Pengawal selia voltan 7805 ialah salah satu pengawal selia linear yang paling banyak digunakan untuk menjana bekalan +5 V yang stabil. Terkenal dengan kesederhanaan, kebolehpercayaan dan perlindungan terbina dalam, ia kekal sebagai pilihan yang dipercayai. Daripada papan mikropengawal kepada litar penderia, 7805 memastikan prestasi yang konsisten dalam kedua-dua projek elektronik pendidikan dan profesional.
Apakah Pengatur Voltan 7805?
7805 ialah pengawal selia linear keluaran tetap klasik yang menyampaikan +5 V daripada voltan input yang lebih tinggi. Ia tergolong dalam keluarga 78xx, di mana "xx" menandakan voltan terkawal. Dengan hanya tiga pin (IN, GND, OUT), mudah disepadukan ke dalam litar tanpa keperluan reka bentuk lanjutan. Popularitinya datang daripada lasak, murah dan dihasilkan oleh hampir setiap syarikat semikonduktor utama, memastikan keserasian pin-to-pin merentas vendor.
Ia paling kerap dibekalkan dalam pakej TO-220 untuk reka bentuk melalui lubang, tetapi pilihan pelekap permukaan seperti SOT-223 dan D²PAK (TO-263) tersedia untuk PCB padat. Walaupun 7805 disesuaikan untuk rel +5 V, peranti berkaitan seperti 7806 (+6 V), 7809 (+9 V) dan 7905 (–5 V) mengembangkan keluarga yang sama. Pengawal selia boleh laras seperti LM317 berfungsi apabila voltan bukan standard diperlukan.
Ciri-ciri Pengatur Voltan 7805
• Pelaksanaan mudah: Hanya memerlukan kapasitor input dan output kecil untuk kestabilan.
• Pemacu arus yang baik: Membekalkan ~ 1 A secara berterusan; sehingga 1.5 A puncak dengan heatsinking yang betul.
• Perlindungan terbina dalam: Pengehadan semasa, penutupan haba dan pampasan kawasan selamat disepadukan.
• Toleransi kesalahan: Terselamat daripada litar pintas, beban berlebihan dan kejadian suhu berlebihan.
• Keciciran sederhana: Biasanya, ~2 V, jadi input mesti kekal ≥7 V.
• Suhu operasi yang luas: Direka untuk julat komersial dan perindustrian, sehingga ~125 °C bergantung pada pakej.
Spesifikasi Teknikal Pengawal Selia Voltan 7805
| Parameter | Nilai / Julat | Nota |
|---|---|---|
| Voltan Keluaran | 5 V (tetap) ±4% biasa | Sesetengah vendor menjamin ±2% |
| Input Voltage (Disyorkan) | 7–25 V | Membenarkan keciciran + ruang kepala riak |
| Voltan Input (Maks) | 25–35 V (khusus vendor) | Maksimum mutlak, semak lembaran data |
| Arus Keluaran | \~1 A berterusan | Terhad dari segi haba, bergantung kepada pakej |
| Arus Senyap | \~5 mA | Sedikit longkang siap sedia |
| Voltan Tercicir | \~2 V | Lebih rendah pada beban kecil, lebih tinggi pada 1 A |
| Kapasitor (Pintasan) | 0.33 μF (DALAM), 0.1 μF (KELUAR) | Letakkan berhampiran dengan pin pengawal selia |
| Peraturan Talian | 3–7 mV/V biasa | Perubahan dalam Vout setiap langkah Vin |
| Peraturan Muatkan | 25–50 mV (0–1 A) | Perubahan dalam Vout daripada tanpa beban kepada beban penuh |
| PSRR | \~62–70 dB @ 100 Hz | Penolakan kuat terhadap riak/bunyi bising |
| Riak Keluaran/Bunyi | \~40–80 μV rms | Lebih rendah daripada kebanyakan bekalan mod suis |
7805 Pinout Pengatur Voltan
| Pin | Nama | Penerangan |
|---|---|---|
| 1 | DALAM | Input DC tidak terkawal (≥7 V) |
| 2 | GND | Laluan pulang tanah |
| 3 | KELUAR | Output +5 V terkawal |
Bekalan 5 V Biasa Menggunakan 7805
Rantaian pengawal selia 12 V-ke-5 V standard selalunya kelihatan seperti ini:
• Transformer Step-Down – Mengurangkan AC sesalur kuasa (110/220 V) kepada tahap AC ~12 V yang lebih selamat.
