Il regolatore di tensione 7805 è uno dei regolatori lineari più utilizzati per generare un'alimentazione stabile di +5 V. Noto per la sua semplicità, affidabilità e protezioni integrate, rimane una scelta affidabile. Dalle schede a microcontrollore ai circuiti dei sensori, il 7805 garantisce prestazioni costanti sia nei progetti di elettronica didattica che in quelli professionali.
Che cos'è il regolatore di tensione 7805?
Il 7805 è un classico regolatore lineare a uscita fissa che eroga +5 V da una tensione di ingresso più elevata. Appartiene alla famiglia 78xx, dove "xx" indica la tensione regolata. Con solo tre pin (IN, GND, OUT), è facile da integrare nei circuiti senza requisiti di progettazione avanzati. La sua popolarità deriva dal fatto di essere robusto, economico e prodotto da quasi tutte le principali aziende di semiconduttori, garantendo la compatibilità pin-to-pin tra i fornitori.
Viene spesso fornito nel package TO-220 per i progetti a foro passante, ma per i PCB compatti sono disponibili opzioni a montaggio superficiale come SOT-223 e D²PAK (TO-263). Mentre il 7805 è progettato per binari da +5 V, dispositivi correlati come il 7806 (+6 V), il 7809 (+9 V) e il 7905 (-5 V) ampliano la stessa famiglia. I regolatori regolabili come LM317 servono quando sono richieste tensioni non standard.
Caratteristiche del regolatore di tensione 7805
• Implementazione semplice: richiede solo piccoli condensatori di ingresso e uscita per la stabilità.
• Azionamento a corrente decente: fornisce ~1 A in modo continuo; fino a 1,5 A di picco con un adeguato dissipatore di calore.
• Protezione integrata: la limitazione di corrente, l'arresto termico e la compensazione dell'area sicura sono integrati.
• Tolleranza ai guasti: Sopravvive a cortocircuiti, sovraccarichi ed eventi di sovratemperatura.
• Caduta moderata: in genere, ~2 V, quindi l'ingresso deve rimanere ≥7 V.
• Ampia temperatura di esercizio: Progettato per gamme commerciali e industriali, fino a ~125 °C a seconda del pacchetto.
Specifiche tecniche del regolatore di tensione 7805
| Parametro | Valore / Intervallo | Appunti |
|---|---|---|
| Tensione di uscita | 5 V (fisso) ±4% tipico | Alcuni fornitori garantiscono ±2% |
| Tensione di ingresso (consigliata) | 7–25 V | Consente l'abbandono + l'headroom dell'ondulazione |
| Tensione di ingresso (max) | 25-35 V (specifico del fornitore) | Absolute max, controlla la scheda tecnica |
| Corrente di uscita | \~1 A continuo | Termicamente limitato, dipendente dal pacchetto |
| Corrente di riposo | \~5 mA | Leggero scarico in standby |
| Tensione di caduta | \~2 V | Più basso con carico ridotto, più alto con 1 A |
| Condensatori (Bypass) | 0,33 μF (ENTRA), 0,1 μF (USCITA) | Posizionare vicino ai perni del regolatore |
| Regolazione della linea | 3–7 mV/V tipico | Modifica del Vout per passo Vin |
| Regolazione del carico | 25–50 mV (0–1 A) | Modifica del Vout da a vuoto a pieno carico |
| PSRR | \~62–70 dB @ 100 Hz | Forte reiezione di ondulazione/rumore |
| Ondulazione/Rumore in uscita | \~40–80 μV rms | Inferiore alla maggior parte degli alimentatori switching |
7805 Piedinatura del regolatore di tensione
| Perno | Nome | Descrizione |
|---|---|---|
| 1 | NEL | Ingresso CC non regolato (≥7 V) |
| 2 | GND | Percorso di ritorno a terra |
| 3 | FUORI | Uscita regolata +5 V |
Alimentazione tipica a 5 V con 7805
Una catena di regolazione standard da 12 V a 5 V spesso assomiglia a questa:
- Trasformatore step-down - Riduce la corrente alternata di rete (110/220 V) a un livello più sicuro di ~12 V c.a.
• Raddrizzatore a ponte – Converte la c.a. in c.c. pulsante utilizzando quattro diodi.
• Condensatore di filtro di massa – Un condensatore elettrolitico di grandi dimensioni (tipicamente 1000 μF/25 V) attenua la forma d'onda raddrizzata in una CC più stabile.
• IC regolatore 7805 – Regola la CC levigata e blocca la tensione con precisione a +5 V.
• Condensatori di bypass – Un condensatore ceramico da 0,33 μF all'ingresso e 0,1 μF all'uscita previene le oscillazioni e migliora la risposta ai transitori.
