Frågor om regulator L78XX, vad är det som händer?

[Magnus_K]

I detta fallet rör det sig om regulator L7805 (datablad).

Bakgrund: Tänkte försöka använda en gammal mobilladdare som spänningskälla till mitt labbande. Hittade en passande med output på 5VDC och 700mA. Klippte av adapterpluggen, lödde på två pinnar och kopplade in mig i kopplingsdäcket.
När jag kontrollmätte hade jag nu 5,12VDC vilket jag inte var nöjd med. Vill helst försöka hamna närmre 5V. Kanske inte pga någon speciell anledning i nuläget utan just bara för lärdoms skull.

Experiment med resultat: Det som flög i mig var att använda en 7805 för att reglera ner dom sista 0,12 V.
Jag kopplade upp mig enligt databladet "Application circuit" (saxad bild nedan) och fick till min förvåning ut ca 4,2V. Tyvärr minns jag inte exakt spänning men jag reagerade på att det var förhållandevis mycket lägre än 5V.

Min egna slutsats: Hmm, började jag grubbla och läsa mer i databladet för att förstå vad som händer. Ganska snart förstod jag att jag har passerat "dropout voltage", vilket på denna regulator är 2-2,5V. Just det, skillnaden på Vin och Vout är ju mycket mindre än det så där hade jag nog svaret på min fråga.

Frågor:
Har försökt finna svaret själv men vet inte riktigt vad jag ska leta efter men vad är det som händer när en regulator "droppar ur"?
Kommer den "inaktiva" regulatorn vara ett enda stort motstånd därav spänningsfallet på nästan 1V?
Är problemet mitt val av spänningskälla? Om ja, av vilken anledning?
Hur hade ni gjort för att reglera ner 5,12V till 5V? Kanske använda en justerbar regulator eller en LDO?

7805.PNG

[Retroperra]

En spänningsstabb som en 78/79 behöver en, ska vi kalla det marginal, att reglera från. En 7805 vill förmodligen ha ca 2V över de 5 den ska lämna ut.
Så om du vill ha 5V ut så behöver stabben matas med ca 7V - exakt värde är olika för olika modeller av 78xx.
Men den vill heller inte ha för hög spänning, den har ett ”fönster” inom vilken den kan reglera. Så mata den inte med 50V, då blir den rätt varm.


Du fick ut 5.1V, rätt OK enl. mig. Få regulatorer ligger exakt på millivolten under labbelastning dvs slumpvis kopplande mellan låg belastning, hög belastning, kortslutning, och fritt hängande utan strömuttag.
Vill du ratta fram exakt 5.00V behöver du en annan typ av regulator.

[Swech]

först och främst är 5.12V tillräckligt bra
L7805 är specad till 2% vilket kan ge 5.10V...

Sedan så funkar dessa så att de måste ha 2V marginal för att fungera.
Den skapar en inre referens på 5V, nu när du matar med såpass låg spänning
så blir inte denna spänning 5V, utspänningen blir inte reglerad eftersom
om du höjer spänningen så kämpar referensen upp sig och utspänningen följer med



äääh.... samma svar..
Swech

[Magnus_K]

Jag var nog inte tydlig nog. 5,12V fick jag alltså ut från väggvårtan (mobilladdaren).

Vet inte vad som händer med spänningen direkt från laddaren när jag lägger en belastning på den. Det kan ju mycket väl sluta väldigt nära 5V.
Detta var alltså bara en liten regleringsövning från min sida. Blev nyfiken på om jag tänkt rätt och hur en "inaktiv" regulator fungerar samt hur ni skulle reglera såna här små spänningar.

[4kTRB]

Vill du ha precision bör du titta på en spänningsreferenskontrollerad stabb.
Till exempel figur 23 och 24 i databladet till TL431. Där används en LM317
som också är vanlig och billig.

http://www.ti.com/product/tl431

[Swech]

Eftersom din mobilladdare säkerligen är switchad så kan det
vara interessant att se med ett oscilloskop vad som egentligen kommer ut
Det kan finnas lite spikar på utgående.

Swech

[jesse]

Ganska snart förstod jag att jag har passerat "dropout voltage", vilket på denna regulator är 2-2,5V. Just det, skillnaden på Vin och Vout är ju mycket mindre än det så där hade jag nog svaret på min fråga.

Helt rätt. Bra klurat!