• Penerus Jambatan – Menukar AC kepada DC berdenyut menggunakan empat diod.
• Kapasitor Penapis Pukal – Kapasitor elektrolitik yang besar (biasanya 1000 μF/25 V) melicinkan bentuk gelombang yang diperbetulkan kepada DC yang lebih stabil.
• IC Pengawal Selia 7805 – Mengawal DC yang dilicinkan dan mengapit voltan dengan tepat pada +5 V.
• Kapasitor Pintasan – Kapasitor seramik 0.33 μF pada input dan 0.1 μF pada output menghalang ayunan dan meningkatkan tindak balas sementara.
• Komponen Perlindungan – Fius untuk keselamatan beban lampau, diod kekutuban terbalik merentasi IN/OUT untuk melindungi daripada nyahcas apabila input runtuh, dan penekan lonjakan pilihan untuk pancang utama.
Persediaan ini dilihat dalam papan Arduino, modul penderia dan sistem terbenam kecil. Sebagai contoh, Arduino UNO yang dikuasakan oleh penyesuai dinding 12 V menggunakan 7805 secara dalaman untuk menyediakan rel 5 V yang dikawal selia untuk litar logik dan persisiannya.
Prinsip Kerja Pengatur Voltan 7805
Secara dalaman, 7805 menyepadukan tiga blok utama: rujukan 5 V, penguat ralat dan transistor pas siri. Penguat ralat sentiasa memantau output terhadap rujukan dan melaraskan pengaliran elemen laluan.
• Apabila output jatuh: transistor pas didorong lebih keras, membolehkan lebih banyak arus mengalir dan menaikkan voltan kembali kepada 5 V.
• Apabila output meningkat: rintangan berkesan transistor meningkat, mengurangkan aliran arus dan menarik voltan kembali ke bawah.
Sistem maklum balas gelung tertutup ini mengekalkan output +5 V yang stabil dengan peraturan talian dan beban yang baik, sambil juga meminimumkan bunyi bising berbanding bekalan yang tidak terkawal.
Pertukaran adalah ketidakcekapan: voltan berlebihan hilang sebagai haba. Kehilangan kuasa diberikan oleh:
Plos = (Vin − 5) × Iout
Ini menjadikan 7805 mudah dan boleh dipercayai, tetapi kurang cekap apabila voltan input jauh melebihi 5 V atau apabila membekalkan arus yang lebih tinggi.
Pertimbangan Haba dan Kecekapan
7805 mengawal voltan dengan menghilangkan tenaga berlebihan sebagai haba. Kuasa yang hilang ialah:
Gandum = (Vin − 5) × Iout
Ini menjadikan pengurusan haba sebagai faktor reka bentuk utama, terutamanya apabila voltan input jauh lebih tinggi daripada 5 V atau arus beban adalah ketara.
Nilai rintangan haba
• Pakej TO-220: RθJA ≈ 50–65 °C/W (tiada heatsink), RθJC ≈ 5 °C/W.
• Pakej SOT-223: RθJA ≈ 90–110 °C/W (penyebaran haba terhad).
• Dengan heatsink: RθJA boleh bertambah baik kepada 10–20 °C/W bergantung pada saiz dan aliran udara.
Garis Panduan Heatsinking
• Lampirkan pada heatsink aluminium atau casis logam untuk pelesapan yang lebih baik.
• Gunakan gris haba atau pad penebat untuk menurunkan rintangan antara muka.
• Pastikan aliran udara yang betul jika pelesapan melebihi ~5 W.
Contoh Kerja
Untuk Vin = 12 V, Iout = 0.5 A:
Gandum = (12 − 5) × 0.5=3.5 W
• Tanpa heatsink (RθJA = 50 °C/W): Tj naik ≈ 175 °C → tidak selamat.
