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lm7912引脚图和参数

来源：

2025-07-02

类别：基础知识

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LM7912负压稳压器：引脚、参数与应用详解

LM7912是一款应用广泛的三端负电压固定稳压器，属于LM79xx系列，专门用于提供稳定的-12V直流输出电压。在电子电路设计中，当需要稳定的负电压供电时，LM7912因其使用简便、性能可靠而成为常用的选择。它通常用于为运算放大器、模拟电路、传感器以及其他需要负电压的组件提供电源。

1. LM7912概述

LM7912是一款单片集成电路，其内部集成了温度补偿齐纳基准、误差放大器、功率晶体管以及完善的保护电路，包括内部电流限制、热关断和安全工作区（SOA）保护。这些保护功能极大地提高了芯片的鲁棒性和可靠性，使其能够承受一定的过载和异常情况，而不会立即损坏。它通常采用TO-220封装，这种封装形式便于散热，适合中等功率的应用。

稳压器的主要功能是将不稳定的输入电压转换为稳定的输出电压，即使输入电压或负载电流发生变化，输出电压也能保持在一个预设的稳定值。LM7912的“79”系列命名就代表其是负电压稳压器（而“78”系列则是正电压稳压器），“12”则直接指明了其固定的输出电压为-12V。

2. LM7912引脚图与引脚功能

LM7912最常见的封装形式是TO-220，这是一种直插式封装，具有三个引脚。理解每个引脚的功能是正确连接和使用LM7912的基础。

引脚编号	引脚名称	功能描述
1	地 (Ground)	这是稳压器的公共参考点，通常连接到电路的GND。在TO-220封装中，有时引脚1与芯片的金属背板相连，但通常还是建议将引脚1作为独立的接地端进行连接。
2	输入 (Input)	这是未稳压的负直流输入电压端。输入电压必须比输出电压更负，并且需要满足一定的最小输入/输出压差要求，以确保稳压器正常工作。通常，为了滤除输入纹波和抑制振荡，会在此引脚和地之间并联一个电容器。
3	输出 (Output)	这是经过稳压的-12V直流输出电压端。为了提高输出稳定性，通常在此引脚和地之间并联一个电容器。

TO-220封装的LM7912引脚视图（从正面看，引脚朝下）：

     ___
    /   
   |  _  |
   | |_| |  <- 散热片/金属背板 (通常与引脚2相连，但设计中应以引脚2作为输入)
   \_____/
     | | |
     -----
      1 2 3
      GND IN OUT

重要提示：

虽然TO-220封装的金属背板（通常是散热片）在某些79xx系列稳压器中可能与中间引脚（输入端）连接，但在实际电路设计中，应始终按照数据手册的指引，将引脚1（GND）、引脚2（输入）和引脚3（输出） 分别进行连接。不要仅仅依赖背板的连接性。
正确识别引脚非常重要，因为引脚接反会导致稳压器损坏。在实际使用前，请务必参照具体制造商的数据手册进行确认，以防不同批次或制造商的引脚定义略有差异（尽管LM79xx系列的引脚定义非常标准化）。

3. LM7912主要电气参数

了解LM7912的主要电气参数对于正确选择和应用它至关重要。这些参数定义了稳压器的工作范围和性能特性。以下是一些关键参数：

3.1. 输出电压 (Output Voltage)

标称输出电压： V_OUT=−12V
输出电压容差： 通常在 pm4 到 pm5 之间，具体取决于型号和温度范围。这意味着实际输出电压可能在-11.4V到-12.6V之间。

3.2. 输入电压范围 (Input Voltage Range)

推荐输入电压： 通常在 −14.5V 到 −27V 之间。需要注意的是，输入电压必须足够负，以保证至少2V的输入/输出压差（∣V_IN−V_OUT∣）。
最大输入电压： −35V（绝对最大额定值），超过此值可能会损坏器件。长时间在接近最大值的情况下工作也不推荐。

3.3. 压差 (Dropout Voltage)

