäsovittimista tai sääntelemättömistä lähteistä.
• Analogiset ja anturipiirit – Käytetään operaatiovahvistimien, ADC:iden ja tarkkuusantureiden syöttämiseen, kun puhdas, alhainen aaltoilujännite on tärkeä tarkkuuden kannalta.
• Oheislaitteiden käyttömoduulit – Tukee pieniä kuormia, kuten releitä, LCD-moduuleja ja langattomia lähetin-vastaanottimia, jotka vaativat luotettavan 5 V:n virransyötön.
• Akkukäyttöiset järjestelmät – Sopii ≥7 V:n (kuten 9 V tai 12 V) akuille, joissa otetaan kohtalaisia virtoja, mikä tekee siitä hyödyllisen kannettavissa piireissä tai varajärjestelmissä.
• Laboratorio- ja koulutusmuunnokset – Yleistä penkkiasetuksissa, joissa 12 V:n lähde on säädetty 5 V:iin prototyyppien ja opiskelijaprojektien aikana.
7805 jännitteensäätimen IC-piirin sisällä
7805 jännitteensäätimen IC on suunniteltu tarjoamaan tasainen 5 V lähtö korkeammasta tulojännitteestä. Sen sisäinen muotoilu yhdistää säätö-, takaisinkytkentä- ja turvaominaisuudet, mikä tekee siitä yhden luotettavimmista elektroniikassa käytetyistä jännitteensäätimistä.
Pääohjaus (Q16 – Pass-transistori)
Q16 hallitsee virran kulkua tulon ja lähdön välillä. Se toimii yhdessä kaistanvälin referenssipiirin (keltainen osa) kanssa, joka tarjoaa vakaan vertailujännitteen, joka ei muutu lämpötilan mukaan.
Palaute ja virheiden korjaus
Pieni osa tuotoksesta syötetään takaisin Q1:n ja Q6:n kautta. Jos jännite on liian korkea tai liian matala, ne tuottavat virhesignaalin. Tämä signaali vahvistetaan virhevahvistimella (oranssi osa) ja sitä käytetään Q16:n säätämiseen pitäen lähdön lukittuna 5 V:iin.
Käynnistyspiiri (vihreä osa)
Tämä piiri varmistaa, että kaistanvälin referenssi aktivoituu oikein, kun säädin käynnistyy. Ilman sitä IC ei ehkä käynnisty. Kun se on aktiivinen, se pitää sääntelyprosessin vakaana.
Sisäänrakennettu suojaus
7805:ssä on useita turvaominaisuuksia:
• Q13 estää ylikuumenemisen.
• Q19 suojaa liialliselta tulojännitteeltä.
• Q14 rajoittaa lähtövirtaa.
Nämä suojapiirit vähentävät tai sammuttavat lähtöä tarvittaessa, mikä estää sekä IC:n että liitettyjen laitteiden vaurioitumisen.
Voltage jakaja (sininen osa)
Jakaja pienentää lähtöjännitettä sisäistä vertailua varten. Näin säädin voi tehdä hienosäätöjä ja pitää tehon vakaana eri kuormituksilla.