• Dengan heatsink (RθJA = 15 °C/W): Tj naik ≈ 52 °C → selamat pada suhu bilik.
Contoh Kecekapan
• Vin = 9 V, Iout = 500 mA → Kecekapan ≈ 5/9 = 56%.
• Vin = 12 V, Iout = 500 mA → Kecekapan ≈ 5/12 = 42%.
Oleh itu, 7805 berfungsi paling baik untuk arus rendah hingga sederhana dan apabila Vin hampir 5 V. Untuk kuasa yang lebih tinggi atau perbezaan input-output yang besar, pengawal selia pensuisan lebih disukai untuk kecekapan.
Aplikasi Pengawal Selia Voltan 7805
7805 kekal popular kerana kesederhanaan dan prestasinya yang teguh merentas pelbagai sistem berkuasa rendah. Kes penggunaan biasa termasuk:
• Papan Mikropengawal Kuasa – Menyediakan rel 5 V yang stabil untuk platform seperti papan pembangunan Arduino, STM32, AVR dan PIC. Ia memastikan operasi yang stabil walaupun bekalan input adalah daripada penyesuai dinding atau sumber yang tidak terkawal.
• Litar Analog dan Penderia – Digunakan untuk membekalkan op-amp, ADC dan penderia ketepatan di mana voltan riak rendah yang bersih adalah penting untuk ketepatan.
• Memandu Modul Persisian – Menyokong beban kecil seperti geganti, modul LCD dan transceiver wayarles yang memerlukan bekalan 5 V yang boleh dipercayai.
• Sistem Berkuasa Bateri – Sesuai untuk pek bateri ≥7 V (seperti 9 V atau 12 V) di mana arus sederhana ditarik, menjadikannya berguna dalam litar mudah alih atau sistem sandaran.
• Penukaran Makmal dan Pendidikan – Biasa dalam persediaan bangku di mana sumber 12 V dikawal hingga 5 V untuk prototaip dan projek pelajar.
Di dalam Litar IC Pengatur Voltan 7805
IC pengawal selia voltan 7805 direka untuk memberikan output 5V yang stabil daripada voltan input yang lebih tinggi. Reka bentuk dalamannya menggabungkan peraturan, maklum balas dan ciri keselamatan, menjadikannya salah satu pengawal selia voltan yang paling boleh dipercayai yang digunakan dalam elektronik.
Kawalan Utama (S16 – Transistor Lulus)
Q16 menguruskan aliran arus antara input dan output. Ia berfungsi bersama-sama dengan litar rujukan jurang jalur (bahagian kuning), yang memberikan voltan rujukan yang stabil yang tidak berubah mengikut suhu.
Maklum Balas dan Pembetulan Ralat
Sebahagian kecil daripada output disalurkan semula melalui Q1 dan Q6. Jika voltan terlalu tinggi atau terlalu rendah, mereka menjana isyarat ralat. Isyarat ini dikuatkan oleh amplifier ralat (bahagian oren) dan digunakan untuk melaraskan Q16, memastikan output dikunci pada 5V.
Litar Permulaan (Bahagian Hijau)
Litar ini memastikan rujukan jurang jalur diaktifkan dengan betul apabila pengawal selia dihidupkan. Tanpanya, IC mungkin gagal dimulakan. Setelah aktif, ia memastikan proses peraturan stabil.
Perlindungan terbina dalam
7805 termasuk beberapa ciri keselamatan:
• Q13 menghalang terlalu panas.
• Q19 melindungi daripada voltan input yang berlebihan.
• Q14 mengehadkan arus keluaran.
Litar pelindung ini mengurangkan atau mematikan output apabila perlu, mengelakkan kerosakan pada kedua-dua IC dan peranti yang disambungkan.
Pembahagi Voltan (Bahagian Biru)
Pembahagi mengurangkan voltan keluaran untuk perbandingan dalaman. Ini membolehkan pengawal selia membuat pelarasan halus dan memastikan output stabil di bawah beban yang berbeza.
