Netzteil-Überlegungen

ich habe mir jetzt nicht alles durchgelesen aber wenn ich nen kurzschlussfestes spannungsstabiles netzteil haben will nehme ich nen sperrwandler netzteil. das sollte alles erklären/klären.

@Richard

grosses Kino - freue mich auf die Fortsetzungen!

Detlef

Ist in Arbeit.

It_s_a_Sony schrieb:

ich habe mir jetzt nicht alles durchgelesen aber wenn ich nen kurzschlussfestes spannungsstabiles netzteil haben will nehme ich nen sperrwandler netzteil. das sollte alles erklären/klären.

Wenn ich ein Netzteil für einen Verstärker brauche, kauf ich mir den Verstärker, das ist letzten Endes noch billiger und da hab ich gleich alles beisammen, und erst noch Garantie.

Nein, im Ernst, es geht darum, erstens die Anforderungen zu begreiffen, zweitens die Unterschiede zu kennen und drittens bei Bedarf etwas auch selbst machen zu können, wenn z.B. der Trafo schon vorhanden ist.
Das Hobby endet ja nicht mit dem Kaufen, sondern bei vielen gehört das Selber machen und begreiffen, was man will und tut eben auch dazu.

Ich habe mich entschlossen, die Schaltungen trotzdem hier zu veröffentlichen, weil dazu oft Erklärungen nötig sind, die im DIY untergehen könnten.

Grundsätzliches:

Für ein Netzteil benötigen wir einen Trafo, einen Gleichrichter und mindestens einen Elko.
Aus dem Netzteil wollen wir eine Spannung (oder mehrere) und einen Strom geliefert bekommen. Je nach Bedarf soll die Spannung einen festen Wert haben und sich auch unter Last nicht ändern oder sie darf lastabhängig etwas schwanken.

Die einfachste Variante ist das unstabilisierte Netzteil, das z.B. für Endstufen oder Motoren, Beleuchtungen oder Relais eingesetzt wird. Dieses Grund-Netzteil ist die Basis aller weiteren Schaltungen.




Wir betrachten hier einmal den Trafo, den Brückengleichrichter und den Elko C1.

Wenn wir so ein einfaches Netzteil bauen, möchten wir wissen, was da raus kommt oder wie die Bauteile aussehen müssen, dass das rauskommt, was wir möchten.

Nehmen wir mal an, wir müssten irgendwelche Lampen oder Magnete damit treiben. Da sollten wir die maximale Spannung beachten und den maximalen Strom, der unsere Dinger im Betrieb ziehen werden. Angenommen auf den Lampen steht 24V. Das bedeutet, dass wir tunlichst die 24V mit höchstens 5% überschreiten.
Wir müssen weiter wissen, dass die Netzspannung ohne weiteres mindestens 5% höher sein darf, als normalerweise angegeben. Folglich wird unser Trafo unter Umständen auch 5% mehr liefern, als wir eigentlich möchten. Und wir müssen noch wissen, dass ein Trafo im Leerlauf eine höhere Spannung abgibt als unter Nennlast. Bei grossen Trafos ist die Leerlauf-Spannungsanhebung wenige %, bei kleinen Trafos kann das schnell mal über 10% mehr sein.

Wenn wir also davon ausgehen, dass unsere Lampen, wenn alle brennen, 20W verbrauchen und jede einzelne 1W (wir haben folglich 20 Lampen), so müssen wir mit einer Spannungsanhebung im Leerlauf von 10% rechnen. Und wenn nur die Hälfte der Lampen brennt, sind es immer noch 5% Überspannung.
Wir werden also die Spannung einmal 5% höher wählen (das, was die Lampen noch vertragen), andererseits aber 10% tiefer wegen der Leerlauf-Überhöhung und 5% von der Überspannung aus dem Netz. Wir werden demnach den Trafo (+5% -5% -10%) mit einer um 10% tieferen Spannung wählen.

