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理解 7805 集成电路电压稳压器

引言​

在本教程中，我们将介绍最常用的稳压器集成电路之一——7805 电压稳压器 IC。由于电子设备中使用的半导体材料具有固定的电流和电压额定值，因此稳定的电源供应对于许多电子设备来说至关重要。如果供电电压或电流发生偏离，设备可能会损坏。

直流电源（DC Supply）的重要来源之一是电池。但是，在敏感电子电路中使用电池并不是理想的选择，因为电池会随着时间耗尽并逐渐失去电势。

此外，电池通常提供的电压值为 1.2V、3.7V、9V 和 12V。如果电路的电压需求正好在这些范围内，这是可行的。但大多数 TTL 集成电路（IC）工作在 5V 逻辑电平下，因此我们需要一种方法来提供稳定的 5V 电源。

此时，7805 电压稳压器 IC便派上用场。它属于 78XX 系列线性电压稳压器，能够输出稳定的 5V 电压。

1. 7805 电压稳压器简介​

7805 是一款三端线性电压稳压器 IC，输出固定电压为 5V，可广泛应用于多种电子设备。目前，7805 电压稳压器 IC 由以下公司制造：

  • Texas Instruments
  • ON Semiconductor
  • STMicroelectronics
  • Diodes Incorporated
  • Infineon Technologies 等。

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7805 电压稳压器 IC 结构图

7805 提供多种封装形式，例如 TO-220、SOT-223、TO-263 和 TO-3。其中，最常用的封装是 TO-220（如上图所示）。

7805 的一些主要特性如下：

  • 最大输出电流：可提供最高 1.5A 电流（需要加装散热片）。

  • 内部保护功能：具有内部限流和过热自动关断特性。

  • 外围元件需求少：实现完整功能只需最少的外部元件。

2. 7805 电压稳压器 IC 引脚图​

如前所述，7805 是一个三端器件，其三个引脚分别为：

  1. 输入端（INPUT）
  2. 接地端（GROUND）
  3. 输出端（OUTPUT）

下图显示了典型 TO-220 封装的 7805 IC 引脚分布：

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7805 电压稳压器 IC 引脚图

引脚号引脚名称功能描述
1INPUT输入引脚，提供正向非稳压电压输入。
2GROUND接地引脚，与输入端和输出端共地。
3OUTPUT输出引脚，从该引脚获取稳定的 5V 电压。

3. 7805 电压稳压器基本电路​

前文提到，稳压电源是一种在直流输入电压发生显著波动时，仍能持续输出固定电压的装置。

根据 7805 数据手册，实现 7805 作为完整稳压器工作的基本电路非常简单。 如果输入是非稳压直流电压，只需要两个电容器即可（且在某些实现中甚至不是必需的）。

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7805 电压稳压器 IC 基本电路

上图显示了 7805 正常工作所需的所有元件：

  • 输入端附近的 0.22μF 电容：仅当稳压器与电源滤波器之间的距离较远时才必需。
  • 输出端的 0.1μF 电容：可选，但如果使用，可以改善瞬态响应。

在电路中：

  • VIN → 输入电压（可由电池或非稳压直流电源提供）

  • VOUT → 稳压后的 5V 输出

4. 如何从交流电获取恒定直流电源​

虽然可以使用电池作为 7805 电压稳压器 IC 的输入，但存在一些缺陷，例如：

  • 电池需要频繁更换或充电
  • 电池电压会随时间下降

更好的方法是使用交流电源（AC），将其转换为非稳压直流电压，再交由 7805 进行稳压。 由于交流电源可方便地从市电获得，我们可以设计一个电路，将交流电转换为直流电并作为 7805 的输入。

5. 电路原理图​

下图显示了一个从市电交流电获得稳定 5V 电压的电路原理图：

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7805 电压稳压器 IC 市电整流电路图

6. 所需元件​

  • 230V-12V 降压变压器

  • 桥式整流器（或 4 个 1N4007 二极管）

  • 1A 保险丝

  • 1000μF 电解电容

  • 7805 电压稳压器 IC

  • 0.22μF 电容

  • 0.1μF 电容

  • 1N4007 二极管

7. 电路工作原理​

该电路将交流市电首先转换为非稳压直流电，然后再通过 7805 IC 转换为稳定直流电。电路主要由以下元件构成：

  • 变压器
  • 二极管桥式整流器
  • 7805 线性电压稳压器
  • 电容器

整个过程可分为 两个阶段：

(1) 交流 → 非稳压直流​

  • 采用 230V→12V 降压变压器，其初级接市电，次级接桥式整流器。
  • 桥式整流器可由专用整流 IC或4 个 1N4007 二极管组成。
  • 变压器与桥式整流器之间串联 1A 保险丝，限制电路电流。
  • 桥式整流器输出的脉动直流电通过 1000μF 电容平滑。

输出为 非稳压 12V 直流电。

(2) 非稳压直流 → 稳定 5V 直流​

  • 将非稳压 12V 直流电输入至 7805 电压稳压器 IC。
  • 7805 将电压稳压至 5V，在其输出端即可获得稳定的直流电压。
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8. 关于 7805 电压稳压器的重要注意事项​

  1. 输入电压必须高于输出电压，且至少大 2.5V。
  2. 输入电流 ≈ 输出电流。 例如：当输入为 7.5V / 1A 时，输出为 5V / 1A。
  3. 多余的功率将转化为热量，因此必须为 7805 IC 加装散热片。
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