Inhaltsverzeichnis

Vorwort

Vorwort . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

1. Einführung

1. Einführung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

1.1 Konstantstrom- und Konstantspannungsquellen . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

1.2 Ungeregelte Netzgeräte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

1.3 Geregelte Netzgeräte. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

1.3.1 Längsgeregelte Netzgeräte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

1.3.2 Getaktete Netzgeräte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17

1.3.3 Spannungswandler (DC/DC- und DC/AC-Wandler) . . . . . . . . . . . . . 20

1.4 Messtechnik für simulierte Netzgeräte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21

1.4.1 Bestimmung des Innenwiderstandes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21

1.4.2 Anpassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22

1.4.3 Reihen- und Parallelschaltung von Gleichspannungsquellen . . . . . . . . . 28

1.4.4 Reihen- und Parallelschaltung von Wechselspannungsquellen. . . . . . . . . 33

1.4.5 Fourier-Analyse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35

2. Ungeregelte Stromversorgungen

2. Ungeregelte Stromversorgungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41

2.1 Transformator . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41

2.1.1 Funktionsweise . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42

2.1.2 Daten von Kleintransformatoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44

2.1.3 Berechnung eines Transformators . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53

2.1.4 Kopplung mit Übertragern und Transformatoren . . . . . . . . . . . . . . . 63

2.1.5 Beispiel für die Berechnung eines Netztransformators. . . . . . . . . . . . . 65

2.2 Dioden in Gleichrichterschaltungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70

2.2.1 Einweggleichrichter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73

2.2.2 Zweiweggleichrichter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76

2.2.3 Brückengleichrichter. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79

2.2.4 Drehstrom-Einweggleichrichtung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82

2.2.5 Drehstrom-Brückengleichrichtung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83

2.3 Gleichrichterschaltungen mit Ladekondensator . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85

2.3.1 Einweggleichrichter mit Ladekondensator . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85

2.3.2 Einweggleichrichter mit Ladekondensator für negative Ausgangsspannung . . 90

2.3.3 Zweiweggleichrichtung mit Ladekondensator . . . . . . . . . . . . . . . . . 91

2.3.4 Brückengleichrichtung mit Ladekondensator . . . . . . . . . . . . . . . . . 92

2.3.5 RC-Siebschaltungen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94

2.3.6 LC-Siebschaltung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96

2.4 Spannungsvervielfacherschaltungen

2.4 Spannungsvervielfacherschaltungen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98

2.4.1 Delon- oder Greinacherschaltung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99

2.4.2 Villardschaltung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99

2.4.3 Kaskadenschaltung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100

2.5 Z-Dioden

2.5 Z-Dioden. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101

2.5.1 Grundprinzip und Arbeitsweise . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102

2.5.2 Spannungsbereiche . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105

2.5.3 Temperaturverhalten. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107

2.5.4 Differentieller Widerstand rZ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108

2.5.5 Kenn- und Grenzdaten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109

2.5.6 Anwendungsbeispiel für Spannungsstabilisierungen . . . . . . . . . . . . . 110

2.5.7 Glättungsfaktor und relativer Stabilisierungsfaktor. . . . . . . . . . . . . . 113

2.5.8 Brücken-Stabilisierungsschaltungen mit Z-Dioden . . . . . . . . . . . . . . 116

3. Stabilisierungsschaltungen mit Transistoren

3. Stabilisierungsschaltungen mit Transistoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119

3.1 Wirkungsweise von Spannungsstabilisierungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119

3.1.1 Parallelstabilisierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119

3.1.2 Serienstabilisierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121

3.1.3 Parallelstabilisierung mit einem Transistor . . . . . . . . . . . . . . . . . 122

3.1.4 Serienstabilisierung mit Transistoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127

3.1.5 Serienstabilisierung für größere Lastströme . . . . . . . . . . . . . . . . . 130

3.1.6 Kurzschlussstrom- und Leerlaufspannungsbegrenzung . . . . . . . . . . . 134

3.2 Geregelte Netzgeräte mit Transistoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 136

3.2.1 Geregeltes Netzgerät mit Regeltransistor . . . . . . . . . . . . . . . . . . 136

3.2.2 Geregeltes Netzgerät mit zusätzlicher Konstantstromquelle . . . . . . . . . 139

3.2.3 Netzgerät mit Konstantstromquelle für größere Lastströme. . . . . . . . . . 139

3.2.4 Geregelte Netzgeräte mit Differenzverstärker . . . . . . . . . . . . . . . . 141

3.2.5 Einstellbares Festspannungsnetzgerät . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143

3.2.6 Kurzschlussfeste Serien-Stabilisierungsschaltung mit komplementären Transistoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 144