Jetzt betreiben wir aber die Lampen nicht mit Wechselstrom, sondern mit Gleichstrom. Dazu haben wir den Elko und den Gleichrichter.
Und da müssen wir beachten, dass ja die Wechselspannung eine Sinusform hat, denn sie folgt der linearen Abwicklung eines Kreises. Im Generator (ein grosser Dynamo) dreht die Spule kreisförmig in einem Magnetfeld und erzeugt so die Spannung. Und damit ist diese "Kreisform" als Sinus wieder abgebildet.

Man könnte eigentlich eine Wechselspannung mit ihrer Form, eben dem Sinus umschreiben, weiter mit der Frequenz, also den Schwingungen pro Sekunde und der Spitzenspannung. Die Spitzenspannung auf dem Netz ist nun nicht 230V, sondern 325,3V.
Das dumme ist jetzt, dass eine Glühlampe nicht dauernd brennt, sondern nur im Bereich der Spitzenspannungen, im Bereich der Nulldurchgänge des Sinus glüht sie nur noch schwach. Sie flackert also und brennt nicht konstant. Oder ein Elektroofen gibt nicht die Wärmeleistung ab, die man aus den 325,3V erwarten würde, eben weil das Ding nicht dauernd an ist.
Die 230V sind nun jene Spannung, die am Ofen bei Dauerbetrieb, also Gleichstrom, die gleiche Wärmeleistung ergeben würde.

Der Ofen und die Glühlampe vertragen die höhere Spannung, weil das nur momentan ist und diese Spannung zwischendurch wieder bis Null absinkt.
Was uns im Alltag nicht beschäftigt, spielt jetzt beim Netzteil und der Trafoberechnung plötzlich eine Rolle.

Angenommen, der Trafo hätte keine Verluste und der Gleichrichter wäre ideal, so würde der Gleichrichter den Elko bis auf den Spitzenwert der Spannung laden und nicht nur bis zum Effektivwert. Und dieser Spitzenwert ist um Wurzel 2 grösser als der Effektivwert.
Zum Glück sind die Bauteile nicht verlustfrei, denn sonst würde beim Einschalten des Netzteils ein riesen Strom fliessen, was weder Sicherung noch Gleichrichter noch die Verdrahtung aushalten würde. Das bedeutet auch, dass wir je nach Last mehr oder weniger grosse Verluste haben werden, sodass die Gleichspannung eindeutig lastabhängig wird. Da wir aber dagegen erst mal nichts tun können, nehmen wir es einfach zur Kenntnis.

Jetzt wollen wir mal den Trafo berechnen anhand unseres Beispiels mit den Lampen. Wir haben gesagt, dass wir eine Gleichspannung von 24V möchten und durch die Zu- und Abschläge diese Spannung unter Volllast 10% tiefer sein wird, damit wir im Betrieb mit nur einer Lampe die Spannung um höchstens 5% überschreiten.
Wir haben also eine Gleichspannung von 21,6V im Auge. Generell dürfen wir am Gleichrichter einen Spannungsabfall von 1,2V annehmen. Dieser Wert ist weitgehend lastunabhängig.
Wir brauchen somit am Trafo eine Spitzenspannung von 22,8V. Rechnen wir nun mit dieser Wurzel 2, so muss die Nennspannung (Effektivspannung) des Trafos 16,12V betragen. Das wäre also das, was auf dem Trafo drauf steht. Und damit liefert er eine Gleichspannung nach Gleichrichter und Elko von maximal 25,2V bei Netz-Überspannung und 24V bei Nennspannung des Netzes.

Nun müssen wir noch den Strom wissen. Wir haben gesagt, unsere Lampen brauchen 20W, wenn alle brennen und wir haben dann eine Spannung von nur noch 21,6V, so ist der Strom 0,926A.
Nun darf aber auf dem Trafo nicht der Wert von 925mA stehen, sondern wir brauchen rund das 1,414fache. Diese Rechnung ist ganz einfach:
Wir haben eine Effektivspannung am Trafo, die um Faktor 1,414 tiefer ist als die Spannung an den Lampen. Und wenn diese tiefere Effektivspannung die gleiche Leistung darstellen soll wie die höhere Gleichspannung, muss der Strom am Trafo entsprechend höher sein, also rund 1,41 A

Was jetzt noch zu berechnen wäre, ist der Wert des Elkos C1. Die Bauteile C2 und C3 sowie R und L haben hier noch keine Bedeutung, die kommen erst später an die Reihe.

