Le régulateur de tension 7805 est l’un des régulateurs linéaires les plus utilisés pour générer une alimentation stable de +5 V. Connu pour sa simplicité, sa fiabilité et ses protections intégrées, il reste un choix de confiance. Des cartes de microcontrôleurs aux circuits de capteurs, le 7805 garantit des performances constantes dans les projets électroniques éducatifs et professionnels.
Qu’est-ce que le régulateur de tension 7805 ?
Le 7805 est un régulateur linéaire classique à sortie fixe qui délivre +5 V à partir d’une tension d’entrée plus élevée. Il appartient à la famille 78xx, où « xx » désigne la tension régulée. Avec seulement trois broches (IN, GND, OUT), il est facile à intégrer dans des circuits sans exigences de conception avancées. Sa popularité provient du fait qu’il est robuste, peu coûteux et fabriqué par presque toutes les grandes entreprises de semi-conducteurs, ce qui garantit une compatibilité broche à broche entre les fournisseurs.
Il est le plus souvent fourni dans le boîtier TO-220 pour les conceptions traversantes, mais des options de montage en surface telles que SOT-223 et D²PAK (TO-263) sont disponibles pour les circuits imprimés compacts. Alors que le 7805 est conçu pour les rails +5 V, des appareils similaires tels que le 7806 (+6 V), le 7809 (+9 V) et le 7905 (-5 V) élargissent la même famille. Les régulateurs réglables comme le LM317 servent lorsque des tensions non standard sont requises.
Caractéristiques du régulateur de tension 7805
• Mise en œuvre simple : n’a besoin que de petits condensateurs d’entrée et de sortie pour la stabilité.
• Variateur de courant décent : fournit ~1 A en continu ; jusqu’à 1,5 A de crête avec un dissipateur thermique approprié.
• Protection intégrée : la limitation de courant, l’arrêt thermique et la compensation de la zone de sécurité sont intégrés.
• Tolérance aux pannes : survit aux courts-circuits, aux surcharges et aux surchauffes.
• Chute modérée : En général, ~2 V, donc l’entrée doit rester ≥7 V.
• Large température de fonctionnement : Conçu pour les gammes commerciales et industrielles, jusqu’à ~125 °C selon l’emballage.
Spécifications techniques du régulateur de tension 7805
| Paramètre | Valeur / Gamme | Remarques |
|---|---|---|
| Tension de sortie | 5 V (fixe) ±4 % typique | Certains fournisseurs garantissent ±2 % |
| Tension d’entrée (recommandée) | 7 à 25 V | Permet de laisser tomber + ondulation pour la tête |
| Tension d’entrée (max.) | 25 à 35 V (spécifique au fournisseur) | Absolute max, vérifier la fiche technique |
| Courant de sortie | \~1 Un continu | Limité thermiquement, dépendant du paquet |
| Courant de repos | \~5 mA | Légère vidange en veille |
| Tension de chute | \~2 V | Plus bas à faible charge, plus haut à 1 A |
| Condensateurs (bypass) | 0,33 μF (ENTRÉE), 0,1 μF (SORTIE) | Placer à proximité des broches du régulateur |
| Régulation de ligne | 3 à 7 mV/V typique | Changement de Vout par étape |
| Régulation de la charge | 25 à 50 mV (0 à 1 A) | Changement de Vout de zéro à pleine charge |
| PSRR | \~62–70 dB @ 100 Hz | Forte réjection de l’ondulation/bruit |
| Ondulation/bruit de sortie | \~40–80 μV rms | Plus bas que la plupart des alimentations à découpage |
Brochage du régulateur de tension 7805
| Épingler | Nom | Descriptif |
|---|---|---|
| 1 | DANS | Entrée CC non régulée (≥7 V) |
| 2 | GND | Chemin de retour à la terre |
| 3 | SORTIE | Sortie régulée +5 V |
Alimentation 5 V typique à l’aide du 7805
Une chaîne de régulateur standard de 12 V à 5 V ressemble souvent à ceci :
• Transformateur abaisseur – Réduit le courant alternatif du secteur (110/220 V) à un niveau plus sûr de ~12 V CA.
