ווסת המתח 7805 הוא אחד הרגולטורים הליניאריים הנפוצים ביותר ליצירת אספקה יציבה של +5 וולט. ידוע בפשטות, באמינות ובהגנות המובנות שלו, הוא נשאר בחירה מהימנה. מלוחות מיקרו-בקרים ועד מעגלי חיישנים, ה-7805 מבטיח ביצועים עקביים בפרויקטים חינוכיים ומקצועיים של אלקטרוניקה.
ג1. מהו ווסת המתח 7805?
ג2. תכונות של ווסת מתח 7805
ג3. 7805 מפרט טכני של ווסת מתח
ג4. 7805 מייצב מתח Pinout
ג5. הספקת-כוח טיפוסית של V 5 המשתמשת ב- 7805
ג6. עקרון העבודה של ווסת מתח 7805
ג7. שיקולי תרמיות ונצילות
ג8. יישומים של ווסת מתח 7805
ג9. בתוך מעגל ה-IC של מייצב המתח 7805
ג10. יתרונות וחסרונות של ווסת מתח 7805
ג11. טעויות נפוצות שיש להימנע מהן בווסת מתח 7805
ג12. בדיקה ופתרון בעיות של ווסת מתח 7805
ג13. 7805 חלופות עבור נצילות גבוהה
ג14. מסקנה
ג15. שאלות נפוצות [שאלות נפוצות]
מהו ווסת המתח 7805?
ה- 7805 הוא מייצב ליניארי קלאסי עם יציאה קבועה המספק V 5+ ממתח כניסה גבוה יותר. הוא שייך למשפחת 78xx, כאשר "xx" מציין את המתח המיוצב. עם שלושה פינים בלבד (IN, GND, OUT), קל לשלב במעגלים ללא דרישות תכנון מתקדמות. הפופולריות שלו נובעת מהיותו קשוח, זול ומיוצר על ידי כמעט כל חברת מוליכים למחצה גדולה, מה שמבטיח תאימות סיכה לפין בין ספקים.
הוא מסופק לרוב במארז TO-220 עבור תכני חור-עובר, אך אפשרויות הרכבה-משטחית כמו SOT-223 ו-D²PAK (TO-263) זמינות עבור לוחות PCB קומפקטיים. בעוד שה- 7805 מותאם עבור מסילות V 5+, התקנים קשורים כמו ה- 7806 (V 6 +), 7809 (V 9 +) ו- 7905 (V 5- ) מרחיבים את אותה משפחה. מייצבים מתכווננים כמו LM317 משמשים כאשר נדרשים מתחים לא סטנדרטיים.
תכונות של ווסת מתח 7805
• יישום פשוט: זקוק רק לקבלי קלט ופלט קטנים ליציבות.
• כונן זרם הגון: מספק ~ 1 A ברציפות; עד 1.5 A שיא עם גוף קירור מתאים.
• הגנה מובנית: משולבים הגבלת זרם, כיבוי תרמי ופיצוי אזור בטוח.
• סובלנות לתקלות: שורד קצר חשמלי, עומסי יתר ואירועי טמפרטורת יתר.
• נשירה בינונית: בדרך כלל, ~2 וולט, כך שהקלט חייב להישאר ≥7 וולט.
• טמפרטורת פעולה רחבה: מיועד לטווחים מסחריים ותעשייתיים, עד ~ 125 מעלות צלזיוס בהתאם לאריזה.
מפרט טכני של ווסת מתח 7805
| פרמטר | ערך / טווח | הערות |
|---|---|---|
| מתח יציאה | 5 וולט (קבוע) ±4% אופייני | חלק מהספקים מבטיחים ±2% |
| מתח כניסה (מומלץ) | 7–25 וולט | מאפשר נשירה + מרווח אדווה |
| מתח כניסה (מקסימום) | 25–35 וולט (ספציפי לספק) | מקסימום מוחלט, בדוק גיליון נתונים |
| זרם יציאה | \~1 א רציף | מוגבל תרמית, תלוי באריזה |
| זרם שקט | \~5 mA | ניקוז קל במצב המתנה |
| מתח נשירה | \~2 V | נמוך יותר בעומס קטן, גבוה יותר ב-1 אמפר |
| קבלים (מעקף) | 0.33 μF (IN), 0.1 μF (OUT) | מקם קרוב לפיני הרגולטור |
| ויסות קו | 3-7 mV/V אופייני | שינוי ב-Vout לפי צעד Vin |
| ויסות עומס | 25–50 mV (0–1 A) | שינוי ב-Vout ממצב ללא עומס לעומס מלא |
| מניית PSRR | \~62–70 dB @ 100 הרץ | דחייה חזקה של אדווה/רעש |
| אדוות פלט / רעש | \~40–80 μV rms | נמוך יותר מרוב החומרים המתכלים במצב מיתוג |
7805 פינאוט ווסת מתח
| סיכה | שם | תיאור |
|---|---|---|
| 1 | ב | כניסת DC לא מיוצבת (≥7 וולט) |
| 2 | מניית GND | נתיב חזרה קרקעי |
| 3 | מניית OUT | יציאה מיוצבת V 5 + |
הספקה טיפוסית של 5 וולט באמצעות 7805
שרשרת מייצב סטנדרטית של 12 V עד 5 V נראית לרוב כך:
• שנאי מוריד - מפחית את רשת החשמל AC (110/220 וולט) לרמת ~12 וולט AC בטוחה יותר.