• Componenti di protezione – Fusibile per la sicurezza da sovraccarico, diodo a polarità inversa su IN/OUT per la protezione contro le scariche in caso di collasso dell'ingresso e soppressore di sovratensioni opzionale per i picchi di rete.
Questa configurazione è presente nelle schede Arduino, nei moduli sensore e nei piccoli sistemi embedded. Ad esempio, un Arduino UNO alimentato da un adattatore da parete da 12 V utilizza internamente il 7805 per fornire un binario regolato da 5 V per i circuiti logici e le periferiche.
Principio di funzionamento del regolatore di tensione 7805
Internamente, il 7805 integra tre blocchi chiave: un riferimento a 5 V, un amplificatore di errore e un transistor di passaggio in serie. L'amplificatore di errore monitora costantemente l'uscita rispetto al riferimento e regola la conduzione dell'elemento passante.
• Quando l'uscita diminuisce: il transistor passante viene azionato più forte, consentendo il flusso di più corrente e aumentando la tensione a 5 V.
• Quando l'uscita aumenta: la resistenza effettiva del transistor aumenta, riducendo il flusso di corrente e abbassando la tensione.
Questo sistema di feedback ad anello chiuso mantiene un'uscita stabile di +5 V con una buona regolazione della linea e del carico, riducendo al minimo il rumore rispetto agli alimentatori non regolati.
Il compromesso è l'inefficienza: la tensione in eccesso viene dissipata sotto forma di calore. La perdita di potenza è data da:
Ploss = (Vin − 5) × Iout
Ciò rende il 7805 semplice e affidabile, ma meno efficiente quando la tensione di ingresso è molto superiore a 5 V o quando si forniscono correnti più elevate.
Considerazioni termiche ed efficienza
Il 7805 regola la tensione dissipando l'energia in eccesso sotto forma di calore. La potenza persa è:
Pheat = (Vin − 5) × Iout
Ciò rende la gestione termica un fattore chiave per la progettazione, soprattutto quando la tensione di ingresso è molto più alta di 5 V o la corrente di carico è significativa.
Valori di resistenza termica
• Contenitore TO-220: RθJA ≈ 50–65 °C/W (senza dissipatore di calore), RθJC ≈ 5 °C/W.
• Contenitore SOT-223: RθJA ≈ 90–110 °C/W (diffusione del calore limitata).
• Con dissipatore di calore: RθJA può migliorare fino a 10-20 °C/W a seconda delle dimensioni e del flusso d'aria.
Linee guida per il dissipatore di calore
• Collegare a dissipatori di calore in alluminio o telaio in metallo per una migliore dissipazione.
• Utilizzare grasso termico o tamponi isolanti per ridurre la resistenza dell'interfaccia.
• Garantire un flusso d'aria adeguato se la dissipazione supera ~5 W.
Esempio funzionante
Per Vin = 12 V, Iout = 0,5 A:
Calore = (12 − 5) × 0,5=3,5 W
• Senza dissipatore di calore (RθJA = 50 °C/W): L'aumento di Tj ≈ 175 °C → non sicuro.
• Con dissipatore di calore (RθJA = 15 °C/W): Tj sale ≈ 52 °C → sicuro a temperatura ambiente.
Esempi di efficienza
• Vin = 9 V, Iout = 500 mA → Efficienza ≈ 5/9 = 56%.
• Vin = 12 V, Iout = 500 mA → Efficienza ≈ 5/12 = 42%.
Pertanto, il 7805 funziona meglio per correnti da basse a moderate e quando Vin è vicino a 5 V. Per potenze più elevate o grandi differenze di ingresso-uscita, è preferibile un regolatore a commutazione per l'efficienza.
Applicazioni del regolatore di tensione 7805
Il 7805 rimane popolare grazie alla sua semplicità e alle sue prestazioni robuste in un'ampia gamma di sistemi a bassa potenza. I casi d'uso comuni includono:
• Alimentazione di schede microcontrollore – Fornisce un binario stabile da 5 V per piattaforme come Arduino, STM32, AVR e schede di sviluppo PIC. Garantisce un funzionamento stabile anche quando l'alimentazione in ingresso proviene da adattatori a parete o sorgenti non regolate.
• Circuiti analogici e sensori – Utilizzati per alimentare amplificatori operazionali, ADC e sensori di precisione in cui una tensione pulita e a basso ripple è importante per la precisione.
• Pilotaggio di moduli periferici – Supporta piccoli carichi come relè, moduli LCD e ricetrasmettitori wireless che richiedono un'alimentazione affidabile a 5 V.
• Sistemi alimentati a batteria – Adatto per pacchi batteria ≥7 V (come 9 V o 12 V) in cui vengono assorbite correnti moderate, il che lo rende utile nei circuiti portatili o nei sistemi di backup.
• Conversioni di laboratorio e didattiche – Comune nelle configurazioni da banco in cui una sorgente da 12 V è regolata fino a 5 V per la prototipazione e i progetti degli studenti.