Es ist ganz klar, dass die Dioden des Gleichrichters dann leiten, wenn die Trafospannung um 1,2V höher ist als die Gleichspannung am Elko. Und dies ist erst kurz vor Erreichen des Spannungs-Scheitelpunktes der Fall, Da wird in sehr kurzer Zeit der Elko geladen, und zwar so lange, bis die Trafospannung unter die Gleichspannung sinkt.
Man könnte das mit einem Automotor vergleichen, wo die Kraft aus einer kräftigen, kurzen Explosion entsteht und nachher ist Ruhe bis zur nächsten Zündung.
Nach der Ladung auf den Spitzenwert liefert der Elko seine Spannung und seinen Strom an die Lampen und erst beim nächsten Scheitelpunkt der Trafospannung wird diese Ladung wieder ergänzt.

Man kann sich also vorstellen, dass der Elko auf den Spitzenwert geladen wird, nachher wieder entladen und beim nächsten Spitzenwert erneut geladen wird. Wie stark der Spannungsrückgang zwischen zwei solchen Ladepunkten ist, hängt von drei Dingen ab: Erstens dem Strom, den wir ziehen, zweitens der Kapazität des Elkos und drittens von der Zeit, die vergeht, bis die nächste Ladung erfolgt.

An dieser Stelle der Grundsatz, wie die Kapazität umschrieben ist.
Wenn wir in einen Kondensator von 1 Farad einen Strom von 1 Ampère während 1 Sekunde fliessen lassen, baut sich an ihm eine Spannung von 1 Volt auf.

Wir müssen in unserer Schaltung nun festlegen, wie hoch wir diesen Spannungsabfall tolerieren. Nehmen wir einfach mal eine Spannungsschwankung unter Volllast von 1V an.
Wenn wir den Kondensator-Grundsatz ansehen, so haben wir 1V und wir rechnen der Einfachheit halber mit einem Entladestrom (ob laden oder entladen ist das Selbe) von 1A. Verändert hat sich die Zeit, denn durch die Doppelweggleichrichtung ist alle 0,01S "Ladezeit". Somit brauchen wir als Elko nicht 1 Farad, sondern nur ein Hundertstel davon. Und weil die Elkos üblicherweise in Mikrofarad angegeben werden (ein Millionstel), so sind 0,01F = 10'000 Mikrofarad.

Jetzt müssten wir uns noch um den Gleichrichter kümmern. Wir haben gesehen, dass der Trafo eine kleinere Spannung angeschrieben hat, als wir letztlich benötigen. Und andererseits brauchen wir einen höheren Strom, als die Lampen tatsächlich ziehen. Das hat alles mit der Wurzel 2 zu tun.
Es gibt aber noch eine Tatsache: Wenn wir am Trafo und Gleichrichter keine Verluste hätten, würde der Elko bei Volllast immer erst kurz unter dem Spannungs-Scheitelpunkt nachgeladen. Und bei Erreichen des Scheitelpunktes wäre Schluss. In dieser kurzen Zeit müsste also die ganze abgeflossene Leistung wieder ersetzt werden und zusätzlich noch der Dauerstrom.
Die Ladezeit wäre möglicherweise statt 10mS nur 0,1mS und somit müsste der Ladestrom das hundertfache des Nennstroms sein, also 140A. Das würde der Gleichrichter nicht verkraften und auch der Netztrafo und der Elko nicht.
Wir werden daher den Gleichrichter mit etwa 0,5 facher Reserve berechnen, das wäre also rund 2,5A Und wir verwenden einen Trafo, der nicht viel zu gross und stark ist, weil wir sonst genau in diese Falle tappen und hohe Ladeströme bekommen, die eigentlich nichts nützen, sondern nur die Bauteile unnötig belasten.


