Bộ điều chỉnh điện áp 7805 là một trong những bộ điều chỉnh tuyến tính được sử dụng rộng rãi nhất để tạo ra nguồn cung cấp +5 V ổn định. Được biết đến với tính đơn giản, độ tin cậy và các biện pháp bảo vệ tích hợp, nó vẫn là một lựa chọn đáng tin cậy. Từ bảng vi điều khiển đến mạch cảm biến, 7805 đảm bảo hiệu suất nhất quán trong cả các dự án điện tử giáo dục và chuyên nghiệp.
Bộ điều chỉnh điện áp 7805 là gì?
7805 là bộ điều chỉnh tuyến tính đầu ra cố định cổ điển cung cấp +5 V từ điện áp đầu vào cao hơn. Nó thuộc họ 78xx, trong đó "xx" biểu thị điện áp được điều chỉnh. Chỉ với ba chân (IN, GND, OUT), dễ dàng tích hợp vào mạch mà không cần yêu cầu thiết kế nâng cao. Sự phổ biến của nó đến từ sự chắc chắn, rẻ tiền và được sản xuất bởi hầu hết các công ty bán dẫn lớn, đảm bảo khả năng tương thích giữa các nhà cung cấp.
Nó thường được cung cấp trong gói TO-220 cho các thiết kế xuyên lỗ, nhưng các tùy chọn gắn trên bề mặt như SOT-223 và D²PAK (TO-263) có sẵn cho PCB nhỏ gọn. Trong khi 7805 được thiết kế cho đường ray +5 V, các thiết bị liên quan như 7806 (+6 V), 7809 (+9 V) và 7905 (–5 V) mở rộng cùng một họ. Các bộ điều chỉnh có thể điều chỉnh như LM317 phục vụ khi yêu cầu điện áp không chuẩn.
Tính năng của bộ điều chỉnh điện áp 7805
• Triển khai đơn giản: Chỉ cần tụ điện đầu vào và đầu ra nhỏ để ổn định.
• Ổ đĩa hiện tại tốt: Cung cấp ~ 1 A liên tục; lên đến 1,5 A đỉnh với tản nhiệt thích hợp.
• Bảo vệ tích hợp: Giới hạn dòng điện, tắt nhiệt và bù vùng an toàn được tích hợp.
• Khả năng chịu lỗi: Tồn tại sau các sự kiện đoản mạch, quá tải và quá nhiệt.
• Bỏ học vừa phải: Thông thường, ~ 2 V, vì vậy đầu vào phải ở ≥7 V.
• Nhiệt độ hoạt động rộng: Được thiết kế cho các phạm vi thương mại và công nghiệp, lên đến ~ 125 ° C tùy thuộc vào gói.
Thông số kỹ thuật của bộ điều chỉnh điện áp 7805
| Tham số | Giá trị / Phạm vi | Ghi chú |
|---|---|---|
| Điện áp đầu ra | 5 V (cố định) ±4% điển hình | Một số nhà cung cấp đảm bảo ±2% |
| Đầu vào Voltage (Khuyến nghị) | 7–25 V | Cho phép bỏ học + khoảng trống gợn sóng |
| Điện áp đầu vào (Tối đa) | 25–35 V (dành riêng cho nhà cung cấp) | Tối đa tuyệt đối, kiểm tra bảng dữ liệu |
| Dòng điện đầu ra | \~1 A liên tục | Giới hạn nhiệt, phụ thuộc vào gói |
| Dòng điện tĩnh | \~5 mA | Xả hơi ở chế độ chờ |
| Điện áp bỏ học | \~2 V | Thấp hơn ở tải nhỏ, cao hơn ở 1 A |
| Tụ điện (Bypass) | 0,33 μF (VÀO), 0,1 μF (RA) | Đặt gần chân điều chỉnh |
| Quy định đường dây | 3–7 mV / V điển hình | Thay đổi Vout trên mỗi bước Vin |
| Quy định tải | 25–50 mV (0–1 A) | Thay đổi Vout từ không tải sang đầy tải |
| PSRR | \~62–70 dB @ 100 Hz | Loại bỏ mạnh gợn sóng/nhiễu |
| Gợn sóng đầu ra / Tiếng ồn | \~40–80 μV rms | Thấp hơn hầu hết các nguồn cung cấp chế độ chuyển đổi |
Sơ đồ chân điều chỉnh điện áp 7805
| Ghim | Tên | Mô tả |
|---|---|---|
| 1 | TRONG | Đầu vào DC không được kiểm soát (≥7 V) |
| 2 | GND | Đường trở lại mặt đất |
| 3 | RA | Đầu ra +5 V được điều chỉnh |
Nguồn cung cấp 5 V điển hình sử dụng 7805
Xích điều chỉnh 12 V-to-5 V tiêu chuẩn thường trông như thế này:
• Máy biến áp bước xuống - Giảm nguồn điện AC (110/220 V) xuống mức ~ 12 V AC an toàn hơn.
