El regulador de voltaje 7805 es uno de los reguladores lineales más utilizados para generar un suministro estable de +5 V. Conocido por su simplicidad, confiabilidad y protecciones integradas, sigue siendo una opción confiable. Desde placas de microcontroladores hasta circuitos de sensores, el 7805 garantiza un rendimiento constante en proyectos de electrónica educativa y profesional.
¿Qué es el regulador de voltaje 7805?
El 7805 es un regulador lineal clásico de salida fija que entrega +5 V desde un voltaje de entrada más alto. Pertenece a la familia 78xx, donde "xx" denota el voltaje regulado. Con solo tres pines (IN, GND, OUT), es fácil de integrar en circuitos sin requisitos de diseño avanzados. Su popularidad proviene de ser resistente, económico y fabricado por casi todas las principales empresas de semiconductores, lo que garantiza la compatibilidad pin a pin entre proveedores.
La mayoría de las veces se suministra en el paquete TO-220 para diseños de orificio pasante, pero las opciones de montaje en superficie como SOT-223 y D²PAK (TO-263) están disponibles para PCB compactas. Mientras que el 7805 está diseñado para rieles de +5 V, los dispositivos relacionados como el 7806 (+6 V), 7809 (+9 V) y 7905 (–5 V) amplían la misma familia. Los reguladores ajustables como LM317 sirven cuando se requieren voltajes no estándar.
Características del regulador de voltaje 7805
• Implementación simple: solo necesita pequeños condensadores de entrada y salida para mayor estabilidad.
• Variador de corriente decente: Suministra ~1 A continuamente; hasta 1,5 A pico con un disipador de calor adecuado.
• Protección incorporada: la limitación de corriente, el apagado térmico y la compensación de área segura están integrados.
• Tolerancia a fallas: Sobrevive a cortocircuitos, sobrecargas y eventos de sobretemperatura.
• Caída moderada: Normalmente, ~2 V, por lo que la entrada debe permanecer ≥7 V.
• Amplia temperatura de funcionamiento: Diseñado para rangos comerciales e industriales, hasta ~ 125 ° C según el paquete.
Especificaciones técnicas del regulador de voltaje 7805
| Parámetro | Valor / Rango | Notas |
|---|---|---|
| Voltaje de salida | 5 V (fijo) ±4% típico | Algunos proveedores garantizan ±2% |
| Voltaje de entrada (recomendado) | 7–25 V | Permite caída + margen de ondulación |
| Voltaje de entrada (máx.) | 25–35 V (específico del proveedor) | Absolute max, consulte la hoja de datos |
| Corriente de salida | \~1 A continuo | Térmicamente limitado, dependiente del paquete |
| Corriente de reposo | \~5 mA | Ligero desagüe en espera |
| Voltaje de caída | \~2 V | Más bajo con carga pequeña, más alto con 1 A |
| Condensadores (bypass) | 0,33 μF (ENTRADA), 0,1 μF (SALIDA) | Colóquelo cerca de los pines del regulador |
| Regulación de la línea | 3–7 mV/V típico | Cambio en Vout por paso de Vin |
| Regulación de carga | 25–50 mV (0–1 A) | Cambio en Vout de sin carga a carga completa |
| PSRR | \~62–70 dB @ 100 Hz | Fuerte rechazo de ondulación/ruido |
| Ondulación/ruido de salida | \~40–80 μV rms | Más bajo que la mayoría de los suministros conmutados |
Clavija del regulador de voltaje 7805
| Alfiler | Nombre | Descripción |
|---|---|---|
| 1 | EN | Entrada de CC no regulada (≥7 V) |
| 2 | GND | Ruta de retorno a tierra |
| 3 | FUERA | Salida regulada de +5 V |
Suministro típico de 5 V con 7805
Una cadena reguladora estándar de 12 V a 5 V a menudo se ve así:
• Transformador reductor: reduce la CA de la red (110/220 V) a un nivel de CA más seguro de ~ 12 V.
• Rectificador de puente: convierte la CA en CC pulsante mediante cuatro diodos.
• Condensador de filtro a granel: un condensador electrolítico grande (generalmente 1000 μF / 25 V) suaviza la forma de onda rectificada en una CC más estable.
• 7805 Regulador IC: regula la CC suavizada y fija el voltaje con precisión a +5 V.
• Condensadores de derivación: un condensador cerámico de 0,33 μF en la entrada y 0,1 μF en la salida evitan las oscilaciones y mejoran la respuesta transitoria.
• Componentes de protección: fusible para seguridad contra sobrecargas, diodo de polaridad inversa a través de IN/OUT para proteger contra descargas cuando la entrada colapsa y supresor de sobretensiones opcional para picos de red.