• מיישר גשר - ממיר AC ל-DC פועם באמצעות ארבע דיודות.
• קבל מסנן בתפזורת - קבל אלקטרוליטי גדול (בדרך כלל 1000 μF/25 V) מחליק את צורת הגל המתוקנת ל-DC יציב יותר.
• 7805 Regulator IC - מווסת את ה-DC המוחלק ומהדק את המתח במדויק ב-+5 V.
• קבלים עוקפים - קבל קרמי μF 0.33 בכניסה ו- μF 0.1 ביציאה מונע תנודות ומשפר את התגובה החולפת.
• רכיבי הגנה - נתיך לבטיחות עומס יתר, דיודת קוטביות הפוכה על פני IN/OUT להגנה מפני פריקה בעת קריסת כניסה, ומדכא נחשולים אופציונלי עבור דוקרני רשת.
הגדרה זו נראית בלוחות Arduino, מודולי חיישנים ומערכות משובצות קטנות. לדוגמה, Arduino UNO המופעל על ידי מתאם קיר V 12 משתמש ב- 7805 באופן פנימי כדי לספק מסילה מיוצבת V 5 עבור המעגלים הלוגיים והרכיבים ההיקפיים שלו.
עקרון העבודה של ווסת מתח 7805
פנימית, ה- 7805 משלב שלושה בלוקי מפתח: ייחוס V 5, מגבר שגיאה וטרנזיסטור מעבר טורי. מגבר השגיאה עוקב כל הזמן אחר הפלט מול הייחוס ומתאים את ההולכה של אלמנט המעבר.
• כאשר הפלט יורד: טרנזיסטור המעבר מונע חזק יותר, מאפשר לזרם רב יותר לזרום ולהעלות את המתח בחזרה ל-5 וולט.
• כאשר התפוקה עולה: ההתנגדות האפקטיבית של הטרנזיסטור עולה, מפחיתה את זרימת הזרם ומושכת את המתח חזרה כלפי מטה.
מערכת משוב חוג-סגור זו שומרת על יציאה יציבה של V 5+ עם ייצוב קו ועומס טוב, תוך מזעור רעש בהשוואה לספקי-כוח לא-מיוצבים.
הפשרה היא חוסר יעילות: מתח עודף מתפזר כחום. אובדן הכוח ניתן על ידי:
Ploss = (Vin − 5) × Iout
זה הופך את ה- 7805 לפשוט ואמין, אך פחות יעיל כאשר מתח הכניסה הוא הרבה מעל 5 V או בעת הספקת זרמים גבוהים יותר.
שיקולי תרמיות ויעילות
ה-7805 מווסת את המתח על ידי פיזור אנרגיה עודפת כחום. הכוח שאבד הוא:
Pheat = (Vin − 5) × Iout
זה הופך את הניהול התרמי לגורם תכנון מרכזי, במיוחד כאשר מתח הכניסה גבוה בהרבה מ- V 5 או זרם העומס הוא משמעותי.
ערכי התנגדות תרמית
• חבילת TO-220: RθJA ≈ 50-65 °C/W (ללא גוף קירור), RθJC ≈ 5°C/W.
• חבילת SOT-223: RθJA ≈ 90-110 מעלות צלזיוס/וואט (פיזור חום מוגבל).
• עם גוף קירור: RθJA יכול להשתפר ל-10-20 מעלות צלזיוס/וואט בהתאם לגודל ולזרימת האוויר.
