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Praktische Elektronik


Erklärung des einfachen Netzgeräts mit einstellbarer elektronischer Sicherung.


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Netzgerät mit elektronischer Sicherung

Erklärung der Schaltung

Inhalt

Details der Schaltung


Erklärung der Schaltung

Wir beginnen mit der Prinzipschaltung des LM317.

Der LM317

Das Netzgerät verwendet den Spannungsregler LM317. Seine Spannung ist einstellbar. Die Bezeichnung LM317T besagt, dass ein LM317 im TO220-Gehäuse verwendet wird.

Netzteil_prinzip_00.png
Bild 4: Grundschaltung des LM317

Der LM317 regelt die Ausgangsspannung, so dass zwischen seinen Anschlüssen OUT und ADJ 1,25V liegen.

Es werden nur 2 Widerstände benötigt: Der Widerstand R7 erzeugt einen Strom von 5mA. Mit dem Widerstand R9 wird die Spannung eingestellt. Die Ausgangsspannung ist

Uaus = 1,25V + 0,005A * R6

oder

R6 = (Uaus - 1,25V) / 5mA

Für 5V Ausgangsspannung ist

R6 = (5V - 1,25V) / 5mA
R6 = 750Ω

Das Ganze ist leider etwas ungenau:

  • Die Spannung des LM317 ist nicht genau 1,25V, sondern zwischen 1,2V und 1,3V
  • Der Widerstand R7 ist nicht genau

Wir machen uns darüber keinen Kopf und stellen die Ausgangsspannung mit dem Trimm-Potentiometer R6 und einem Voltmeter am Ausgang ein.

Wir müssen beachten:

Der LM317 kann keine kleinere Spannung als 1,25V erzeugen.

Der LM317 ist ziemlich robust:

  • Er begrenzt den Ausgangsstrom auf 1,5A und
  • reguliert den Ausgangsstrom einfach herunter, wenn er zu heiß wird.

Elektronische Sicherung

Schön und gut, wir wollen jedoch, dass er auch bei kleineren Stromstärken herunterregelt. Wir müssen gezwungenermaßen die Sicherung selbst aufbauen.

Wir erinnern das Praktikum Einfache elektronische Sicherung und bauen zunächst eine Überstrom-Anzeige ein.

Netzteil_prinzip_01.png
Bild 5: LM317 mit Überstromanzeige

Wenn der Ausgang über 10 mA belastet wird, leuchtet die rote LED2 auf. Der Strom wird mit dem Widerstand R20 gemessen.

Netzteil_prinzip_1.png
Bild 6: LM317 mit elektronischer Sicherung

Diese elektronische Sicherung unterscheidet sich von der in Einfache elektronische Sicherung. Es wird nicht ein MOF-FET von dem Inverter T1 gesteuert, sondern der LM317.

Ist der Strom zu groß, wird T1 leitend und stiehlt dem Widerstand R6 Strom. Dadurch wird die Ausgangsspannung des LM317 reduziert.

In den Details der Schaltung wird die Wirkung genauer beschrieben.

Schutzbeschaltung des LM317

Netzteil_prinzip_2.png
Bild 6: LM317 mit Schutzbeschaltung

Der LM317 muss laut Datenblatt mit ein paar zusätzlichen Bauelementen betrieben werden. Die Kondensatoren C2, C4 und C5 sind nötig. Insbesondere durch C3 werden Schwingungen verhindert. Die Diode D2 soll den LM317 schützen, wenn die Spannung am Ausgang - durch C5 - höher ist als am Eingang. D3 schützt ADJ, wenn der Ausgang kurzgeschlossen wird.

Der Widerstand R8 soll verhindern, dass der Transistor T1 überlastet wird, wenn das Poti R6 am Anschlag 1 steht.

Vervollständigung der Schaltung

Es fehlt noch die Überstromanzeige:

Netzteil_prinzip_3.png
Bild 7: LM317 mit Überstromanzeige
Netzteil_prinzip_4_s.png
Bild 8: LM317 mit allen Anzeigen

Die LED1 leuchtet, wenn das Steckernetzteil angeschlossen ist. Solange die Ausgangsspannung bei 5V liegt leuchten auch die blaue LED3 und grüne LED4. Wenn die Ausgangsspannung unter 4,5V sinkt leuchtet nur die grüne LED. Sie erlischt unter 3V. Wir haben damit einen einfache Spannungsanzeige.

Netzteil_prinzip_s.png
Bild 9: Das Netzteil

Der Widerstand R19 liefert eine Spannung mit der der Ausgangsstrom bestimmt werden kann. Diese Spannung liegt zwischen den Pins 2 und 3 des Steckers JP1. Hier darf kein Amperemeter angeschlossen werden, sondern ein Voltmeter. Die Spannung ist negativ gegen Masse (0V des Netzgeräts).

An die Leitungen 2 und 1 des Steckers JP1 können externe Widerstände angeschlossen werden, mit denen der maximale Strom des Netzteil eingestellt werden kann.

Mit dem Stecker JP2 kann die Ausgangsspannung ausgeschaltet werden. Die gelbe LED2 leuchtet, wenn die Stromversorgung angeschlossen ist. Die grüne LED1 wenn der Schalter über JP2 ein ist.

Der Kühlkörper SK 13/35 von Fischer sollte eingebaut werden, weil sonst der LM317 schon bei kleinen Strömen ausschaltet. Er kann allerdings nicht durch Überstrom zerstört werden.