Esta configuración se ve en placas Arduino, módulos de sensores y pequeños sistemas integrados. Por ejemplo, un Arduino UNO alimentado por un adaptador de pared de 12 V utiliza el 7805 internamente para proporcionar un riel regulado de 5 V para sus circuitos lógicos y periféricos.
Principio de funcionamiento del regulador de voltaje 7805
Internamente, el 7805 integra tres bloques clave: una referencia de 5 V, un amplificador de error y un transistor de paso en serie. El amplificador de error monitorea constantemente la salida con respecto a la referencia y ajusta la conducción del elemento de paso.
• Cuando la salida cae: el transistor de paso se acciona con más fuerza, lo que permite que fluya más corriente y eleve el voltaje a 5 V.
• Cuando aumenta la salida: la resistencia efectiva del transistor aumenta, reduciendo el flujo de corriente y bajando el voltaje.
Este sistema de retroalimentación de circuito cerrado mantiene una salida estable de +5 V con una buena regulación de línea y carga, al tiempo que minimiza el ruido en comparación con los suministros no regulados.
La compensación es la ineficiencia: el exceso de voltaje se disipa en forma de calor. La pérdida de potencia viene dada por:
Ploss = (Vin − 5) × Iout
Esto hace que el 7805 sea simple y confiable, pero menos eficiente cuando el voltaje de entrada está muy por encima de 5 V o cuando se suministran corrientes más altas.
Consideraciones térmicas y de eficiencia
El 7805 regula el voltaje disipando el exceso de energía en forma de calor. La potencia perdida es:
Pheat = (Vin − 5) × Iout
Esto hace que la gestión térmica sea un factor de diseño clave, especialmente cuando el voltaje de entrada es mucho más alto que 5 V o la corriente de carga es significativa.
Valores de resistencia térmica
• Paquete TO-220: RθJA ≈ 50-65 °C/W (sin disipador térmico), RθJC ≈ 5 °C/W.
• Paquete SOT-223: RθJA ≈ 90-110 °C/W (propagación de calor limitada).
• Con disipador de calor: RθJA puede mejorar a 10-20 °C/W dependiendo del tamaño y el flujo de aire.
Pautas de disipación de calor
• Conéctelo a disipadores de calor de aluminio o chasis de metal para una mejor disipación.
• Use grasa térmica o almohadillas aislantes para reducir la resistencia de la interfaz.
• Asegure un flujo de aire adecuado si la disipación excede ~ 5 W.
Ejemplo trabajado
Para Vin = 12 V, Iout = 0,5 A:
Pheat = (12 − 5) × 0,5 = 3,5 W
• Sin disipador de calor (RθJA = 50 °C/W): Aumento de Tj ≈ 175 °C → inseguro.
• Con disipador de calor (RθJA = 15 °C/W): Aumento de Tj ≈ 52 °C → seguro a temperatura ambiente.
Ejemplos de eficiencia
• Vin = 9 V, Iout = 500 mA → Eficiencia ≈ 5/9 = 56%.
• Vin = 12 V, Iout = 500 mA → Eficiencia ≈ 5/12 = 42%.
Por lo tanto, el 7805 funciona mejor para corrientes bajas a moderadas y cuando Vin está cerca de 5 V. Para una mayor potencia o grandes diferencias de entrada-salida, se prefiere un regulador de conmutación por eficiencia.
Aplicaciones del regulador de voltaje 7805
El 7805 sigue siendo popular debido a su simplicidad y rendimiento robusto en una amplia gama de sistemas de bajo consumo. Los casos de uso comunes incluyen:
• Alimentación de placas de microcontrolador: proporciona un riel constante de 5 V para plataformas como placas de desarrollo Arduino, STM32, AVR y PIC. Garantiza un funcionamiento estable incluso cuando la fuente de alimentación proviene de adaptadores de pared o fuentes no reguladas.
• Circuitos analógicos y de sensores: se utilizan para suministrar amplificadores operacionales, ADC y sensores de precisión donde un voltaje limpio y de baja ondulación es importante para la precisión.
• Módulos periféricos de accionamiento: admite cargas pequeñas como relés, módulos LCD y transceptores inalámbricos que requieren un suministro confiable de 5 V.
• Sistemas alimentados por batería: adecuados para paquetes de baterías ≥7 V (como 9 V o 12 V) donde se consumen corrientes moderadas, lo que lo hace útil en circuitos portátiles o sistemas de respaldo.
