7805 電壓穩壓器是使用最廣泛的線性穩壓器之一，用於產生穩定的 +5 V 電源。它以其簡單性、可靠性和內建保護功能而聞名，仍然是值得信賴的選擇。從微控制器板到感測器電路，7805 可確保在教育和專業電子專案中保持一致的效能。
什麼是7805穩壓器？
7805 是經典的固定輸出線性穩壓器，可從更高的輸入電壓提供 +5 V 的電壓。它屬於 78xx 系列，其中“xx”表示穩壓電壓。只需三個引腳（IN、GND、OUT），無需高級設計要求即可輕鬆整合到電路中。它的受歡迎程度來自於堅固耐用、價格低廉，並且幾乎由所有主要半導體公司製造，確保了供應商之間的引腳對引腳相容性。
它通常採用 TO-220 封裝，用於通孔設計，但 SOT-223 和 D²PAK （TO-263） 等表面黏著選項也可用於緊湊型 PCB。雖然 7805 是針對 +5 V 電源軌量身打造，但 7806 （+6 V）、7809 （+9 V） 和 7905 （–5 V） 等相關元件則擴展了同一個系列。LM317 等可調式穩壓器適用於需要非標準電壓時。
7805穩壓器的特點
• 實施簡單：只需小型輸入和輸出電容器即可實現穩定性。
• 良好的電流驅動：連續提供 ~1 A;高達 1.5 A 的峰值，具有適當的散熱器。
• 內建保護：整合限流、熱關斷和安全區域補償。
• 容錯：能夠承受短路、過載和過熱事件。
• 中等壓差：通常為 ~2 V，因此輸入必須保持 ≥7 V。
• 寬工作溫度：專為商業和工業範圍而設計，最高可達 ~125 °C，具體取決於封裝。
7805穩壓器技術規格
| 參數 | 價值/範圍 | 筆記 |
|---|---|---|
| 輸出電壓 | 5 V（固定）±4%典型值 | 部分供應商保證 ±2% |
| 輸入電壓（推薦） | 7–25 伏特 | 允許壓差 + 漣波餘量 |
| 輸入電壓（最大值） | 25–35 V （特定於供應商） | 絕對最大值，檢查規格書 |
| 輸出電流 | \~1 A 連續 | 熱受限、依賴封裝 |
| 靜止電流 | \~5 毫安 | 輕微的待機耗盡 |
| 壓差電壓 | \~2 伏特 | 小負載時較低，1 A 時較高 |
| 電容（旁路） | 0.33 μF （輸入）、0.1 μF （輸出） | 靠近穩壓器引腳 |
| 線路調節 | 3–7 mV/V（典型值） | 每個 Vin 步長的 Vout 變化 |
| 負載調節 | 25–50 mV （0–1 A） | Vout 從空載到滿載的變化 |
| PSRR | \~62–70 分貝 @ 100 赫茲 | 強大的漣波/雜訊抑制能力 |
| 輸出漣波/雜訊 | \~40–80 微伏均方根 | 低於大多數開關模式電源供應器 |
7805 穩壓器引腳排列
| 別針 | 名稱 | 產品描述 |
|---|---|---|
| 1 | 在 | 非穩壓直流輸入 （≥7 V） |
| 2 | 接地 | 地面回程路徑 |
| 3 | 出 | 穩壓 +5 V 輸出 |
使用 7805 的典型 5 V 電源
標準 12 V 至 5 V 穩壓器鏈通常如下所示：
• 降壓變壓器 – 將電源交流電 （110/220 V） 降低到更安全的 ~12 V 交流電平。
• 橋式整流器 – 使用四個二極管將交流電轉換為脈動直流電。
• 大容量濾波電容器 – 大型電解電容器（通常為 1000 μF/25 V）將整流波形平滑為更穩定的直流電。
• 7805 穩壓器 IC – 調節平滑的直流電並將電壓精確箝位在 +5 V。
• 旁路電容 – 輸入端為 0.33 μF，輸出端為 0.1 μF 陶瓷電容，可防止振盪並改善暫態響應。
• 保護組件 – 用於過載安全的保險絲、用於輸入崩潰時防止放電的 IN/OUT 上的反極性二極管，以及用於電源尖峰的可選浪湧抑制器。
這種設定在 Arduino 板、感測器模組和小型嵌入式系統中可見。例如，由 12 V 壁式配接器供電的 Arduino UNO 在內部使用 7805，為其邏輯電路和周邊裝置提供穩壓的 5 V 電軌。
6、7805穩壓器工作原理
在內部，7805 整合了三個關鍵區塊：一個 5 V 參考電壓、一個誤差放大器和一個串聯傳遞電晶體。誤差放大器根據參考不斷監控輸出並調整通過元件的傳導。
• 當輸出下降時：傳遞晶體管被更用力地驅動，允許更多的電流流動並將電壓提高回 5 V。