典型压差： 通常为 1.1V 到 2V。这是指为了确保稳压器正常工作，输入电压与输出电压之间的最小负向压差。例如，如果输出是-12V，那么输入至少需要低于-13.1V（假设压差为1.1V）。压差越小，稳压器在低输入电压下的效率越高。

3.4. 输出电流 (Output Current)

典型输出电流： 通常为 1.0A。一些型号可能提供更高的输出电流，如LM7912CT（TO-220封装）通常能提供1.5A的连续输出电流。
最大输出电流： 受限于内部电流限制和散热条件。当输出电流过大时，内部电流限制电路会启动，限制输出电流，以保护器件。

3.5. 线路调整率 (Line Regulation)

典型值： 2mV 到 24mV (对于 I_OUT 变化 20mA 到 1A)。线路调整率衡量的是当输入电压在规定范围内变化时，输出电压的变化量。越小的值表示稳压器对输入电压变化的抑制能力越强。

3.6. 负载调整率 (Load Regulation)

典型值： 6mV 到 48mV (对于 I_OUT 变化 5mA 到 1.5A)。负载调整率衡量的是当负载电流在规定范围内变化时，输出电压的变化量。越小的值表示稳压器在负载变化时，输出电压的稳定性越好。

3.7. 静态电流 (Quiescent Current)

典型值： 4.3mA 到 8mA。这是指在空载情况下（无输出电流）稳压器自身消耗的电流。对于低功耗应用，这个参数非常重要。

3.8. 纹波抑制比 (Ripple Rejection)

典型值： 60dB 到 70dB。纹波抑制比（或电源抑制比 PSRR）表示稳压器抑制输入纹波的能力。较高的值意味着稳压器能更好地滤除输入电源中的交流纹波，提供更平滑的直流输出。

3.9. 工作温度范围 (Operating Temperature Range)

商业级： $0^circ C$ 到 $+125^circ C$。
工业级： $-40^circ C$ 到 $+125^circ C$。
军用级： $-55^circ C$ 到 $+150^circ C$。

3.10. 内部保护功能

过热关断 (Thermal Shutdown)： 当芯片内部温度超过安全阈值（通常在$150^circ C$ 到 $175^circ C$）时，稳压器会自动关断，以防止永久性损坏。
短路电流限制 (Short-Circuit Current Limit)： 当输出端发生短路时，内部电路会将输出电流限制在一个安全值，保护器件。
安全工作区保护 (Safe Operating Area - SOA Protection)： 限制了在不同输入-输出电压差和负载电流组合下，功率晶体管的工作区域，确保其在安全范围内运行。

4. LM7912工作原理

LM7912的工作原理基于一个反馈控制系统，旨在维持输出电压的恒定。其核心部件包括：

基准电压源 (Reference Voltage Source)： 提供一个精确、稳定的内部负向基准电压。这个基准电压是输出电压稳定性的基础。
误差放大器 (Error Amplifier)： 比较输出电压（经过分压，或直接比较）与内部基准电压。如果输出电压偏离设定值，误差放大器会产生一个误差信号。
调整元件 (Pass Transistor/Series Regulator)： 通常是一个串联在输入和输出之间的PNP或NPN功率晶体管（LM7912通常使用PNP型）。误差放大器的输出信号驱动这个调整元件，以调整其导通程度。
反馈网络 (Feedback Network)： 将一部分输出电压反馈到误差放大器，与基准电压进行比较。
保护电路 (Protection Circuitry)： 包括过热关断、电流限制和SOA保护等，用于防止器件在异常条件下损坏。

工作流程简化：

当输入电压加到LM7912的输入引脚时，电流流过内部的调整元件到达输出端。误差放大器不断监测输出电压，并将其与内部的-12V基准电压进行比较。

如果输出电压的负值不够大（例如，-11.8V），误差放大器会检测到这个偏差，并驱动调整元件使其导通程度增加，从而允许更多的电流流向输出端，使得输出电压的负值增加，接近-12V。
如果输出电压的负值过大（例如，-12.2V），误差放大器会驱动调整元件使其导通程度减小，从而减少流向输出端的电流，使得输出电压的负值减小，回到-12V。