• Bridge Redresseur – Convertit le courant alternatif en courant continu pulsé à l’aide de quatre diodes.
• Condensateur de filtre en vrac – Un grand condensateur électrolytique (généralement 1000 μF/25 V) lisse la forme d’onde redressée en un courant continu plus stable.
• 7805 Régulateur IC – Régule le courant continu lissé et fixe la tension avec précision à +5 V.
• Condensateurs de dérivation – Un condensateur céramique de 0,33 μF à l’entrée et de 0,1 μF à la sortie empêchent les oscillations et améliorent la réponse transitoire.
• Composants de protection - Fusible pour la sécurité contre les surcharges, diode d’inversion de polarité à travers l’entrée/sortie pour protéger contre la décharge en cas d’effondrement de l’entrée, et suppresseur de surtension en option pour les pointes de courant.
Cette configuration est présente dans les cartes Arduino, les modules de capteurs et les petits systèmes embarqués. Par exemple, un Arduino UNO alimenté par un adaptateur mural 12 V utilise le 7805 en interne pour fournir un rail 5 V régulé pour ses circuits logiques et périphériques.
Principe de fonctionnement du régulateur de tension 7805
En interne, le 7805 intègre trois blocs clés : une référence 5 V, un amplificateur d’erreur et un transistor passe-série. L’amplificateur d’erreur surveille en permanence la sortie par rapport à la référence et ajuste la conduction de l’élément de passe.
• Lorsque la sortie chute : le transistor passe-passe est entraîné plus fort, ce qui permet à plus de courant de circuler et de ramener la tension à 5 V.
• Lorsque la sortie augmente : la résistance effective du transistor augmente, ce qui réduit le flux de courant et fait baisser la tension.
Ce système de rétroaction en boucle fermée maintient une sortie stable de +5 V avec une bonne régulation de la ligne et de la charge, tout en minimisant le bruit par rapport aux alimentations non régulées.
Le compromis est l’inefficacité : l’excès de tension est dissipé sous forme de chaleur. La perte de puissance est donnée par :
Ploss = (Vin − 5) × Iout
Cela rend le 7805 simple et fiable, mais moins efficace lorsque la tension d’entrée est bien supérieure à 5 V ou lors de la fourniture de courants plus élevés.
Considérations thermiques et d’efficacité
Le 7805 régule la tension en dissipant l’énergie excédentaire sous forme de chaleur. La puissance perdue est de :
Pheat = (Vin − 5) × Iout
La gestion thermique est donc un facteur de conception clé, en particulier lorsque la tension d’entrée est beaucoup plus élevée que 5 V ou que le courant de charge est important.
Valeurs de résistance thermique
• Boîtier TO-220 : RθJA ≈ 50–65 °C/W (sans dissipateur thermique), RθJC ≈ 5 °C/W.
• Boîtier SOT-223 : RθJA ≈ 90–110 °C/W (diffusion limitée de la chaleur).
• Avec dissipateur thermique : RθJA peut s’améliorer à 10-20 °C/W selon la taille et le débit d’air.
Directives relatives au dissipateur thermique
• Se fixe à des dissipateurs thermiques en aluminium ou à un châssis métallique pour une meilleure dissipation.
• Utilisez de la graisse thermique ou des tampons isolants pour réduire la résistance de l’interface.
• Assurez-vous d’un bon débit d’air si la dissipation dépasse ~5 W.
Exemple travaillé
Pour Vin = 12 V, Iout = 0,5 A :
Heat = (12 − 5) × 0,5 = 3,5 W
• Sans dissipateur thermique (RθJA = 50 °C/W) : l’élévation de Tj ≈ 175 °C → dangereuse.
