Tipp: Kniffe für 78XX Spannungsregler

7805_artikelfoto_www.michael-floessel.deWeg mit der Spannung!

Zu den im vorherigen Beitrag erwähnten 78’er Festspannungsreglern, gibt es noch einige Kniffe, mit denen man sie etwas flexibler einsetzen kann.

Wie der Name schon sagt, handelt es sich um integrierte Regelschaltkreise, welche eine stabile Ausgangsspannung liefern.

Nun kann es aber passieren, dass eben nicht 5V, sondern 5,7V, 7V oder 10V gewünscht sind, man einen solchen Regler aber nicht zur Hand hat oder es diesen einfach nicht gibt.

Im simpelsten Fall benötigt man statt z.B. 5V für eine Schaltung 5,7V, weil dahinter eine Diode liegt, deren Spannungsabfall man wieder abfangen möchte. Dies kommt z. B. vor, wenn man bei einem Mikrocontroller den ICSP (Programmierung in der Schaltung) Schaltungsteil aufbaut.

Spannungsregler 78XX - www.michael-floessel.de

In so einem Fall ist die Lösung recht einfach:

Es wird eine normale Diode zwischen den GND Anschluss des Reglers und Masse geschaltet.

Der Spannungsabfall der Diode ‚zieht‘ für den Regler das (-)/Massepotential um eben den Diodenspannungsabfall hoch.

Aus Sicht des 78XX ist die Anode (+) der Diode ‚D1‘ GND, er wird also um die Differenz der Diodenspannung die Ausgangsspannung anheben.

Spannungsregler 78XX - www.michael-floessel.deDieses Spielchen kann noch weiter getrieben werden.

Wenn der eng begrenzte Spannungsabfall einer Diode die Ausgangsspannung anheben kann, sollte ein einstellbarer Spannungsabfall dies auch variabel in einem größeren Bereich können.

Mit einem Trimmer bzw. Poti, lässt sich somit eine veränderbare Ausgangsspannung realisieren. Im Prinzip analog zum LM317T, dieser ist aber speziell für diesen Einsatzfall gedacht. Der Pferdefuß der „misshandelten“ 78er Regler ist nämlich u.a., dass sie niemals unter die Nennspannung des Spannungsreglers kommen können und auch die Stabilisierungseigenschaften etwas schlechter werden.

Spannungsregler 78XX - www.michael-floessel.deEin wenig verbessern lässt sich die Stabilität, wenn man der Schaltung einen zusätzlichen Widerstand spendiert, hier R2.

Dieser lässt einen Strom durch R1 fließen und sorgt damit für eben den Spannungsabfall, welcher dem Regler vorgaukelt, sein GND-Potential läge um diesen Spannungsabfall höher.

Im Alltag haben sich 390-560 Ohm für R2 und 1k für R1 als brauchbar erwiesen. Auch bei dem zuerst genannten Beispiel mit der Diode kann R2 übrigens nicht schaden.

Spannungsregler 78XX - www.michael-floessel.deSafety first!

Eigentlich sind die 78XX Regler recht gut gegen Zerstörung durch Überlast geschützt.

Was sie jedoch gar nicht gerne mögen, ist eine Spannung am Ausgang, die höher ist, als die Eingangsspannung, das quittieren sie u. U. mit dem Ende ihres Daseins.

Solche Sachen bekommt man zum Beispiel recht gut hin, wenn man mittels eines 78er und etwas Elektronik einen Akku lädt und vergisst, diesen abzuklemmen, ehe man die Betriebsspannung abschaltet.

Damit ist die Eingangsspannung 0V, die Ausgangsspannung aber immer noch die Akkuspannung, das kann den Regler killen!

Wie im Schaltbild dargestellt, ist dieses Problem mit einer weiteren Diode (hier D1) zu lösen. Sie überbrückt quasi den Regler, die Differenz Ausgang-> Eingang, kann 0,7V nicht übersteigen, das kann der 78XX „ab“.

Ich habe mir angewöhnt, diese Diode in all meinen Spannungsversorgungen einzubauen, man weiß ja nie :-)

 

 

Tipp: Der 78XX Spannungsregler

Festspannungsregler 7805 aus der 78xx-SerieElektronikbauteile für den Hausgebrauch

Die Festspannungsregler der 78xx-Serie finden sich wohl in so ziemlich jeder Bastelkiste.

Für diejenigen, die die kleinen Bauteile noch nicht kennen:

Sie sind in der Lage, aus einer höheren Eingangsspannung eine stabile Ausgangsspannung zu erzeugen. Bei den klassischen 78xx-Reglern sollte die Eingangsspannung dafür ungefähr 3 V über der gewünschten Ausgangsspannung liegen. Wie viel tatsächlich nötig ist, hängt vom jeweiligen Typ und der Belastung ab. Natürlich darf auch die maximal zulässige Eingangsspannung nicht überschritten werden.