All'interno del circuito IC del regolatore di tensione 7805
Il circuito integrato del regolatore di tensione 7805 è progettato per fornire un'uscita costante di 5 V da una tensione di ingresso più elevata. Il suo design interno combina funzioni di regolazione, feedback e sicurezza, rendendolo uno dei regolatori di tensione più affidabili utilizzati in elettronica.
Controllo principale (Q16 – Transistor passante)
Q16 gestisce il flusso di corrente tra ingresso e uscita. Funziona insieme al circuito di riferimento bandgap (sezione gialla), che fornisce una tensione di riferimento stabile che non cambia con la temperatura.
Feedback e correzione degli errori
Una piccola parte della produzione viene restituita attraverso il Q1 e il Q6. Se la tensione è troppo alta o troppo bassa, generano un segnale di errore. Questo segnale viene amplificato dall'amplificatore di errore (sezione arancione) e utilizzato per regolare Q16, mantenendo l'uscita bloccata a 5V.
Circuito di avvio (sezione verde)
Questo circuito garantisce che il riferimento di banda proibita si attivi correttamente all'accensione del regolatore. Senza di esso, l'IC potrebbe non avviarsi. Una volta attivo, mantiene stabile il processo di regolazione.
Protezione integrata
Il 7805 include diverse caratteristiche di sicurezza:
• Q13 impedisce il surriscaldamento.
• Q19 protegge da un'eccessiva tensione di ingresso.
• Q14 limita la corrente di uscita.
Questi circuiti di protezione riducono o interrompono l'uscita quando necessario, evitando danni sia al circuito integrato che ai dispositivi collegati.
Divisore di tensione (sezione blu)
Il divisore riduce la tensione di uscita per il confronto interno. Ciò consente al regolatore di effettuare regolazioni fini e mantenere l'uscita stabile sotto carichi diversi.
Pro e contro del regolatore di tensione 7805
| Vantaggi | Svantaggi |
|---|---|
| Semplice da usare – Richiede solo pochi condensatori esterni; Non è necessaria alcuna messa a punto o regolazione. | Bassa efficienza ad alto Vin – L'eccesso di tensione di ingresso viene dissipato sotto forma di calore, riducendo l'efficienza. |
| Protezioni integrate – Il cortocircuito, l'arresto termico e la limitazione della corrente garantiscono un funzionamento più sicuro. | Sfide termiche – Genera calore significativo a correnti più elevate, spesso necessitando di un dissipatore di calore. |
| Uscita stabile e a basso rumore – Fornisce un rail pulito da 5 V adatto per circuiti logici e analogici. | Tensione di uscita fissa – Limitata a +5 V, non adatta per esigenze di tensione variabile. |
| Conveniente e accessibile – Economico, ampiamente disponibile e prodotto in più tipi di confezioni. | Tensione di caduta (\~2 V) – Richiede un ingresso di almeno \~7 V per regolarsi correttamente, inadatto per sorgenti a bassa tensione. |
| Design affidabile – Comprovata esperienza nei prodotti di consumo e industriali. | Limitazioni di corrente - Tipicamente forniture\~1 A; Carichi più elevati richiedono regolatori a commutazione. |
Errori comuni da evitare nel regolatore di tensione 7805
• Omettendo i condensatori di bypass: i piccoli condensatori ceramici (0,33 μF in ingresso, 0,1 μF in uscita) sono essenziali per prevenire le oscillazioni. Saltarli spesso porta a un'uscita instabile o rumorosa.
• Fornitura di una tensione di ingresso troppo bassa: poiché il 7805 richiede almeno ~7 V per la regolazione, l'alimentazione di soli 6-6,5 V comporta una scarsa regolazione e un'uscita fluttuante.
• Ignorare la dissipazione del calore: in caso di carico pesante o di VIN elevato, il regolatore può surriscaldarsi e andare in arresto termico, o addirittura guastarsi se non viene utilizzato alcun dissipatore di calore.
• Sottodimensionamento del condensatore del filtro di ingresso: un condensatore di piccole dimensioni non è in grado di livellare correttamente la CC rettificata, causando un'ondulazione che riduce la stabilità e può disturbare i circuiti sensibili.
• Scarse pratiche di messa a terra: l'uso di tracce di terra lunghe o sottili introduce rumore e cadute di tensione. Assicurarsi sempre che il collegamento a terra sia solido vicino ai pin del regolatore.
Test e risoluzione dei problemi Regolatore di tensione 7805
• Verificare la tensione di ingresso: assicurarsi che il regolatore sia alimentato con almeno 7 V sotto carico. Se Vin scende al di sotto di questo livello, il 7805 non può regolarsi correttamente.