• Bộ chỉnh lưu cầu - Chuyển đổi AC thành DC xung bằng cách sử dụng bốn điốt.
• Tụ lọc số lượng lớn - Một tụ điện lớn (thường là 1000 μF / 25 V) làm mịn dạng sóng chỉnh lưu thành một DC ổn định hơn.
• IC điều chỉnh 7805 - Điều chỉnh DC được làm mịn và kẹp điện áp chính xác ở +5 V.
• Tụ điện rẽ nhánh - Tụ gốm 0,33 μF ở đầu vào và 0,1 μF ở đầu ra ngăn chặn dao động và cải thiện phản ứng thoáng qua.
• Các thành phần bảo vệ - Cầu chì để an toàn quá tải, diode phân cực ngược qua IN / OUT để bảo vệ chống phóng điện khi đầu vào sụp đổ và bộ triệt tiêu đột biến tùy chọn cho các đột biến nguồn điện.
Thiết lập này được nhìn thấy trong bo mạch Arduino, mô-đun cảm biến và hệ thống nhúng nhỏ. Ví dụ: Arduino UNO được cung cấp bởi bộ chuyển đổi tường 12 V sử dụng 7805 bên trong để cung cấp đường ray 5 V được điều chỉnh cho các mạch logic và thiết bị ngoại vi của nó.
Nguyên lý làm việc của bộ điều chỉnh điện áp 7805
Bên trong, 7805 tích hợp ba khối chính: tham chiếu 5 V, bộ khuếch đại lỗi và bóng bán dẫn nối tiếp. Bộ khuếch đại lỗi liên tục theo dõi đầu ra so với tham chiếu và điều chỉnh độ dẫn của phần tử thông qua.
• Khi đầu ra giảm: bóng bán dẫn được điều khiển mạnh hơn, cho phép dòng điện chạy nhiều hơn và tăng điện áp trở lại 5 V.
• Khi đầu ra tăng: điện trở hiệu dụng của bóng bán dẫn tăng lên, giảm dòng điện và kéo điện áp trở lại.
Hệ thống phản hồi vòng kín này duy trì đầu ra +5 V ổn định với điều chỉnh tải và đường dây tốt, đồng thời giảm thiểu tiếng ồn so với các nguồn cung cấp không được kiểm soát.
Sự đánh đổi là không hiệu quả: điện áp dư thừa bị tiêu tán dưới dạng nhiệt. Tổn thất điện năng được đưa ra bởi:
Ploss = (Vin − 5) × Iout
Điều này làm cho 7805 trở nên đơn giản và đáng tin cậy, nhưng kém hiệu quả hơn khi điện áp đầu vào cao hơn 5 V hoặc khi cung cấp dòng điện cao hơn.
