Характеристики и схемы подключения стабилизатора L7805CV

Различные электронные схемы обычно требуют для питания постоянное положительное напряжение из ряда, ставшего определенным стандартом – 3.3, 5,9,12 или 15 вольт. Удобно организовывать питание с помощью недорогих интегральных стабилизаторов, имеющих фиксированное выходное напряжение, попадающее в этот ряд. Для этих целей в течение уже многих лет применяются стабилизаторы серии 78XX.

Назначение и области применения

Для питания цепей стабильным постоянным положительным напряжением +5 вольт предназначена микросхема 7805 (L7805). Она представляет собой интегральный (выполненный в одном корпусе) линейный стабилизатор. Такие устройства работают по принципу перераспределения энергии между регулирующим элементом и нагрузкой, включенными последовательно. Характерными особенностями подобных стабилизаторов являются:

• необходимость превышения входного напряжения над выходным;
• протекание через регулирующий элемент (мощный встроенный биполярный транзистор) полного тока нагрузки.

Все это определяет невысокий КПД линейных регуляторов, который не может быть выше отношения Uвых/ Uвх, и большая рассеиваемая мощность. На другой чаше весов – дешевизна и простота, что на токах до 3 ампер имеет превалирующее значение.

Хотя эти устройства разработаны как стабилизаторы фиксированного напряжения, при использовании с внешними элементами 7805 можно применять для получения регулируемого напряжения и тока.

Внешний вид и распиновка выводов

Микросхема 7805 выпускается в различных корпусах с тремя выводами:

1. IN – вход для подачи напряжения от источника питания.
2. OUT – выход стабилизированного напряжения.
3. GND – общий провод.

Любой из вариантов корпуса предусматривает крепление на теплоотвод:

• TO-220 – винтом (радиатор подключен к общему проводу микросхемы);
• TO-220FP – винтом (микросхема электрически изолирована от теплоотвода);
• DPACK, D2PACK – пайкой (общий провод подключен к радиатору).

Принцип цоколевки у всех исполнений одинаков – если посмотреть на микросхему со стороны, противоположной теплоотводу (со стороны маркировки), выводы расположатся слева направо:

• вход;
• общий;
• выход.

Существует маломощный аналог стабилизатора 78L05. Если его повернуть срезом корпуса к себе (тоже со стороны маркировки), выводы располагаются в обратном порядке.

Характеристики стабилизатора L7805CV

В даташитах на микросхему приводится множество характеристик, но на практике. особенно, в любительских условиях, достаточно запомнить лишь важнейшие из них.

Входное, выходное напряжение

Выходное напряжение стабилизатора L7805 является фиксированным, и составляет 5 вольт (и небольшой разброс от этого значения в обе стороны). На вход надо подавать напряжение превышающее выходное минимум на 2 вольта, но не более 35 вольт.

Ток нагрузки

Выходной ток для стабилизатора в любом исполнении составляет не меньше 1,5 А. Этот ток достижим только при наличии теплоотвода, в противном случае внутренняя тепловая защита сработает при меньшей нагрузке.

Температурный коэффициент

При изменении температуры меняются некоторые параметры микросхемы. Например, падение напряжения на регулирующем элементе с ростом температуры уменьшается. Куда важнее другой параметр – уменьшение выходного напряжения при увеличении температуры. К сожалению, в даташите от производителя эта зависимость приведена только для стабилизатора на 12 вольт. Есть резон ожидать примерно такого же поведения и у 5-вольтового стабилизатора – снижение Uвых при нагреве примерно в пределах 2%.

Остальные графики зависимостей можно посмотреть в datasheet.

Максимальная температура

Диапазон рабочих температур микросхем линейки 7805 лежит в пределах 0..+125 градусов. Существует модификация 7805AB – она работает в диапазоне от минус 40 до +125 градусов.

Максимальное нагрузочное сопротивление

Для нормальной стабилизации ток через регулирующий элемент должен быть не менее 5 мА (так указано в даташите). Следовательно, максимальное сопротивление нагрузки не должно быть более 1 кОм.

Чем можно заменить (аналоги)

Некоторые фирмы выпускают микросхемы – стабилизаторы на 5 вольт под своим названием. В большинстве случаев в них присутствуют цифры 7805:

• IP7805;
• LM7805;
• MC7805;
• другие наименования.

Эти стабилизаторы легко узнать и их можно смело применять вместо 7805. Другие микросхемы определить по маркировке сложнее:

• LM340;
• LM2940.

Уже упоминалась микросхема 78L05. Она является полным аналогом, за исключением выходного тока – он может быть не более 0,1 А. Эти стабилизаторы выпускаются в корпусах без крепления на теплоотвод.

Не надо путать микросхемы серии 7805 с линейкой 7905. Эти стабилизаторы предназначены для работы с отрицательными напряжениями (относительно вывода GND).

Среди отечественных микросхем аналогами являются К(Р)142ЕН5А и ЕН5В (маркируются КРЕН5А и КРЕН5В). Они отличаются повышенным падением напряжения (2,5 вольт), более узким диапазоном входных напряжений (7,5..15 вольт). Зато от этих микросхем можно получить выходной ток 2 и 3 ампера соответственно.

