Einfaches Netzteil mit Strombegrenzung
Spannungsstabilisierung mit Z-Diode
Bild 1: Spannungsstabilisierung mit Z-Diode
Diese Schaltung mit Z-Diode zur Spannungsstabilisierung haben Sie in der Lektion 5 kennengelernt. Der entnehmbare Laststrom IL ist jedoch kleiner als der maximale Querstrom IZ durch die Diode. Um höhere Ströme entnehmen zu können, kann man einen Stromverstärker dahinter schalten.
Bild 2: Zwei verschiedene Darstellungen der einfachen Spannungsstabilisierung
Das Bild 2 unten links zeigt eine solche Schaltung in zwei Darstellungen. Links erkennt man den Z-Dioden-Spannungsteiler und die Kollektor- schaltung, rechts erkennt man einfacher, dass der Transistor V2 mit der Last in Reihe geschaltet ist. Die Ausgangsspannung U2 ist immer um 0,6 bis 0,7 V kleiner als die Spannung an der Z-Diode.
Die Schaltung funktioniert folgendermaßen. Der Transistor ist als regelbarer Vorwiderstand geschaltet. Nimmt der Laststrom zu, wird dadurch die Ausgangsspannung U2 etwas sinken. Dadurch wird die Basis-Emitter-Spannung des Transistors größer und er regelt weiter auf, wodurch die Spannung wieder ansteigt. Die Regeleigenschaften dieser einfachen Spannungsstabilisierungsschaltung lassen noch etwas zu wünschen übrig. Erheblich besser arbeitet die Schaltung, wenn noch ein Verstärkertransistor V3 wie in folgendem Bild dazwischen geschaltet wird.
Bild 3: Einfache Spannungsstabilisierung mit zusätzlichem Vergleichstransistor
Wirkungsweise: Der Transistor V3 vergleicht die Sollspannung der Z-Diode mit der Istspannung über einen Spannungsteiler am Ausgang. Würde bei einer Laststromzunahme die Ausgangsspannung sinken, erhält die Basis von V3 weniger Spannung und der Kollektorstrom sinkt. Dadurch steigt die Spannung am Kollektor und somit auch an der Basis von V2. Dieser leitet nun besser und erzeugt weniger Spannungsabfall. Also steigt die Ausgangsspannung wieder.
Bild 4: Spannungsstabilisierung mit Transistoren und zusätzlicher Strombegrenzung
Wirkungsweise der Strombegrenzung: Über den Widerstand R5 wird bei hohem Laststrom der Transistor V1 leitend, so dass die Basisspannung für V3 gering wird und die Transistoren V3 und V4 weniger Strom erhalten. Die Vergleichsspannung für den Transistor V2 wurde einstellbar gemacht. Dadurch lässt sich die Ausgangsspannung in Grenzen verändern. Die obere Grenze ist durch die Versorgungsspannung minus UCE von V4 minus R5 mal ILast und die untere durch die Z-Diode D2 plus UBE von V2 bedingt.
Hier folgt der Bestückungsplan für eine Streifenleiterplatte. Die kleinen Quadrate bedeuten Unterbrechungen der Streifenleiter.
Bild 5: Bestückungsplan des Netzteils für 12 V / 1,8 A mit Strombegrenzung (T4 auf Kühlkörper)