7805 稳压器是使用最广泛的线性稳压器之一，用于产生稳定的 +5 V 电源。它以其简单性、可靠性和内置保护功能而闻名，仍然是值得信赖的选择。从微控制器板到传感器电路，7805 确保在教育和专业电子项目中保持一致的性能。
什么是7805稳压器？
7805 是一款经典的固定输出线性稳压器，可从更高的输入电压提供 +5 V 的电压。它属于 78xx 系列，其中“xx”表示稳压电压。只需三个引脚（IN、GND、OUT），无需高级设计要求即可轻松集成到电路中。它的受欢迎程度来自于坚固耐用、价格低廉，并且几乎由所有主要半导体公司制造，确保了供应商之间的引脚到引脚兼容性。
它通常采用 TO-220 封装，用于通孔设计，但 SOT-223 和 D²PAK （TO-263） 等表面贴装选项也可用于紧凑型 PCB。虽然 7805 专为 +5 V 电源轨量身定制，但 7806 （+6 V）、7809 （+9 V） 和 7905 （–5 V） 等相关器件扩展了同一系列。LM317 等可调稳压器适用于需要非标准电压时。
2、7805稳压器的特点
• 实施简单：只需小型输入输出电容器即可实现稳定性。
• 良好的电流驱动：连续提供 ~1 A;高达 1.5 A 的峰值，具有适当的散热器。
• 内置保护：集成了限流、热关断和安全区域补偿。
• 容错：经受短路、过载和过热事件的影响。
• 中等压差：通常为 ~2 V，因此输入必须保持 ≥7 V。
• 宽工作温度：专为商业和工业范围而设计，最高可达 ~125 °C，具体取决于封装。
7805稳压器技术规格
| 参数 | 价值/范围 | 笔记 |
|---|---|---|
| 输出电压 | 5 V（固定）±4%典型值 | 部分供应商保证 ±2% |
| 输入电压（推荐） | 7–25 伏 | 允许压差 + 纹波裕量 |
| 输入电压（最大值） | 25–35 V（特定于供应商） | 绝对最大值，查看数据表 |
| 输出电流 | \~1 A 连续 | 热受限，封装相关 |
| 静态电流 | \~5 毫安 | 轻微备用漏极 |
| 压差电压 | \~2 伏 | 小负载时更低，1 A 时更高 |
| 电容器（旁路） | 0.33 μF（输入）、0.1 μF（输出） | 靠近稳压器引脚的位置 |
| 生产线调节 | 3–7 mV/V（典型值） | 每 Vin 步长的 Vout 变化 |
| 负载调节 | 25–50 mV （0–1 A） | Vout 从空载到满载的变化 |
| PSRR | \~62–70 分贝 @ 100 赫兹 | 强大的纹波/噪声抑制能力 |
| 输出纹波/噪声 | \~40–80 μV 均方根 | 低于大多数开关模式电源 |
7805稳压器引脚排列
| 销 | 名称 | 描述 |
|---|---|---|
| 1 | 在 | 非稳压直流输入 （≥7 V） |
| 2 | 接地 | 地面返回路径 |
| 3 | 出 | 稳压 +5 V 输出 |
使用 7805 的典型 5 V 电源
标准的 12 V 至 5 V 稳压器链通常如下所示：
• 降压变压器 – 将电源交流电 （110/220 V） 降低到更安全的 ~12 V 交流电平。
• 桥式整流器 – 使用四个二极管将交流电转换为脉动直流电。
• 大容量滤波电容器 – 大型电解电容器（通常为 1000 μF/25 V）将整流波形平滑为更稳定的直流电。
• 7805 稳压器 IC – 调节平滑的直流电并将电压精确箝位为 +5 V。
• 旁路电容器 – 输入端为 0.33 μF，输出端为 0.1 μF 陶瓷电容器，可防止振荡并改善瞬态响应。
• 保护组件 – 用于过载安全的保险丝，用于输入崩溃时防止放电的 IN/OUT 反极性二极管，以及用于电源尖峰的可选浪涌抑制器。
这种设置在 Arduino 板、传感器模块和小型嵌入式系统中可见。例如，由 12 V 壁式适配器供电的 Arduino UNO 在内部使用 7805 为其逻辑电路和外设提供稳压的 5 V 电源轨。
6、7805稳压器工作原理
在内部，7805 集成了三个关键模块：一个 5 V 基准电压源、一个误差放大器和一个串联传递晶体管。误差放大器根据基准电压源持续监控输出，并调整传输元件的导通。
• 当输出下降时：传递晶体管被更用力地驱动，允许更多的电流流动并将电压提高回 5 V。
• 当输出上升时：晶体管的有效电阻增加，减少电流并拉回电压。
