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Spannungsregelung mit Festspannungsregler 78xx


Bei einfachen Aufgaben ist ein Spannungsregler (Spannungsteller), der mit Hilfe einer Z-Diode realisiert wurde, durchaus ausreichend. Bei größeren Strömen und höheren Anforderungen an Stabilität und Genauigkeit werden integrierte Spannungsregler empfohlen. Eine Alternative hierzu bietet die Spannungsregler – Reihe 78xx (für positive Spannungen) und 79xx (für negative Spannungen). Diese Spannungsregler sind äußerst bekannt und populär. Sie bestehen aus einer Reihe elektronischer Bauteilen, die zu einer integrierten Schaltung (IC) zusammengefasst sind. Zu wichtigen Eigenschaften dieser Regler gehören interne Temperaturüberwachung und Kurzschlussfestigkeit. Bei der Reihe handelt es sich um Festspannungsregler, die am Ausgang eine feste, konstante Spannung zur Verfügung stellen. Je nach Hersteller kann zu der Bezeichnung des Reglers ein Präfix hinzugefügt werden. Oft kommen solche Bezeichnungen wie µA78xx, MC78xx, LM78xx und L78xx vor. Ein Spannungsregler der 78xx-Reihe mit der Bezeichnung LM7805 stellt am Ausgang eine Spannung im Wert von 5 V zur Verfügung.

L78xx Grundschaltung

L78S12CV Grundschaltung
(Versorgungsspannung für die folgende Schaltung 15-30V)

Für Testzwecke wird der Regler wahlweise von einem Netzteil (15-30VDC) oder einem Trafo mit Gleichrichter eingespeist. Dazu werden abwechselnd die Schalter S1 und S2 verwendet. Die Einspeisungsseite der Schaltung sieht dann wie folgt aus:

Einspeisung

Teil 1 der Schaltung: Einspeisung

Bei geschlossenem Schalter S2 kommt die Versorgungsspannung unserer Schaltung aus einem Netzteil. Den Wert kann man hier manuell verstellen. Bei geschlossenem Schalter S1 erreicht den Spannungsregler eine wellenförmige Spannung, mit dem unten auf dem Bild abgebildeten Verlauf. Ein solcher Verlauf entsteht hinter einem Gleichrichter mit einem Glättungskondensator. Sie soll unseren Regler ein wenig ärgern und ihn zur Arbeit motivieren.

einspeisung_wellenfoermig

Wellenförmige Eingangsspannung bei geschlossenem Schalter S1 im Punkt P1.

Hinter dem Regler wird für Messzwecke ein Multimeter angeschlossen (Punkt P2). An dem Ausgang wird zusätzlich als Belastung eine Leuchtdiode mit Vorwiderstand und ein Relais angeschlossen. Um das Verhalten des Reglers auch bei wechselnden Last zu testen, wird das Relais permanent ein- und ausgeschaltet. Damit wird die Stromentnahme ständig verändert. Die unterschiedlichen Zustände werden ähnlich wie auf der Eingangsseite via Schalter erzeugt. Werden z. B. die Schalter S2 und S3 geschlossen, so geht die Leuchtdiode LD1 an und der Spannungsregler wird mit einem konstanten Strom belastet. Bei geschlossenen Schaltern S1 und S4 werden die Verhältnisse so am Eingang als auch am Ausgang sich ständig abwechseln. In diesem Fall hat der Regler zunächst mit einer wellenförmigen Spannung am Eingang zu kämpfen. Zusätzlich, da das Relais und damit die Leuchtdiode permanent ein- ausgeschaltet werden, kommt dazu am Ausgang sich ständig verändernde Stromentnahme. Ein Oszilloskop soll uns zeigen, wie und ob der Regler mit der Aufgabe fertig wird.

Ausgangsseite

Teil 3 der Schaltung: Ausgangsseite

Diese Teilschaltung funktioniert ganz einfach. Sobald der Schalter S4 geschlossen wird, beginnt der Kondensator C5 sich aufzuladen. Ist die Schaltwelle des Relais K1 erreicht, wird es eingeschaltet. Über ein Schließer Kontakt wird anschließend der Kondensator entladen und damit das Relais wieder ausgeschaltet. Der Vorgang wiederholt sich, bis der Schalter S4 wieder geöffnet wird. Über ein zweites Schließer Kontakt des Relais wird eine Leuchtdiode geschaltet, die den Vorgang sichtbar macht. Das Ein- und Ausschalten des Relais und der Leuchtdiode verursacht Änderungen der Stromaufnahme. Trotz dieser Änderungen soll der Spannungsregler durchgehend eine stabile 12V Spannung liefern. Die Spannung am Punkt P4 hat im aktiven Zustand folgenden Verlauf:

spannungsverlauf

Spannungsverlauf - Punkt P4

Die eigentliche Verschaltung des Spannungsreglers kann wie auf dem Bild unten abgebildet erfolgen. Wie man hier sehen kann, ein L78xx benötigt nur wenige Zusatzkomponente. Bei Bedarf kann die oben dargestellte Grundschaltung mit zwei Elkos erweitert werden.

spannungsregler L78s12cv

Teil 2 der Schaltung: Spannungsregler

Komplett aufgebaute Test-Schaltung:

Testschaltung

Testschaltung

Bei allen Kombinationen der Schalterstellungen S1-S2 und S3-S4 lieferte der Regler stets das gleiche Ergebnis:

spannungsverlauf_ausgang_l78s12cv

Spannungsverlauf am Ausgang bei allen Versuchen

Kurzvideo


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