>vad är det som händer när en regulator "droppar ur"?
Det finns massor av olika regulatorer och de är uppbyggda på olika vis. Var och en av dem har ju en snillrik konstruktion som fixar så att man får rätt spänning ut. Beroende på hur den konstruktionen ser ut så finns det också olika villkor för att det ska fungera. I just 7805-fallet så är det en krets byggd av bipolära transistorer. De har koncentrerat sig mer på att den ska ge rätt spänning ut även om inspänningen varierar väldigt mycket, och tyckte antagligen att det var mindre viktigt att det var över 2 volt "drop-out". Det är inte jätteenkelt att reda ut vad som händer, eftersomschemat inte är superenkelt. Så här ser en 7805 ut inuti:

(Länk för mer information: LM7805 PRODUCT DESCRIPTION

>Kommer den "inaktiva" regulatorn vara ett enda stort motstånd därav spänningsfallet på nästan 1V?
Nej, antagligen kommer den att agera mer som flera dioder i serie (mellan Vin och Vut) så länge Vin är för låg för att regleringen ska fungera. Det beror på de bipolära transistorerna. Framför allt Q18 - Q19 - Q20 som behöver spänningsfall på basen för att de ska börja leda. (Och leder då vid 0.6 volt som en diod)

>Är problemet mitt val av spänningskälla? Om ja, av vilken anledning?
Ja, eftersom den är för låg för att 7805 ska fungera. Hade du haft 9 volt in hade det ju varit fullt OK.

>Hur hade ni gjort för att reglera ner 5,12V till 5V? Kanske använda en justerbar regulator eller en LDO?
Även om du hade haft en tillräckligt hög spänning in så hade du antagligen ändå inte fått 7.000 volt ut från 7805. Det beror på att 7805 inte är så noggrann. Det varierar lite mellan exemplaren, och i databladet står det att den ger 5 volt ut, +/- 5% vilket betyder att du kan få vad som helst ut mellan 4.75 och 5.25 volt! Alltså mer fel än vad du redan har!

Hur jag hade gjort beror lite på hur noga det skulle vara och till vad. För det första är din inspänning ganska osäker. Den kanske är 5.12 volt just nu, men om den blir varm eller kall så kanske det plötsligt blir 4.98 volt ut istället för 5.12V. Då kan du ju inte "reglera ner" detta för att få 5.00 volt. Men om vi för enkelhetens skull antar att du har EXAKT 5.12 volt och absolut vill ha 5.00 volt ut så fills det lite olika vägar att gå:

1) sänka spänningen 0.12 volt. Detta gör att utspänningen är helt beroende av inspänningen. Varierar inspänningen så följer utspänningen med och ändras lika mycket (Särskilt med tanke på vad Swech skrivit ovan!). Detta bör man vanligtvis undvika, men det fungerar ibland bra ändå. Just nu kommer jag inte på någon smart lösning att göra det på.. (ska snart gå och dricka té).

2) Skapa en konstgjord referensspänning på exakt 5.00 volt och se till att utspänningen följer denna. Det finns exakta spänningsreferenser att köpa som är på t.ex. 5.00 volt, 2.50 volt eller 1.25 volt. Noggrannheten kan variera (ju bättre desto dyrare!) 1%, 0.5% 0.2% 0.1% noggrannhet går att hitta. Om man inte ska ha mycket ström ut så kan man använda en sådan referens direkt, men en sådan har ju också en viss drop-out-spänning som man måste tänka på.

3) Jag skulle gjort så här om jag ville ha en riktigt proffsig reglering från 5.12 till 5.00 volt:

Först tar jag en spänningsreferens som ger 2.50 volt ut. Denna kopplar jag till ingången på en OP-förstärkare. Andra ingången på OP:n kopplar jag till min "V-ut" via en spänningsdelare med två lika stora motstånd med bra tolerans. Utgången på OP:n kopplar jag till gaten på en P-kanals MOSFET med låg Ron. Mosfeten kopplas mellan Vin (source) och Vout (drain). Tanken är att OP:n jämför utspänningen med referensen och justerar spänningen på basen så att den hela tiden hålls exakt rätt. Det borde bli bra. Jag är dock lite osäker vad gäller risken för oscillationer i denna koppling, orkar inte tänka så långt i kväll.

Hoppas du fick ut något nyttigt av det här!

[Magnus_K]

@4kTRB: LM317 tänker jag testa med nästa gång, har någon liggandes...

@Swech: Jo den är säkert switchad. Därav min fråga om mitt val av spänningskälla var fel "tänk" redan från början.
Dessa spikar, klarar regulatorer generellt av att reglera ner även dessa eller tar dom sig i regel igenom och man får försöka koppla bort dom?
Den frågan kanske var lite för "generell" för att kunna ge ett bra svar på...

Ska läsa ditt inlägg nu jesse. Blev postat medans jag skrev!

[Magnus_K]

Jadu jesse, det var nog det mest genomgående och lärorikaste svar jag någonsin fått här. Tack för att du tog dig tid!

Jag kollade på hur uppbyggnaden av regulatorn såg ut innan jag tänkte resistansmäta mellan pinnarna (för att på något sätt bekräfta min teori) och när det började rinna i mungipan på mig så insåg jag snabbt att mäta här kommer inte i alla fall ge mig något svar...

Till dina tre förslag:

1. Detta tänkte jag också på. Att sänka specifikt 0,12V men slog bort den tanken av samma anledning som ni skriver, att man blir beroende av inspänning.