与非稳压电源相比，该闭环反馈系统可保持稳定的+5 V输出，并具有良好的线路和负载调节功能，同时还能将噪声降至最低。
权衡是效率低下：多余的电压以热量的形式消散。功率损耗由下式给出：
Ploss = （Vin − 5） × Iout
这使得 7805 简单可靠，但当输入电压远高于 5 V 或提供更高电流时，效率会降低。
热和效率考虑因素
7805 通过将多余的能量作为热量消散来调节电压。失去的电力是：
Pheat = （Vin − 5） × Iout
这使得热管理成为关键设计因素，特别是当输入电压远高于 5 V 或负载电流很大时。
热阻值
• TO-220 封装：RθJA ≈ 50–65 °C/W（无散热器），RθJC ≈ 5 °C/W。
• SOT-223 封装：RθJA ≈ 90–110 °C/W（有限的热扩散）。
• 带散热器：RθJA 可提高到 10–20 °C/W，具体取决于尺寸和气流。
散热指南
• 连接到铝制散热器或金属机箱以获得更好的散热效果。
• 使用导热硅脂或绝缘垫来降低界面电阻。
• 如果耗散超过 ~5 W，请确保适当的气流。
工作示例
当 Vin = 12 V，Iout = 0.5 A 时：
小麦 = （12 − 5） × 0.5=3.5 W
• 无散热器 （RθJA = 50 °C/W）：Tj 上升≈ 175 °C →不安全。
• 带散热器 （RθJA = 15 °C/W）：室温下 Tj 上升 ≈ 52 °C →安全。
效率示例
• Vin = 9 V，Iout = 500 mA →效率 ≈ 5/9 = 56%。
• Vin = 12 V，Iout = 500 mA →效率 ≈ 5/12 = 42%。
因此，7805 最适合中低电流和 Vin 接近 5 V 时。对于更高的功率或较大的输入输出差异，开关稳压器是首选以提高效率的。
7805稳压器的应用
7805 因其在各种低功耗系统中的简单性和强大的性能而仍然很受欢迎。常见用例包括：
• 为微控制器板供电 – 为 Arduino、STM32、AVR 和 PIC 开发板等平台提供稳定的 5 V 电源轨。即使输入电源来自壁式适配器或未稳压的电源，它也能确保稳定运行。
• 模拟和传感器电路 – 用于为运算放大器、ADC 和精密传感器供电，其中干净、低纹波的电压对于精度很重要。
• 驱动外围设备模块 – 支持需要可靠 5 V 电源的小负载，例如继电器、LCD 模块和无线收发器。
• 电池供电系统 – 适用于消耗中等电流的 ≥7 V（例如 9 V 或 12 V）电池组，使其可用于便携式电路或备用系统。
• 实验室和教育转换 – 常见于工作台设置，其中 12 V 电源被调节至 5 V，用于原型设计和学生项目。
7805稳压器IC电路内部
7805稳压器IC旨在从更高的输入电压提供稳定的5V输出。其内部设计结合了调节、反馈和安全特性，使其成为电子产品中使用的最可靠的稳压器之一。
主控（Q16 – 通过晶体管）
Q16 管理输入和输出之间的电流。它与带隙参考电路（黄色部分）一起工作，提供不随温度变化的稳定参考电压。
反馈和纠错
一小部分输出通过Q1和Q6反馈。如果电压过高或过低，它们会产生错误信号。该信号由误差放大器（橙色部分）放大，用于调整Q16，使输出锁定在5V。
启动电路（绿色部分）
该电路确保稳压器上电时带隙基准电压源正确激活。没有它，IC 可能无法启动。一旦激活，它就会保持调节过程稳定。
内置保护
7805 包括多项安全功能：
• Q13 防止过热。
• Q19 可防止输入电压过高。
• Q14 限制输出电流。
这些保护电路在必要时减少或关闭输出，防止损坏 IC 和连接的设备。
卷tage 分压器（蓝色部分）
分压器降低输出电压以进行内部比较。这使得稳压器能够进行微调，并在不同负载下保持输出稳定。
7805稳压器的优缺点
| 优点 | 缺点 |
|---|---|
| 使用简单 – 只需要几个外部电容器;无需调整或调整。 | 高电压时效率低 – 多余的输入电压以热量的形式散发，从而降低效率。 |
| 内置保护 – 短路、热关断和限流确保更安全的作。 | 热挑战 – 在较高电流下产生大量热量，通常需要散热器。 |
| 稳定、低噪声输出 – 提供干净的 5 V 电源轨，适用于逻辑和模拟电路。 | 固定输出电压 – 限制为 +5 V，不适合可变电压需求。 |