3.3 Elektronische Sicherungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 146

3.3.1 Überstrombegrenzung (elektronische Sicherung) . . . . . . . . . . . . . . 146

3.3.2 Einstellbare Überstrombegrenzung (elektronische Sicherung) . . . . . . . . 147

3.3.3 Stromgesteuerte Kippschaltung als Überstrombegrenzung . . . . . . . . . 148

3.3.4 Thyristor als Überstrombegrenzung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 149

3.4 Kühlkörper . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 150

3.4.1 Wärmeableitung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151

3.4.2 Praktisches Beispiel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 153

3.4.3 Berechnungsbeispiele

3.4.3 Berechnungsbeispiele . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 155

4. Netzgeräte mit Operationsverstärker

4. Netzgeräte mit Operationsverstärker . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 157

4.1 Spannungsstabilisierung mit Operationsverstärkern . . . . . . . . . . . . . . . 157

4.1.1 Nicht invertierender Operationsverstärker. . . . . . . . . . . . . . . . . . 157

4.1.2 Invertierender Operationsverstärker . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159

4.1.3 Operationsverstärker als Spannungsregler . . . . . . . . . . . . . . . . . 161

4.1.4 Netzgerät mit Operationsverstärker 3130 und Leistungstransistor . . . . . . 163

4.1.5 Netzgerät mit Konstantstromquelle und Leistungstransistor . . . . . . . . . 164

4.2 Doppelnetzgeräte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 165

4.2.1 Doppelnetzgerät für ±12 V/500 mA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 165

4.2.2 Doppelnetzgerät für ±12 V/5 A . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166

4.3 Arbeiten mit der programmierbaren Z-Diode TL431 . . . . . . . . . . . . . . . 167

4.3.1 Grundschaltungen mit dem TL431 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 168

4.3.2 Netzgeräte mit Festspannungsregler und TL431. . . . . . . . . . . . . . . 171

4.3.3 Netzgeräte mit Transistor und TL431 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 172

4.3.4 Netzgeräte mit Operationsverstärker und TL431 . . . . . . . . . . . . . . 174

4.4 Arbeiten mit der Referenzspannungsquelle REF-01 . . . . . . . . . . . . . . . . 175

4.4.1 Schaltungen mit der Referenzspannungsquelle REF-01 . . . . . . . . . . . 176

4.4.2 Konstantstromquelle mit REF-01 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 177

4.4.3 Einstellbares Netzgerät. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 178

4.5 Arbeiten mit der Präzisionsreferenzspannungsquelle AD581 . . . . . . . . . . . 179

4.5.1 Netzgeräte mit dem AD581 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 180

4.5.2 Konstantstromquelle mit dem AD581 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 181

4.5.3 Negative Konstantspannungsquelle. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 182

4.6 Arbeiten mit der Präzisionsreferenzspannungsquelle LT1021 . . . . . . . . . . . 182

4.6.1 Netzgerät mit Überstromanzeige . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 183

4.6.2 Netzgerät für ± 5 V/1 A . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 184

5. IC-Festspannungsregler

5. IC-Festspannungsregler . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 187

5.1 Festspannungsregler . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 187

5.1.1 Festspannungsregler 78XX, 78LXX und 78MXX . . . . . . . . . . . . . . . 188

5.1.2 Festspannungsregler 78LXX . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 189

5.1.3 Festspannungsregler 78MXX . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 191

5.1.4 Festspannungsregler 78XX . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 192

5.1.5 Anwendungsbeispiele von Festspannungsreglern . . . . . . . . . . . . . . 192

5.1.6 Anwendungsbeispiele von einstellbaren Festspannungsreglern. . . . . . . . 201

5.2 Festspannungsregler 79MXX und 79XX für negative Ausgangsspannungen . . . . 207

5.2.1 Anwendungsbeispiele von Festspannungsreglern . . . . . . . . . . . . . . 208

5.2.2 Spannungsregler mit elektronischer Sicherung . . . . . . . . . . . . . . . 210

5.2.3 Netzgerät mit einstellbarer Ausgangsspannung . . . . . . . . . . . . . . . 211

