В этой статье мы рассмотрим возможности и способы питания цифровых устройств собранных своими руками, в частности на . Ни для кого не секрет, что залогом успешной работы любого устройства, является его правильное запитывание. Разумеется, блок питания должен быть способен выдавать требуемую для питания устройства мощность, иметь на выходе электролитический конденсатор большой емкости, для сглаживания пульсаций и желательно быть стабилизированным.
Последнее подчеркну особенно, разные нестабилизированные блоки питания типа зарядных устройств от сотовых телефонов, роутеров и подобной техники не подходят для питания микроконтроллеров и других цифровых устройств напрямую. Так как напряжение на выходе таких блоков питания меняется, в зависимости от мощности подключенной нагрузки. Исключение составляют стабилизированные зарядные устройства, с выходом USB, выдающие на выходе 5 вольт, вроде зарядок от смартфонов.
Многих начинающих изучать электронику, да и просто интересующихся, думаю шокировал тот факт: на адаптере питания например от приставки Денди , да и любом другом подобном нестабилизированном может быть написано 9 вольт DC (или постоянный ток), а при измерении мультиметром щупами подключенными к контактам штекера БП на экране мультиметра все 14, а то и 16. Такой блок питания может использоваться при желании для питания цифровых устройств, но должен быть собран стабилизатор на микросхеме 7805, либо КРЕН5. Ниже на фото микросхема L7805CV в корпусе ТО-220.
Такой стабилизатор имеет легкую схему подключения, из обвеса микросхемы, то есть из тех деталей которые необходимы для её работы нам требуются всего 2 керамических конденсатора на 0.33 мкф и 0.1 мкф. Схема подключения многим известна и взята из Даташита на микросхему:
Соответственно на вход такого стабилизатора мы подаем напряжение, или соединяем его с плюсом блока питания. А минус соединяем с минусом микросхемы, и подаем напрямую на выход.
И получаем на выходе, требуемые нам стабильные 5 Вольт, к которым при желании, если сделать соответствующий разъем, можно подключать кабель USB и заряжать телефон, mp3 плейер или любое другое устройство с возможностью заряда от USB порта.
Стабилизатор снижение с 12 до 5 вольт - схема
Автомобильное зарядное устройство с выходом USB всем давно известно. Внутри оно устроено по такому же принципу, то есть стабилизатор, 2 конденсатора и 2 разъема.
Как пример для желающих собрать подобное зарядное своими руками или починить существующее приведу его схему, дополненную индикацией включения на светодиоде:
Цоколевка микросхемы 7805 в корпусе ТО-220 изображена на следующих рисунках. При сборке, следует помнить о том, что цоколевка у микросхем в разных корпусах отличается:
При покупке микросхемы в радиомагазине, следует спрашивать стабилизатор, как L7805CV в корпусе ТО-220. Эта микросхема может работать без радиатора при токе до 1 ампера. Если требуется работа при больших токах, микросхему нужно установить на радиатор.
Разумеется, эта микросхема существует и в других корпусах, например ТО-92, знакомый всем по маломощным транзисторам. Этот стабилизатор работает при токах до 100 миллиампер. Минимальное напряжение на входе, при котором стабилизатор начинает работать, составляет 6.7 вольт, стандартное от 7 вольт. Фото микросхемы в корпусе ТО-92 приведено ниже:
Цоколевка микросхемы, в корпусе ТО-92, как уже было написано выше, отличается от цоколевки микросхемы в корпусе ТО-220. Её мы можем видеть на следующем рисунке, как из него становится ясно, что ножки расположены зеркально, по отношению к ТО-220:
Разумеется, стабилизаторы выпускают на разное напряжение, например 12 вольт, 3.3 вольта и другие. Главное не забывать, что входное напряжение, должно быть минимум на 1.7 - 3 вольта больше выходного.
Микросхема 7833 - схема
На следующем рисунке приведена цоколевка стабилизатора 7833 в корпусе ТО-92. Такие стабилизаторы применяются для запитывания в устройствах на микроконтроллерах дисплеев, карт памяти и другой периферии, требующей более низковольтного питания, чем 5 вольт, основное питание микроконтроллера.