| 经济高效且易于使用 – 价格低廉、广泛可用，并以多种包装类型生产。 | 压差电压 （\~2 V） – 至少需要 \~7 V 输入才能正确调节，不适合低压源。 |
| 可靠的设计 – 在消费品和工业产品方面拥有良好的业绩记录。 | 电流限制 – 通常提供\~1 A;更高的负载需要开关稳压器。 |
7805 稳压器中应避免的常见错误
• 省略旁路电容器：小型陶瓷电容器（输入 0.33 μF，输出 0.1 μF）对于防止振荡至关重要。跳过它们通常会导致输出不稳定或嘈杂。
• 提供过低的输入电压：由于 7805 至少需要 ~7 V 来调节，因此仅供电 6–6.5 V 会导致调节不良和输出波动。
• 忽略散热：在重负载或高 Vin 下，稳压器可能会过热并进入热关断，如果不使用散热器，甚至会发生故障。
• 输入滤波电容器尺寸过小：小型大容量电容器无法正确平滑整流直流电，从而产生纹波，从而降低稳定性并干扰敏感电路。
• 接地实践不当：使用长或细的接地走线会引入噪声和电压降。始终确保靠近稳压器引脚的牢固接地连接。
7805稳压器的测试和故障排除
• 验证输入电压：确保稳压器在负载下至少提供 7 V 电压。如果 Vin 下垂到低于此水平，则 7805 无法正常调节。
• 测量输出电压：使用万用表检查输出是否接近 +5 V。显着偏差可能表明过载、过热或稳压器故障。
• 监控温度：触摸安全检查或温度计可以显示过热。如果封装运行过热，请考虑添加散热器或降低负载电流。
• 比较空载与负载行为：测量有负载和无负载的输出。负载下电压降大表明输入滤波不足、电流消耗过大或器件出现故障。
• 通过移除负载隔离故障：如果输出被拉下或稳压器关闭，请断开负载以独立测试稳压器。空载的正常 5 V 输出表明问题出在连接的电路上。
7805 高效率替代方案
虽然 7805 简单可靠，但其线性特性将电力作为热量浪费。对于需要更高效率或更长电池寿命的应用，替代品通常是更好的选择：
开关降压稳压器（LM2596、XL4015）
降压转换器可实现 80-90% 的效率，即使 Vin 远高于 5 V。它们非常适合为高于 500 mA 的负载供电或当热量最小化至关重要时。
低压差稳压器 （LDO） – 例如 AMS1117-5.0、LT1763
这些器件的 Vin 仅比 Vout 高 ~0.5–1 V 进行调节，因此当输入电源接近 5 V 时（例如，6 V 适配器或 2 节锂离子电池组）非常有用。当 Vin-Vout 较小时，效率会提高。
混合方法
降压稳压器可以首先压降高输入（例如，12 V → 6.5 V），然后是 7805 进行最终调节。这结合了开关调节的效率和线性稳压器的低噪声输出。
现成的模块
预组装的降压转换器板价格低廉、结构紧凑，而且成本通常不高于裸 IC。这些广泛用于业余电子产品和 DIY 项目，以实现快速、高效的电源转换。
结论
7805 稳压器仍然是提供清洁稳定的 +5 V 电源的经典解决方案。虽然对于大电流或宽输入应用来说不是最高效的，但其坚固性、易用性和低噪声使其成为无数低功耗设计的理想选择。无论是原型、教育套件还是小型嵌入式系统，7805 仍然是可靠的选择。
常见问题 [FAQ]
7805稳压器的最大输入电压是多少？
大多数 7805 稳压器可以处理高达 25 V 的输入，一些数据手册变体允许 30-35 V 的绝对最大电压。然而，接近此限制的运行会产生过多的热量，因此为了可靠性，建议保持在 7-20 V 以内。
7805 可以在没有电容器的情况下使用吗？
从技术上讲是的，但这是不可取的。数据手册规定了靠近引脚放置的输入 （0.33 μF） 和输出 （0.1 μF） 电容器，以防止振荡并改善瞬态响应。跳过它们可能会带来不稳定和噪音的风险。
如何减少 7805 稳压器电路中的热量？
热量与 （Vin – 5） × Iout 成正比。要尽量减少它，请降低输入电压，使用散热器，或将 7805 与开关预稳压器配对。对于重负载，开关稳压器的效率要高得多。
7805 适合电池供电项目吗？
如果电池高于 7 V，它可以工作，但由于线性耗散，效率会很差。对于便携式设备，低压差 （LDO） 稳压器或 DC-DC 降压转换器通常是更好的选择。
为什么使用 7805 而不是降压转换器？
虽然效率较低，但 7805 提供超低噪声和纹波，使其成为模拟传感器、音频电路和射频模块的理想选择。降压转换器在效率方面表现出色，但它们通常需要额外的滤波才能实现相当的输出清洁度。