簡介：根據78L05線性穩壓器内部結構電路，用三極管自制78L05三端穩壓器（芯片）。

你将會看到8個闆塊内容：

項目簡介、設計方案、電路原理、原理圖設計、PCB設計、焊接與調試、項目資料、設計圖。

關注立創EDA的小夥伴應該會發現，這是自制芯片教學的第二部了。

第一部的鍊接我會放在文章最下方，大家可以根據需要選擇是否點擊查看。

1.1 概述

78L05是一種固定電壓（5V）三端集成穩壓器，78系列是正電壓輸出，型号中間的字母通常表示輸出電流大小，L表示輸出最大電流為100mA，05表示輸出電壓為5V。

憑借體積小、重量輕、價格便宜、穩定可靠、有安全保護、熱關斷特性等多種優良品質，深得工程師和愛好者的喜歡，廣泛應用在各種電源電路中。

那麼現在我們來根據78L05的内部結構一起來DIY一款自己的芯片，我把它命名為LC78L05。

圖1-1 LC78L05_TO-92封裝

1.2 設計特點

• 使用分立器件搭建，深入學習電路
• 使用直插器件，便于初學者焊接與調試
• 闆載香蕉頭與排針接口，便于調試與擴展
• 搭配測試底闆，完成78L05規實驗的學習

1.3 應用電路

• 線性穩壓源
• 電流調節器
• 開關穩壓電源
• 恒流穩壓電路
• 固定輸出穩壓電路

2.1 内部結構

根據廠商所提供的78L05數據手冊中，找到如下圖中的内部結構電路圖。

如圖可知78L05三端穩壓器由啟動電路、基準電壓電路、過熱保護電路、誤差放大器電路和安全工作區保護電路所組成。

圖2-1 78L05的内部結構電路圖

圖2-2 78L05的内部電路框圖

2.2 引腳說明

78L05的電路符号如圖2-3所示，1腳為輸出端（OUTPUT），2腳為地（GND），3腳為輸入端（INPUT）。

圖2-3 78L05的電路符号

2.3 典型應用

78L05是線性穩壓，所輸出波形雜波比較嚴重，而且輸出會複制輸入的波形，所以在78L05的輸入輸出前後都要加電容濾波，如圖2-4所示。

圖2-4 78L05的典型應用

78L05的工作原理就是：輸入電壓經啟動電路為基準電壓電路提供初始的偏置，由誤差放大器電路放大偏置，當高溫過熱時會保護，最後在工作區保護電路中調節微調電阻輸出平穩的5V電壓。