7805-jännitteensäätimen plussat ja miinukset
| Plussat | Haittoja |
|---|---|
| Helppokäyttöinen – Vaatii vain muutaman ulkoisen kondensaattorin; viritystä tai säätöä ei tarvita. | Alhainen hyötysuhde korkealla Vinillä – Ylimääräinen tulojännite haihtuu lämpönä, mikä heikentää tehokkuutta. |
| Sisäänrakennetut suojaukset – Oikosulku, lämpösammutus ja virranrajoitus takaavat turvallisemman käytön. | Lämpöhaasteet – Tuottaa merkittävää lämpöä suuremmilla virroilla ja tarvitsee usein jäähdytyselementin. |
| Vakaa, hiljainen lähtö – Tarjoaa puhtaan 5 V kiskon logiikka- ja analogisille piireille. | Kiinteä lähtöjännite – Rajoitettu +5 V:iin, ei sovellu muuttuvaan volyymiintage tarpeet. |
| Kustannustehokas ja helppokäyttöinen – Edullinen, laajalti saatavilla ja valmistettu useissa pakkaustyypeissä. | Dropout Voltage (\~2 V) – Tarvitsee vähintään \~7 V tulon säätääkseen kunnolla, ei sovellu pienelle volyymilletage lähteet. |
| Luotettava suunnittelu – Todistettu kokemus kuluttaja- ja teollisuustuotteista. | Nykyiset rajoitukset – Tyypillisesti toimittaa\~1 A; Suuremmat kuormat edellyttävät säätimien kytkentää. |
Yleisiä virheitä, joita on vältettävä 7805-jännitesäätimessä
• Ohituskondensaattoreiden jättäminen pois: Pienet keraamiset kondensaattorit (0.33 μF tulossa, 0.1 μF lähdössä) ovat välttämättömiä värähtelyjen estämiseksi. Niiden ohittaminen johtaa usein epävakaaseen tai meluisaan lähtöön.
• Liian alhainen tulojännite: Koska 7805:n säätö vaatii vähintään ~7 V, vain 6–6,5 V:n syöttö johtaa huonoon säätöön ja vaihtelevaan tehoon.
• Lämmönpoiston huomiotta jättäminen: Raskaassa kuormituksessa tai korkeassa VIN-numerossa säädin voi ylikuumentua ja sammua lämpöä tai jopa epäonnistua, jos jäähdytyselementtiä ei käytetä.
• Tulosuodattimen kondensaattorin alimitointi: Pieni bulkkikondensaattori ei pysty tasoittamaan tasasuuntaista tasavirtaa kunnolla, mikä aiheuttaa aaltoilua, joka heikentää vakautta ja voi häiritä herkkiä piirejä.
• Huonot maadoituskäytännöt: Pitkien tai ohuiden maadoitusjälkien käyttö aiheuttaa kohinaa ja jännitehäviöitä. Varmista aina kiinteä maadoitusliitäntä lähellä säätimen nastoja.
Testaus ja vianetsintä 7805 Voltage Säädin
• Tarkista tulojännite: Varmista, että säätimen virta on vähintään 7 V kuormitettuna. Jos Vin painuu tämän tason alapuolelle, 7805 ei pysty säätelemään kunnolla.
• Mittaa lähtöjännite: Tarkista yleismittarilla, että lähtö on lähellä +5 V. Merkittävä poikkeama voi viitata ylikuormitukseen, ylikuumenemiseen tai säätimen vikaantumiseen.
• Monitorin lämpötila: Kosketusturvalliset tarkastukset tai lämpömittari voivat paljastaa ylikuumenemisen. Jos pakkaus kuumenee liian kuumaksi, harkitse jäähdytyselementin lisäämistä tai kuormitusvirran vähentämistä.
• Vertaa kuormittamatonta ja kuormittamatonta käyttäytymistä: Mittaa tehoa sekä kuorman kanssa että ilman. Suuri jännitehäviö kuormitettuna viittaa riittämättömään tulosuodatukseen, liialliseen virrankulutukseen tai vikaantuneeseen laitteeseen.
• Eristä viat poistamalla kuorma: Jos lähtö vedetään alas tai säädin sammuu, irrota kuorma ja testaa säädin itsenäisesti. Normaali 5 V:n lähtö ilman kuormaa osoittaa, että ongelma on kytketyssä piirissä.
7805 vaihtoehtoa korkeaan hyötysuhteeseen
Vaikka 7805 on yksinkertainen ja luotettava, sen lineaarinen luonne tuhlaa sähköä lämpönä. Sovelluksissa, jotka vaativat parempaa hyötysuhdetta tai pidempää akun käyttöikää, vaihtoehdot ovat usein parempia valintoja:
Kytkentäpukkisäätimet (LM2596, XL4015)
Step-down-muuntimet, jotka saavuttavat 80–90 %:n hyötysuhteen, vaikka Vin olisi paljon suurempi kuin 5 V. Ne soveltuvat hyvin yli 500 mA:n kuormien syöttämiseen tai kun lämmön minimointi on kriittistä.