• Avec dissipateur thermique (RθJA = 15 °C/W) : l’élévation de Tj ≈ 52 °C → sûr à température ambiante.
Exemples d’efficacité
• Vin = 9 V, Iout = 500 mA → Efficacité ≈ 5/9 = 56 %.
• Vin = 12 V, Iout = 500 mA Efficacité → ≈ 5/12 = 42 %.
Ainsi, le 7805 fonctionne mieux pour les courants faibles à modérés et lorsque le Vin est proche de 5 V. Pour une puissance plus élevée ou de grandes différences d’entrée-sortie, un régulateur à découpage est préféré pour son efficacité.
Applications du régulateur de tension 7805
Le 7805 reste populaire en raison de sa simplicité et de ses performances robustes sur une large gamme de systèmes à faible consommation. Les cas d’utilisation courants incluent :
• Alimentation des cartes de microcontrôleur – Fournit un rail 5 V stable pour les plates-formes telles que les cartes de développement Arduino, STM32, AVR et PIC. Il assure un fonctionnement stable même lorsque l’alimentation d’entrée provient d’adaptateurs muraux ou de sources non régulées.
• Circuits analogiques et de capteurs – Utilisés pour alimenter des amplificateurs opérationnels, des convertisseurs analogiques analogiques et des capteurs de précision où une tension nette et à faible ondulation est importante pour la précision.
• Pilotage de modules périphériques – Prend en charge de petites charges telles que les relais, les modules LCD et les émetteurs-récepteurs sans fil qui nécessitent une alimentation fiable de 5 V.
• Systèmes alimentés par batterie – Convient aux batteries de ≥7 V (comme 9 V ou 12 V) où des courants modérés sont consommés, ce qui le rend utile dans les circuits portables ou les systèmes de secours.
• Conversions en laboratoire et à l’enseignement – Courantes dans les configurations de paillasse où une source de 12 V est régulée jusqu’à 5 V pour le prototypage et les projets d’étudiants.
À l’intérieur du circuit intégré du régulateur de tension 7805
Le circuit intégré du régulateur de tension 7805 est conçu pour fournir une sortie stable de 5 V à partir d’une tension d’entrée plus élevée. Sa conception interne combine des fonctions de régulation, de rétroaction et de sécurité, ce qui en fait l’un des régulateurs de tension les plus fiables utilisés en électronique.
Commande principale (Q16 – Transistor passe-passe)
Q16 gère le flux de courant entre l’entrée et la sortie. Il fonctionne avec le circuit de référence à bande interdite (section jaune), qui fournit une tension de référence stable qui ne change pas avec la température.
Rétroaction et correction d’erreurs
Une petite partie de la production est réinjectée au cours des T1 et T6. Si la tension est trop élevée ou trop basse, ils génèrent un signal d’erreur. Ce signal est amplifié par l’amplificateur d’erreur (section orange) et utilisé pour ajuster Q16, en maintenant la sortie verrouillée à 5V.
Circuit de démarrage (section verte)
Ce circuit garantit que la référence de bande interdite s’active correctement lorsque le régulateur se met sous tension. Sans lui, le circuit intégré peut ne pas démarrer. Une fois actif, il maintient le processus de régulation stable.
Protection intégrée
Le 7805 comprend plusieurs caractéristiques de sécurité :
• Q13 empêche la surchauffe.
• Q19 protège contre une tension d’entrée excessive.
• Q14 limite le courant de sortie.
Ces circuits de protection réduisent ou arrêtent la sortie si nécessaire, évitant ainsi d’endommager à la fois le circuit intégré et les appareils connectés.
Diviseur de tension (section bleue)
Le diviseur réduit la tension de sortie pour une comparaison interne. Cela permet au régulateur d’effectuer des réglages fins et de maintenir la sortie stable sous différentes charges.