הנחיות לגוף קירור
• חבר לצלעות קירור מאלומיניום או לשלדת מתכת לפיזור טוב יותר.
• השתמש בגריז תרמי או ברפידות בידוד כדי להוריד את התנגדות הממשק.
• הקפידו על זרימת אוויר תקינה אם הפיזור עולה על ~5 וואט.
דוגמה עובדת
עבור Vin = 12 V, Iout = 0.5 A:
Pheat = (12 − 5) × 0.5=3.5 W
• ללא גוף קירור (RθJA = 50 °C/W): עליית Tj ≈-175 מעלות צלזיוס → לא בטוחה.
• עם גוף קירור (RθJA = 15 °C/W): עליית Tj ≈-52 מעלות צלזיוס → בטוח בטמפרטורת החדר.
דוגמאות ליעילות
• Vin = 9 V, Iout = 500 mA → יעילות ≈ 5/9 = 56%.
• Vin = 12 V, Iout = 500 mA → יעילות ≈ 5/12 = 42%.
לפיכך, ה-7805 עובד בצורה הטובה ביותר עבור זרמים נמוכים עד בינוניים וכאשר וין קרוב ל-5 וולט. עבור הספק גבוה יותר או הפרשי כניסה-יציאה גדולים, עדיף מייצב ממותג עבור נצילות.
יישומים של ווסת מתח 7805
ה-7805 נשאר פופולרי בגלל הפשטות והביצועים החסונים שלו במגוון רחב של מערכות בהספק נמוך. מקרי שימוש נפוצים כוללים:
• הזנת לוחות מיקרו-בקר - מספק מסילה יציבה של V 5 עבור פלטפורמות כמו לוחות פיתוח Arduino, STM32, AVR ו-PIC. זה מבטיח פעולה יציבה גם כאשר אספקת הקלט היא ממתאמי קיר או ממקורות לא מוסדרים.
• מעגלים אנלוגיים וחיישנים - משמשים לאספקת מגברי אופ, ממירי ADC וחיישנים מדויקים שבהם מתח אדווה נקי ונמוך חשוב לדיוק.
• הנעת מודולים היקפיים - תומך בעומסים קטנים כגון ממסרים, מודולי LCD ומקלטי משדר אלחוטיים הדורשים אספקה אמינה של 5 וולט.
• מערכות המופעלות על ידי סוללות - מתאימות לחבילות סוללות ≥7 וולט (כגון 9 וולט או 12 וולט) בהן נמשכים זרמים מתונים, מה שהופך אותה לשימושית במעגלים ניידים או במערכות גיבוי.
• המרות מעבדה וחינוך - נפוצות במערכי ספסל שבהם מקור 12 וולט מווסת עד 5 וולט עבור אב טיפוס ופרויקטים של תלמידים.
בתוך מעגל ה-IC של ווסת המתח 7805
המעגל-המשולב של מייצב המתח 7805 מתוכנן לספק פלט יציב של 5V ממתח כניסה גבוה יותר. העיצוב הפנימי שלו משלב ויסות ומשוב ומאפייני בטיחות, מה שהופך אותו לאחד ממייצבי המתח האמינים ביותר המשמשים באלקטרוניקה.
בקרה ראשית (Q16 - מעבר טרנזיסטור)
Q16 מנהל את זרימת הזרם בין הכניסה ליציאה. זה עובד יחד עם מעגל הייחוס של פער הפס (קטע צהוב), המספק מתח ייחוס יציב שאינו משתנה עם הטמפרטורה.
משוב ותיקון שגיאות
חלק קטן מהתפוקה מוזן בחזרה במהלך הרבעון הראשון והרבעון השישי. אם המתח גבוה מדי או נמוך מדי, הם מייצרים אות שגיאה. אות זה מוגבר על ידי מגבר השגיאה (קטע כתום) ומשמש לכוונון Q16, תוך שמירה על הפלט נעול על 5V.
מעגל הפעלה (קטע ירוק)
מעגל זה מבטיח שייחוס מרווח הפס מופעל כראוי כאשר הרגולטור מופעל. בלעדיו, ה-IC עלול להיכשל בהפעלה. ברגע שהוא פעיל, הוא שומר על יציבות תהליך הרגולציה.
הגנה מובנית
ה-7805 כולל מספר מאפייני בטיחות:
• Q13 מונע התחממות יתר.
• Q19 מגן מפני מתח כניסה מוגזם.
• Q14 מגביל את זרם הפלט.