5.3 Festspannungsregler 78CXX mit Anwendung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 212

5.4 5-V-Festspannungsregler LM309 mit Anwendung . . . . . . . . . . . . . . . . 213

5.5 Festspannungsregler 78HXX mit Anwendung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 214

6. Einstellbare IC-Spannungsregler

6. Einstellbare IC-Spannungsregler . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 217

6.1 Spannungsregler 723 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 217

6.1.1 Grundschaltungen mit dem Spannungsregler 723 . . . . . . . . . . . . . 219

6.1.2 Spannungsregler 723 mit externen Leistungstransistoren . . . . . . . . . . 222

6.1.3 Spannungsregler 723 mit elektronischen Sicherungen. . . . . . . . . . . . 224

6.1.4 Schaltregler mit dem 723 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 227

6.1.5 Netzgerät mit Abschaltung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 228

6.2 Spannungsreglerserie 3085 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 229

6.2.1 Anschlüsse der Spannungsreglerserie 3085. . . . . . . . . . . . . . . . . 230

6.2.2 Netzgerät mit dem Spannungsregler 3085 . . . . . . . . . . . . . . . . . 232

6.2.3 Netzgerät mit zusätzlicher Kurzschlussschaltung . . . . . . . . . . . . . . . 234

6.2.4 Netzgerät für größere Ströme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 238

6.2.5 Netzgerät mit „fold-back”-Ausgangskennlinie. . . . . . . . . . . . . . . . 240

6.3 Spannungsreglerserie LM117/LM217/LM317 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 243

6.3.1 Einstellbarer Spannungsregler . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 243

6.3.2 Einstellbarer Spannungsregler mit geringer Restwelligkeit . . . . . . . . . . 245

6.3.3 Programmierbare Spannungsquelle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 246

6.3.4 TTL-Netzgerät mit Abschaltung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 248

6.4 Spannungsreglerserie 78G und 79G . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 250

6.4.1 Spannungsregler 78G als positiver Spannungsregler . . . . . . . . . . . . 250

6.4.2 Spannungsregler 79G als negativer Spannungsregler . . . . . . . . . . . . 252

6.4.3 Einstellbares Netzgerät mit dem Spannungsregler 78G . . . . . . . . . . . 253

6.4.4 Spannungsregler mit elektronischer Sicherung . . . . . . . . . . . . . . . 254

6.5 Spannungsregler L200 mit Anwendungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 256

7. Schaltregler

7. Schaltregler . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 259

7.1 Kenndaten eines Schaltreglers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 260

7.1.1 Entwicklungsschritte für einen Schaltregler . . . . . . . . . . . . . . . . . 263

7.1.2 Induktivität für den Schaltregler. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 268

7.1.3 Leistungsansteuerung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 269

7.1.4 Ansteuerung der Induktivität . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 272

7.1.5 Verhalten von Schaltregler und Spule . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 275

7.1.6 Schaltbeispiele. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 277

7.2 Schaltregler 78S40 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 282

7.2.1 Grundfunktionen des Schaltreglers 78S40 . . . . . . . . . . . . . . . . . 282

7.2.2 Blockschaltbild des Schaltreglers 78S40 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 285

7.2.3 Abwärtsregler mit dem 78S40 für 5 V/0,5 A . . . . . . . . . . . . . . . . 288

7.2.4 Aufwärtsregler mit dem 78S40 für +15 V/150 mA . . . . . . . . . . . . . 291

7.2.5 Inverterregler mit dem 78S40 für Ue = +12 V und Ua = -15 V . . . . . . . 293

7.2.6 Erweiterter Eingangspannungsbereich für den 78S40 . . . . . . . . . . . . 294

7.2.7 Geschaltetes Netzteil für +5 V/5 A . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 295

7.2.8 Geschaltetes Netzteil für Ue = +15 V und Ua = +70 V . . . . . . . . . . 296

7.2.9 Geschaltetes Netzteil für Ue = +15 V und Ua = -100 V . . . . . . . . . . 297

7.2.10 „Tracking”-Regler mit dem 78S40. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 298