Стабилизатор для питания МК
Я пользуюсь для запитывания собираемых и отлаживаемых на макетной плате устройств на микроконтроллерах, стабилизатором в корпусе, как на фото выше. Питание подается от нестабилизированного адаптера через гнездо на плате устройства. Его принципиальная схема приведена на рисунке далее:
При подключении микросхемы нужно строго соответствовать цоколевке. Если ножки спутать, даже одного включения достаточно, чтобы вывести стабилизатор из строя, так что при включении нужно быть внимательным. Автор материала - AKV.
Интегральный стабилизатор L7805 CV – обычный трехвыводной стабилизатор положительного напряжения на 5В. Выпускается фирмой STMircoelectronics, примерная цена около 1 $. Выполнен в стандартном корпусе TO -220 (см. рисунок) , в котором выполнено много транзисторов, однако, предназначение у него совсем другое.
В маркировке серии 78ХХ последние две цифры обозначают номинал стабилизируемого напряжения, например:
- 7805 — стабилизация на 5 В;
- 7812 — стабилизация на 12 В;
- 7815 — стабилизация на 15 В и т.д.
Серия 79 предназначена для отрицательного выходного напряжения.
Используется для стабилизации напряжения в различных низковольтных схемах. Очень удобно использовать, когда необходимо обеспечить точность подаваемого напряжения, не требуется городить сложных схем стабилизации, а все это можно заменить одной микросхемой и парочкой конденсаторов.
Схема подключения L 7805 CV
довольно проста, для работы необходимо согласно datasheet повесить конденсаторы по входу 0,33 мкФ, и по выходу 0,1 мкФ. Важно при монтаже или при конструировании, конденсаторы расположить максимально близко к выводам микросхемы. Делается это чтобы обеспечить максимальный уровень стабилизации и уменьшению помех.
По характеристикам стабилизатор L7805CV работоспособен при подаче входного постоянного напряжения в пределах от 7,5 до 25 В. На выходе микросхемы будет стабильное постоянное напряжение в 5 Вольт. В этом состоит вся прелесть микросхемы L7805CV.
Как проверить работоспособность
микросхемы? Для начала можно просто прозвонить выводы мультиметром, если хоть в одном случае наблюдается закоротка, то это однозначно указывает на неисправность элемента. При наличии у вас источника питания на 7 В и выше, можно собрать схему согласно датащита, приведенную выше, и подать на вход питание, на выходе мультиметром фиксируем напряжение в 5 В, соответственно элемент абсолютно работоспособен. Третий способ более трудоемкий, в случае если у вас отсутствует источник питания. Однако в этом случае вы параллельно получите и источник питания на 5 В. Необходимо собрать схему с выпрямительным мостом согласно рисункe, представленного ниже.
Для проверки нужен понижающий трансформатор с коэффициентом трансформации в 18 — 20 и выпрямительный мост, дальнейший обвес стандартный два конденсатора на стабилизатор и все, источник питания на 5 В готов. Значения номиналов конденсаторов тут завышены по отношению к схеме включения L7805 в datasheet, это связано с тем, чтобы лучше сгладить пульсации напряжения после выпрямительного моста. Для более безопасной работы, желательно добавить индикацию для визуализации включения прибора. Тогда схема приобретет такой вид:
Если на нагрузке будет много конденсаторов или любой другой емкостной нагрузки, можно защитить стабилизатор обратным диодом, во избежание выгорания элемента при разряде конденсаторов.
Большим плюсом микросхемы является достаточно легкая конструкция и простота использования, в случае, если вам необходимо питание одного значения. Схемы чувствительные к значениям напряжения обязательно должны снабжаться подобными стабилизаторами чтобы предохранить чувствительные к скачкам напряжения элементы.
Основные параметры стабилизатора L7805CV:
- Входное напряжение — от 7 до 25 В;
- Рассеиваемая мощность — 15 Вт;
- Выходное напряжение — 4,75…5,25 В;
- Выходной ток — до 1,5 А.
Характеристика микросхемы
приведена в таблице ниже, данные значения справедливы при условии соблюдения некоторых условий. А именно температура микросхемы находится в пределах от 0 до 125 градусов Цельсия, входном напряжении 10 В, выходном токе 500 мА (если иное не оговорено в условиях, колонка Test conditions), и стандартном обвесе конденсаторами по входу 0,33 мкФ и по выходу 0,1 мкФ.