Siebung:




Hier nochmals das Grundschaltbild. Und dazu nehmen wir gleich nochmals die Grundvoraussetzung, also maximal 1A an Plus 1 und maximal 25,2V.

Schauen wir uns zuerst mal die Siebung mit einem Widerstand und einem Elko an. Dazu denken wir uns +1 und +2 verbunden und entfernen C2.

Wir müssen uns nun darauf festlegen, wie gross der Spannungsabfall an R maximal werden darf. Wenn wir also von der minimalen Spannung unter Last an +1 von 21,6V (aus dem vorherigen Beispiel) ausgehen und die Spannung im Minimum 20V bleiben soll, so darf folglich an R höchstens 1,6V abfallen, was bei 1A Strom einem Widerstandswert von 1,6 Ohm entspricht.

Uns interessiert eigentlich, wie gross C2 sein muss, damit die restliche Wechselspannung an C3 0,1V maximal sein wird.
Wir haben es ja mit einer 100Hz-Wechselspannung zu tun, die an C1 anliegt. Und wir haben diese bei der Berechnung von C1 auf 1V festgelegt.
Wenn wir also jetzt C3 berechnen, so können wir von einer Dämpfung von 20dB (1:10) ausgehen. R und C3 bilden einen Tiefpass und mit einer entsprechenden Formel lässt sich die Grösse von C3 berechnen. Da die Dämpfung 1:10 in unserem Beispiel werden soll, ist die Phasendifferenz zwischen Impedanz und Blindwiderstand nur etwa 6 Grad, sodass man Xc als 10% von R annehmen kann. Das ergibt letztlich eine Kapazität für C3 von rund 10'000 Mikrofarad.

Wenn wir also wie gesagt einen Strom von 1A als Maximum annehmen, C1 und C3 je 10'000 Mikrofarad wählen, R mit 1,6 Ohm einsetzen und eine Minimalspannung von 20V an C3 wollen, so haben wir eine Restwechselspannung von 0,1V an C3.

Etwas kompliziertwer wird die Sache, wenn wir mal nur eine Drosselsiebung anschauen. Wir lassen also R weg (C3 braucht es dann auch nicht) und arbeiten nur mit C1 und C2 und L.
Wie gut die Siebung wird, hängt nun von der Grösse von C2 ab und der Konstruktion und den Daten von L.

Dazu noch etwas Grundlagen:
Wenn wir eine Drosselspule ohne Eisenkern haben, bekommen wir eine geringe Induktivität und damit nur eine geringe Dämpfungswirkung. Andererseits kann man so einer Drossel fast beliebige Ströme zumuten, eigentlich einfach, bis der Draht raucht.
Wenn wir einen Eisenkern verwenden, so wird das Magnetfeld gebündelt und damit steigt die Induktivität stark an. Die Drossel siebt wesentlich besser. Nur ist der Magnetverlauf bei Eisen nicht linear. Man kann den Strom erhöhen und damit das Magnetfeld verstärken. Aber irgendwann ist das Eisen magnetisch gesättigt und das Magnetfeld nimmt nicht mehr zu. Und in diesem Moment ist aus der Spule eigentlich nur ein Haufen Draht geworden, ohne grosse Siebwirkung.

Um diese Sättigung zu reduzieren, verwendet man einen kleinen Luftspalt, man macht also den Kern nicht ganz zu. Damit nimmt zwar die Induktivität ab, aber nicht so stark wie durch die Sättigung.

