¿En qué consiste el circuito interno de un regulador 7805?

El funcionamiento interno de muchos circuitos integrados a menudo es realmente difícil de entender (¡a menos que los haya diseñado!), Pero el 7805 ha existido durante mucho tiempo y no es demasiado difícil. Aun así, no diseño circuitos integrados y admito que no entiendo todas las razones por las cuales las cosas son como son, pero los bloques funcionales coinciden bastante bien con la versión del “principio básico” publicada por stevenvh.
En realidad, hay varias versiones diferentes del circuito de diferentes fabricantes, manteniendo la misma topología básica pero con variaciones hechas por sus propios motivos inescrutables. Esta es la versión de Texas Instruments:
He esbozado varios bloques funcionales del circuito en color. En el extremo izquierdo, en rojo, está el circuito de referencia de voltaje. El diodo zener tiene un coeficiente de temperatura positivo en su punto de operación seleccionado, y el transistor a cuya base está conectado tiene un coeficiente de temperatura negativo a una corriente constante. Las dos resistencias conectadas a la base del transistor forman un divisor de voltaje, y cuando esas resistencias se ajustan a los valores correctos, el voltaje en su punto medio será una referencia que es relativamente insensible a las variaciones de temperatura. La corriente a través del primer transistor se establece en un valor constante por el transistor conectado a través de la resistencia en la parte inferior de la sección roja. El colector de ese transistor no está conectado a la tensión de entrada, sino a un punto directamente debajo de la sección delineada en naranja. El voltaje en ese nodo está regulado y, por lo tanto, la corriente a través del transistor de referencia de voltaje no variará con el voltaje de suministro debido al efecto Early.
La sección verde comprende un amplificador diferencial bastante sofisticado, que se utiliza para comparar el voltaje de referencia con el voltaje de salida. Los transistores de par diferencial que aparecen en la parte superior de la sección parecen ser dispositivos NPN utilizados en una configuración de colector común, no PNP en un emisor común como cabría esperar. La entrada al par proveniente del divisor de voltaje de salida, delineado en amarillo, se alimenta a una disposición interesante de tipo cascode / Darlington. No puedo decir que entiendo completamente la razón de este arreglo, puede tener algo que ver con mantener la estabilidad del amplificador bajo cargas de salida variables.
En la parte inferior de la sección verde hay un espejo de corriente que también usa un transistor de compensación de corriente base para mantener la corriente a través de cada sección más igual. El amplificador diferencial de colector común y el espejo de corriente forman un amplificador de transconductancia o un convertidor de voltaje a corriente. A medida que aumenta la corriente a través de un tramo del par, la corriente a través de la sección correspondiente del espejo actual disminuye y la diferencia se inyecta en la sección azul.
La sección azul está compuesta principalmente por un amplificador emisor común Darlington, inferior, con una carga de fuente de corriente, compuesta por el transistor derecho de la sección naranja. Esta combinación aporta la mayor parte de la ganancia del amplificador de error. El transistor en la parte superior derecha de la sección azul establece la corriente a través del par Darlington, y dado que esta corriente es reflejada por el otro transistor en la sección naranja, también establece la corriente a través del amplificador diferencial verde.
La salida de este amplificador se toma en la entrada de la sección violeta y se aplica a otro par de Darlington que comprende el transistor de paso de salida y el transistor del controlador en la esquina superior derecha. La corriente de salida fluye a través de estos transistores, y el amplificador de error que ajusta el voltaje en esta base de Darlington es lo que mantiene la salida estable. El transistor en la parte inferior izquierda de la sección violeta se usa para limitar la corriente; Si la corriente de salida aumenta más allá de cierto valor, el voltaje a través de la resistencia en el transistor de paso activará este transistor, alejando la unidad base y reduciendo la corriente. No estoy seguro de cuál es exactamente la función del diodo Zener y los componentes asociados; Creo que puede ser algún tipo de circuito de apagado térmico.