Из таблицы видно, что стабилизатор прекрасно себя ведет при питании на входе от 7 до 20 В и на выходе будет стабильно выдаваться от 4,75 до 5,25 В. С другой стороны, подача более высоких значений приводит к уже более значительному разбросу выходных значений, поэтому выше 25 В не рекомендуется, а понижение по входу менее 7 В, вообще, приведет к отсутствию напряжения на выходе стабилизатора.
, более 5 Вт, на микросхему необходимо установить радиатор во избежания перегрева стабилизатора, конструкция позволяет это сделать без каких-либо вопросов. Для более точной (прецизионной) техники, естественно, такой стабилизатор не подходит, т.к. имеет значительный разброс номинального напряжения при изменении входного напряжения.Так как стабилизатор линейный, использовать его в мощных схемах бессмысленно, потребуется стабилизация, построенная на широтно-импульсном моделировании, но для питания небольших устройств , как телефонов, детских игрушек, магнитол и прочих гаджетов, вполне пригоден L7805. Аналог отечественный — КР142ЕН5А или в простонародье «КРЕНКА». По стоимости аналог также находится в одной категории.
Почти все радиолюбительские самоделки и конструкции имеют в своем составе стабилизированный источник питания. А если ваша схема работает от напряжения питания 5 вольт, то лучшим вариантом будет использование трехвыводного интегрального стабилизатора 78L05
В природе существуют две разновидности 7805 с током нагрузки до 1А и более маломощный 78L05 с током нагрузки до 0,1А. Кроме того промежуточным вариантом является микросхема 78M05 с током нагрузки до 0,5А. Полными отечественными аналогами микросхемы являются для 78L05 КР1157ЕН5 и 7805 для 142ЕН5
Емкость С1 на входе требуется для срезания высокочастотных помех при подачи входного напряжения. Емкость С2 но уже на выходе стабилизатора задает стабильность напряжения при резком изменении тока нагрузки, а так же существенно снижает степень пульсаций.
При проектирование требуется помнить, что для нормальной работы стабилизатора 78L05 напряжение на входе должно быть не ниже 7 и не выше 20 вольт.
Схема управления позволяет подавать и отключать питание идущее на стабилизатор напряжения. Управляющий сигнал должен быть уровня TTL или CMOS. Схема может использоваться в роли коммутатора питания под управлением микроконтроллера.
Ниже рассмотрим подборку наиболее интересные примеры практического использования интегрального стабилизатора 78L05.
Этак конструкция лабораторного блока питания отличается своей изысканностью, в первую очередь из-за нестандартного использования микросхемы TDA2030, источником стабилизированного напряжения которого является 78L05.
TDA2030 включена как неинвертирующий усилитель. При таком подсоединении коэффициент усиления рассчитывается по формуле 1+R4/R3 и равен 6. Поэтому, напряжение на выходе блока питания, при регулировании номинала сопротивления R2, будет плавно изменятся от 0 и до 30 вольт.
Повышенная стабильность, отсутствие перегрева радиокомпонентов, вот главные достоинства этой конструкции.
Индикатор включения выполнен на светодиоде HL1, вместо трансформатора использована гасящая цепь на компонентах C1 и R1, диодный выпрямительный мост на специализированной сборке, конденсаторы применяются для минимизации пульсаций, стабилитрон на 9 вольт и стабилизатор напряжения 78L05. Необходимость использования стабилитрона обуславливается тем, что напряжение с выхода диодного моста около 100 вольт и это может повредить стабилизатор 78L05.
Диапазон напряжений в этой схеме от 5 до 20 вольт. Изменение выходного напряжения осуществляется переменным сопротивлением R2. Максимальный ток нагрузки около 1,5 ампер.
Устройство способно заряжать разные типы аккумуляторных батарей: литиевые, никелевые, а так же свинцовые аккумуляторы, применяемые в бесперебойниках.
При заряде аккумуляторных батарей нужен стабильный тока зарядки, который должен быть около 1/10 части от емкости батареи. Постоянство зарядного тока задает стабилизатор 78L05 . У зарядного устройства четыре диапазона тока зарядки: 50, пять вольт, то для получения тока 50 мА требуется сопротивление на 100 Ом исходя из закона Ома. Для удобства конструкция ЗУ имеет индикатор, выполненный на двух биполярных транзисторах и светодиоде. Светодиод тухнет по окончанию зарядки аккумуляторной батареи.
Принципиальная схема простого и надежного стабилизатора напряжения из 8...15В в стабильные 5В. Построен на основе интегральной микросхемы L7805. Стабилизатор подойдет для питания цифровой техники, микроконтроллеров, для зарядки телефонов и других устройств от стабильного напряжения 5В.