Wenn man also eine Drossel als Sieb-Bestandteil einsetzen will, geht das nicht mit einem alten Trafo, weil dieser durch den Ruhestrom, also hier unsere 1A, in die Sättigung getrieben werden kann. Es ist eine Luftspaltdrossel nötig. Und wie hoch die Rest-Sättigung dann wird, hängt einmal von der Grösse der Drossel und der Grösse des Luftspaltes, aber auch von der Windungszahl und dem Strom ab. Und in unserem Beispiel ist ja der Strom nicht konstant, weil nicht immer alle Lampen brennen.
Das verkompliziert die ganze Rechnung schon ziemlich. Richtig spannend wird es aber, wenn wir bestimmte Grenzbereiche beachten. Aus einer Spule und einem Kondensator kann man einen Seriekreis bauen. Dieser Schwingkreis hat bei Resonanz den geringsten Widerstand. Wenn wir also L und C2 so wählen, dass sich eine Eigenresonanz von 100Hz ergibt (das kann mit grossem L und kleinem C erfolgen wie auch mit kleinem L und grossem C), so entsteht über C1 für die 100Hz praktisch ein Kurzschluss. Man kann annehmen, dass die Gleichspannung an C1 dann sauberer ist. Aber gleichzeitig ergibt sich an L und C2 jeweils eine Wechselspannungs-Überhöhung, sodass die Siebwirkung an C2 deutlich verschlechtert wird.
Zur genauen Berechnung müsste man nun den Lastwiderstand von ca.20 Ohm parallel zu C2 rechnen und die Bauteilwerte für C und L so wählen, dass dieser Effekt auch bei unterschiedlichen Strömen (und damit unterschiedlichen Lstwiderständen) nicht auftritt. Dazu wird der Elko eher gross gewählt und die Schaltung auf eine Resonanzfrequenz von 10Hz oder tiefer berechnet. Damit ist man sicher, dass dieser Resonanzfall nicht auftritt. Wie stark die Siebung letztlich wird, ist nicht so einfach zu berechnen, sofern eine nicht konstante Last damit betrieben wird.

Kurz, man wird eher selten mit Drosseln versuchen, niedrige Spannungen mit hohen Strömen (Transistorschaltungen) zu sieben. Bei Röhrenschaltungen ist das noch eher denkbar.
Endstufen vertragen einen gewissen Prozentsatz an Restwelligkeit problemlos, ebenso all das Magnet- und Beleuchtungszeugs. Und wenn die Elektronik genaue, fixe und unverbrummte Spannungen fordert, kommen die nachfolgenden stabilisierten Schaltungen zur Anwendung.

Fortsetzung folgt.

Zum ersten Teil gehört auch die Erstellung höherer Spannungen aus einem Netzteil. Dazu die nachfolgende Schaltung. Sie produziert aus einem Trafo mit einer Sekundär-Effektivspannung von 18V~ eine positive und eine negative Spannung von rund 25V, weiter eine positive Spannung von rund 51V, eine weitere von etwa 76V und letztlich eine von ca. 127V.



Betrachten wir die Verschaltungen im Einzelnen:
D1 und D2 liefern jeweils die positive Halbwelle der Trafowicklungen an C1 und bilden dort eine Spannung, die etwa bem Scheitelwert der Trafospannung entspricht, nämlich 18V mal 1,414.
D3 und 4 machen das Selbe mit der jeweiligen negativen Halbwelle, welche sie an C2 liefern und dort eine negative Spannung von 1,414 mal 18V erzeugen.

U3 ist die Spannung mit 51V. Dazu wird ein Elko direkt an die Trafowicklung angeschlossen. Er würde somit an seinem positiven Ende einfach eine Wechselspannung von 18V mal 2 mal 1,414, also eine Spizten-Spitzenspannung von rund 51V liefern. Durch D5 wird der Elko nun so an Masse gelegt, dass er am Ausgang keine negative Spannung haben kann. Damit pendelt nun seine Ausgangsspannung nicht mehr wie am Trafo um Plus und Minus, sondern sie bewegt sich zwischen Null und Plus 51V.
D6 führt nun diese sich ändernde Spannung (es ist eigentlich keine Wechselspannung mehr, da sie die Polarität nicht mehr verändert, sondern nur noch den Pegel) an C4 und lädt ihn im Maximum auf den besagten Spitzenwert von 51V.

