Kaum ein IC ist so oft verbaut worden wie der 7805: drei Beinchen, zwei Kondensatoren, fertig ist eine stabile 5-V-Versorgung. Seit Ende der 1970er-Jahre steckt die Familie der Festspannungsregler 78xx in Netzteilen, Bastelprojekten, Messgeräten und Steuerungen, und ihr negatives Gegenstück 79xx liefert die Minus-Spannung für Operationsverstärker und Audioschaltungen. Heute gibt es für viele Aufgaben effizientere Lösungen – trotzdem lohnt es sich, den 78xx zu verstehen: Er ist robust, billig, überall erhältlich und das Lehrbuchbeispiel für einen Linearregler.
Bezeichnung und Familie
Die zwei letzten Ziffern nennen die Ausgangsspannung: 7805 liefert +5 V, 7812 +12 V, 7815 +15 V; erhältlich sind außerdem 6, 8, 9, 10, 18 und 24 V. Die 79xx-Reihe liefert dieselben Werte negativ: 7905 erzeugt −5 V, 7912 −12 V. Ein Buchstabe in der Mitte gibt die Stromklasse an, ein Präfix den Hersteller (LM bei TI, L bei ST, MC bei onsemi), ein Suffix das Gehäuse und die Toleranz:
| Reihe | Ausgangsstrom | Typisches Gehäuse |
|---|---|---|
| 78Lxx / 79Lxx | 100 mA | TO-92, SOIC-8, SOT-89 |
| 78Mxx / 79Mxx | 500 mA | TO-220, DPAK |
| 78xx / 79xx | 1 A (Spitze bis etwa 1,5 A) | TO-220, D²PAK, SOT-223 |
Aufbau und Funktionsweise
Innen arbeitet der 78xx genau nach dem Prinzip aus Spannungsregler: Eine Bandgap-Referenz liefert eine stabile Spannung, ein interner Spannungsteiler greift einen Teil der Ausgangsspannung ab, und ein Fehlerverstärker vergleicht beide. Das Stellglied ist eine Darlington-Stufe aus zwei NPN-Transistoren als Emitterfolger. Diese Stufe ist auch der Grund für den großen Spannungsabstand: Die Basis des Darlingtons muss rund zwei Basis-Emitter-Spannungen über dem Ausgang liegen, und der Treiber davor braucht ebenfalls Spielraum. So kommen rund 2 V Dropout zusammen. Wie der Darlington funktioniert, steht unter Darlington-Transistor.
Drei Schutzschaltungen machen den Regler fast unzerstörbar: eine Strombegrenzung, eine Abschaltung bei Übertemperatur (etwa 150 °C Sperrschicht) und ein Schutz des sicheren Arbeitsbereichs, der den Strom bei großer Spannungsdifferenz zusätzlich zurücknimmt. Ein Kurzschluss am Ausgang lässt den Regler heiß werden und abschalten, aber nicht sterben – zumindest bei Markenware. Billige Nachbauten haben diese Schutzfunktionen nicht immer.
Schaltzeichen und Pinbelegung
Im Schaltplan ist der Regler ein Kasten mit IN, GND und OUT. Die Pinbelegung am Gehäuse ist die eigentliche Falle:
| Typ und Gehäuse | Pin 1 | Pin 2 | Pin 3 | Kühlfahne |
|---|---|---|---|---|
| 78xx im TO-220 | IN | GND | OUT | GND |
| 79xx im TO-220 | GND | IN | OUT | IN (negativ!) |
| 78Lxx im TO-92 (meist) | OUT | GND | IN | – |
Gezählt wird beim TO-220 von links, wenn du auf die beschriftete Seite schaust und die Beinchen nach unten zeigen; beim TO-92 ebenso mit der flachen Seite zu dir.
Kennwerte am Beispiel LM7805 und LM7812
| Kennwert | LM7805 | LM7812 |
|---|---|---|
| Ausgangsspannung bei 25 °C | 4,8 / 5,0 / 5,2 V | 11,5 / 12,0 / 12,5 V |
| über Last und Temperatur | 4,75–5,25 V | 11,4–12,6 V |
| Mindest-Eingangsspannung für volle Regelung | 7,5 V | 14,6 V |
| höchste Eingangsspannung | 35 V | 35 V |
| Ruhestrom (max.) | 8 mA | 8 mA |
| Brummunterdrückung bei 120 Hz (typ.) | 80 dB | 72 dB |
| Ausgangsrauschen 10 Hz–100 kHz | 40 µV | 75 µV |
| Kurzschlussstrom | 2,1 A | 1,5 A |
| Wärmewiderstand TO-220 | ohne Kühlkörper etwa 54 K/W, Sperrschicht–Gehäuse 4 K/W | gleich |
Die Toleranz von ±4–5 % reicht für Logik und Relais, nicht aber als Referenz für einen genauen ADC – dafür nimmst du eine Spannungsreferenz.
Bauformen
Der 7805 im TO-220 ist die bekannteste Form; er wird auf einen Kühlkörper geschraubt oder steht frei auf der Platine. Für SMD-Platinen gibt es D²PAK und SOT-223, deren Fahne auf eine Kupferfläche gelötet wird, für kleine Ströme den 78L05 im TO-92 oder SOIC-8. Welche Kupferfläche wie viel kühlt, erklärt Wärme und Kühlung.