מעגלי הגנה אלה מפחיתים או מכבים את היציאה בעת הצורך, ומונעים נזק הן למעגל-המשולב והן להתקנים המחוברים.
מחלק מתח (קטע כחול)
המחלק מקטין את מתח היציאה להשוואה פנימית. זה מאפשר לווסת לבצע התאמות עדינות ולשמור על יציבות הפלט בעומסים שונים.
יתרונות וחסרונות של ווסת מתח 7805
| יתרונות | חסרונות |
|---|---|
| פשוט לשימוש - דורש רק כמה קבלים חיצוניים; אין צורך בכוונון או התאמה. | יעילות נמוכה ב-High Vin - מתח כניסה עודף מתפזר כחום, ומוריד את היעילות. |
| הגנות מובנות - קצר חשמלי, כיבוי תרמי והגבלת זרם מבטיחים פעולה בטוחה יותר. | אתגרים תרמיים - מייצר חום משמעותי בזרמים גבוהים יותר, לעתים קרובות זקוק לצלעות-קירור. |
| יציאה יציבה עם רעש נמוך - מספקת מסילה נקייה של V 5 המתאימה למעגלים לוגיים ואנלוגיים. | מתח מוצא קבוע - מוגבל ל-+5 וולט, לא מתאים לצרכי מתח משתנה. |
| חסכוני ונגיש - זול, זמין באופן נרחב ומיוצר במספר סוגי אריזות. | נפילה כרךtage (\~2 V) - זקוק לפחות לקלט \~7 V כדי לווסת כראוי, לא מתאים לנפח נמוךtagמקורות. |
| עיצוב אמין - רקורד מוכח במוצרי צריכה ותעשייתיים. | מגבלות נוכחיות - בדרך כלל אספקה \~ 1 A; עומסים גבוהים יותר דורשים מייצבים ממותגים. |
טעויות נפוצות שיש להימנע מהן בווסת מתח 7805
• השמטת קבלי מעקף: קבלים קרמיים קטנים (0.33 μF בכניסה, 0.1 μF ביציאה) חיוניים למניעת תנודות. דילוג עליהם מוביל לעתים קרובות לתפוקה לא יציבה או רועשת.
• אספקת מתח כניסה נמוך מדי: מכיוון שה-7805 דורש לפחות ~7 V כדי לווסת, הזנת 6-6.5 V בלבד גורמת לוויסות לקוי ולתנודות ביציאה.
• התעלמות מפיזור חום: בעומס כבד או Vin גבוה, הרגולטור יכול להתחמם יתר על המידה ולהיכנס לכיבוי תרמי, או אפילו להיכשל אם לא נעשה שימוש בגוף קירור.
• הקטנת גודל קבל מסנן הכניסה: קבל בתפזורת קטנה אינו יכול להחליק DC מתוקן כראוי, מה שגורם לאדוות המפחיתות את היציבות ועלולות להפריע למעגלים רגישים.
• שיטות הארקה לקויות: שימוש בעקבות הארקה ארוכות או דקות מציג רעש וכרךtagירידות. ודא תמיד חיבור הארקה מוצק קרוב לפיני הרגולטור.
בדיקה ופתרון בעיות של ווסת מתח 7805
• ודא כרך כניסהtage: ודא שהווסת מסופק עם לפחות 7 וולט בעומס. אם וין צונח מתחת לרמה זו, ה-7805 לא יכול לווסת כראוי.
• מדידת מתח יציאה: בעזרת מולטימטר, בדוק שהפלט קרוב ל-+5 V. סטייה משמעותית עשויה להצביע על עומס יתר, התחממות יתר או כשל בווסת.
• טמפרטורת צג: בדיקות בטוחות למגע או מדחום יכולים לחשוף התחממות יתר. אם האריזה מתחממת יתר על המידה, שקול להוסיף צלעות-קירור או להפחית את זרם העומס.
• השווה התנהגות ללא עומס לעומת התנהגות עומס: מדוד תפוקה גם עם וגם בלי עומס. ירידת מתח גדולה תחת עומס מרמזת על סינון כניסה לא מספיק, משיכת זרם מוגזמת או התקן כושל.
• בידוד תקלות על ידי הסרת עומס: אם הפלט נמשך כלפי מטה או הרגולטור נכבה, נתק את העומס כדי לבדוק את הרגולטור באופן עצמאי. פלט רגיל של 5 וולט ללא עומס מציין שהבעיה נעוצה במעגל המחובר.