Wie sich die Elkos C1 und C2 berechnen, hatten wir ja schon. Die Berechnung von C4 ist im Grunde genau gleich, nur dass hier die Ladung bis zur Spannungsspitze nur alle 20mS statt findet. Man muss also bei der Berechnung letztlich den Elko doppelt so gross wählen wie bei der Berechnung mit einem Doppelweggleichrichter. Zusätzlich gilt es, C3 zu beachten. Da dieser den ganzen Ladestrom von C4 übernehmen muss, sowie letztlich auch den Nutzstrom, sollte er rund doppelt so gross sein wie C4, um den Spannungsabfall und damit die Leistung und Erwärmung in Grenzen zu halten.
Die Spannungen an diesen Elkos kann rund doppelt so hoch werden wie jene an C1. Man wird also in diesem Fall für C3 und C4 eine Spannungsfestigkeit von 63V wählen.

Die Spannung U4 beträgt nun rund 76V.
Im Grunde ist die Schaltung aus C5 und 6 und D7 und 8 identisch wie bei der vorherigen Schaltung mit C3 und 4.
Der Unterschied besteht darin, dass wir hier die Diode, die den "Trafo-Elko" (C3 bezw. C5) auf Masse klemmt, nicht an Masse sondern an +25V angeschlossen haben. Somit bewegt sich die ändernde Spannung nicht zwischen 0 und 25, sondern zwischen 25 und 76. D8 und C6 entsprechen weiterhin D6 und C4.

Und letztlich die höchste Spannung entsteht, indem wir den Trafo-Elko C7 an die 76V klemmen und so auf letztlich ca. 127V kommen.
Und auf gleiche Weise könnte man die Spannung weiter erhöhen. Es ist damit mit solchen Schaltungen möglich, Spannungen für Phantomspeisungen von Mikrofonen oder auch Anodenspannungen für kleine Röhren zu erzeugen. Es lohnt sich aber nicht, solche Schaltungen für Röhrenendstufen einsetzen zu wollen, weil der Spannungsabfall an allen Gleichrichtern und Längs-Elkos berücksichtigt werden muss, der Bauteilaufwand erheblich wird, die Störanfälligkeit zunimmt und letztlich die Sache teurer wird als ein richtiges Netzteil für höhere Spannungen mit entsprechendem Trafo, Elko und Gleichrichter.

Bisher haben wir die Gleichrichterschaltungen betrachtet, sowie die Möglichkeiten der Siebung und auch Konsruktionen zur Spannungs-Erhöhung mit mehreren Dioden und Elkos.

Nun geht es um die Möglichkeiten der Stabilisierung.
Der einfachste Fall ist der Einsatz von Zenerdioden.

Das erste (kleinere) Problem ist, dass die Zenerdiode einen mehr oder weniger grossen Temperaturgang hat, in Abhängigkeit der Zenerspannung und dass diese Zenerspannung in geringem Umfang vom Strom abhängig ist, sowie auch das Rauschen der Diode. Das alles ist beherrschbar.
Was aber bei dieser Schaltung nachteilig ist, it die Tatsache, dass der Strom durch die Zenerdiode im Leerlauf, also ohne Last höher sein muss als der maximale Laststrom. Denn nur wenn ein Zenerstrom fliesst, wird die Spannung stabilisiert. Das bedeutet, dass die Zenerdiode im Leerlauf eine hohe Leistung verbraten muss. und dass auch der Widerstand die entsprechende Leistung vertragen muss.
Man wird daher in der Praxis eine solche Stabilisierung nur für einfache Anwendungen einsetzen, wo kleine Leistungen zu erwarten sind. ( http://de.wikipedia.org/wiki/Zener-Diode )

Um das Rauschen zu beseitigen, wird parallel zur Diode ein Elko (und allenfalls auch ein Folien- oder Keramikkondensator) geschaltet.

Eine andere Möglichkeit der Stabilisierung ist der Einsatz eines Festspannungsreglers.