Микросхемы серии 78ХХ содержат несколько встроенных защит:
- Защита по напряжению и току на выходе;
- Термозащита (от перегрева выше +125 °С);
- Встроенный мощный диод (защищает от воздействия обратного тока).
Принципиальная схема
На рисунке 1 приведена принципиальная схема самодельного стабилизатора напряжения на микросхеме L7805. Схема содержит не большое количество деталей, которое можно еще больше сократить если не нужна защита от переполюсовки на входе (D1) и индикация напряжения на выходе (R1, LED1).
Рис. 1. Принципиальная схема простого и надежного стабилизатора напряжения на 5В (L7805).
Детали
В качестве D1 можно установить диод Шоттки, в схеме он выполняет роль защиты от переполюсовки по питанию или же роль выпрямителя если схема подключена напрямую к вторичной обмотке понижающего сетевого трансформатора. Диод D2 защищает выход микросхемы от обратного напряжения.
Конденсаторы C2 и C3 - пленочные или керамические, не полярные. Электролитический конденсатор C1 можно установить с емкостью от 50 мкФ и более, а для C4 будет достаточно 10-22мкФ. Светодиод LED1 служит для индикации наличия напряжения 5В, здесь подойдет любой светодиод с зеленым цветом свечения.
Данная схема простая и проверенная временем. Вместо микросхемы L7805 можно установить другие микросхемы данной серии и таким образом получить стабилизатор напряжения на другие напряжения.
Теперь поговорим о трех выводном стабилизаторе L7805. Микросхема выпускается в двух видах, в пластмассовом корпусе - ТО-220, например как транзистор КТ837 и металлическом корпусе - ТО-3, например как всем известный КТ827. Три вывода, если считать слева на право - то соответственно вход, минус и выход.
Последних две цифры в маркировке указывают на стабилизированный выход микросхемы - L7805 - 5 в, 7806 - 6 в.
Ниже будет описание и схема включения стабилизатора, которая подходит для всех микросхем этой серии.
На конденсаторы малой емкости не смотрим, желательно поставить побольше.
Output voltage - выходное напряжение. Input voltage - входное напряжение. В нашем примере выдает нам на выходе 5 вольт. Желательным входным напряжением производители отметили не более 10 в. Но, бывает так, что выходное стабилизированное напряжение иногда бывает или чуть занижено, или чуть завышено. Здесь мы видим, что стабилизатор L7805 может нам выдать одно из напряжений диапазона 4.75 - 5.25 в, но при этом должны соблюдаться условия (conditions), что ток на выходе в нагрузке не будет превышать 1 ампер. Нестабилизированное постоянное напряжение может быть от 7.5 и до 20 в, при это на выходе будет всегда 5 в. Это есть большой плюс данного радиокомпонента.
Цоколёвка и размеры стабилизатора напряжения 7805 в пластмассовом корпусе
Цоколёвка и размеры стабилизатора напряжения 7805 в металлическом корпусе
При нагрузке свыше 14 Вт, стабилизатор желательно установить на алюминиевый теплоотвод, чем больше нагрузка тем больше нужна площадь охлаждаемой поверхности.
Производят в основном в корпусе ТО-220
Максимальный ток нагрузки: 1.5, а
Допустимое входное напряжение: 35 в
Выходное напряжение: 5 в
Число регуляторов в корпусе: 1
Ток потребления: 6 мА
Погрешность: 4 %
Диапазон рабочих температур: 0 C ... +140 C
Отечественный аналог КР142ЕН5А
Для того, чтобы стабилизатор не вывести из строя окончательно, нужно придерживаться нужного минимума на входе микросхемы, то есть если L7805, то на вход пускаем примерно 7-8 в.
Это связано с тем, что излишнюю мощность стабилизатор будет рассеивать на себе. Как вы помните, формула мощности P=IU, где U - напряжение, а I - сила тока. Следовательно, чем больше входное напряжение стабилизатора, тем больше мощность, потребляемая им. А излишняя мощность - это и есть перегрев. В результате нагрева такой прибор может перейти в состояние защиты. Легкое в использовании и отсутствие наладки и дополнительных радиокомпонентов привело к тому что стабилизатор хорошо распространился среди радиолюбителей как начинающих так и профессионалов.