Ein Netzteil mit 7809 durchgerechnet
Ein Gerät braucht 9 V bei 0,5 A. Die Quelle ist ein Trafo mit 12 V Wechselspannung, dahinter ein Brückengleichrichter und ein Ladeelko.
Den Ladeelko kannst du hier nachrechnen:
Gleichrichter und Siebkondensator
- Scheitelwert am Trafo
- 16,97 V
- Leerlauf am Elko
- 15,57 V
- Gleichspannung mit Last
- 15,07 V
- Tiefster Wert
- 14,57 V
- Brummfrequenz
- 100 Hz
- Kapazität rechnerisch
- 10 mF
- Elko nach E6
- 10 mF
- Elko-Nennspannung (mind. 17,27 V)
- 25 V
- Sperrspannung Dioden ≥
- 18,67 V
- Nachladen je Halbwelle
- 1,15 ms
- Diodenstrom beim Nachladen ≈
- 8,72 A
Û = √2 · Ueff; Uleer = Û − n · UF (zwei Dioden im Strompfad); C = I / (fBr · UBr) mit fBr = 2 · f; UDC ≈ Uleer − UBr/2. Die Formel nimmt an, dass der Elko die ganze Brummperiode lang entladen wird – das liegt auf der sicheren Seite. Spannungsfestigkeit für Netz +10 % im Leerlauf; kleine Trafos liefern ohne Last zusätzlich 10 bis 25 % mehr als ihre Nennspannung, das steht im Datenblatt. Den Trafo legst du für deutlich mehr Effektivstrom aus als den Gleichstrom – Faustwert 1,8 · I. Der Diodenstrom beim Nachladen ist ein Mittelwert für eine ideale Quelle; die Spitzen liegen höher, Wicklungswiderstand und Streuinduktivität flachen sie ab.
Den Kühlkörper bestimmt der Rechner Linearregler: Verlustleistung und Kühlkörper.
Typische Schaltungen
- Standardbeschaltung: 0,22–0,33 µF Keramik am Eingang, wenn der Regler weiter als einige Zentimeter vom Ladeelko entfernt sitzt, und 0,1 µF am Ausgang. Größere Elkos am Ausgang verbessern das Verhalten bei Lastsprüngen.
- Symmetrische Versorgung: Ein 7815 und ein 7915 an einem Trafo mit Mittelanzapfung erzeugen ±15 V für Operationsverstärker. Je eine Diode von jedem Ausgang nach Masse in Sperrrichtung verhindert, dass beim Einschalten ein Regler vom anderen über Masse verpolt wird und nicht anläuft.
- Spannung etwas anheben: Eine Diode oder eine Z-Diode im GND-Anschluss hebt die Ausgangsspannung um deren Spannung an – ein 7805 mit einer Siliziumdiode im Fußpunkt liefert etwa 5,6–5,7 V. Für frei einstellbare Spannungen ist der LM317 die bessere Wahl.
- Schutzdiode: Ist der Ausgangskondensator groß (Datenblätter nennen etwa ab 10 µF), schützt eine Diode vom Ausgang zum Eingang den Regler, falls der Eingang kurzgeschlossen wird und der Kondensator sich sonst rückwärts durch den Chip entlädt.
Auswahl und Praxistipps
Der 78xx ist richtig, wenn die Spannungsdifferenz und der Strom klein genug für die Wärme sind und der Ruhestrom von einigen Milliampere keine Rolle spielt. Für Batteriegeräte ist er ungeeignet: Allein sein Ruhestrom von einigen Milliampere entlädt eine 9-V-Blockbatterie mit rund 500 mAh in wenigen Tagen – bei 5 mA nach etwa 100 Stunden. Liegt die Eingangsspannung nur knapp über der Ausgangsspannung, nimm einen LDO-Regler; bei großer Differenz und viel Strom einen Schaltregler – es gibt sogar pinkompatible Schaltregler-Module im TO-220-Format, die einen 7805 direkt ersetzen.
Häufige Fehler:
- 78xx und 79xx verwechselt: Gleiche Gehäuse, andere Pinfolge. Ein verkehrt eingesetzter 7905 wird sofort heiß.
- Mit dem Mittelwert statt dem Tal gerechnet: Der Regler „brummt“ dann bei Volllast.
- Kühlkörper ohne Isolierung beim 79xx: Die Fahne führt die negative Eingangsspannung.
- 7805 aus 24 V für 1 A: 19 W Verlustleistung – das ist ein Heizelement, kein Netzteil.
- Regler weit vom Elko entfernt ohne Eingangskondensator: Die Zuleitungsinduktivität lässt den Regler schwingen.
Selbsttest
Welche Spannung liefert ein 7912?
−12 V; die 79xx-Reihe erzeugt negative Spannungen.
Wie hoch muss die Eingangsspannung eines 7805 mindestens sein?
Etwa 7 V, also rund 2 V über der Ausgangsspannung – auch im Tal der Brummspannung.
Was liegt beim 7905 im TO-220 an der Kühlfahne?
Der negative Eingang. Ohne Isolierung auf einem geerdeten Kühlkörper entsteht ein Kurzschluss.
Ein 7805 versorgt aus 12 V eine Last mit 300 mA. Wie viel Leistung verheizt er?
P = (12 V − 5 V) · 0,3 A = 2,1 W, dazu etwa 0,1 W durch den Ruhestrom.
Wie hebst du die Ausgangsspannung eines 7805 um etwa 0,6 V an?
Mit einer Siliziumdiode in Durchlassrichtung im GND-Anschluss des Reglers.