Cân nhắc về nhiệt và hiệu quả
7805 điều chỉnh điện áp bằng cách tiêu tán năng lượng dư thừa dưới dạng nhiệt. Sức mạnh bị mất là:
Pheat = (Vin − 5) × Iout
Điều này làm cho quản lý nhiệt trở thành một yếu tố thiết kế quan trọng, đặc biệt là khi điện áp đầu vào cao hơn nhiều so với 5 V hoặc dòng tải là đáng kể.
Giá trị điện trở nhiệt
• Gói TO-220: RθJA ≈ 50–65 °C / W (không có tản nhiệt), RθJC ≈ 5 °C / W.
• Gói SOT-223: RθJA ≈ 90–110 °C / W (lan tỏa nhiệt hạn chế).
• Với tản nhiệt: RθJA có thể cải thiện lên 10–20 °C / W tùy thuộc vào kích thước và luồng không khí.
Hướng dẫn tản nhiệt
• Gắn vào tản nhiệt bằng nhôm hoặc khung kim loại để tản nhiệt tốt hơn.
• Sử dụng mỡ tản nhiệt hoặc miếng cách điện để giảm điện trở giao diện.
• Đảm bảo luồng không khí thích hợp nếu tản nhiệt vượt quá ~ 5 W.
Làm việc Example
Đối với Vin = 12 V, Iout = 0.5 A:
Lúa mì = (12 − 5) × 0,5 = 3,5 W
• Không có tản nhiệt (RθJA = 50 °C / W): Tj tăng ≈ 175 °C → không an toàn.
• Với tản nhiệt (RθJA = 15 °C / W): Tăng Tj ≈ 52 °C → an toàn ở nhiệt độ phòng.
Hiệu quả Examples
• Vin = 9 V, Iout = 500 mA → Hiệu suất ≈ 5/9 = 56%.
• Vin = 12 V, Iout = 500 mA → Hiệu suất ≈ 5/12 = 42%.
Do đó, 7805 hoạt động tốt nhất cho dòng điện từ thấp đến trung bình và khi Vin gần 5 V. Đối với công suất cao hơn hoặc chênh lệch đầu vào-đầu ra lớn, bộ điều chỉnh chuyển mạch được ưu tiên để đạt hiệu quả.
Ứng dụng của bộ điều chỉnh điện áp 7805
7805 vẫn phổ biến vì tính đơn giản và hiệu suất mạnh mẽ trên một loạt các hệ thống công suất thấp. Các trường hợp sử dụng phổ biến bao gồm:
• Cấp nguồn cho bo mạch vi điều khiển - Cung cấp đường ray 5 V ổn định cho các nền tảng như bảng phát triển Arduino, STM32, AVR và PIC. Nó đảm bảo hoạt động ổn định ngay cả khi nguồn cung cấp đầu vào đến từ bộ điều hợp tường hoặc các nguồn không được kiểm soát.
• Mạch cảm biến và tương tự - Được sử dụng để cung cấp op-amps, ADC và cảm biến chính xác trong đó điện áp sạch, gợn sóng thấp rất quan trọng đối với độ chính xác.
• Mô-đun ngoại vi điều khiển - Hỗ trợ tải nhỏ như rơ le, mô-đun LCD và bộ thu phát không dây yêu cầu nguồn điện 5 V đáng tin cậy.
• Hệ thống chạy bằng pin - Thích hợp cho các bộ pin ≥7 V (chẳng hạn như 9 V hoặc 12 V) nơi có dòng điện vừa phải, rất hữu ích trong các mạch di động hoặc hệ thống dự phòng.
• Chuyển đổi trong phòng thí nghiệm và giáo dục - Phổ biến trong các thiết lập băng ghế dự bị, nơi nguồn 12 V được điều chỉnh xuống 5 V cho các dự án tạo mẫu và sinh viên.