Чем отличаются 7805ACV от L7805CV

В магазинах к приобретению предлагаются стабилизаторы с различными буквенными индексами после основной маркировки, например, L7805CV и L7805ACV, при этом корпус у них одинаковый. Чтобы понять разницу между этими стабилизаторами, надо обратиться к даташиту.

Стабилизатор с литерой А после основной маркировки имеет улучшенные параметры:

1. Меньший разброс выходного напряжения холостого хода (4,9..5,1 вольта против 4,8..5,2 вольта у микросхемы без индекса А);
2. Меньший разброс напряжения под нагрузкой (4,8..5,2 против 4,75..5,25);
3. Немногим больший коэффициент стабилизации при изменении входного напряжения;
4. Другие незначительные различия в параметрах.
5. При этом 7805ACV имеет чуть меньший ток покоя (6 мА против 8 мА), а главное – параметры гарантируются в более широком температурном диапазоне.

Иными словами, 7805ACV вместо 7805CV можно применять всегда, а обратная замена может быть выполнена после анализа параметров и оценки их важности в каждом конкретном случае.

Datasheet l7805

Детальные характеристики можно посмотреть в даташит.

Как проверить микросхему 7805

Проверить микросхему, прозвонив ее мультиметром, не получится. Она имеет сложную внутреннюю структуру, и произвести поэлементную диагностику невозможно – к внутренним участкам доступа нет. Можно лишь проверить стабилизатор на отсутствие короткого замыкания по цепям IN-OUT, IN-GND, OUT-GND.

Отсутствие проблем по этим направлениям не дает полной гарантии работоспособности микросхемы, поэтому достоверно проверить стабилизатор можно лишь в «боевом» режиме – подав на вход от стороннего источника питания напряжение V1, которое должно лежать в пределах 7..35 вольт. Надо измерить напряжение V0 на выходе – оно должно лежать в пределах 4,75..5,25 вольт. Если это так, то микросхема считается исправной.

Конденсатор С1 можно не подключать, если длина проводов от сглаживающих конденсаторов источника питания до выводов микросхемы не превышает 10 см.

При сборке схемы проверки надо строго соблюдать схему подключения. При неверной полярности или при подаче напряжения на выходной вывод (если у источника питания отсутствует ограничение по току), микросхема мгновенно выходит из строя.

Как правильно подключить для получения стабильного выходного напряжения

Стандартная схема включения L7805CV несложна и очевидна – напряжение с источника питания на вход (IN), нагрузку – на выход(OUT). Вывод GND подключается к общему проводу. Но для нормальной работы к входу и выходу стабилизатора надо подключить конденсаторы.

Конденсатор С1 категорически необходим для стабильной работы микросхемы. Указанное значение емкости – 0,33 мкФ – относится к случаю применения керамических или танталовых оксидных конденсаторов. Если применяются оксидные алюминиевые конденсаторы, емкость должна быть увеличена минимум в 10 раз.

Функцию входного конденсатора могут выполнять выходные конденсаторы фильтра БП, если расстояние по длине проводников от них до входа микросхемы невелико (несколько сантиметров).

Выходной конденсатор С₀ ставить не обязательно, но обычно монтируют и его – он улучшает работу стабилизатора. Его емкость выбирается так, чтобы при включении не получить повышенного броска тока на заряд.

Примеры схем с применением стабилизатора 7805

Основная схема включения в качестве фиксированного стабилизатора напряжения приведена выше. В даташите можно найти и другие рекомендуемые примеры использования 7805.

Стабилизатор с повышенным выходным напряжением

Выходное напряжение микросхемы можно повысить. Для этого надо сместить потенциал нулевого вывода. Сделать это можно, например, с помощью стабилитрона. Включив его между общим проводом и выводом GND можно увеличить выходное напряжение на величину напряжения стабилизации стабилитрона.

Например, применив стабилитрон КС147 (Uст=4,7 вольт), можно получить на выходе 5+4,7=9,7 вольт, и при использовании КС168 – 5+6,8=11,8 вольт.

Стабилизатор с увеличенной выходной мощностью

Если выходного тока в 1,5 А недостаточно, мощность стабилизатора можно повысить с помощью добавочного транзистора. Его ток коллектора должен быть с запасом рассчитан на ток нагрузки. Варианты умощнения стабилизатора транзисторами разной структуры приведены на рисунке. При использовании транзистора n-p-n (на схеме справа) надо иметь в виду, что выходное напряжение понизится на величину падения напряжения на переходе транзистора (примерно 0,6 вольт). Чтобы компенсировать это падение, в цепь GND включен кремниевый диод в прямом направлении.

При использовании данных схем, внутренняя защита по току микросхемы не работает!

Интегральный стабилизатор L7805 может быть применен и в других схемах – например, для сглаживания пульсаций или в качестве источника опорного напряжения и т.п. Область ее применения широка, несмотря на определенные недостатки, присущие микросхеме и классу линейных стабилизаторов в целом. Все окупается дешевизной и простотой использования.