• 當輸出上升時：電晶體的有效電阻增加，減少電流並拉回電壓。
此閉迴路回授系統可維持穩定的 +5 V 輸出，並具有良好的線路和負載調節功能，同時與未穩壓電源相比，也能將雜訊降至最低。
權衡是效率低下：多餘的電壓以熱量的形式消散。功率損耗由下式給出：
Ploss = （Vin − 5） × Iout
這使得 7805 簡單可靠，但當輸入電壓遠高於 5 V 或提供更高電流時，效率會降低。
熱和效率考慮因素
7805 透過將多餘的能量以熱量形式消散來調節電壓。失去的電力是：
小麥 = （Vin − 5） × Iout
這使得熱管理成為關鍵設計因素，特別是當輸入電壓遠高於 5 V 或負載電流很大時。
熱阻值
• TO-220 封裝：RθJA ≈ 50–65 °C/W（無散熱器），RθJC ≈ 5 °C/W。
• SOT-223 封裝：RθJA ≈ 90–110 °C/W（有限散熱）。
• 帶散熱器：RθJA 可根據尺寸和氣流提高到 10–20 °C/W。
散熱指南
• 連接到鋁製散熱器或金屬機箱以獲得更好的散熱效果。
• 使用導熱油脂或絕緣墊降低介面電阻。
• 如果耗散超過 ~5 W，請確保適當的氣流。
工作範例
對於 Vin = 12 V，Iout = 0.5 A：
小麥 = （12 − 5） × 0.5=3.5 瓦
• 無散熱器 （RθJA = 50 °C/W）：Tj 上升≈ 175 °C →不安全。
• 帶散熱器 （RθJA = 15 °C/W）：室溫下 Tj 上升 ≈ 52 °C →安全。
效率範例
• 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 最適合中低電流和 Vin 接近 5 V 時。對於更高的功率或較大的輸入輸出差異，為了提高效率，首選開關穩壓器。
7805穩壓器的應用
7805 因其在各種低功耗系統中的簡單性和強大的性能而仍然很受歡迎。常見的使用案例包括：
• 為微控制器板供電 – 為 Arduino、STM32、AVR 和 PIC 開發板等平台提供穩定的 5 V 電源軌。即使輸入電源來自壁式適配器或未調節的電源，它也能確保穩定運行。
• 模擬和傳感器電路——用於為運算放大器、ADC 和精密傳感器供電，其中乾淨、低紋波電壓對於精度很重要。
• 驅動週邊模組 – 支援需要可靠 5 V 電源的繼電器、LCD 模組和無線收發器等小負載。
• 電池供電系統 – 適用於消耗中等電流的 ≥7 V（例如 9 V 或 12 V）電池組，使其可用於便攜式電路或備用系統。
• 實驗室和教育轉換 – 常見於工作台設置，其中 12 V 電源被調節至 5 V，用於原型設計和學生項目。
7805穩壓器IC電路內部
7805 穩壓器 IC 旨在從更高的輸入電壓提供穩定的 5V 輸出。其內部設計結合了調節、反饋和安全特性，使其成為電子產品中使用的最可靠的電壓調節器之一。
主控（Q16 – 傳遞電晶體）
Q16 管理輸入和輸出之間的電流。它與帶隙參考電路（黃色部分）一起工作，提供不隨溫度變化的穩定參考電壓。
回饋和糾錯
一小部分輸出通過 Q1 和 Q6 反饋。如果電壓過高或過低，它們會產生錯誤訊號。該信號由誤差放大器（橙色部分）放大並用於調整 Q16，將輸出鎖定在 5V。
啟動電路（綠色部分）
該電路可確保在穩壓器通電時帶隙參考正確激活。如果沒有它，IC 可能無法啟動。一旦激活，它就會保持監管過程的穩定。
內建保護
7805 包括多項安全功能：
• Q13 防止過熱。
• Q19 可防止輸入電壓過高。
• Q14 限制輸出電流。
這些保護電路會在必要時減少或關閉輸出，防止損壞 IC 和連接的設備。
分壓器（藍色部分）
分壓器會降低輸出電壓以進行內部比較。這使得調節器能夠進行微調，並在不同負載下保持輸出穩定。
7805穩壓器的優缺點
| 優點 | 缺點 |
|---|---|
| 簡單易用 – 只需要幾個外部電容器;無需調整或調整。 | 高電壓時效率低 – 多餘的輸入電壓以熱量的形式消散，從而降低效率。 |
| 內建保護 – 短路、熱關斷和限流確保更安全的運作。 | 熱挑戰 – 在較高電流下產生大量熱量，通常需要散熱器。 |
| 穩定、低雜訊輸出 – 提供乾淨的 5 V 電源軌，適用於邏輯和類比電路。 | 固定輸出電壓 – 限制為 +5 V，不適合可變電壓需求。 |