Bên trong mạch IC điều chỉnh điện áp 7805
IC điều chỉnh điện áp 7805 được thiết kế để cung cấp đầu ra 5V ổn định từ điện áp đầu vào cao hơn. Thiết kế bên trong của nó kết hợp các tính năng quy định, phản hồi và an toàn, khiến nó trở thành một trong những bộ điều chỉnh điện áp đáng tin cậy nhất được sử dụng trong thiết bị điện tử.
Điều khiển chính (Q16 - Pass Transistor)
Q16 quản lý dòng điện giữa đầu vào và đầu ra. Nó hoạt động cùng với mạch tham chiếu dải (phần màu vàng), cung cấp điện áp tham chiếu ổn định không thay đổi theo nhiệt độ.
Phản hồi và sửa lỗi
Một phần nhỏ sản lượng được đưa trở lại qua Q1 và Q6. Nếu điện áp quá cao hoặc quá thấp, chúng sẽ tạo ra tín hiệu lỗi. Tín hiệu này được khuếch đại bởi bộ khuếch đại lỗi (phần màu cam) và được sử dụng để điều chỉnh Q16, giữ cho đầu ra bị khóa ở 5V.
Mạch khởi động (Phần màu xanh lá cây)
Mạch này đảm bảo tham chiếu dải kích hoạt đúng cách khi bộ điều chỉnh bật nguồn. Nếu không có nó, IC có thể không khởi động được. Sau khi hoạt động, nó giữ cho quá trình điều chỉnh ổn định.
Bảo vệ tích hợp
7805 bao gồm một số tính năng an toàn:
• Q13 ngăn ngừa quá nhiệt.
• Q19 bảo vệ chống lại điện áp đầu vào quá mức.
• Q14 giới hạn dòng điện đầu ra.
Các mạch bảo vệ này làm giảm hoặc tắt đầu ra khi cần thiết, tránh làm hỏng cả IC và các thiết bị được kết nối.
Chuyến baytage Bộ chia (Phần màu xanh lam)
Bộ chia giảm tỷ lệ đầu ra voltage để so sánh bên trong. Điều này cho phép bộ điều chỉnh thực hiện các điều chỉnh tốt và giữ cho đầu ra ổn định dưới các tải khác nhau.
Ưu và nhược điểm của bộ điều chỉnh điện áp 7805
| Ưu điểm | Nhược điểm |
|---|---|
| Sử dụng đơn giản - Chỉ yêu cầu một vài tụ điện bên ngoài; không cần điều chỉnh hoặc điều chỉnh. | Hiệu suất thấp ở Vin cao - Điện áp đầu vào dư thừa được tiêu tán dưới dạng nhiệt, làm giảm hiệu suất. |
| Bảo vệ tích hợp - Đoản mạch, tắt nhiệt và giới hạn dòng điện đảm bảo vận hành an toàn hơn. | Thách thức nhiệt - Tạo ra nhiệt đáng kể ở dòng điện cao hơn, thường cần tản nhiệt. |
| Đầu ra ổn định, tiếng ồn thấp - Cung cấp đường ray 5 V sạch phù hợp với các mạch logic và tương tự. | Đầu ra cố định Voltage - Giới hạn ở +5 V, không phù hợp với vol thay đổitage nhu cầu. |
| Hiệu quả về chi phí và dễ tiếp cận - Không đắt, có sẵn rộng rãi và được sản xuất trong nhiều loại gói. | Dropout Voltage (\ ~ 2 V) - Cần ít nhất đầu vào \ ~ 7 V để điều chỉnh đúng cách, không phù hợp với điện áp thấptage nguồn. |
| Thiết kế đáng tin cậy – Hồ sơ theo dõi đã được chứng minh trong các sản phẩm tiêu dùng và công nghiệp. | Giới hạn hiện tại - Thường cung cấp \ ~ 1 A; Tải cao hơn yêu cầu bộ điều chỉnh chuyển mạch. |
Những sai lầm phổ biến cần tránh trong bộ điều chỉnh điện áp 7805
• Bỏ qua tụ điện rẽ nhánh: Tụ điện gốm nhỏ (0,33 μF ở đầu vào, 0,1 μF ở đầu ra) là điều cần thiết để ngăn dao động. Bỏ qua chúng thường dẫn đến đầu ra không ổn định hoặc ồn ào.