Kebaikan dan Keburukan Pengatur Voltan 7805
| Kebaikan | Keburukan |
|---|---|
| Mudah Digunakan – Memerlukan hanya beberapa kapasitor luaran; tiada penalaan atau pelarasan diperlukan. | Kecekapan Rendah pada Vin Tinggi – Voltan input berlebihan hilang sebagai haba, mengurangkan kecekapan. |
| Perlindungan Terbina dalam – Litar pintas, penutupan haba dan pengehadan arus memastikan operasi yang lebih selamat. | Cabaran Terma – Menjana haba yang ketara pada arus yang lebih tinggi, selalunya memerlukan sink haba. |
| Output Bunyi Rendah yang Stabil – Menyediakan rel 5 V bersih yang sesuai untuk litar logik dan analog. | Voltan Keluaran Tetap – Terhad kepada +5 V, tidak sesuai untuk keperluan voltan berubah-ubah. |
| Kos Efektif dan Boleh Diakses – Murah, boleh didapati secara meluas dan dihasilkan dalam pelbagai jenis pakej. | Voltan Keciciran (\~2 V) – Memerlukan sekurang-kurangnya \~7 input V untuk mengawal selia dengan betul, tidak sesuai untuk voltan rendahtage sumber. |
| Reka Bentuk yang Boleh Dipercayai - Rekod prestasi yang terbukti dalam produk pengguna dan perindustrian. | Had Semasa – Biasanya bekalan\~1 A; beban yang lebih tinggi memerlukan pengawal selia pensuisan. |
Kesilapan Biasa yang Perlu Dielakkan dalam Pengawal Selia Voltan 7805
• Menghilangkan Kapasitor Pintasan: Kapasitor seramik kecil (0.33 μF pada input, 0.1 μF pada output) adalah penting untuk mengelakkan ayunan. Melangkau mereka sering membawa kepada output yang tidak stabil atau bising.
• Membekalkan Voltan Input Terlalu Rendah: Memandangkan 7805 memerlukan sekurang-kurangnya ~7 V untuk mengawal, memberi makan hanya 6–6.5 V mengakibatkan peraturan yang lemah dan output turun naik.
• Mengabaikan Pelesapan Haba: Di bawah beban berat atau VIN yang tinggi, pengawal selia boleh terlalu panas dan memasuki penutupan haba, atau bahkan gagal jika tiada heatsink digunakan.
• Mengurangkan saiz Kapasitor Penapis Input: Kapasitor pukal kecil tidak boleh melicinkan DC yang diperbetulkan dengan betul, menyebabkan riak yang mengurangkan kestabilan dan boleh mengganggu litar sensitif.
• Amalan Pembumian yang Lemah: Menggunakan jejak tanah yang panjang atau nipis memperkenalkan bunyi dan penurunan voltan. Sentiasa pastikan sambungan tanah pepejal berhampiran dengan pin pengawal selia.
Menguji dan Menyelesaikan Masalah 7805 Pengawal Selia Voltan
• Sahkan Input Voltage: Pastikan pengawal selia dibekalkan dengan sekurang-kurangnya 7 V di bawah beban. Jika Vin kendur di bawah paras ini, 7805 tidak boleh mengawal selia dengan betul.
• Ukur Voltan Keluaran: Dengan multimeter, periksa sama ada output hampir dengan +5 V. Sisihan yang ketara mungkin menunjukkan beban berlebihan, terlalu panas atau kegagalan pengawal selia.
• Pantau Suhu: Pemeriksaan selamat sentuhan atau termometer boleh mendedahkan terlalu panas. Jika pakej terlalu panas, pertimbangkan untuk menambah heatsink atau mengurangkan arus beban.
• Bandingkan Tingkah Laku Tanpa Beban vs. Beban: Ukur output dengan dan tanpa beban. Penurunan voltan yang besar di bawah beban menunjukkan penapisan input yang tidak mencukupi, cabutan arus yang berlebihan atau peranti yang gagal.
• Asingkan Kerosakan dengan Mengeluarkan Beban: Jika output ditarik ke bawah atau pengawal selia dimatikan, putuskan sambungan beban untuk menguji pengawal selia secara bebas. Output 5 V biasa tanpa beban menunjukkan isu terletak pada litar yang disambungkan.