| 經濟高效且易於使用 – 價格低廉、廣泛可用，並以多種包裝類型生產。 | 壓差電壓 （\~2 V） – 至少需要 \~7 V 輸入才能正確調節，不適合低壓源。 |
| 可靠的設計 – 在消費品和工業產品方面擁有良好的記錄。 | 電流限制 – 通常提供\~1 A;更高的負載需要開關穩壓器。 |
7805 穩壓器中應避免的常見錯誤
• 省略旁路電容器：小型陶瓷電容器（輸入 0.33 μF，輸出 0.1 μF）對於防止振盪至關重要。跳過它們通常會導致輸出不穩定或雜訊。
• 提供過低的輸入電壓：由於 7805 至少需要 ~7 V 來調節，因此僅供電 6-6.5 V 會導致調節不良和輸出波動。
• 忽略散熱：在重負載或高 Vin 下，穩壓器可能會過熱並進入熱關斷，如果不使用散熱器，甚至會發生故障。
• 輸入濾波電容器尺寸過小：小型大容量電容器無法正確平滑整流直流電，從而產生紋波，從而降低穩定性並可能干擾敏感電路。
• 接地實踐不當：使用長或細的接地走線會導致雜訊和電壓降。始終確保靠近穩壓器引腳的牢固接地連接。
7805 穩壓器的測試和故障排除
• 驗證輸入電壓：確保穩壓器在負載下至少提供 7 V 電壓。如果 Vin 下垂到低於此水平，則 7805 無法正常調節。
• 測量輸出電壓：使用萬用電表檢查輸出是否接近+5 V。顯著偏差可能表示過載、過熱或穩壓器故障。
• 監控溫度：觸控安全檢查或溫度計可以顯示過熱。如果封裝運行過熱，請考慮添加散熱器或降低負載電流。
• 比較空載與負載行為：測量有負載和無負載的輸出。負載下的電壓降大表示輸入濾波不足、電流消耗過大或裝置故障。
• 透過移除負載隔離故障：如果輸出被拉下或穩壓器關閉，請斷開負載以獨立測試穩壓器。空載的正常 5 V 輸出表明問題出在連接的電路上。
7805 高效率替代方案
雖然 7805 簡單可靠，但其線性特性會將電力作為熱量浪費。對於需要更高效率或更長電池壽命的應用，替代方案通常是更好的選擇：
開關降壓穩壓器（LM2596、XL4015）
降壓轉換器可實現 80-90% 的效率，即使 Vin 遠高於 5 V。它們非常適合為 500 mA 以上的負載供電，或在將熱量降至最低時。
低壓差穩壓器 （LDO） – 例如 AMS1117-5.0、LT1763
這些 Vin 僅比 Vout 高 ~0.5–1 V 即可進行調節，因此當輸入電源接近 5 V 時非常有用（例如 6 V 適配器或 2 節鋰離子電池組）。當 Vin-Vout 較小時，效率會提高。
混合方法
降壓穩壓器可以先壓降高輸入 （例如 12 V → 6.5 V），然後是 7805 進行最終調節。這結合了開關調節的效率和線性穩壓器的低噪聲輸出。
現成模組
預組裝的降壓轉換器板價格便宜、結構緊湊，而且成本通常不高於裸機 IC。它們廣泛用於業餘電子產品和 DIY 項目，以實現快速、高效的電源轉換。
結論
7805 電壓穩壓器仍然是提供乾淨穩定的 +5 V 電源的經典解決方案。雖然對於高電流或寬輸入應用來說不是最高效的，但其堅固性、易用性和低噪聲使其成為無數低功耗設計的理想選擇。無論是原型、教育套件還是小型嵌入式系統，7805 仍然是可靠的選擇。
常見問題 [FAQ]
7805 穩壓器的最大輸入電壓是多少？
大多數 7805 穩壓器可以處理高達 25 V 的輸入，某些規格書變體允許 30–35 V 的絕對最大值。然而，接近此限制的運行會產生過多的熱量，因此為了可靠性，建議保持在 7-20 V 以內。
7805 可以在沒有電容器的情況下使用嗎？
從技術上講是的，但這是不可取的。規格書指定了靠近引腳放置的輸入 （0.33 μF） 和輸出 （0.1 μF） 電容，以防止振盪並改善暫態響應。跳過它們可能會帶來不穩定和噪音的風險。
如何減少 7805 穩壓器電路中的熱量？
熱量與 （Vin – 5） × Iout 成正比。若要將電壓降到最低，請降低輸入電壓、使用散熱器，或將 7805 與切換式前置穩壓器配對。對於重負載，開關穩壓器的效率要高得多。
7805 適合電池供電的專案嗎？
如果電池高於 7 V，它可以工作，但由於線性耗散，效率會很差。對於便攜式設備，低壓差 （LDO） 穩壓器或 DC-DC 降壓轉換器通常是更好的選擇。
為什麼使用 7805 而不是降壓轉換器？
雖然效率較低，但 7805 提供超低雜訊和漣波，使其成為類比感測器、音訊電路和 RF 模組的理想選擇。降壓轉換器在效率方面表現出色，但它們通常需要額外的濾波才能實現相當的輸出清潔度。