• Cung cấp điện áp đầu vào quá thấp: Vì 7805 yêu cầu ít nhất ~ 7 V để điều chỉnh, chỉ cấp nguồn 6–6.5 V dẫn đến điều chỉnh kém và đầu ra dao động.
• Bỏ qua tản nhiệt: Dưới tải nặng hoặc Vin cao, bộ điều chỉnh có thể quá nóng và chuyển sang chế độ tắt nhiệt, hoặc thậm chí hỏng nếu không sử dụng tản nhiệt.
• Giảm kích thước của tụ lọc đầu vào: Một tụ điện số lượng nhỏ không thể làm mịn DC đã chỉnh lưu đúng cách, gây ra gợn sóng làm giảm độ ổn định và có thể làm nhiễu các mạch nhạy cảm.
• Thực hành nối đất kém: Sử dụng các dấu vết nối đất dài hoặc mỏng sẽ gây ra tiếng ồn và voltage giảm. Luôn đảm bảo kết nối đất chắc chắn gần các chân điều chỉnh.
Kiểm tra và khắc phục sự cố Bộ điều chỉnh điện áp 7805
• Xác minh đầu vào Voltage: Đảm bảo bộ điều chỉnh được cung cấp ít nhất 7 V khi tải. Nếu Vin chùng xuống dưới mức này, 7805 không thể điều chỉnh đúng cách.
• Đo điện áp đầu ra: Với đồng hồ vạn năng, hãy kiểm tra xem đầu ra có gần +5 V không. Độ lệch đáng kể có thể cho thấy quá tải, quá nhiệt hoặc hỏng bộ điều chỉnh.
• Theo dõi nhiệt độ: Kiểm tra an toàn khi chạm hoặc nhiệt kế có thể phát hiện quá nhiệt. Nếu gói chạy quá nóng, hãy cân nhắc thêm bộ tản nhiệt hoặc giảm dòng tải.
• So sánh hành vi không tải và tải: Đo đầu ra cả khi có và không tải. Điện áp lớn sụt giảm dưới tải cho thấy lọc đầu vào không đủ, dòng điện quá mức hoặc thiết bị bị lỗi.
• Cách ly lỗi bằng cách loại bỏ tải: Nếu đầu ra bị kéo xuống hoặc bộ điều chỉnh tắt, hãy ngắt kết nối tải để kiểm tra bộ điều chỉnh một cách độc lập. Đầu ra 5 V bình thường không tải cho biết vấn đề nằm ở mạch được kết nối.
7805 Các lựa chọn thay thế cho hiệu quả cao
Mặc dù 7805 đơn giản và đáng tin cậy, nhưng bản chất tuyến tính của nó lãng phí năng lượng dưới dạng nhiệt. Đối với các ứng dụng cần hiệu suất cao hơn hoặc tuổi thọ pin dài hơn, các lựa chọn thay thế thường là lựa chọn tốt hơn:
Bộ điều chỉnh chuyển mạch Buck (LM2596, XL4015)
Bộ chuyển đổi bước xuống đạt hiệu suất 80–90%, ngay cả khi Vin cao hơn nhiều so với 5 V. Chúng rất thích hợp để cấp nguồn cho tải trên 500 mA hoặc khi giảm thiểu nhiệt là rất quan trọng.
Bộ điều chỉnh bỏ học thấp (LDO) - ví dụ: AMS1117-5.0, LT1763
Chúng chỉ có thể điều chỉnh với Vin ~ 0.5–1 V trên Vout, làm cho chúng hữu ích khi nguồn điện đầu vào gần 5 V (ví dụ: bộ điều hợp 6 V hoặc gói Li-ion 2 cell). Hiệu quả được cải thiện khi Vin–Vout nhỏ.
