LM317 与 LM7805：可调稳压器和固定稳压器的深入比较

一、简介：稳压器的两种核心形式

在电子电路中，电源的稳定性是确保设备正常运行的基石。稳压器作为维持电压稳定的核心器件，直接决定系统的可靠性和精度。线性稳压器结构简单、输出纹波低，广泛应用于中低功率场景。

LM317和LM7805作为线性稳压器中的经典型号，代表了“可调输出”和“固定输出”两大技术路线。 LM317以其灵活的电压调节能力适应多样化的需求，实现大范围的精确调节。 LM7805以其稳定的5V固定输出和低成本，成为数字电路、嵌入式系统等标准化场景的首选。本文从基本特性、参数规格、应用场景等多个维度进行深入对比，帮助工程师明确两者的差异和适用边界，以便明智选型。

二.基本特征LM317：可调调节器的基准

LM317 是Texas Instruments (TI) 推出的一款三端可调线性稳压器，自 20 世纪 70 年代推出以来一直是可调电压调节的行业标准。其核心特点如下：

核心性能参数

·可调输出电压：通过外部电阻网络，输出电压可在1.25V至37V之间连续调节，调节精度高达±1%，适用于从低压传感器到中压电机的各种设备。

·功率输出能力：在散热良好的情况下，最大输出电流可达1.5A，峰值电流2.2A（短时），满足中低功率设备的用电需求。

·高精度、稳定：电压调整率低至0.01%/V（输入变化时输出波动最小），负载调整率仅为0.1%（负载电流变化时输出稳定），适合电压精度要求高的场景。

·内置保护机制：集成过流保护（限制输出≤2.2A）、热关断（结温>175°C时自动关断）和安全工作区保护（防止功率晶体管因电压/电流应力而损坏），增强电路可靠性。

·软包装选项：提供TO-220（塑料封装，适合一般散热）、TO-3（金属罐封装，散热性能优异）、SOT-223（表面贴装，适合小型化设计），适应多样化的空间和散热要求。

工作原理

LM317基于“串联调节”拓扑，由参考电压源、误差放大器和功率调整晶体管组成：

1. 内部参考电压源提供稳定的1.25V参考电压。

2. 误差放大器将参考电压与采样输出电压进行比较，生成误差信号。

3、功率调整晶体管根据误差信号动态调整其导通，使输出电压稳定在设定值。

该设计通过负反馈实现高精度调节，即使输入电压或负载变化也能确保稳定的输出。

三．基本特征LM7805：固定 5V 输出的经典解决方案

LM7805 是 78xx 系列中的三端固定输出线性稳压器，最初由 Fairchild Semiconductor 推出，后来成为行业标准。专为5V电源场景设计，其核心特性为：

核心性能参数

·固定输出电压：默认为5V DC，输出误差≤±5%（典型值±2%），无需外部调节元件，简化电路设计。

·功率输出能力：标准型号（例如LM7805CT）最大输出电流为1.5A（带冷却），而增强版本（例如LM7805HVT）则达到3A，满足传统5V设备的需求。

·高可靠性：具有过流保护（限制输出≤3A）、短路保护（输出短路时自动限流）和热关断（结温>150°C关断），确保对异常负载的快速响应，以保护设备和负载。

·低纹波输出：集成噪声抑制电路，输出纹波低至 5mV（典型值），远低于数字电路的噪声容限，适合为微控制器和逻辑芯片等敏感设备供电。

·低成本和可用性：作为一款已投产半个多世纪的成熟器件，LM7805 受益于大规模制造、单价仅为 0.10 至 0.50 美元、稳定的供应链以及几乎所有电子元件供应商的供货。

工作原理

LM7805 的工作原理与 LM317 类似，但省略了可调组件：

1. 内部参考电压源固定​​为5V。

2、误差放大器直接将参考电压与输出电压进行比较，驱动功率调整晶体管。

3、功率调整晶体管动态调整导通，使输出稳定在5V。

这种设计简化了外围电路，仅需要输入和输出处的滤波电容，非常适合快速原型设计或批量生产。

四．解码“LM”和“7805”命名法

“LM”的含义

“LM”代表“Linear Monolithic”，表示这些器件是采用单片 IC 技术制造的线性集成电路。该前缀被Texas Instruments (TI) 和国家半导体 (NS) 等制造商广泛用于命名线性集成电路，例如：

·LM358：双运算放大器；

·LM555：定时器IC；

·LM339：四路电压比较器。

“7805”的含义

“7805”遵循固定输出稳压器的标准化命名约定，由两个组件组成：

·“78”：表示属于固定正电压调节器系列（对应的“79”系列是固定负电压调节器，例如LM7905输出-5V，LM7912输出-12V）。

·“05”：表示输出电压为5V。该系列中的其他型号也遵循此逻辑（例如，LM7809 输出 9V、LM7812 输出 12V、LM7824 输出 24V）。

该命名系统直观地反映了设备的功能和参数，方便工程师快速识别和选择。

V. 关键数据表参数比较：LM317 与 LM7805

注：“压差”是指调节器正常运行所需的输入和输出之间的最小电压差。

六．深入分析特征差异

1. 输出灵活性

LM317：电压调节是通过改变外部电阻R1和R2的比例来实现的，使用公式Vout = 1.25V × (1 + R2/R1)。例如：

·1.25V输出，R1=240Ω，R2=0Ω；

·~12V 输出，R1=240Ω，R2=2.2kΩ；

·~37V 输出，R1=240Ω，R2=7kΩ。
这种灵活性允许适应多种电压要求，而无需针对不同电压重新设计电路。

LM7805：输出固定为 5V，无法调节。对于其他电压，必须使用该系列中的替代型号（例如，9V 的 LM7809、12V 的 LM7812），从而限制了设计灵活性。