Avantages et inconvénients du régulateur de tension 7805
| Avantages | Inconvénients |
|---|---|
| Simple à utiliser - Ne nécessite que quelques condensateurs externes ; Aucun réglage ou réglage n’est nécessaire. | Faible rendement à un VIN élevé - L’excès de tension d’entrée est dissipé sous forme de chaleur, ce qui réduit l’efficacité. |
| Protections intégrées - Les courts-circuits, l’arrêt thermique et la limitation de courant garantissent un fonctionnement plus sûr. | Défis thermiques - Génère une chaleur importante à des courants plus élevés, nécessitant souvent un dissipateur thermique. |
| Sortie stable et à faible bruit - Fournit un rail 5 V propre adapté aux circuits logiques et analogiques. | Tension de sortie fixe - Limitée à +5 V, ne convient pas aux besoins de tension variable. |
| Rentable et accessible – Peu coûteux, largement disponible et produit dans plusieurs types d’emballages. | Tension de chute (\~2 V) - Nécessite une entrée d’au moins \~7 V pour réguler correctement, inadapté aux sources basse tension. |
| Conception fiable – Expérience éprouvée dans les produits de consommation et industriels. | Limitations de courant - Fournit généralement\~1 A ; Des charges plus élevées nécessitent des régulateurs à découpage. |
Erreurs courantes à éviter dans le régulateur de tension 7805
• Omission des condensateurs de dérivation : De petits condensateurs céramiques (0,33 μF à l’entrée, 0,1 μF à la sortie) sont essentiels pour éviter les oscillations. Les sauter conduit souvent à une sortie instable ou bruyante.
• Fournir une tension d’entrée trop faible : Étant donné que le 7805 nécessite au moins ~7 V pour réguler, une alimentation de seulement 6 à 6,5 V entraîne une mauvaise régulation et une sortie fluctuante.
• Ignorer la dissipation de chaleur : En cas de charge lourde ou de vin élevé, le régulateur peut surchauffer et entrer en arrêt thermique, voire tomber en panne si aucun dissipateur thermique n’est utilisé.
• Sous-dimensionnement du condensateur de filtre d’entrée : Un petit condensateur en vrac ne peut pas lisser correctement le courant continu redressé, provoquant une ondulation qui réduit la stabilité et peut perturber les circuits sensibles.
• Mauvaises pratiques de mise à la terre : L’utilisation de pistes de terre longues ou fines introduit du bruit et des chutes de tension. Assurez-vous toujours d’une connexion à la terre solide à proximité des broches du régulateur.
Test et dépannage du régulateur de tension 7805
• Vérifiez la tension d’entrée : Assurez-vous que le régulateur est alimenté avec au moins 7 V en charge. Si Vin s’affaisse en dessous de ce niveau, le 7805 ne peut pas réguler correctement.
• Mesurer la tension de sortie : Avec un multimètre, vérifiez que la sortie est proche de +5 V. Un écart significatif peut indiquer une surcharge, une surchauffe ou une défaillance du régulateur.
• Surveillez la température : Des vérifications tactiles ou un thermomètre peuvent révéler une surchauffe. Si le boîtier chauffe excessivement, envisagez d’ajouter un dissipateur thermique ou de réduire le courant de charge.
• Comparez le comportement à vide et le comportement à la charge : mesurez la sortie avec et sans charge. Une chute de tension importante sous charge suggère un filtrage d’entrée insuffisant, une consommation de courant excessive ou un appareil défaillant.
• Isolez les défauts en retirant la charge : Si la sortie est tirée vers le bas ou si le régulateur s’arrête, débranchez la charge pour tester le régulateur indépendamment. Une sortie normale de 5 V à vide indique que le problème réside dans le circuit connecté.