3.1 啟動電路

場效應管Q1、三極管Q2、電阻R1以及穩壓管VD1組成啟動電路，它為基準電壓電路提供初始的偏置Vbias。

圖3-1 啟動電路

3.2 基準電壓電路

為了更好地理解電路，先介紹和78L05電路有關的基本電路—零溫度系數基準電壓電路。

如圖3-2所示，圖左為零溫度系數基準電壓電路，圖右為它的等效電路。

穩壓管Dz有正溫度系數，NPN三極管基射極電壓有負溫度系數，n個和m個二極管（包括三極管Q）的導通電壓UBE基本相同。

圖3-2 零溫度系數基準電壓電路

由于電阻R1和R2的材料相同，R1和R2有同樣的溫度系數，當溫度變化時，其比值不會改變，故UREF的溫度系數為：

可以看出，在m、n、穩壓管的UDz和二極管UBE的溫度系數确定的情況下，隻要R1和R2按上式取值，就可以使基準電壓UREF為零。

78L05的基準電壓電路與上面介紹的零溫度系數基準電路相似，基準電壓電路的穩壓管随之啟動電路提供的輸出偏置上升到穩壓工作值時，啟動電路會與基準電壓電路斷開。

圖3-3 基準電壓電路

3.3 過熱保護電路

三極管Q1，Q2和電阻R1，R2組成過熱保護電路。

當78L05正常工作時，Q1基極與發射極壓降Vbe1≈0.3V，Q1和Q2截止。

随着溫度的升高，Q1的BE結負溫度系數的增加，使得Q1開始導通，進而Q2也導通，Q2從誤差放大器負反饋電壓調整電路的三極管中分流，形成過熱保護。

圖3-4 過熱保護電路

3.4 誤差放大器電路

三極管Q1～Q4與電阻R1～R4組成誤差放大器（差動放大器）電路，誤差放大器的作用是通過比較取樣電壓(VQ)，與基準電壓(VREF)之問的誤差値來産生誤差電壓(Vσ)，Vσ負反饋給VREF進而調節使輸出電壓維持不變。

圖3-5 誤差放大器電路

3.5 工作區保護電路

穩壓管VD1、VD2，三極管Q1～Q3，電阻R1～R7和微調電阻RP1組成安全工作區保護電路,如圖3-6所示，通過調節微調電阻RP1，使其輸出平穩的5V電壓。

圖3-6 安全工作區保護電路

4.1 新建工程

打開立創EDA。

創建工程并命名：【模拟電路】78L05三端穩壓器；

原理圖文件命名：SCH_78L05三端穩壓器。

根據以下電路進行繪制電路原理圖。

圖4-1 78L05三端穩壓器電路圖

4.2 器件選型

在本項目的元器件選型中。

三極管使用：NPN型的9014以及PNP型的9012；

電阻選擇：1/4W的直插電阻即可；

芯片引腳用排針與香蕉頭接口引出，便于安裝與測試。

溫馨提示：

所有器件可直接在立創EDA的元件庫中進行搜索，如果對元器件不熟悉，也可以通過複制物料中的商品編号進行搜索（每一個元器件在立創商城都有唯一的商品編号），如果出現物料缺貨情況，亦可選擇其他可替換物料。

例如2SK170缺貨，通過管子特性及電路分析，可以選擇用BS170替換。

相信聰明的你對各個元器件在電路中的作用有所了解，那麼更換個别物料也不會影響到電路的工作性能的，了解電路工作特性後，電路選型也就變得簡單了。

圖4-2 元器件搜索示意圖

圖4-3 通過商品編号搜索示意圖

4.3 物料清單

完成原理圖設計後，并經過檢查電路與網絡連接正确。

點擊頂部菜單欄的“設計” → “原理圖轉PCB”（快捷鍵為Alt P），随即會生成一個PCB設計界面。

可先暫時忽略彈出的邊框設置，然後将PCB文件保存到工程文件中，并命名為：PCB_78L05三端穩壓器。

5.1 邊框設計

在繪制PCB前需根據個人意願以及元器件數量所占空間确定PCB的形狀及邊框大小，若無特殊外殼要求，一般設計成矩形、圓形以及正方形。

在設計該項目時，秉承着大小合适，美觀大方的原則，我們在頂部工具菜單欄下的邊框設置選型中設定：

長：100mm；

寬：70mm；

圓角半徑：2mm；

形狀類型：圓角矩形。

實際闆框大小會随着布局布線進行調整。

如果太小可适當放大，太大也可縮小邊框，風格樣式可自由發揮，但盡量控制在10cm*10cm之内，這樣就可以到嘉立創免費打樣啦～

圖5-1 邊框設置

圖5-2 78L05三端穩壓器邊框示意圖

5.2 PCB布局

在繪制完闆框外形後，接下來進行PCB設計的第二步，對元器件進行分類和布局。

分類指的是按照電路原理圖的功能模塊把各個元器件進行分類，圖中有很多三極管和電阻，但哪一個三極管和電阻是連到一起的呢？

這裡需要我們用到立創EDA所提供的布局傳遞功能。

第一步：确保PCB工程已保存到原理圖文件的同一個工程文件夾中。

第二步：框選原理圖中的某一電路模塊。

比如：

選中二極管保護電路，然後點擊頂部菜單欄中的 ”工具” → ”布局傳遞“ （快捷鍵為Ctrl Shift X）。如此，PCB頁面所對應的元器件就好進行選中并按照原理圖布局進行擺放。