这个闭环反馈系统使得LM7912能够动态地调整自身，以补偿输入电压的变化、负载电流的变化以及温度漂移，从而提供一个高度稳定的-12V输出。

5. LM7912典型应用电路

LM7912的典型应用电路非常简单，通常只需要几个外部元件即可构成一个稳定的负电源。

5.1. 基本负电压稳压电路

这是最常见的应用方式，用于从一个未稳压的负输入电压产生一个稳定的-12V输出。

       C_IN
       ||
       ||
   Vin ---||---+---------- LM7912 ----------+ Vout (-12V)
        ---||---+          | IN  OUT |
                  |          |         |
                  |          +---------+
                  |            | GND
                  |            |
                  |            |
                GND ---------- GND -------- GND
                               |
                               |
                               +--- C_OUT
                                    ||
                                    ||
                                    ||
                                    ---||
                                    GND

元件选择：

输入电容 (C_IN): 通常为 0.33muF 到 1muF 的电解电容或陶瓷电容，用于改善输入瞬态响应和滤除输入电压上的高频噪声和纹波。它应该放置在尽可能靠近LM7912的输入引脚。
输出电容 (C_OUT): 通常为 0.1muF 到 1muF 的电解电容或陶瓷电容，用于改善负载瞬态响应，提高输出稳定性，并抑制可能的高频振荡。它也应放置在尽可能靠近LM7912的输出引脚。

注意事项：

输入电压： V_IN 必须是负值，且其绝对值应大于 ∣V_OUT∣+∣V_DROPOUT∣。例如，如果输出是-12V，压差为1.5V，那么输入电压至少要比-13.5V更负。通常建议输入电压在-14.5V到-27V之间。
接地： 确保输入地、输出地和LM7912的GND引脚正确连接。良好、低阻抗的接地路径对于稳压器的稳定工作至关重要。
电容ESR： 稳压器对输出电容的等效串联电阻（ESR）有一定要求。通常建议使用低ESR的电容，特别是对于大电流应用。

5.2. 双电源供电电路 (与LM7812配合)

在许多模拟电路中，如运算放大器，需要正负双电源供电。LM7912可以与LM7812（或78L12）配合使用，从一个中心抽头的变压器整流后的电源产生正负12V输出。

            +----------+      +----------+
            | 整流滤波 |      | 整流滤波 |
            | (正电压) |      | (负电压) |
            +----------+      +----------+
                 |                 |
                 |                 |
                 V+                V-
                 |                 |
                 |                 |
         +-------+-------+ +-------+-------+
         | LM7812        | | LM7912        |
         | IN  OUT |     | | IN  OUT |     |
         +---------+     | +---------+     |
           | GND         |   | GND         |
           |             |   |             |
           |             |   |             |
          GND           GND GND           GND
           |             |   |             |
           |             |   |             |
           V+ out (+12V)  V- out (-12V)

连接方式：

LM7812： 输入接未稳压的正电压，输出接+12V。
LM7912： 输入接未稳压的负电压，输出接-12V。
公共地： 两个稳压器的GND引脚都连接到电路的公共地。

6. 散热考虑

LM7912在工作时会产生热量，特别是在输入-输出压差较大或输出电流较高时。这些热量需要有效地散发出去，以防止芯片内部温度过高而触发热关断，甚至损坏器件。

产生的功耗 (P_D) 计算公式：

P_D=(∣V_IN∣−∣V_OUT∣)timesI_OUT

其中：

P_D 是器件的功耗（单位：瓦特 W）
∣V_IN∣ 是输入电压的绝对值
∣V_OUT∣ 是输出电压的绝对值
I_OUT 是输出电流（单位：安培 A）

例如，如果输入电压是-20V，输出电流是0.5A：P_D=(∣−20V∣−∣−12V∣)times0.5A=(20V−12V)times0.5A=8Vtimes0.5A=4W