7805 חלופות ליעילות גבוהה
בעוד שה-7805 פשוט ואמין, האופי הליניארי שלו מבזבז חשמל כחום. עבור יישומים הזקוקים לנצילות גבוהה יותר או חיי סוללה ארוכים יותר, חלופות הן לרוב בחירות טובות יותר:
מייצבי Buck ממותגים (LM2596, XL4015)
ממירים מורידים המשיגים יעילות של 80-90%, גם כאשר Vin גבוה בהרבה מ-5 V. הם מתאימים היטב עבור הזנת עומסים מעל 500 mA או כאשר מזעור החום הוא קריטי.
ווסתי נשירה נמוכה (LDO) - למשל, AMS1117-5.0, LT1763
אלה יכולים לווסת עם Vin רק ~0.5-1 V מעל Vout, מה שהופך אותם לשימושיים כאשר אספקת הכניסה קרובה ל-5 V (למשל, מתאמי 6 V או חבילות Li-ion 2 תאים). היעילות משתפרת כאשר וין-ווט קטן.
: גישה היברידית
מייצב Buck יכול תחילה להפיל כניסה גבוהה (למשל, 12 V → 6.5 V), ואחריו 7805 עבור ייצוב סופי. זה משלב את הנצילות של ייצוב מיתוג עם יציאת רעש נמוך של מייצב ליניארי.
מודולים מוכנים
לוחות ממיר Buck מורכבים-מראש הם זולים, קומפקטיים ולעתים קרובות אינם עולים יותר מהמעגל-המשולב (IC) החשוף. אלה נמצאים בשימוש נרחב באלקטרוניקה תחביבים ובפרויקטים של עשה זאת בעצמך להמרת חשמל מהירה ויעילה.
סיכום
מייצב המתח 7805 נשאר פתרון קלאסי לאספקת הספק נקי ויציב של +5 וולט. אמנם אינו היעיל ביותר עבור יישומי זרם גבוה או כניסה רחבה, אך קשיחותו, קלות השימוש והרעש הנמוך שלו הופכים אותו לאידיאלי עבור אינספור תכנים בהספק נמוך. בין אם עבור אבות טיפוס, ערכות חינוכיות או מערכות משובצות קטנות, ה- 7805 ממשיך להיות בחירה מהימנה.
שאלות נפוצות [שאלות נפוצות]
מהו מתח הכניסה המרבי עבור ווסת 7805?
רוב המייצבים 7805 יכולים להתמודד עם כניסה של עד 25 V, כאשר גרסאות מסוימות של גיליונות הנתונים מאפשרות מקסימום מוחלט של 30-35 V. עם זאת, ריצה קרוב לגבול זה מייצרת עודף חום, ולכן מומלץ להישאר בטווח של 7-20 וולט לאמינות.
האם ניתן להשתמש ב-7805 ללא קבלים?
טכנית כן, אבל זה לא מומלץ. גיליון הנתונים מפרט קבלי כניסה (0.33 μF) ויציאה (0.1 μF) הממוקמים קרוב לפינים כדי למנוע תנודות ולשפר את התגובה הטרנזיינטית. דילוג עליהם מסתכן בחוסר יציבות ורעש.
כיצד אוכל להפחית חום במעגל רגולטור 7805?
החום פרופורציונלי ל-(Vin – 5) ×-Iout. כדי למזער אותו, הנמיכו את מתח הכניסה, השתמשו בצלעות-קירור או התאימו את ה-7805 עם קדם-מייצב ממותג. עבור עומסים כבדים, מייצבי מיתוג יעילים בהרבה.
האם ה-7805 מתאים לפרויקטים המופעלים על ידי סוללות?
זה יכול לעבוד אם הסוללה מעל 7 וולט, אך היעילות תהיה ירודה עקב פיזור ליניארי. עבור התקנים נישאים, מייצבים עם נשירה נמוכה (LDO) או ממירי Buck DC-DC הם בדרך כלל בחירות טובות יותר.
למה להשתמש ב-7805 במקום בממיר Buck?
בעוד שהוא פחות יעיל, ה-7805 מספק רעש ואדוות אולטרה-נמוכים, מה שהופך אותו לאידיאלי עבור חיישנים אנלוגיים, מעגלי שמע ומודולי RF. ממירי Buck מצטיינים ביעילות, אך לעתים קרובות הם דורשים סינון נוסף כדי להשיג ניקיון יציאה דומה.