Распиновка стабилизаторов 7805, 7905, LM317, AMS1117

Распиновка 7805, 7905, LM317 и LM337 в TO-220

Корпус одинаковый, а назначение выводов у всех четырёх микросхем разное. Общее только то, что фланец с отверстием под винт соединён с выводом 2; в даташитах onsemi так и написано: поверхность теплоотвода соединена с выводом 2. У 7805 это общий провод, у LM317 — выход, у 7905 и LM337 — вход.

В корпусе D²PAK (TO-263) порядок выводов тот же, но средний вывод укорочен или срезан: его роль играет фланец, который припаивают к плате.

Сводная таблица: выводы и фланец

Выводы пронумерованы слева направо, если смотреть на маркировку выводами вниз; у TO-92 — на плоскую грань, у SOT-223 и D-PAK фланец при этом сверху. ¹ ST нумерует выводы LM317L в TO-92 иначе: средний (OUT) — 3, правый (IN) — 2; TI номеров для этого корпуса не даёт. Восьмивыводные корпуса SOIC-8 — в разделе о маломощных стабилизаторах.

Как найти первый вывод

TO-220 и D²PAK

Положите стабилизатор маркировкой к себе, выводами вниз — отверстие во фланце окажется сверху. Вывод 1 — левый, 2 — средний, 3 — правый. Именно так, видом спереди, TO-220 нарисован в даташите TI на LM337-N. У ST и в других даташитах TI (LM317, LM337, LM1117) тот же вид повёрнут выводами вправо и подписан «top view» — вид сверху, со стороны маркировки; вывод 1 на таком рисунке нижний.

Обратная сторона TO-220 — металлическая пластина. Если смотреть на стабилизатор с этой стороны, например когда он уже прикручен к радиатору у края платы, слева окажется вывод 3. Путаница вида спереди и сзади — частая причина ошибок при монтаже навесом и при рисовании посадочного места по фотографии.

TO-92

Маломощные стабилизаторы в TO-92 держат плоской гранью с маркировкой к себе, выводами вниз: вывод 1 — левый. ST и TI в даташитах на 78L05 и LM317L обычно рисуют вид снизу, со стороны выводов: плоская грань на таком рисунке сверху, а порядок слева направо совпадает с видом на плоскую грань.

SOT-223 и D-PAK

Корпуса для поверхностного монтажа рисуют сверху. Положите микросхему маркировкой вверх и поверните широким фланцем от себя: из трёх выводов, обращённых к вам, вывод 1 — левый. Фланец SOT-223 считается четвёртым выводом и соединён со средним выводом 2. У D-PAK, он же TO-252, средний вывод укорочен; в рекомендованном onsemi посадочном месте для него даже нет площадки — соединение идёт через припаянный фланец.

7805 и серия 78xx

Распиновка одинакова для всей серии, от 7805 до 7824, и у разных производителей: у L7805 от ST и MC7805 от onsemi вывод 1 — вход, 2 — общий, 3 — выход, фланец — общий провод. Так и в TO-220, и в SMD-корпусах D-PAK и D²PAK.

Раз фланец 78xx соединён с общим проводом, стабилизатор можно прикрутить без изоляции к радиатору, соединённому с общим проводом, или к заземлённому корпусу прибора. Несколько 78xx тоже ставят на один радиатор без прокладок: все фланцы под одним потенциалом.

Входное напряжение должно быть выше выходного с запасом: onsemi требует, чтобы вход оставался выше выхода примерно на 2 В даже в нижней точке пульсаций, у ST типичное минимальное падение на стабилизаторе — 2 В при токе 1 А. Как посчитать потери и нужен ли радиатор — в разделе «Источники питания» и в калькуляторе радиатора.

7905 и серия 79xx: другой порядок и фланец на входе

Отрицательный 7905 внешне не отличить от 7805, но выводы у него другие: 1 — общий провод, 2 — вход, 3 — выход. И главное — фланец соединён не с общим проводом, а со входом, на котором отрицательное нестабилизированное напряжение, например −20 В после выпрямителя. Это одинаково у L7905 (ST) и MC7905 (onsemi), в TO-220 и D²PAK.

Отсюда три правила:

• 7905 нельзя ставить в посадочное место 7805, и наоборот: вход и общий провод поменяются местами.
• Фланец 79xx нельзя прикручивать без изоляции к заземлённому корпусу или к радиатору, общему с 78xx: отрицательный вход окажется замкнут на общий провод.
• Площадка под фланцем D²PAK — это вход. Соединять её с полигоном общего провода нельзя, теплоотводящую медь вокруг неё делают частью входной цепи.

LM317 и LM337

У регулируемых стабилизаторов вывод 1 — ADJ, к нему подключают делитель, задающий выходное напряжение. У LM317 дальше идут выход (2) и вход (3), фланец соединён с выходом. У отрицательного LM337 вход и выход поменялись местами: 2 — вход, 3 — выход, а фланец соединён со входом, как у 79xx. Так у TI во всех корпусах — TO-220, D²PAK и SOT-223, а у LM337 ещё и в TO-252.

