Spannungsregelung - Immer auf gleicher Höhe

 

Materialbedarf

 

Anz. Bezeichnung Datenblatt
1 Batterie/Spannungsquelle 9V  
1 Transistor BC548C (BC546C-BC550C)
1 Zenerdiode 5,6 V/1,3 W
2 Widerstand 220 Ohm  
1 Widerstand 470 Ohm  
2 Standard-Leuchtdiode 3mm oder 5mm 3mm, 5mm
1 Multimeter  

 

 

Grundlagen

 

In vielen Schaltungen ist es notwendig, dass man eine Spannungsquelle hat, dessen Ausgangswert sich nahezu nicht ändert. Selbst wenn die Strombelastung variiert. In solchen Fällen werden so genannte Spannungsregelungen verwendet.

 

 

Grundlage für eine Spannungsregelung ist der Emitterfolger, der hier mit einer Zenerdiode ergänzt wurde. Im Lehrgang Zenerdioden - Die etwas anderen Dioden wurde bereits erklärt, dass eine Zenerdiode eine rel. konstante Spannung abgibt, wenn man diese mit einen kleinen Strom belastet. Dies wird hier durch R1 erreicht.

Die Zenerspannung liegt ja nun auch an der Basis-Emitter-Strecke von T1 an und auch an der Leuchtdiode und Vorwiderstand. Da die BE-Spannung sich auch bei ca. 0,7V einpendelt, fällt der Rest an der Last, hier eben D2 und R2, ab. Diese Spannung bleibt jetzt immer ziemlich konstant, selbst bei Änderung der Betriebsspannung oder Erhöhung oder Senkung des Laststromes.

Dem Widerstand kommt hier auch eine besondere Funktion zu. Als erstes muss dieser klein genug sein, um den nötigen Basisstrom zu liefern den der Transistor benötigt, um genug durchzusteuern für den nötigen Laststrom. Zweitens darf der Widerstand aber auch nicht zu klein sein. Ansonsten würde die Zenerdiode überlastet, wenn keine Last angeschlossen ist und somit kein Basisstrom fließt. In diesem Fall läuft der gesamte Strom über D1.

 

Die eben dargestellte Schaltung ist in Schaltplänen nicht sonderlich günstig. Man kann nicht auf Anhieb erkennen, dass es sich dabei um eine Spannungsregelung handelt. Meist findet sich in den Plänen die nebenstehende Schaltung. Wer beide Pläne vergleicht, wird schnell feststellen, dass diese identisch sind. Zur Verdeutlichung des 'Ausganges' wurden 2 Punkte eingezeichnet.

 

Messen wir hier jetzt mal die Ausgangsspannung, werden wir einen Wert von ca. 4,9 V feststellen. Wer es einmal nachrechnet kommt auf den Schluss, dass es sich hierbei um die Zenerspannung abzüglich des BE-Wertes handelt.

Wird eine andere Ausgangsspannung benötigt, muss man nur D1 gegen einen passenden Wert eintauschen. Es ist aber zu bedenken, dass die Eingangsspannung der Schaltung etwas höher sein muss, als die gewünschte Ausgangsspannung.

 

 

Bei einer Spannungsregelung soll sich die Ausgangsspannung ja auch nicht ändern, wenn sich der Laststrom erhöht oder verringert. Um dies zu untersuchen schalten wir einfach noch eine zweite Leuchtdiode mit Vorwiderstand parallel dazu. Somit verdoppeln wir die Stromaufnahme.

 

Nun messen wir noch einmal die Spannung am Ausgang der Regelung nach. Hierbei werden wir schnell merken, dass sich die Spannung wieder auf den gleichen Wert, wie bereits bei der Schaltung mit nur einer LED, eingestellt hat.

Wer die Möglichkeit hat, kann ja auch mal die Versorgungsspannung der Schaltung ändern. Aber Vorsicht. Nicht zu hohe Spannung wählen, da ansonsten der Transistor schnell überlastet werden kann.

T1 arbeitet in dieser Schaltung im Regelbetrieb. Dies bedeutet, dass er nicht vollständig durchgesteuert ist und somit an der CE-Strecke auch eine höhere Spannung abfällt.

 

Am Ausgang haben wir in dieser Schaltung eine Spannung von ca. 4,9 V. Wird nun noch die Betriebsspannung mit 9 V verrechnet müssten an der Collector-Emitter-Strecke eine Spannung von Ca. 3,1 V zu messen sein. Dies können wir mit unserem Messgerät einmal nachprüfen und werden dabei auch nicht enttäuscht.

Wenn wir des Weiteren annehmen, dass wir hier einen Laststrom von ca. 30 mA haben (15 mA je LED), kommen wir schon auf eine Verlustleistung von 93 mW. Dies ist auch das größte Problem dieser Regelung. Die Leistung am Transistor nimmt schnell sehr große Werte ein. Um die Leistung am Transistor so gering wie möglich zu halten, sollte man daher allzu große Spannungsunterschiede zwischen Versorgung und Ausgang meiden.

 

 

Funktionsweise der Regelung

 

Um die Funktionsweise zu veranschaulichen, ist hier noch einmal die Schaltung mit den eingezeichneten Spannung zu sehen. Wie wir bereits wissen, bleibt die Spannung an der Diode D1 konstant. Von dieser Spannung muss man nun noch die Basis-Emitter-Spannung abziehen und so erhalten wir die Ausgangsspannung, die dann ebenso konstant bleibt.

 

 

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