Phương pháp tiếp cận kết hợp
Đầu tiên, bộ điều chỉnh buck có thể thả đầu vào cao (ví dụ: 12 V → 6.5 V), sau đó là 7805 để điều chỉnh cuối cùng. Điều này kết hợp hiệu quả của điều chỉnh chuyển mạch với đầu ra tiếng ồn thấp của bộ điều chỉnh tuyến tính.
Mô-đun làm sẵn
Bảng chuyển đổi buck được lắp ráp sẵn không đắt, nhỏ gọn và thường có giá không cao hơn IC trần. Chúng được sử dụng rộng rãi trong các thiết bị điện tử theo sở thích và các dự án DIY để chuyển đổi năng lượng nhanh chóng, hiệu quả.
Kết luận
Bộ điều chỉnh điện áp 7805 vẫn là một giải pháp cổ điển để cung cấp nguồn điện +5 V sạch và ổn định. Mặc dù không phải là hiệu quả nhất cho các ứng dụng dòng điện cao hoặc đầu vào rộng, nhưng độ chắc chắn, dễ sử dụng và tiếng ồn thấp khiến nó trở nên lý tưởng cho vô số thiết kế công suất thấp. Cho dù là nguyên mẫu, bộ dụng cụ giáo dục hay hệ thống nhúng nhỏ, 7805 tiếp tục là một lựa chọn đáng tin cậy.
Câu hỏi thường gặp [FAQ]
Điện áp đầu vào tối đa cho bộ điều chỉnh 7805 là bao nhiêu?
Hầu hết các bộ điều chỉnh 7805 có thể xử lý đầu vào lên đến 25 V, với một số biến thể bảng dữ liệu cho phép tối đa 30–35 V tuyệt đối. Tuy nhiên, chạy gần giới hạn này sẽ tạo ra nhiệt dư thừa, vì vậy nên ở trong khoảng 7–20 V để đảm bảo độ tin cậy.
Có thể sử dụng 7805 mà không có tụ điện không?
Về mặt kỹ thuật là có, nhưng nó không được khuyến khích. Bảng dữ liệu chỉ định các tụ điện đầu vào (0.33 μF) và đầu ra (0.1 μF) được đặt gần các chân để ngăn dao động và cải thiện phản ứng thoáng qua. Bỏ qua chúng có nguy cơ mất ổn định và tiếng ồn.
Làm cách nào để giảm nhiệt trong mạch điều chỉnh 7805?
Nhiệt tỷ lệ thuận với (Vin - 5) × Iout. Để giảm thiểu nó, hãy giảm điện áp đầu vào, sử dụng tản nhiệt hoặc ghép nối 7805 với bộ điều chỉnh trước chuyển mạch. Đối với tải nặng, bộ điều chỉnh chuyển mạch hiệu quả hơn nhiều.
7805 có phù hợp với các dự án chạy bằng pin không?
Nó có thể hoạt động nếu pin trên 7 V, nhưng hiệu suất sẽ kém do tiêu tán tuyến tính. Đối với các thiết bị di động, bộ điều chỉnh bỏ học thấp (LDO) hoặc bộ chuyển đổi buck DC-DC thường là lựa chọn tốt hơn.
Tại sao sử dụng 7805 thay vì bộ chuyển đổi buck?
Mặc dù kém hiệu quả hơn, nhưng 7805 cung cấp độ ồn và gợn sóng cực thấp, lý tưởng cho các cảm biến tương tự, mạch âm thanh và mô-đun RF. Bộ chuyển đổi buck vượt trội về hiệu quả, nhưng chúng thường yêu cầu lọc thêm để đạt được độ sạch đầu ra tương đương.