С 7805 распиновка LM317 не совпадает. Если поставить LM317 в посадочное место 7805, вывод регулировки окажется на входном напряжении, выход — на общем проводе, а вход — на выходной цепи. Фланец LM317 находится под выходным напряжением: радиатор, прикрученный без изоляции, окажется под ним же, и если радиатор коснётся заземлённого корпуса прибора, выход замкнётся на землю.

Резисторы делителя, мощность и требования к радиатору считает калькулятор LM317.

AMS1117 и LM1117 в корпусе SOT-223

AMS1117 (Advanced Monolithic Systems, ток до 1 А) и LM1117 (Texas Instruments, до 800 мА) — стабилизаторы с малым падением напряжения. Распиновка у них одинаковая и совпадает с LM317: 1 — GND/ADJ, 2 — выход, 3 — вход, фланец — выход. У версий на фиксированное напряжение, например AMS1117-3.3 и LM1117-3.3, вывод 1 — общий провод, у регулируемых — ADJ, к нему подключают делитель. В корпусе TO-252 (D-PAK) порядок тот же.

Фланец SOT-223 припаивают к медному полигону на плате — это и есть радиатор. Полигон оказывается под выходным напряжением, поэтому он должен быть частью выходной цепи, а не земли. По данным AMS тепловое сопротивление кристалл–фланец — 15 °C/Вт, а кристалл–воздух при достаточной площади меди снижается до 45 °C/Вт.

Выходной конденсатор у обеих микросхем обязателен: он входит в цепь частотной коррекции. Какой именно — в разделе о конденсаторах.

78L05, 79L05 и LM317L в корпусах TO-92 и SOIC-8

У стабилизаторов на 100 мА в TO-92 порядок выводов свой. У 78L05 слева выход, а справа вход — наоборот по сравнению с 7805 в TO-220, поэтому при замене одного на другой плату приходится переразводить.

• 78Lxx (onsemi MC78L00A, ST L78L): 1 — OUT, 2 — GND, 3 — IN.
• 79Lxx (onsemi MC79L00A, ST L79L): 1 — GND, 2 — IN, 3 — OUT, как у 7905 в TO-220.
• LM317L: слева направо ADJ, OUT, IN, как у LM317. Номера выводов у производителей разные: TI для TO-92 их не указывает, а ST обозначает средний вывод номером 3, правый — номером 2. Сверяйте символ на схеме с посадочным местом по назначению выводов, а не по номерам.

В восьмивыводном корпусе SOIC-8 у всех этих микросхем, а также у AMS1117, выводы 2, 3, 6 и 7 — одна цепь:

Прочерк — вывод не подключён (NC). Объединённые выводы 2, 3, 6 и 7 работают как фланец: onsemi поясняет для MC78L00A, что они соединены с площадкой, на которой стоит кристалл, и отводят тепло в плату. Их припаивают к широкому полигону, и это та же цепь, что на фланце у старших моделей: общий провод у 78L05, вход у 79L05, выход у LM317L и AMS1117.

Общий радиатор и изолирующие прокладки

В двуполярном блоке питания 7805 и 7905 стоят рядом, и их хочется прикрутить к одному радиатору. Без изоляции этого делать нельзя: радиатор соединит общий провод с отрицательным входом 7905, и через выпрямитель пойдёт ток короткого замыкания. В лучшем случае сгорит предохранитель.

Без прокладок на общий радиатор можно ставить только микросхемы, у которых фланцы под одним потенциалом, например несколько 78xx. Пары 7805 и 7905, LM317 и LM337, два LM317 на разные напряжения изолируют. Радиатор, соединённый с корпусом прибора, считайте заземлённым: изолировать от него нужно всё, у чего фланец не общий провод.

Прокладки и втулки

Изолированный крепёж TO-220 состоит из двух деталей:

1. Прокладка между фланцем и радиатором: слюда толщиной 0,05–0,08 мм, полиимидная плёнка или теплопроводящая силиконовая резина. Слюду ставят только с теплопроводящей пастой: по данным onsemi паста снижает тепловое сопротивление стыка с изолятором в 2–3 раза.
2. Изолирующая втулка, чтобы винт не соединил фланец с радиатором. Её вставляют в отверстие фланца, и тогда винт под потенциалом радиатора, или в отверстие радиатора, и тогда винт под потенциалом фланца. Под гайку кладут плоскую шайбу — с нейлоновой втулкой она обязательна — и пружинную тарельчатую шайбу, которая сохраняет прижим при нагреве и остывании.

Вместо винта корпус можно прижать пружинной скобой, тогда втулка не нужна. После сборки прозвоните мультиметром фланец и радиатор: цепь должна быть разорвана.