7.2.11 Aufwärtsregelung mit dem 78S40. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 299

7.2.12 Abwärtsregelung mit dem 78S40 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 300

8. Konstantstromquellen

8. Konstantstromquellen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 301

8.1 Prinzip der Stromstabilisierung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 302

8.1.1 Konstantstromquellen mit Transistoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 303

8.1.2 Konstantstromquellen mit FET . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 307

8.1.3 Konstantstromquelle mit IC-Festspannungsregler . . . . . . . . . . . . . . 310

8.2 Schaltungen mit Konstantstromquellen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 311

8.2.1 Sägezahngenerator mit Konstantstromquelle . . . . . . . . . . . . . . . . 311

8.2.2 Operationsverstärker als Konstantstromquelle. . . . . . . . . . . . . . . . 318

8.2.3 Konstantstromquelle nach der Serien-Stabilisierung . . . . . . . . . . . . . 319

8.2.4 Konstantstromquelle mit großem Einstellbereich. . . . . . . . . . . . . . . 320

8.2.5 Konstantstromquelle für Ströme von 10 mA bis 500 mA . . . . . . . . . . . 321

9. Spannungswandler

9. Spannungswandler . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 325

9.1 Schaltungstechnik der Spannungswandler . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 325

9.1.1 Parallel-Gegentakt-Spannungswandler für verschiedene Leistungen und Batteriespannungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 326

9.1.2 RC-Glied frequenzgesteuerter Spannungswandler. . . . . . . . . . . . . . 328

9.1.3 Sperrschwinger mit frequenzgesteuertem Spannungswandler . . . . . . . . 329

9.1.4 Treppenspannungs-Generator nach dem Doppelwandler-Prinzip . . . . . . 330

9.1.5 Brücken-Treppenspannungs-Generator. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 332

9.2 DC/DC-Spannungswandler . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 333

9.2.1 555 als DC/DC-Spannungswandler . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 333

9.2.2 DC/DC-Spannungswandler mit zweistufiger Kaskade . . . . . . . . . . . . 335

9.2.3 DC/DC-Spannungswandler für negative Ausgangsspannung . . . . . . . . 337

9.2.4 DC/DC-Spannungswandler mit Regelung der Ausgangsspannung. . . . . . 337

9.2.5 DC/DC-Spannungswandler mit Rückkopplung . . . . . . . . . . . . . . . 338

9.2.6 DC/DC-Spannungswandler mit unsymmetrischen Ausgangsspannungen . . 339

9.2.7 DC/DC-Spannungswandler mit symmetrischen Ausgangsspannungen . . . . 340

9.2.8 DC/DC-Spannungswandler mit geregelter Ausgangsspannung . . . . . . . 341

9.3 DC/DC-Spannungswandler mit Schaltregler . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 342

9.3.1 DC/DC-Spannungswandler mit Abwärtsregler (300 mA) . . . . . . . . . . 342

9.3.2 Verbesserter DC/DC-Spannungswandler mit Abwärtsregler (300 mA) . . . . 344

9.3.3 DC/DC-Spannungswandler mit invertierendem Sperrwandler . . . . . . . . 345

9.3.4 DC/DC-Spannungswandler mit Ue = 5 V und Ua = ±15 V. . . . . . . . . 346

9.4 Ladegeräte für Batterie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 347

9.4.1 NiCd- und NiMH-Batterien. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 347

9.4.2 Lithium-Ionen-Batterien . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 348

9.4.3 Ladegeräte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 349

9.4.4 Ladegeräte für eine NiCd-Batterie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 350

10. Bauteilabmessungen von Transistoren und integrierten Schaltkreisen

10. Bauteilabmessungen von Transistoren und integrierten Schaltkreisen . . . . . 351

Stichwortverzeichnis

Stichwortverzeichnis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 363