Matalan katkeamisen säätimet (LDO) – esim. AMS1117-5.0, LT1763
Nämä voivat säätää Vinillä vain ~0.5–1 V Voutin yläpuolella, mikä tekee niistä hyödyllisiä, kun tulosyöttö on lähellä 5 V:ta (esim. 6 V:n sovittimet tai 2-kennoiset Li-ion-paketit). Tehokkuus paranee, kun Vin-Vout on pieni.
Hybridilähestymistapa
Buck-säädin voi ensin pudottaa korkean tulon (esim. 12 V → 6.5 V), minkä jälkeen 7805 lopullista säätöä varten. Tämä yhdistää kytkentäsäädön tehokkuuden lineaarisen säätimen hiljaiseen tehoon.
Valmiit moduulit
Esiasennetut buck-muunninlevyt ovat edullisia, kompakteja ja maksavat usein vain paljaan IC:n. Näitä käytetään laajalti harrastuselektroniikassa ja tee-se-itse-projekteissa nopeaan ja tehokkaaseen tehonmuuntamiseen.
Päätelmät
7805-jännitesäädin on edelleen klassinen ratkaisu puhtaan ja vakaan +5 V:n tehon tuottamiseen. Vaikka se ei ole tehokkain suurvirta- tai laajatulosovelluksiin, sen kestävyys, helppokäyttöisyys ja alhainen melutaso tekevät siitä ihanteellisen lukemattomiin pienitehoisiin malleihin. Olipa kyse prototyypeistä, koulutussarjoista tai pienistä sulautetuista järjestelmistä, 7805 on edelleen luotettava valinta.
Usein kysytyt kysymykset [FAQ]
Mikä on 7805-säätimen suurin tulojännite?
Useimmat 7805-säätimet pystyvät käsittelemään jopa 25 V:n tuloa, ja jotkut tietolehtiversiot sallivat 30–35 V:n absoluuttisen maksimin. Tämän rajan lähellä ajaminen tuottaa kuitenkin ylimääräistä lämpöä, joten luotettavuuden vuoksi on suositeltavaa pysyä 7–20 V:n sisällä.
Voidaanko 7805:tä käyttää ilman kondensaattoreita?
Teknisesti kyllä, mutta se ei ole suositeltavaa. Tietolomakkeessa määritellään tulo (0.33 μF) ja lähtö (0.1 μF) kondensaattorit, jotka on sijoitettu lähelle nastoja värähtelyjen estämiseksi ja transienttivasteen parantamiseksi. Niiden ohittaminen vaarantaa epävakauden ja melun.
Kuinka vähennän lämpöä 7805-säädinpiirissä?
Lämpö on verrannollinen (Vin – 5) × Ioutiin. Minimoi se alentamalla tulojännitettä, käytä jäähdytyselementtiä tai yhdistä 7805 kytkentäesisäätimeen. Raskaille kuormille kytkentäsäätimet ovat paljon tehokkaampia.
Sopiiko 7805 akkukäyttöisiin projekteihin?
Se voi toimia, jos akun jännite on yli 7 V, mutta hyötysuhde on huono lineaarisen haihtumisen vuoksi. Kannettaville laitteille low-dropout (LDO) -säätimet tai DC-DC-buck-muuntimet ovat yleensä parempia valintoja.
Miksi käyttää 7805:tä buck-muuntimen sijaan?
Vaikka 7805 on vähemmän tehokas, se tarjoaa erittäin alhaisen kohinan ja aaltoilun, mikä tekee siitä ihanteellisen analogisille antureille, äänipiireille ja RF-moduuleille. Buck-muuntimet ovat erinomaisia tehokkuudessaan, mutta ne vaativat usein ylimääräistä suodatusta saavuttaakseen vertailukelpoisen lähdön puhtauden.