Alternatives 7805 pour une efficacité élevée
Bien que le 7805 soit simple et fiable, sa nature linéaire gaspille de l’énergie sous forme de chaleur. Pour les applications nécessitant une efficacité plus élevée ou une durée de vie de batterie plus longue, les alternatives sont souvent de meilleurs choix :
Régulateurs abaisseurs à découpage (LM2596, XL4015)
Convertisseurs abaisseurs qui atteignent un rendement de 80 à 90 %, même lorsque le Vin est bien supérieur à 5 V. Ils sont bien adaptés pour alimenter des charges supérieures à 500 mA ou lorsqu’il est essentiel de minimiser la chaleur.
Régulateurs à faible chute (LDO) - par exemple, AMS1117-5.0, LT1763
Ceux-ci ne peuvent réguler avec Vin que ~0,5–1 V au-dessus de Vout, ce qui les rend utiles lorsque l’alimentation d’entrée est proche de 5 V (par exemple, des adaptateurs 6 V ou des packs Li-ion à 2 cellules). L’efficacité s’améliore lorsque Vin-Vout est petit.
Approche hybride
Un régulateur abaisseur peut d’abord laisser tomber une entrée élevée (par exemple, 12 V → 6,5 V), suivie d’un 7805 pour le réglage final. Cela combine l’efficacité de la régulation à découpage avec la sortie silencieuse d’un régulateur linéaire.
Modules prêts à l’emploi
Les cartes de conversion abaisseur pré-assemblées sont peu coûteuses, compactes et ne coûtent souvent pas plus cher que le circuit intégré nu. Ceux-ci sont largement utilisés dans l’électronique de loisir et les projets de bricolage pour une conversion de puissance rapide et efficace.
En conclusion
Le régulateur de tension 7805 reste une solution classique pour fournir une alimentation +5 V propre et stable. Bien qu’il ne soit pas le plus efficace pour les applications à courant élevé ou à large entrée, sa robustesse, sa facilité d’utilisation et son faible bruit le rendent idéal pour d’innombrables conceptions à faible consommation. Qu’il s’agisse de prototypes, de kits éducatifs ou de petits systèmes embarqués, le 7805 continue d’être un choix fiable.
Foire aux questions [FAQ]
Quelle est la tension d’entrée maximale d’un régulateur 7805 ?
La plupart des régulateurs 7805 peuvent gérer une entrée allant jusqu’à 25 V, certaines variantes de la fiche technique autorisant un maximum absolu de 30 à 35 V. Cependant, un fonctionnement proche de cette limite génère un excès de chaleur, il est donc recommandé de rester dans une tension comprise entre 7 et 20 V pour plus de fiabilité.
Le 7805 peut-il être utilisé sans condensateurs ?
Techniquement oui, mais ce n’est pas conseillé. La fiche technique spécifie les condensateurs d’entrée (0,33 μF) et de sortie (0,1 μF) placés à proximité des broches pour éviter les oscillations et améliorer la réponse transitoire. Sauter ceux-ci risque d’être instable et bruyant.
Comment puis-je réduire la chaleur dans un circuit de régulateur 7805 ?
La chaleur est proportionnelle à (Vin – 5) × Iout. Pour la minimiser, réduisez la tension d’entrée, utilisez un dissipateur thermique ou associez le 7805 à un pré-régulateur de découpage. Pour les charges lourdes, les régulateurs à découpage sont beaucoup plus efficaces.
Le 7805 est-il adapté aux projets alimentés par batterie ?
Cela peut fonctionner si la batterie est supérieure à 7 V, mais l’efficacité sera médiocre en raison de la dissipation linéaire. Pour les appareils portables, les régulateurs à faible chute (LDO) ou les convertisseurs abaisseurs DC-DC sont généralement de meilleurs choix.
Pourquoi utiliser un 7805 au lieu d’un convertisseur abaisseur ?
Bien que moins efficace, le 7805 offre un bruit et une ondulation ultra-faibles, ce qui le rend idéal pour les capteurs analogiques, les circuits audio et les modules RF. Les convertisseurs abaisseurs excellent en termes d’efficacité, mais ils nécessitent souvent un filtrage supplémentaire pour obtenir une propreté de sortie comparable.