El 78xx es una familia de reguladores de voltaje positivo integrados lineales de tres terminales de primera generación . La familia base 78xx incluye microcircuitos para nueve voltajes de salida fijos de +5 a +24 voltios, indicados por códigos de cuatro dígitos 7805, 7806 ... 7824 (el tercer y cuarto carácter son el voltaje de salida). El IC μA78G (sin sufijo digital) es un regulador de voltaje ajustable de cuatro pines para +5 ... +30 V. El voltaje de entrada permitido está limitado a +35 V (40 V para 7824), la corriente de salida permitida del IC en el paquete TO-220 está limitado a 1 A. El circuito tiene una protección incorporada contra sobrecalentamiento y una protección incorporada de un solo lado del transistor de salida contra sobrecargas.
Hay una familia 79xx relacionada para reguladores de voltaje negativo. Los circuitos integrados 78xx y 79xx se pueden usar juntos para proporcionar voltajes de suministro tanto positivos como negativos en el mismo circuito.
Los primeros circuitos integrados de esta familia fueron lanzados a principios de la década de 1970 por Fairchild Semiconductor con las designaciones μA7805 ... μA7824, y fueron un desarrollo del LM109 IC de Robert Widlar . Posteriormente, varios fabricantes dominaron el lanzamiento de 78xx. Actualmente (2012), además de la familia básica 7805, sus variantes para corrientes de salida más altas y más bajas (78xxM, 78xxL y otras) se producen en paquetes TO-220, TO-92, SOP8L, D2PAK.
Los circuitos integrados bipolares de la familia 78xx se fabrican utilizando tecnología epitaxial plana , optimizada para la producción de transistores de salida de alta potencia. El IC utiliza transistores npn de alta potencia y baja corriente, transistores pnp laterales (en la fuente de corriente), un transistor pnp de sustrato (en el amplificador de error), diodos zener de superficie (diodos Zener) y resistencias que van desde 0,2 ohmios (corriente de salida sensor) a 20 K. Una sola capa de aluminio , que conecta estos componentes, tiene un espesor de hasta 1 micra. El área del chip depende de la corriente de salida máxima: los cristales de serie militar "grandes" para corrientes de 1-1,5 A tienen un tamaño de 1,6 × 1,7 mm (67 × 73 mils ) o 2 × 2 mm (80 × 80 milésimas de pulgada ) con un espesor de 0,3 mm (12 milésimas de pulgada) [1]
Todos los circuitos integrados de la familia se construyen de acuerdo con el mismo esquema estabilizador de compensación. Los diagramas esquemáticos de circuitos integrados para diferentes voltajes difieren en el valor de la resistencia superior en el divisor de voltaje de salida, los diagramas de circuitos de circuitos integrados para diferentes corrientes de salida difieren en la resistencia del sensor de corriente de salida (de 0,2 a 2 ohmios). Los valores de otras resistencias en circuitos integrados de diferentes subfamilias de diferentes fabricantes pueden diferir de manera insignificante. La representación gráfica de los diagramas de circuitos suele estar extremadamente simplificada. Un transistor de circuito en realidad puede consistir en muchas estructuras de transistores conectadas en paralelo, una resistencia: varias resistencias conectadas en serie y puentes de diodo zener de proceso conectados en paralelo con ellos . Los diagramas generalmente no indican los parámetros más importantes de los transistores "analógicos": las áreas relativas de sus uniones de emisores.
El elemento regulador (de paso) del circuito es un transistor Darlington compuesto de estructura npn (T15, T16), conectado por un seguidor de emisor , una fuente de voltaje de referencia es una banda prohibida según un circuito de Widlar modificado. La retroalimentación de voltaje se cierra a través de un divisor de voltaje (R20, R21) conectado entre el cable común y la salida del circuito. La resistencia inferior de este divisor (R21) suele ser de 4 kΩ, la superior (R20, de 1 a 21 kΩ) depende de la tensión de estabilización (de 5 a 24 V). El amplificador de error compara el voltaje en el punto medio del divisor con el voltaje en la salida de la banda prohibida; si el voltaje en el punto medio se desvía del valor deseado (+4,0 V, y en baja potencia IS 78Lxx 2,5 V), entonces el amplificador corrige la corriente del transistor de salida derivando una fuente de corriente estable a T11.
En los circuitos integrados de potencia de las subfamilias 78xx, 78Mxx y similares, se implementa un circuito de un solo lado para proteger los transistores de salida para que no salgan del área de operación segura (OBR) en términos de corriente y voltaje. Con pequeñas caídas de tensión entre la entrada y la salida (hasta 10 V), el transistor T14 funciona en modo limitador de corriente: si la caída de tensión en el sensor (R16) supera aproximadamente los 0,6 V (tensión en la unión base-emisor abierta, U be ), T14 abre suavemente y desvía (pero no interrumpe) la corriente de base del transistor regulador. Para grandes caídas de voltaje entre la entrada y la salida, el umbral de corriente disminuye linealmente. Dado que el umbral Ube disminuye al aumentar la temperatura, el umbral de respuesta también disminuye al aumentar la temperatura. En los circuitos integrados de baja potencia de la subfamilia 78Lxx, el voltaje de entrada y salida no se tiene en cuenta, el circuito de protección reacciona solo a la corriente de salida.
El circuito de protección contra sobrecalentamiento está ubicado "aguas arriba" y funciona independientemente de la protección OBR: a una temperatura del cristal de aproximadamente +125 ° C, el voltaje en las uniones del emisor conectadas en serie T2, T3 cae tanto que el circuito de protección intercepta el control de el transistor de salida, y el voltaje de salida cae.