2. Spänningsreferenser har jag läst om någon gång i tiden men slog mig aldrig i detta sammanhang. Kanske hade varit kul att köpa en sådan för att labba med. Om inte annat kan jag säkert använda den som analog referens till en µC eller nått, vad vet jag.

3. Njo jag säger då det.... Suger lite på den karamellen...

Jag ska testa lite med LM317 som tidigare sades. Det hade också varit kul att labba lite med en spänningsreferens. Får handla någon sån.

Tack än en gång!

[MiaM]

Du har redan fått en del bra förslag, men om du generellt vill ha en enkel 5V-nätdel för labbar med sådant som vill ha 5V så är det "bara" att leta reda på en väggvårta som ger lite högre spänning och använda ihop med 7805-kopplingen du redan byggt. Det kanske (eller kanske inte) är bra med någon ytterligare konding invid 7805-regulatorn.

Välj med fördel en väggvårta som är specad att orka minst lika mycket ström som strömbegränsningen i 7805-regulatorn ligger på, då har du ett hyggligt kortslutningsskydd.

Om du har en klenare väggvårta så kommer det ändå tåla kortare kortslutningar, typ ifall några ledningar råkar kortslutas medan du rör på en labbuppkoppling, men risken är att väggvårtan tar stryk ifall du av misstag kortsluter för länge. (Detta gäller för en "tung" väggvårta med gammal 50Hz-transformator, de som är switchade är i princip alltid kortslutnings/överbelastningsskyddade i sig).

Lämpliga väggvårtor brukar nog gå att hitta på de flesta loppisar eller med lite tur i nåt grovsoprum.

Om du ändå shoppar väggvårtor för några tior på loppis så - beroende på vad du vill labba med - så kanske du också vill köpa typ antingen nån som ger (drygt) 12V AC eller två som ger minst 15V DC, så kan du också bygga en nätdel med 7812 och 7912 för att labba med +/-12V för t.ex. analoga kopplingar med operationsförstärkare. 12V är iofs inte nödvändigt som spänning, de flesta OP har ett rätt stort område de funkar på, men fördelen med 12V är att du också har den spänning som är standard för en del "datorövningar".

En varning ifall du bygger med 7912 är att på den så är kylflänsen inte kopplad till jord. Om den ska dela fläns med något annat så behövs alltså isolering. (Det brukar vara en tunn värmeledande skiva med ett litet skruvhål i, och så en liten bricka som man har mellan skruv och skruvhålet på regulatorn).

[Magnus_K]

Tack för dom förslagen och "att-tänka-på"-arna, MiaM! Det här kommer jag absolut anamma.
Får se om det blir något vettigt av att använda ett nätagg från en dator också.
Bara kul att koppla runt lite och se vad man trivs med.

[MiaM]

Ja, nätagg från en dator ihop med din 7805-koppling kan nog funka bra!

[Magnus_K]

3) Jag skulle gjort så här om jag ville ha en riktigt proffsig reglering från 5.12 till 5.00 volt:

Först tar jag en spänningsreferens som ger 2.50 volt ut. Denna kopplar jag till ingången på en OP-förstärkare. Andra ingången på OP:n kopplar jag till min "V-ut" via en spänningsdelare med två lika stora motstånd med bra tolerans. Utgången på OP:n kopplar jag till gaten på en P-kanals MOSFET med låg Ron. Mosfeten kopplas mellan Vin (source) och Vout (drain). Tanken är att OP:n jämför utspänningen med referensen och justerar spänningen på basen så att den hela tiden hålls exakt rätt. Det borde bli bra. Jag är dock lite osäker vad gäller risken för oscillationer i denna koppling, orkar inte tänka så långt i kväll.

Hoppas du fick ut något nyttigt av det här!

Har så förbannat svårt att släppa saker och ting innan jag testat själv...
Jag hittade en spänningsreferens på 5V hemma och klurade vidare på det här otestade förslaget. Har någon lust att förklara varför jag inte bör mata OP'n med en 5V ref och strunta i spänningsdelningen?
Min egna teori är att genom att göra som jesse föreslår så kan man även reglera upp spänningen om den skulle droppa under 5V, det går inte med en 5V-ref. Men det är min egna teori det...

Ja just det, sen undrar jag vad som klassas som "bra" Ron?
Har läst lite om Ron och det verkar ju som om många parametrar påverkar detta värde samt att första databladet jag tittade i specar inte det här, så jag är lite kluven hur man ska tänka.

EDIT: Måste läsa med om Ron...

[mrfrenzy]

vad står i databladet för din spänningsref om lägsta Vin?

[sodjan]

Framgick det varför 5.12V inte var bra nog?

Om du nu *måste* komma närmare 5.0V och dessutom kanske kunna
justera spänningen, så finns det ingen som helst anledning att
utgå från en 5V batterieliminator, börja med 9V eller 12V och ta
en justerbar stabb, det finns billiga stabbar som liknar 78-serien
men som är byggda för att vara justerbara.

Att försöka bygga en reglering från 5.12V till 5.0V "bara för att"
är kollosalt onödigt.