Die Regler sind intern gegen Überstrom und zu hohe Temperaturen geschützt und kosten nicht die Welt.

Die Bezeichnung verrät bereits die Ausgangsspannung. Der 7805 liefert also 5 V, der 7812 eben 12 V und so weiter. Es gibt sie mit maximalen Ausgangsströmen von 100 mA bis zu mehreren Ampere. Wichtig ist dabei unter anderem der Buchstabe, der zwischen der „78“ und der Spannungsangabe (z. B. 05) steht.

Ein 78S05 kann beispielsweise maximal 2 A bei 5 V liefern, der 78L12 dagegen 100 mA bei 12 V. Bei der einfachen Bezeichnung ohne zusätzlichen Buchstaben sind es in der Regel 1 bis 1,5 A. Ich habe beides schon in Datenblättern gefunden.

Hier ein Beispieldatenblatt zum LM7805. Da es mehrere Hersteller gibt, lohnt es sich, immer das zum tatsächlich verwendeten Typ gehörende Datenblatt zu benutzen.

 

Beispielschaltung für einen 78xx-Festspannungsregler mit KondensatorenDer Schaltungsaufbau benötigt nicht wirklich viele Bauteile.

Nimmt man die Beispielschaltungen aus den verschiedenen Datenblättern und hat eine wirklich saubere Eingangsspannung sowie kurze Leiterbahnen, kann man C1 und C2 unter Umständen sogar weglassen. Das hängt allerdings von der jeweiligen Schaltung und den Herstellerangaben ab.

C3 sollte meiner Erfahrung nach immer vorhanden sein. Ich habe schon erlebt, dass die 78er ohne diesen Kondensator ins Schwingen kommen. Das bedeutet, dass die Ausgangsspannung mit recht hoher Frequenz schwanken kann. Eine dahinter befindliche Schaltung kann damit natürlich nicht viel anfangen.

C3 soll genau das verhindern. Mit 100 nF als Faustregel habe ich bisher noch nie Probleme gehabt. Wichtig ist dabei auch, dass die Kondensatoren möglichst nah am Regler sitzen, damit sie ihre Aufgabe vernünftig erfüllen können.

Aber wie gesagt: Datenblatt! ;-)

Mit der gezeigten Standardschaltung kann man bei den üblichen Hobbyanwendungen nicht viel falsch machen, solange man die Grenzen des Reglers berücksichtigt.

Ein wichtiger Punkt: Die Wärmeentwicklung

Was man bei diesen Reglern nicht vergessen darf, ist die Verlustleistung. Die Spannungsdifferenz zwischen Eingang und Ausgang wird bei einem solchen Linearregler praktisch in Wärme umgesetzt.

Ein kleines Beispiel:

Am Eingang liegen 12 V an, am Ausgang des 7805 sollen 5 V bei 1 A zur Verfügung stehen.

12 V – 5 V = 7 V Spannungsdifferenz.

P = U × I = 7 V × 1 A = 7 W.

Das sind immerhin 7 W, die der kleine Regler in Wärme umsetzen muss. Ohne entsprechende Kühlung wird das nichts. Der eingebaute Temperaturschutz verhindert zwar normalerweise die thermische Zerstörung, aber wenn der Regler deshalb abschaltet oder die Ausgangsspannung einbricht, hilft das der angeschlossenen Schaltung auch nicht weiter.

Deshalb sollte man nicht nur auf den maximal angegebenen Ausgangsstrom schauen, sondern immer auch auf die Eingangsspannung und die daraus entstehende Verlustleistung.

Und wenn eine negative Spannung benötigt wird?

Das negative Gegenstück zu den 78er-Reglern sind die 79er. Sie werden eingesetzt, wenn statt einer positiven eine negative Versorgungsspannung benötigt wird, beispielsweise -12 V.

Vereinfacht gesagt sitzt der Regler dann im negativen Versorgungszweig. Das Funktionsprinzip ist ähnlich, allerdings ist die Anschlussbelegung anders. Einen 7805 einfach gegen einen 7905 auszutauschen, funktioniert also nicht!

Auch hier steht die Bezeichnung wieder für die Eigenschaften des Reglers. Ein 7912 liefert dementsprechend -12 V, je nach Ausführung beispielsweise mit einem maximalen Ausgangsstrom von 1 A.

Wie bei den positiven Spannungsreglern gilt auch hier: Das Datenblatt des tatsächlich verwendeten Bauteils ist entscheidend.

 


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