Bei solchen Reglern ist ein gewisser Überlastungsschutz bereits eingebaut und es wird nicht dauernd eine hohe Last verheizt, wie bei der reinen Diode. Aber auch hier ergeben sich Rauschspannungen, die mit einem Elko entschärft werden müssen. Diese Regler werden für verschiedene Spannungen hergestellt (78xx für Plus, 79xx für Minus) und reichen meistens aus, um Vorverstärkerschaltungen daran zu betreiben.
Für höhere Ströme sind zusätzliche Bauteile (Leistungstransistoren) nötig. Die entsprechende Beschaltung kann den Datenblättern entnommen werden.
http://www.datasheet.../M/7/8/LM7815A.shtml

Eine weitere Möglichkeit ist der regelbare Spannungsregler wie etwa der LM 317


http://www.datasheet.../L/M/3/1/LM317.shtml

Beim Festspannungsregler ist eine interne Zenerdiode die Referenz, beim LM 317 ist der Strom die Referenz.
Wenn man einen Strom definiert (z.B. 1mA) und dazu ebenfalls einen Widerstand (z.B. 10k), so bekommt man eine ganz bestimmte Spannung an dem Widerstand (z.B. 10V). Man kann also eine Schaltung bauen, welche aus der Ausgangsspannung (über einen Widerstand) und einem zusätzlichen Widerstand gegen Masse eine feste, den Widerstandswerten entsprechende Spannungsstabilisierung ergibt. Es ist daher beim LM 317 möglich, die Ausgangsspannung einstellbar zu gestalten und sie trotzdem lastunabhängig stabil zu halten.

Die gezeigten Stabilisierungen haben einen Vorteil: Sie sind einfach und billig und reichen in den meisten Fällen aus. Wenn aber höhere Anforderungen an die Brummfreiheit gestellt werden oder wenn ein Netzteil gebaut werden soll, ähnlich einem PC-Netzteil, das bei Bedarf wechselnde Lasten treiben muss und trotzdem nicht überhitzt werden soll sowie dauer-kurzschlussfest sein muss, sind entweder die vorhandenen Regler mit Zusätzen zu erweitern (LM 317) oder es sind ganz andere, kompliziertere Schaltungen nötig.

Nachdem das mit den Festspannungsreglern abgehakt ist, eine erste Erweiterung.
Dazu etwas Vorgeschichte.
Bekanntlich gibt es Studiomikrofone, die eine externe Speisung brauchen. Heute ist dies die sogenannte Phantomspeisung, doch gab es bis vor einigen Jahren auch die Tonaderspeisung.
Bei der Phantomspiesung liegt die positive Speisespannung über je einen Widerstand an den beiden Tonleitungen an und der Gegenpol ist die Masse, also die Kabelabschirmung.
Der Vorteil dieser Technik ist, dass die eine positive Spannung gleichsinnig an beiden Tonleitungen anliegt und sich daher selbst bei einem leichten Brumm der Speisung kein Differenzsignal an den Tonleitungen bildet. Das Mikro-Nutzsignal steht aber als Differenzsignal an den Tonleitungen an, sodass sich dieser allfällige Restbrumm nicht auf die Tonübertragung auswirkt.
Ein zweiter Vorteil dieser Technik ist, dass man dynamische Mikrofone problemlos anschliessen darf, da ja durch die identischen Spannungen kein Strom durch die Schwingspule fliesst.
Der Nachteil dieser Technik ist, dass drei Leitungen nötig sind (a-Draht, b-Draht, Schirm) und dass über den Schirm ein Strom fliesst, der je nach Kabelkonstruktion zu Störgeräuschen führen kann.

Bei der Tonaderspeisung wird die Plusspannung über einen Widerstand dem a-Draht zugeführt und die Rückleitung geschieht über einen weiteren Widerstand im b-Draht, der gegen Masse gelegt ist. Der Schirm verbindet nur noch das Mikgehäuse mit dem Mischpult und ist nicht stromführend.
Der Vorteil ist, dass die beiden Leiter genügen würden, wenn es keine Brummstörungen gäbe und dass auf dem Schirm kein Strom fliesst, der das Signal beeinflussen könnte.
Nachteilig ist einmal, dass dynamische Mikrofone nicht angeschlossen werden können, weil ein Strom durch die Schwingspule fliessen würde und im Zusammenhang mit den Netzgeräten, dass allerkleinste Brummspannungen als Differenz auf der Tonleitung auftreten und somit störend sind.

