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Spannungsregelung mit Längsregler LM317


Ein weiterer bekannter und populärer integrierter Längsregler ist der LM317. Trotz, dass der Baustein mittlerweile in die Jahre gekommen ist, er stammt aus den 70ern, wird er oft eingesetzt und ist bei nahezu allen Anbietern kostengünstig erhältlich. Seine Ausgangsspannung kann mithilfe zwei externen Widerständen, die in Form eines Spannungsteilers verschaltet werden, beliebig eingestellt werden. Die Ausgangsspannung ist im Bereich 1.25 V bis 37 V einstellbar. Am Eingang kann eine Spannung bis zu 40V angelegt werden, der Ausgang kann mit 1,5 A belastet werden. LM317 ist für positive Spannungen gedacht, der integrierte Längsregler LM337 ist dagegen für negative Spannungen ausgelegt.

laengsregler_lm317

Längsregler LM317

Bei der Bildung des Spannungsteilers kann statt eines festen Widerstandes ein Potenziometer verwendet werden, wodurch man einen stufenlos einstellbaren Spannungsregler erhält. Der Baustein verfügt, ähnlich wie die ICs der 78xx-Reihe, über drei Anschlüsse.
1 – Adjust
2 – Output
3 - Input
Die Pin-Belegung:

LM317 Pinbelegung

LM317 Pinbelegung

Die folgende Schaltung soll ein sägezahnähnliches Signal am Eingang in ein konstantes, stabiles Signal am Ausgang verwandeln. Bei dem Eingangssignal handelt es sich um ein Signal, das hinter einem Trafo mit Gleichrichter und einem Kondensator entsteht. Ohne Glättungskondensator hat das Signal (direkt hinter dem Gleichrichter) folgende Form:

Eingangssignal (Gleichrichter)

Eingangssignal (hinter einem Gleichrichter)

Nach der Glättung mit einem Kondensator sieht der Signalverlauf wie folgt aus:

Eingangssignal

Eingangssignal

Natürlich kann man der Schaltung auch ein beliebig anderes Signal zuführen. Wichtig ist, dass der LM317-Regler eine ernste Aufgabe bekommt und als Veteran aus den 70ern Jahren zeigen kann, dass er immer noch fit ist und mit solchen Aufgaben problemlos fertig wird. Der Wert des Eingangssignals liegt über 20 V.
Das Signal am Ausgang soll im Bereich von ca. 9 bis 14 VDC stufenlos einstellbar sein und nach erfolgter Einstellung einen sauberen, stabilen und konstanten Wert aufweisen.

Die Berechnung der Widerstandswerte erfolgt nach folgender Formel:

Vout = 1,25 * (R1+R2)/R1

Die im Datenblatt angegebene Formel enthält noch eine Komponente Iadj*R2,
(Vout = 1,25 * (R1+R2)/R1 + Iadj*R2)
die jedoch vernachlässigt werden kann.

Im Normalfall hätten wir hier mit einer Gleichung mit zwei Unbekannten und einer unendlichen Anzahl an Ergebnissen zu tun. Doch laut Datenblatt soll der Wert des Widerstandes R1 240 Ohm betragen. Hält man sich an diese Empfehlung, ist die Berechnung von R2 einfache Angelegenheit.
Bei dieser Voraussetzung, um 9V am Ausgang zu bekommen, beträgt der Wert des Widerstandes R2:

R2 = 9V * 240 Ω / 1,25V – 240 Ω = 1488 Ω ~ 1500 Ω

Für die Spannung von 14 V beträgt R2 nach der gleichen Formel:

R2 = 14V * 240 Ω / 1,25V – 240 Ω = 2448 Ω ~ 2500 Ω

Um eine Regelung der Ausgangsspannung zwischen 9 und 14 V zu ermöglichen, wird der Widerstand R2 in zwei Widerstände geteilt, einen festen Widerstand im Wert von 1500 Ω und ein Potenziometer im Wert von 1000 Ω.

Falls man die benötigten festen Widerstände nicht zur Hand hat, können sie mit einem entsprechend eingestellten Potenziometer ersetzt werden. Ein anderer Weg, der hier gewählt wird, ist passende Widerstände parallel zu schalten, damit sie den gewünschten Gesamtwiderstand bilden.
Die Ausgangsformel für den Gesamtwiderstand Rg von zwei parallel geschalteten Widerständen Ra und Rb lautet:

1/Rg = 1/Ra + 1/Rb

Im Fall von R1 werden zwei Widerstände im Wert von jeweils 300 und 1200 Ω parallel zusammengeschaltet:
Rg = Ra*Rb / (Ra+Rb) = (300 * 1200) / 1500 = 240 Ω
Für den Widerstand im Wert von 1500 Ω können zwei Widerstände im Wert von jeweils 2200 und 4700 Ω verwendet werden.
Rg = Ra*Rb / (Ra+Rb) = (2200 * 4700) / 6900 = ~1500 Ω

Unter Berücksichtigung dieser Werte sieht der Schaltplan wie folgt aus:

Spannungsregler LM317 - Schaltplan

Schaltplan

Optional können parallel zu R2 ein Kondensator und R1 eine Diode, um Schwingungen zu unterdrücken, zugeschaltet werden (siehe Datenblatt). Der Regler wird hier mit einem Strom von lediglich 20 mA (Leuchtdiode) belastet. Das ist für den LM317 kein Problem. Kommen größere Ströme ins Spiel, muss über eine passende Kühlung des Bausteins nachgedacht werden. Der Output ist mit Input über eine Diode D1 (1N4002), die eine Schutzfunktion hat, verbunden.

Testschaltung

Testschaltung

Auf dem Kurzvideo ist zu sehen, dass an die Schaltung zusätzlich ein Oszilloskop angeschlossen ist. Im oberen Bereich des Bildschirmes sieht man die Eingang-, im unterem Bereich die Ausgangsspannung. Bei praktischer Anwendung sind stets die Toleranzen der angewandten Komponenten zu berücksichtigen.

Kurzvideo


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