El diodo de sustrato incorporado protege el circuito del efecto de la corriente inversa que fluye de la salida a la entrada durante el apagado normal del dispositivo, por lo que generalmente no es necesario proteger el microcircuito con un diodo inverso externo. Algunos fabricantes especifican explícitamente las características del diodo de rueda libre incorporado: por ejemplo, en la familia de circuitos integrados NCP7800, la resistencia óhmica del circuito inverso es de 1 Ω y la corriente inversa limitante en un pulso corto (varios ms) no debe supere los 5 A ( no se especifica el flujo de corriente inversa de CC). Este margen puede no ser suficiente si el circuito de entrada se cortocircuita instantáneamente, por ejemplo, cuando se activa la protección del tiristor de la fuente de alimentación. En los circuitos en los que es posible dicho cortocircuito y en los que se conectan capacitancias significativas a la salida del IC 78xx, es necesario proteger los microcircuitos con diodos externos de conexión inversa.
No hay protección contra sobretensiones de entrada. El exceso de voltaje de entrada puede mitigarse al incluir una resistencia de balasto en la entrada del IC 78xx, siempre que la corriente mínima que fluye a través de esta resistencia en las peores condiciones sea suficiente para que el voltaje en la entrada del IC nunca supere el máximo permitido.
Caída de tensión mínima U pd.min. entre la entrada y la salida del 78xx, en el que el circuito permanece operativo, es igual a la suma de las caídas de voltaje en los cuatro componentes del circuito, dos de los cuales controlan la corriente de salida y los otros dos pasan directamente la corriente de salida a través de ellos:
Despreciando el primer componente (U ke.nas. T11), podemos asumir que a la máxima corriente de operación U pd.min. igual a tres Ube , ya corrientes muchas veces menores que la corriente límite: dos Ube . Cada uno de estos Ube aumenta de forma no lineal con el aumento de la corriente y disminuye linealmente con el aumento de la temperatura. Lo mejor en términos de minimización de U pd.min. las condiciones se observan a corrientes de salida bajas y a la temperatura máxima permitida (+125 ° C) - bajo estas condiciones U pd.min. es de aproximadamente 1,0 V. En las peores condiciones (corriente máxima a temperatura mínima) U pd.min. oscila entre 2,0 y 2,5 V. Son estos, los peores, el valor de U pd.min. y se dan en breves datos de referencia.
En la documentación de los fabricantes estadounidenses, el parámetro V do ( voltaje de caída en inglés , análogo de U pd.min. ) se puede definir de diferentes maneras. Normalmente, V do se define como la caída de voltaje de entrada-salida en la que el voltaje de salida cae 100 mV por debajo del voltaje de estabilización normal para una temperatura y/o corriente dadas, es decir, ya en el modo de falla de estabilización.
Las opciones más comunes son: 7805, 7806, 7808, 7809, 7810, 7812, 7815, 7818 y 7824. Las más utilizadas son la 7805, ya que permiten alimentar la mayoría de componentes TTL . Algunos fabricantes también producen opciones menos comunes, por ejemplo, National Semiconductor fabrica LM78Mxx (500 mA) y LM78Lxx (100 mA) de baja potencia . También hay versiones con un voltaje ligeramente diferente: LM78L62 (6,2 voltios) y LM78L82 (8,2 voltios).
A pesar de los nombres similares, cabe señalar que los dispositivos LM78S40 fabricados por National Semiconductor no forman parte de la familia 78xx, ya que tienen un circuito diferente. Se utilizan en fuentes de alimentación conmutadas y no son reguladores lineales como los dispositivos de la serie 78xx. El 7803SR de Datel es en realidad un regulador de conmutación llave en mano diseñado como un reemplazo llave en mano para el 78xx IC y no es parte de la serie. Otros fabricantes también producen análogos funcionales de esta serie de estabilizadores en forma de módulos de conmutación de estabilizadores de voltaje reductores y, por regla general, su nombre contiene la secuencia "78". Por ejemplo, la serie R-78xx [2] de RECOM Group, AMSR-78 [3] de Aimtec, K78xx-500 [4] de Mornsum, etc.
Se produjeron microcircuitos similares en la Unión Soviética. Los primeros en nacer fueron los microcircuitos en caja de metal-cerámica con terminales chapados en oro de la serie 142ENxx. Estaban destinados a su uso en condiciones climáticas adversas, es decir, en equipos militares. Por ejemplo, 142EN- se instalaron en tableros de misiles guiados antitanque 9K11 "Malyutka" desarrollados en 1960.
En la década de 1980, aparecieron sus contrapartes "civiles": la serie KR142ENxx en cajas de plástico KT-28-2 ( TO-220 ), similar a la serie 78xx. Y en la década de 2000, comenzó la producción de estabilizadores de baja potencia (500 mA) de la serie KR1332ENxx, similar a la serie 78Mxx, y estabilizadores de micropotencia (100 mA) de la serie KR1157ENxx, KR1181ENxx, similar a la serie 78Lxx. A diferencia de los microcircuitos de la serie 78xx, el sistema de nombres de los análogos domésticos de los microcircuitos es menos conveniente para la memorización mnemotécnica (por ejemplo, un estabilizador de 5V 3A tiene el nombre (K) 142EN5A, un estabilizador de 15V 1.5A tiene la designación 142EN8V, un estabilizador de 9V 1A estabilizador - 142EN8G.
Los microcircuitos de estabilizadores de la serie 142EN se producen para el siguiente rango de voltajes: 5 (K142EN5A, EN5V), 6 (EN5B, EN5G), 8, 9 (EN8A, EN8G), 12 (EN8B, EN8D), 15 (EN8V, EN8E), 18, 20, 24 y 27 V. El lanzamiento continúa en Rusia.