使用這個方法将各個電路模塊進行分類後依次擺放在前面所放置的邊框中。

在布局的時候要注意！！務必擺放整齊。

根據飛線的指引、原理圖信号的流向、器件連接關系進行擺放，可以把原理圖器件擺放得非常整齊。

在布局的過程中注意接口位置，比如我們把排針以及香蕉頭接口按照左右下擺放，布局參考如圖5-3所示。

圖5-3 PCB布局參考圖（飛線已隐藏）

5.3 PCB走線

接下來進行PCB設計的第三步：PCB走線，全稱為印刷電路闆布線（PCB LAYOUT）。

由于電路闆有頂面與底面兩個面，在PCB走線也就可以分為頂層和底層走線。

其中，頂層走線默認是紅色線，底層為藍色線，也可按照個人喜好設置其他顔色。

走線，也就是在電路闆中按照飛線連接導線，将相同的網絡連接起來即可。

首先選擇層與元素中要走線的層，然後點擊導線工具進行連線（快捷鍵為W）。

看似簡單的連連看，其中需要我們耐心地進行調整。元器件的擺放布局也會影響走線的難度，所以還需要在走線過程中進一步調整布局，進一步優化。

前面所介紹的PCB布局相當于是在給走線做鋪墊，布局好了，走線也就自然順暢了。

在該項目的走線中提供以下幾點參考建議：

1. 電源線設置為35mil，信号線設置為20mil寬度
2. 走線以頂層走線為主，走不通的可以切換到底層進行連接
3. 走線過程中優先走直線，需要拐彎的地方以鈍角或圓弧拐彎為主
4. 最後加上淚滴，添加絲印标記該PCB闆的尺寸以及接口功能

布線參考如圖5-4所示。

初次設計可參考下圖進行走線，也可自由設計屬于你的78L05三端穩壓器芯片。

圖5-4 PCB走線參考圖

圖5-5 PCB-3D預覽圖

6.1 硬件焊接

拿到闆子和元器件後應先檢查物料是否有缺失和遺漏，檢查無誤後再進行焊接。

焊接原則是先低後高，首先把電阻，電容和二極管焊接到闆子上，然後再焊接三極管，排針，最後安裝香蕉頭接口。

直插器件的焊接方法如下圖所示。

注意焊接時對準位置，檢查元器件型号是否正确，錫線是否虛焊，避免影響電路性能，導緻電路不能正常工作。

圖6-1 電阻焊接操作圖

圖6-2 三極管焊接操作圖

圖6-3 PCB裝配圖

圖6-4 未焊接PCB闆

圖6-5 PCBA實物圖

圖6-6 PCB-3D圖

6.2 硬件調試

完成焊接第一步，切勿直接上電測試，即使你很興奮，順利完成了元器件的焊接，但也不能心急。

焊接完成後需要使用萬用表檢查電源與地是否短路，焊接過程中有沒有出現短路以及斷路的情況，檢查無誤後方能進行上電測試。

将電路闆接7V~12V直流電源，電源應遵循從小到大調節的原則，調節微調電阻RP1測輸出電壓為5V即可。

如輸出電壓不正常，應檢查電路是否有錯焊、虛焊等問題，直到輸出電壓正常。

圖6-7 5V輸出電壓測試圖

輸出電壓精度測試，輸出端接1W60Ω電阻，接通電源後這時輸出電流約80mA。

如圖6-8所示，調輸入端不同電壓，用數字萬用表測輸出電壓值，如表6-1數據。

表6-1 7V~12V輸出電壓精度表

圖6-8 輸出電壓精度測試圖

特别感謝俞虹老師為該項目所提供的資料支持~

原理圖

PCB圖

3D圖

按這樣的步驟，屬于我的LC78L05芯片就完成啦！你也快去試試吧！

你還有什麼想要補充的嗎？或者有什麼疑惑？歡迎評論！

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