• Conversiones educativas y de laboratorio: común en configuraciones de banco donde una fuente de 12 V se regula hasta 5 V para la creación de prototipos y proyectos de estudiantes.
Dentro del circuito IC del regulador de voltaje 7805
El CI regulador de voltaje 7805 está diseñado para proporcionar una salida constante de 5 V desde un voltaje de entrada más alto. Su diseño interno combina características de regulación, retroalimentación y seguridad, lo que lo convierte en uno de los reguladores de voltaje más confiables utilizados en electrónica.
Control principal (Q16 – Transistor de paso)
Q16 gestiona el flujo de corriente entre la entrada y la salida. Funciona junto con el circuito de referencia de banda prohibida (sección amarilla), que proporciona un voltaje de referencia estable que no cambia con la temperatura.
Retroalimentación y corrección de errores
Una pequeña parte de la producción se retroalimenta a través de Q1 y Q6. Si el voltaje es demasiado alto o demasiado bajo, generan una señal de error. Esta señal es amplificada por el amplificador de error (sección naranja) y se utiliza para ajustar Q16, manteniendo la salida bloqueada a 5V.
Circuito de inicio (sección verde)
Este circuito asegura que la referencia de banda prohibida se active correctamente cuando se enciende el regulador. Sin él, el CI podría no arrancar. Una vez activo, mantiene estable el proceso de regulación.
Protección incorporada
El 7805 incluye varias características de seguridad:
• Q13 evita el sobrecalentamiento.
• Q19 protege contra un voltaje de entrada excesivo.
• Q14 limita la corriente de salida.
Estos circuitos de protección reducen o apagan la salida cuando es necesario, evitando daños tanto al CI como a los dispositivos conectados.
Divisor de voltaje (sección azul)
El divisor reduce el voltaje de salida para la comparación interna. Esto permite que el regulador realice ajustes finos y mantenga la salida estable bajo diferentes cargas.
Pros y contras del regulador de voltaje 7805
| Ventajas | Desventajas |
|---|---|
| Fácil de usar: solo requiere unos pocos condensadores externos; no se necesita ajuste ni ajuste. | Baja eficiencia en V alto: el exceso de voltaje de entrada se disipa en forma de calor, lo que reduce la eficiencia. |
| Protecciones incorporadas: el cortocircuito, el apagado térmico y la limitación de corriente garantizan un funcionamiento más seguro. | Desafíos térmicos: genera calor significativo a corrientes más altas, a menudo necesitando un disipador de calor. |
| Salida estable y de bajo ruido: proporciona un riel limpio de 5 V adecuado para circuitos lógicos y analógicos. | Voltaje de salida fijo: limitado a +5 V, no adecuado para necesidades de voltaje variable. |
| Rentable y accesible: económico, ampliamente disponible y producido en múltiples tipos de paquetes. | Voltaje de caída (\~2 V) – Necesita al menos \~7 V de entrada para regular correctamente, inadecuado para fuentes de bajo voltaje. |
| Diseño confiable: historial comprobado en productos industriales y de consumo. | Limitaciones de corriente - Normalmente suministra \~1 A; Las cargas más altas requieren reguladores de conmutación. |
Errores comunes que se deben evitar en el regulador de voltaje 7805
• Omitir condensadores de derivación: Los condensadores cerámicos pequeños (0,33 μF en la entrada, 0,1 μF en la salida) son esenciales para evitar oscilaciones. Omitirlos a menudo conduce a una salida inestable o ruidosa.
• Suministro de un voltaje de entrada demasiado bajo: Dado que el 7805 requiere al menos ~ 7 V para regularse, alimentar solo 6-6.5 V da como resultado una regulación deficiente y una salida fluctuante.
• Ignorar la disipación de calor: bajo carga pesada o Vin alto, el regulador puede sobrecalentarse y entrar en apagado térmico, o incluso fallar si no se usa un disipador de calor.
• Infradimensionar el condensador del filtro de entrada: Un condensador a granel pequeño no puede suavizar correctamente la CC rectificada, lo que provoca una ondulación que reduce la estabilidad y puede perturbar los circuitos sensibles.
• Malas prácticas de conexión a tierra: El uso de trazas de tierra largas o delgadas introduce ruido y caídas de voltaje. Asegúrese siempre de tener una conexión a tierra sólida cerca de las clavijas del regulador.
Prueba y resolución de problemas del regulador de voltaje 7805
• Verifique el voltaje de entrada: asegúrese de que el regulador reciba al menos 7 V bajo carga. Si Vin cae por debajo de este nivel, el 7805 no puede regular adecuadamente.