7805 Alternatif untuk Kecekapan Tinggi
Walaupun 7805 mudah dan boleh dipercayai, sifat linearnya membazirkan kuasa sebagai haba. Untuk aplikasi yang memerlukan kecekapan yang lebih tinggi atau hayat bateri yang lebih lama, alternatif selalunya merupakan pilihan yang lebih baik:
Menukar Pengawal Selia Buck (LM2596, XL4015)
Penukar step-down yang mencapai kecekapan 80-90%, walaupun Vin jauh lebih tinggi daripada 5 V. Ia sangat sesuai untuk menggerakkan beban melebihi 500 mA atau apabila meminimumkan haba adalah kritikal.
Pengawal Selia Keciciran Rendah (LDO) – cth, AMS1117-5.0, LT1763
Ini boleh mengawal selia dengan Vin hanya ~0.5–1 V di atas Vout, menjadikannya berguna apabila bekalan input hampir dengan 5 V (cth, penyesuai 6 V atau pek Li-ion 2 sel). Kecekapan bertambah baik apabila Vin–Vout kecil.
Pendekatan Hibrid
Pengawal selia buck boleh menjatuhkan input tinggi terlebih dahulu (cth, 12 V → 6.5 V), diikuti dengan 7805 untuk peraturan akhir. Ini menggabungkan kecekapan peraturan pensuisan dengan output bunyi rendah pengawal selia linear.
Modul siap sedia
Papan penukar buck pra-dipasang adalah murah, padat, dan selalunya kos tidak lebih daripada IC kosong. Ini digunakan secara meluas dalam elektronik hobi dan projek DIY untuk penukaran kuasa yang cepat dan cekap.
Kesimpulannya
Pengawal selia voltan 7805 kekal sebagai penyelesaian klasik untuk menyampaikan kuasa +5 V yang bersih dan stabil. Walaupun bukan yang paling cekap untuk aplikasi arus tinggi atau input lebar, kelasakannya, kemudahan penggunaan dan bunyi yang rendah menjadikannya sesuai untuk reka bentuk kuasa rendah yang tidak terkira banyaknya. Sama ada untuk prototaip, kit pendidikan atau sistem terbenam kecil, 7805 terus menjadi pilihan yang boleh dipercayai.
Soalan Lazim [Soalan Lazim]
Apakah voltan input maksimum untuk pengawal selia 7805?
Kebanyakan pengawal selia 7805 boleh mengendalikan input sehingga 25 V, dengan beberapa varian lembaran data membenarkan maksimum mutlak 30–35 V. Walau bagaimanapun, berjalan hampir dengan had ini menghasilkan haba berlebihan, jadi kekal dalam 7-20 V disyorkan untuk kebolehpercayaan.
Bolehkah 7805 digunakan tanpa kapasitor?
Secara teknikal ya, tetapi ia tidak digalakkan. Lembaran data menentukan kapasitor input (0.33 μF) dan output (0.1 μF) yang diletakkan berhampiran dengan pin untuk mengelakkan ayunan dan meningkatkan tindak balas sementara. Melangkau mereka berisiko ketidakstabilan dan bunyi bising.
Bagaimanakah cara saya mengurangkan haba dalam litar pengawal selia 7805?
Haba adalah berkadar dengan (Vin – 5) × Iout. Untuk meminimumkannya, turunkan voltan input, gunakan heatsink, atau pasangkan 7805 dengan pra-pengawal selia pensuisan. Untuk beban berat, pengawal selia pensuisan jauh lebih cekap.
Adakah 7805 sesuai untuk projek berkuasa bateri?
Ia boleh berfungsi jika bateri melebihi 7 V, tetapi kecekapan akan menjadi lemah kerana pelesapan linear. Untuk peranti mudah alih, pengawal selia keciciran rendah (LDO) atau penukar buck DC-DC biasanya merupakan pilihan yang lebih baik.
Mengapa menggunakan 7805 dan bukannya penukar buck?
Walaupun kurang cekap, 7805 memberikan bunyi dan riak ultra rendah, menjadikannya sesuai untuk penderia analog, litar audio dan modul RF. Penukar Buck cemerlang dalam kecekapan, tetapi ia selalunya memerlukan penapisan tambahan untuk mencapai kebersihan output yang setanding.