Прокладка ухудшает теплоотвод. По измерениям onsemi (AN1040) для TO-220 при затяжке винта 0,9 Н·м тепловое сопротивление корпус–радиатор без прокладки — около 1,0 °C/Вт с пастой и 1,2 °C/Вт всухую, со слюдой 0,05 мм — 1,6 °C/Вт с пастой и 3,4 °C/Вт без неё. Наполненная силиконовая резина без пасты, по тем же данным, близка к слюде с пастой.

Пример: 7905 понижает −20 В до −15 В при токе 0,5 А и рассеивает (20 − 15) · 0,5 = 2,5 Вт. Перепад температуры на стыке корпус–радиатор со слюдой и пастой — 2,5 · 1,6 = 4 °C, со слюдой всухую — 2,5 · 3,4 = 8,5 °C, без прокладки с пастой — 2,5 · 1,0 = 2,5 °C. Тепловое сопротивление прокладки складывается с остальными: его подставляют в расчёт радиатора как сопротивление корпус–радиатор.

Обойтись без прокладок позволяет полностью пластмассовый корпус TO-220FP, у ST это L7805CP и L7905CP. Металла снаружи у него нет, но и теплоотвод хуже: тепловое сопротивление кристалл–воздух — 60 °C/Вт против 50 °C/Вт у TO-220 по даташиту ST.

Конденсаторы на входе и выходе

Номиналы взяты из даташитов; у разных производителей одной и той же микросхемы они могут отличаться, как у 79xx от ST и onsemi. Пометка «обязателен» значит, что конденсатор нужен для устойчивости: без него стабилизатор может возбудиться.

¹ Нужен, если стабилизатор стоит далеко от конденсаторов фильтра выпрямителя. TI называет расстояние: для LM317 — больше 15 см, для LM337 — больше 10 см.

² Для устойчивости не нужен, но улучшает реакцию на скачки нагрузки. У onsemi есть уточнение: выходной конденсатор MC7800 меньше 0,1 мкФ может вызвать неустойчивость.

³ Если вместо тантала ставят алюминиевый электролит, ST требует ёмкость в 10 раз больше — от 22 мкФ.

⁴ С конденсатором на выводе ADJ выходной нужен 22 мкФ.

Конденсаторы ставят у самых выводов: входной — между входом и общим проводом, выходной — между выходом и общим проводом.

Пример: двуполярный источник ±15 В

ST приводит в даташитах на L78 и L79 одну и ту же схему двуполярного источника ±15 В на ток до 1 А. Номиналы конденсаторов на ней те же, что в таблице: 0,33 и 0,1 мкФ у положительного плеча, 2,2 и 1 мкФ у отрицательного.

Диоды VD1 и VD2 в обычном режиме заперты. ST ставит их «против возможного защёлкивания», а onsemi в такой же схеме на MC7815 и MC7915 поясняет: диод на выходе положительного стабилизатора нужен, если нагрузка может потянуть этот выход ниже общего провода током больше 200 мА. Диод не даёт напряжению на выходе уйти глубоко в минус.

Типичные ошибки

• Перевёрнутый 79xx. Плату развели как для 7805, а поставили 7905: на вывод 1 пришло входное напряжение вместо общего провода, на вывод 2 — общий провод вместо входа. Стабилизатор не работает и может выйти из строя.
• Фланец 79xx на земле. 7905 прикрутили без прокладки к заземлённому корпусу или к радиатору, общему с 7805, — отрицательный вход замкнут на общий провод. То же с LM337, а при заземлённом радиаторе — и с LM317, у которого на фланце выход.
• Площадка под фланцем SMD-корпуса на земле. У AMS1117, LM1117 и LM317 это выход, у 79xx и LM337 — вход. Соединять её с полигоном общего провода нельзя.
• AMS1117 с маленьким керамическим конденсатором на выходе. AMS гарантирует устойчивость с танталовым конденсатором 22 мкФ, а TI для LM1117 прямо требует не меньше 10 мкФ и ESR от 0,3 до 22 Ом. Керамический конденсатор на 0,1–1 мкФ не даёт ни нужной ёмкости, ни нужного ESR — у керамики оно гораздо ниже 0,3 Ом, — и стабилизатор может возбудиться.
• Путаница вида спереди и сзади. Распиновку TO-220 сверяют со стороны маркировки. Со стороны металлической пластины порядок зеркальный, вывод 1 справа. У TO-92 смотрят на плоскую грань.
• 78L05 вместо 7805 без проверки. В TO-92 у 78L05 вход и выход поменялись местами относительно 7805 в TO-220.
• Номера вместо назначения. У LM317L от ST средний вывод в TO-92 — номер 3. Если нарисовать символ по номерам ST и посадить его на типовое посадочное место TO-92 с площадками 1, 2, 3 подряд, вход и выход поменяются местами.