【3端子レギュレータとは？】『使い方』や『型番(7805等)』などを分かりやすく解説！

この記事では『3端子レギュレータ』について

などを図を用いて分かりやすく説明するように心掛けています。ご参考になれば幸いです。

3端子レギュレータとは

3端子レギュレータは、その名の通り3本の端子を備えた電子部品であり、入力端子(IN)、出力端子(OUT)、グラウンド端子(GND)の3端子から構成されています。

入力端子(IN)を入力電圧\(V_{IN}\)に、出力端子(OUT)を負荷に、グラウンド端子(GND)をグラウンドに接続します。また、電圧安定化のために『入力端子(IN)-グラウンド(GND)』と『出力端子(OUT)-グラウンド(GND)』にコンデンサを接続することでシリーズレギュレータを作ることができます。

このように、3端子レギュレータを使えばシリーズレギュレータを簡単に作ることができます。

3端子レギュレータはトランジスタと同じ形状をしており、『TO-220』や『TO-92』や『TO-252』などのパッケージ形状があります。

「そもそもシリーズレギュレータって何だっけ？」「動作原理とか忘れちゃったな？」という方は下記の記事にシリーズレギュレータの基本的な内容を説明していますので、ご参考にしてください。

3端子レギュレータの『保護』

『3端子レギュレータの入力端子(IN)に定格を超える高電圧が印加される場合』や『出力電圧\(V_{OUT}\)が入力電圧\(V_{IN}\)よりも高くなる場合』には、3端子レギュレータが破壊してしまう可能性があるので、上図に示すように保護回路を接続することが必要となります。

3端子レギュレータの『型番(7805など)』

上図に3端子レギュレータの型番の付け方を示しています。

3端子レギュレータの最大電流容量が1Aの場合、3桁目のアルファベットが無いので4桁となります。

3端子レギュレータで定番なのは『78**シリーズ』と『79**シリーズ』です。『78**』と『79**』の違いは、『78**』が正電源用(プラスの電圧を出力)、『79**』が負電源用(マイナスの電圧を出力)となります。

『**』の部分には出力電圧\(V_{OUT}\)が入ります。例えば、出力電圧\(V_{OUT}\)が5Vの3端子レギュレータは『7805』、出力電圧\(V_{OUT}\)が－5Vの3端子レギュレータは『7905』となります。出力電圧\(V_{OUT}\)としては、3.3V～24V程度のバリエーションがあります。

3端子レギュレータの最大電流容量が1A以外の場合、3桁目のアルファベットが有るので5桁となります。

下記に示すようにアルファベットで最大電流容量を表しています。

例えば、7805、78M12、78L05の『出力電圧\(V_{OUT}\)』と『最大電流容量』は下記のようになります。

可変3端子レギュレータの『型番』

3端子レギュレータには出力電圧\(V_{OUT}\)が可変できるタイプがあり、GND端子がADJ端子になっています。可変3端子レギュレータの出力電圧\(V_{OUT}\)は外付けの抵抗により変化させることができ、次式で表されます。

\begin{eqnarray}
V_{OUT}=V_{REF}×\left(1+\frac{R_2}{R_1}\right)+R_2×I_{ADJ}
\end{eqnarray}

可変3端子レギュレータの型番としては、正電源用(プラスの電圧を出力)では『**317(LM317やNJM317など)』、負電源用(マイナスの電圧を出力)では『**337(LM337など)』があります。
 

3端子レギュレータの『使い方』と『コンデンサの接続』

3端子レギュレータを使い方を下記に示します。

これから各項目について説明します。

入出力端子にコンデンサを接続する

3端子レギュレータは発振防止や電圧変動を抑えるために、上図に示すようにコンデンサを接続して使います。各コンデンサを接続する理由を下記に示します。

入力電圧\(V_{IN}\)は『出力電圧\(V_{OUT}\)+最小入出力間電圧差』以上を印加する

3端子レギュレータは入力電圧\(V_{IN}\)が出力電圧\(V_{OUT}\)よりも高い回路です。入力電圧\(V_{IN}\)の最小値は『最小入出力間電圧差\(V_{DIF}\)』で決まります。

例えば、出力電圧\(V_{OUT}\)が5Vの3端子レギュレータで、最小入出力間電圧差\(V_{DIF}\)が2Vの場合、入力電圧\(V_{IN}\)は7V以上必要となります。一般的な3端子レギュレータは最小入出力間電圧差\(V_{DIF}\)が2V程度となっています。

この最小入出力間電圧差はデータシートに記載されている場合があります。上図に示しているのはルネサス製μPC7805Aのデータシートの一部です。最小入出力間電圧差\(V_{DIF}\)が1.8Vということが分かります。

発熱するため必要に応じて放熱器(ヒートシンク)を取り付ける

3端子レギュレータには『ICの消費電流\(I_Q\)による損失\(P_{LOSS1}\)』と『入力電圧\(V_{IN}\)と出力電圧\(V_{OUT}\)の電圧差による損失\(P_{LOSS2}\)』があります。各損失は次式で表されます。

\begin{eqnarray}
P_{LOSS1}&=&V_{IN}×I_Q{\mathrm{[W]}}\\
\\
P_{LOSS2}&=&(V_{IN}-V_{OUT})×I_{OUT}{\mathrm{[W]}}
\end{eqnarray}

したがって、3端子レギュレータ全体の損失\(P_{LOSS}\)は次式となります。

\begin{eqnarray}
P_{LOSS}&=&P_{LOSS1}+P_{LOSS2}\\
\\
&=&V_{IN}×I_Q+(V_{IN}-V_{OUT})×I_{OUT}{\mathrm{[W]}}
\end{eqnarray}

なお、\(P_{LOSS1}\)は\(P_{LOSS2}\)と比較すると非常に小さいため無視すると、\(P_{LOSS}\)は次式となります。

\begin{eqnarray}
P_{LOSS}{\;}{\approx}{\;}(V_{IN}-V_{OUT})×I_{OUT}{\mathrm{[W]}}
\end{eqnarray}

例えば、入力電圧\(V_{IN}\)が12V、出力電圧\(V_{OUT}\)が5V、出力電流\(I_{OUT}\)が0.5Aの場合は、損失\(P_{LOSS}\)は次式となります。

\begin{eqnarray}
P_{LOSS}&{\;}{\approx}{\;}&(V_{IN}-V_{OUT})×I_{OUT}\\
\\
&=&(12-5)×0.5\\
\\
&=&3.5{\mathrm{[W]}}
\end{eqnarray}

この損失\(P_{LOSS}\)が3端子レギュレータからの発熱となるため、『出力電流\(I_{OUT}\)が大きい場合』や『入出力電圧差が大きい場合』には放熱器(ヒートシンク)を取り付ける必要があります。

3端子レギュレータの『メリット』と『デメリット』

3端子レギュレータの『メリット』と『デメリット』を下記に示します。

まとめ

この記事では『3端子レギュレータ』について、以下の内容を説明しました。

お読み頂きありがとうございました。

当サイトでは電気に関する様々な情報を記載しています。当サイトの全記事一覧は以下のボタンから移動することができます。

全記事一覧

また、下記に当サイトの人気記事を記載しています。ご参考になれば幸いです。