2. 电路复杂性

LM317：需要至少两个外部电阻（R1 通常为 240Ω 精密电阻，R2 为可调电阻）。有些情况下会增加10μF电解电容（抑制低频纹波）和100nF陶瓷电容（防止高频振荡），使得电路稍微复杂，调试时需要进行电阻参数计算。

LM7805：无需外部调节元件，只需输入端100μF电解电容（滤除输入纹波）和输出端10μF电解电容（稳定输出）。该电路极其简单，非常适合初学者或快速原型制作。

3. 效率和功耗

两者都是线性稳压器，功耗计算公式为 P = (Vin - Vout) × Iout。效率随着输入输出电压差 (Vin - Vout) 的增加而降低——这是线性稳压器的固有特性。然而，存在一些关键差异：

·LM317：可以通过调整输出电压来减小电压差。例如，对于 10V 输入，输出可设置为 9V（1V 差值），从而产生 1V × Iout 的耗散。

·LM7805：对于 7V–35V 范围内的任何输入，电压差固定为 Vin - 5V。对于 20V 输入，差异达到 15V，导致 15V × Iout 的耗散，远高于 LM317 的可调场景。

因此，LM317 在输入电压较大或波动的情况下具有显着的功耗优势。

4、负载适应性

·LM317：轻负载（如10mA）时也能保持稳定输出，电压波动≤0.5%，适用于低功耗设备（如便携式传感器、电池供电仪器）。

·LM7805：某些型号在负载电流低于 50mA 时可能会出现 ±2% 或更高的输出电压漂移，这使得它们更适合中高负载场景（例如 500mA–1.5A 微控制器系统、小型电机）。

七．应用场景比较

LM317的典型应用

·多电压实验室平台：在实验室构建可调电源，为不同电压的设备（例如3.3V微控制器、5V逻辑电路、9V传感器、12V继电器）供电，减少供电设备的数量。

·电池充电器：调节输出电压和电流（使用外部采样电阻恒流）可为各种电池（1.2V镍镉、3.7V锂离子、6V铅酸）充电，通用性强。

·精密仪器电源：为示波器、信号发生器、频谱分析仪提供高精度可调电压，保证测量精度。

·LED驱动器：设计恒流电路（如串联0.8Ω电阻1.5A电流），为不同电压的LED阵列（如3V红光LED、9V白光LED）提供稳定的电流，避免亮度波动。

LM7805的典型应用

·5V 数字电路：为微控制器（Arduino、8051、STM32）、74HC系列逻辑芯片、USB接口电路提供标准5V电压，满足数字系统严格的电压要求。

·小首页电：为路由器、机顶盒和智能扬声器中的 5V 模块供电，利用低成本和高稳定性来简化设计并降低批量生产成本。

·汽车电子：将12V汽车输入转换为5V用于USB充电器，使用散热器适应高温环境，为手机、行车记录仪等供电。

·应急电源：快速构建临时 5V 电路，为户外蓝牙模块、GPS 跟踪器等供电 - 接线简单，无需调试。

八．替代组件选择

LM317 的等效项

·同系列:

·LM117：军工级，工作温度-55°C至150°C，适合极端温度环境。

·LM217：工业级，工作温度为-25°C至150°C，非常适合工业控制。

·高电流替代方案:

·LM338：最大输出5A，适合大功率设备（如小电机、大功率LED阵列）。

·LT1083 (ADI)：具有低压差 (1.5V@5A) 的 5A 输出，可实现更高的效率。

·低压差替代方案:

·LM1117-ADJ：可调输出，1.2V 压差@1A，适用于电池供电设备（例如笔记本电脑辅助电源）。

LM7805 的等效产品

·同系列升级:

·LM7805CT：TO-220封装，1.5A输出，一般场景首选。

·LM78M05：TO-252封装，0.5A输出，适合小型化设计。

·LM78L05：TO-92封装，0.1A输出，非常适合微功耗场景（例如传感器节点）。

·低压差替代方案:

·LM1117-5.0：1.2V压差@800mA，输出纹波≤2mV，适用于低功耗5V设备。

·XC6206P502MR (Torex)：超低压差 (0.3V@300mA)，非常适合电池供电的便携式设备。

·增强保护模型:

·LM2940-5.0（TI）：集成反向电压和过压保护，1A输出，适用于汽车和工业环境。

九．辩论优势：没有绝对