• Misurare la tensione di uscita: con un multimetro, verificare che l'uscita sia vicina a +5 V. Una deviazione significativa può indicare un sovraccarico, un surriscaldamento o un guasto del regolatore.
• Monitorare la temperatura: i controlli touch-safe o un termometro possono rivelare un surriscaldamento. Se il pacchetto si surriscalda eccessivamente, prendi in considerazione l'aggiunta di un dissipatore di calore o la riduzione della corrente di carico.
• Confronto tra il comportamento a vuoto e quello a carico: Misura l'output sia con che senza carico. Una grande caduta di tensione sotto carico suggerisce un filtraggio dell'ingresso insufficiente, un assorbimento di corrente eccessivo o un dispositivo guasto.
• Isolare i guasti rimuovendo il carico: se l'uscita viene abbassata o il regolatore si spegne, scollegare il carico per testare il regolatore in modo indipendente. Una normale uscita a 5 V senza carico indica che il problema risiede nel circuito collegato.
7805 Alternative per un'alta efficienza
Sebbene il 7805 sia semplice e affidabile, la sua natura lineare spreca energia sotto forma di calore. Per le applicazioni che richiedono una maggiore efficienza o una maggiore durata della batteria, le alternative sono spesso scelte migliori:
Regolatori buck a commutazione (LM2596, XL4015)
Convertitori step-down che raggiungono un'efficienza dell'80-90%, anche quando il Vin è molto più alto di 5 V. Sono particolarmente adatti per l'alimentazione di carichi superiori a 500 mA o quando è fondamentale ridurre al minimo il calore.
Regolatori a bassa caduta di tensione (LDO) – ad es. AMS1117-5.0, LT1763
Questi possono essere regolati con Vin solo ~0,5–1 V sopra Vout, il che li rende utili quando l'alimentazione in ingresso è vicina a 5 V (ad esempio, adattatori da 6 V o pacchi agli ioni di litio a 2 celle). L'efficienza migliora quando il Vin-Vout è piccolo.
Approccio ibrido
Un regolatore buck può prima sganciare un ingresso alto (ad esempio, 12 V → 6,5 V), seguito da un 7805 per la regolazione finale. Ciò combina l'efficienza della regolazione a commutazione con l'uscita a basso rumore di un regolatore lineare.
Moduli già pronti
Le schede convertitori buck preassemblate sono economiche, compatte e spesso non costano più del circuito integrato nudo. Questi sono ampiamente utilizzati nell'elettronica per hobby e nei progetti fai-da-te per una conversione di potenza rapida ed efficiente.
Conclusione
Il regolatore di tensione 7805 rimane una soluzione classica per fornire un'alimentazione pulita e stabile a +5 V. Sebbene non sia il più efficiente per applicazioni ad alta corrente o ad ampio ingresso, la sua robustezza, facilità d'uso e bassa rumorosità lo rendono ideale per innumerevoli progetti a bassa potenza. Che si tratti di prototipi, kit didattici o piccoli sistemi embedded, il 7805 continua ad essere una scelta affidabile.
Domande frequenti [FAQ]
Qual è la tensione di ingresso massima per un regolatore 7805?
La maggior parte dei regolatori 7805 è in grado di gestire un ingresso fino a 25 V, con alcune varianti di schede tecniche che consentono un massimo assoluto di 30-35 V. Tuttavia, il funzionamento vicino a questo limite genera calore in eccesso, quindi si consiglia di rimanere entro 7-20 V per l'affidabilità.
Il 7805 può essere utilizzato senza condensatori?
Tecnicamente sì, ma non è consigliabile. La scheda tecnica specifica i condensatori di ingresso (0,33 μF) e di uscita (0,1 μF) posizionati vicino ai pin per prevenire le oscillazioni e migliorare la risposta ai transitori. Saltandoli si rischia instabilità e rumore.
Come posso ridurre il calore in un circuito regolatore 7805?
Il calore è proporzionale a (Vin – 5) × Iout. Per ridurlo al minimo, abbassare la tensione di ingresso, utilizzare un dissipatore di calore o abbinare il 7805 a un preregolatore di commutazione. Per carichi pesanti, i regolatori a commutazione sono molto più efficienti.
Il 7805 è adatto per progetti alimentati a batteria?
Può funzionare se la batteria è superiore a 7 V, ma l'efficienza sarà scarsa a causa della dissipazione lineare. Per i dispositivi portatili, i regolatori a bassa caduta di tensione (LDO) o i convertitori buck CC-CC sono solitamente scelte migliori.
Perché usare un 7805 invece di un convertitore buck?
Sebbene meno efficiente, il 7805 offre un rumore e un'ondulazione estremamente bassi, che lo rendono ideale per sensori analogici, circuiti audio e moduli RF. I convertitori buck eccellono in termini di efficienza, ma spesso richiedono un filtraggio aggiuntivo per ottenere una pulizia dell'uscita comparabile.