散热方式：

自然对流散热： 对于小电流和低压差应用，LM7912（TO-220封装）自身的金属散热片可能足以通过自然对流和辐射散发热量。
安装散热片： 当功耗超过一定值时（通常是2W以上，具体取决于环境温度和空气流通情况），必须为LM7912安装额外的散热片。散热片可以有效增加散热面积，降低芯片温度。
散热膏/绝缘垫： 在LM7912的金属背板和散热片之间涂抹导热硅脂或放置导热绝缘垫，可以提高热传导效率。
PCB布局： 良好的PCB布局也有助于散热。尽量增加与芯片散热区域相连的铜箔面积，并确保有足够的空气流通。

热阻 (R_thetaJA 和 R_thetaJC):

结到环境热阻 (R_thetaJA): 衡量从芯片内部结点到周围环境的热阻。这个值越小，散热效果越好。对于TO-220封装，无散热片时 typically $60^circ C/W$ 左右。
结到壳热阻 (R_thetaJC): 衡量从芯片内部结点到封装外壳的热阻。这个值通常很小，例如 $5^circ C/W$ 左右。

通过热阻和功耗可以估算芯片的结温（T_J）：

T_J=T_A+(P_DtimesR_thetaJA)

其中 T_A 是环境温度。确保 T_J 不超过芯片的最高允许结温（通常是 $125^circ C$ 或 $150^circ C$），以保证长期可靠性。如果计算出的结温过高，就需要改进散热设计。

7. LM7912的优势与局限性

优势：

使用简单： 作为三端固定稳压器，它只需要很少的外部元件即可工作，降低了电路设计的复杂性。
高度集成： 内部集成了多种保护功能，如过热、过流和SOA保护，增强了系统的可靠性。
输出稳定： 能够提供非常稳定的固定负电压输出，对输入电压和负载变化具有良好的调整率。
成本效益高： 相对于复杂的开关电源解决方案，线性稳压器成本更低，适用于对效率要求不那么苛刻的应用。
低噪声： 线性稳压器通常比开关电源产生更低的输出纹波和噪声，这对于模拟电路和精密仪器非常重要。

局限性：

效率较低： 作为线性稳压器，当输入电压和输出电压之间压差较大时，会以热量的形式消耗多余的能量，导致效率较低。这尤其在高电流应用中更为明显。
需要散热： 较低的效率意味着更多的能量转化为热量，因此在大功率应用中，需要额外的散热措施（如散热片）。
无法升压或降压： 只能实现降压稳压（将更负的电压转换为固定的负电压），不能用于升压或反相应用。
输入电压限制： 需要输入电压比输出电压有足够的压差才能正常工作，同时输入电压不能超过最大额定值。
固定输出电压： LM7912提供的是固定的-12V输出，如果需要其他负电压，则需要选择其他型号（如LM7905、LM7915）或使用可调负压稳压器（如LM337）。

8. 设计与使用注意事项

电容放置： 输入和输出旁路电容应尽可能靠近LM7912的引脚，以最大限度地减小寄生电感和电阻的影响，从而提高稳压性能和抑制振荡。
地线布局： 采用星形接地或低阻抗的接地平面，以避免地线环路和噪声干扰。大电流路径应短而粗。
输入电压纹波： 虽然LM7912具有良好的纹波抑制能力，但输入电压的纹波不宜过大。如果输入纹波过大，建议在LM7912之前增加一个大容量的滤波电容。
最大输入电压： 严格遵守数据手册中的最大输入电压限制，避免瞬态过压。
输出短路保护： 尽管LM7912有内部短路保护，但在实际应用中，仍应确保负载不会长时间短路，因为长时间的短路可能导致芯片温度过高而加速老化。
反向偏置保护： 在某些情况下，如果输入电压瞬时低于输出电压（例如，在关机时输出电容放电慢于输入），可能会导致稳压器内部电流反向流动。此时，可以在输入端和输出端之间并联一个反向二极管（肖特基二极管），以提供电流路径，保护稳压器。
瞬态响应： 对于负载电流快速变化的场合，适当增加输出电容容量可以改善瞬态响应，减小输出电压的瞬态跌落或过冲。
并联使用： 一般不建议将多个LM7912直接并联以获得更大的输出电流，因为它们之间的电流分配可能不均。如果需要更大的电流，应使用专用的并联稳压器或带有外部功率晶体管的稳压方案。