• Mida el voltaje de salida: Con un multímetro, verifique que la salida esté cerca de +5 V. Una desviación significativa puede indicar sobrecarga, sobrecalentamiento o falla del regulador.
• Controlar la temperatura: Las comprobaciones táctiles o un termómetro pueden revelar un sobrecalentamiento. Si el paquete se calienta excesivamente, considere agregar un disipador térmico o reducir la corriente de carga.
• Compare el comportamiento sin carga con el de carga: mida la salida con y sin carga. Una gran caída de voltaje bajo carga sugiere un filtrado de entrada insuficiente, un consumo de corriente excesivo o un dispositivo defectuoso.
• Aísle las fallas quitando la carga: Si se baja la salida o se apaga el regulador, desconecte la carga para probar el regulador de forma independiente. Una salida normal de 5 V sin carga indica que el problema radica en el circuito conectado.
7805 Alternativas para una alta eficiencia
Si bien el 7805 es simple y confiable, su naturaleza lineal desperdicia energía en forma de calor. Para aplicaciones que necesitan una mayor eficiencia o una mayor duración de la batería, las alternativas suelen ser mejores opciones:
Reguladores reductores de conmutación (LM2596, XL4015)
Convertidores reductores que alcanzan una eficiencia del 80-90%, incluso cuando Vin es mucho más alto que 5 V. Son adecuados para alimentar cargas superiores a 500 mA o cuando es fundamental minimizar el calor.
Reguladores de baja caída (LDO), por ejemplo, AMS1117-5.0, LT1763
Estos pueden regularse con Vin solo ~ 0.5-1 V por encima de Vout, lo que los hace útiles cuando el suministro de entrada está cerca de 5 V (por ejemplo, adaptadores de 6 V o paquetes de iones de litio de 2 celdas). La eficiencia mejora cuando Vin-Vout es pequeño.
Enfoque híbrido
Un regulador reductor puede dejar caer primero una entrada alta (por ejemplo, 12 V → 6,5 V), seguida de un 7805 para la regulación final. Esto combina la eficiencia de la regulación de conmutación con la salida de bajo ruido de un regulador lineal.
Módulos listos para usar
Las placas convertidoras reductoras preensambladas son económicas, compactas y, a menudo, no cuestan más que el IC desnudo. Estos son ampliamente utilizados en electrónica de hobby y proyectos de bricolaje para una conversión de energía rápida y eficiente.
Conclusión
El regulador de voltaje 7805 sigue siendo una solución clásica para entregar una potencia limpia y estable de +5 V. Si bien no es el más eficiente para aplicaciones de alta corriente o de entrada amplia, su robustez, facilidad de uso y bajo nivel de ruido lo hacen ideal para innumerables diseños de bajo consumo. Ya sea para prototipos, kits educativos o pequeños sistemas integrados, el 7805 sigue siendo una opción confiable.
Preguntas frecuentes [FAQ]
¿Cuál es el voltaje de entrada máximo para un regulador 7805?
La mayoría de los reguladores 7805 pueden manejar una entrada de hasta 25 V, con algunas variantes de hoja de datos que permiten un máximo absoluto de 30 a 35 V. Sin embargo, correr cerca de este límite genera un exceso de calor, por lo que se recomienda mantenerse dentro de 7-20 V para mayor confiabilidad.
¿Se puede utilizar el 7805 sin condensadores?
Técnicamente sí, pero no es aconsejable. La hoja de datos especifica los condensadores de entrada (0,33 μF) y salida (0,1 μF) colocados cerca de los pines para evitar oscilaciones y mejorar la respuesta transitoria. Omitirlos corre el riesgo de inestabilidad y ruido.
¿Cómo reduzco el calor en un circuito regulador 7805?
El calor es proporcional a (Vin – 5) × Iout. Para minimizarlo, reduzca el voltaje de entrada, use un disipador de calor o empareje el 7805 con un prerregulador de conmutación. Para cargas pesadas, los reguladores de conmutación son mucho más eficientes.
¿El 7805 es adecuado para proyectos alimentados por baterías?
Puede funcionar si la batería está por encima de 7 V, pero la eficiencia será deficiente debido a la disipación lineal. Para dispositivos portátiles, los reguladores de baja caída (LDO) o los convertidores reductores CC-CC suelen ser mejores opciones.
¿Por qué usar un 7805 en lugar de un convertidor reductor?
Si bien es menos eficiente, el 7805 proporciona un ruido y ondulación ultrabajos, lo que lo hace ideal para sensores analógicos, circuitos de audio y módulos de RF. Los convertidores reductores sobresalen en eficiencia, pero a menudo requieren un filtrado adicional para lograr una limpieza de salida comparable.