Und hier beginnt die erste Schaltung. Wir brauchen für so eine Tonaderspeisung eine Spannung, die recht genau und stabil sein soll, also mit nicht unerträglich grosser Toleranz, aber wir brauchen vor allem eine Spannung, die absolut brumm- und rauschfrei ist. Und weiter wollen wir eine gewisse Kurzschluss- und Überlastsicherheit.




In unserer Schaltung haben wir drei Grundelemente, die unsere Forderungen erfüllen:
Erstens haben wir am Ausgang einen grossen Elko von 10'000 Mikrofarad, der zusammen mit dem Widerstand von 100 Ohm für absolute Brummfreiheit garantiert.
Zweitens haben wir als Regelgleit einen Regler-IC LM317, den wir eigentlich nur als Längs"transistor" betreiben. Dass wir ihn verwenden und nicht einen Transistor hat seinen Grund darin, dass der LM317 bei thermischer Überlast abschaltet, genau wie bei einem Kurzschluss. Er ist zwar nicht dauerkurzschlussfest, aber eine kurzeFehlmanipulation verzeiht er.

Erkaufen müssen wir das mit einer erweiterten Regelung.
Am 100 Ohm-Längswiderstand wie auch am 10 Ohm Längswiderstand entsteht stromabhängig ein Spannungsabfall. Dieser muss kompensiert werden. Daher besteht die Regelung nicht wie üblich aus einem Rückführungswiderstand (274 Ohm) und einem Pot gegen Masse, sondern statt des Pots einem Transistor. Es ist also möglich, die Ausgangsspannung am letzten Punkt abzunehmen und sie durch den Transistor dem Regelanschluss des LM zuzuführen. Und damit das Ganze eine verbesserte Stabilität bekommt, ist im Transistor-Emitter eine Zenerdiode verbaut, welche die Referenz bildet.

Natürlich ist diese Spannung nicht absolut temperaturstabil, das verhindert allein schon der Transistor. Aber wenn eine geringe Temperaturabhängigkeit toleriert wird, andererseits aber kein Brumm, so ist dies eine durchaus taugliche Methode. Und wie gesagt, besitzt der LM ja von Hause aus einen gewissen Überlastungsschutz.

Zu erwähnen sind der Widerstand 3,3k, der die Zenerdiode mit einem nötigen Strom versorgt, sowie die Kondensatoren am LM von 220nF und 1,5 MyF. Damit werden allfällige Schwing- und Rauschspannungen verhindert.
Weiter ist die Diode zu erwähnen, welche die Restladung des grossen Elkos an den Eingang zurückführt und dafur sorgt, dass der Ausgang nicht länger eine Ausgangsspannung aufweist als der Rest der Schaltung.



Diese Schaltung ist eine vereinfachte Variante der vorherigen, allerdings mit einigen Abweichungen.Sie ist daher für Tonaderspeisung nicht geeignet. Erstens sind hier zwei Transistoren im Einsatz, was das thermische Verhalten nicht verbessert, sondern verschlechtert.
Und zweitens ist der Ausgangselko wesentlich kleiner. Diese Schaltung liefert einfach eine recht stabile, aber sonst nicht besonders hochwertige Betriebsspannung.
Dass wieder 20V IN und 12V OUT gewählt wurde, liegt einfach daran, dass man so die beiden Schaltungen besser vergleichen kann. Die Besonderheit ist einmal der 1 Ohm Widerstand im Emitter des Längstransistors und zweitens die beiden Dioden zwischen Basis und Ausgang. Und bemerkenswert ist, dass am Ausgang nicht nur eine Spannung, sondern auch ein Strom angeschrieben ist.

Jetzt zu den Details:
Die beiden Dioden sorgen dafür, dass die Basis des Längstransistors nicht positiver als +1,2V gegenüber dem Ausgang werden kann. Das bedeutet, dass die Basisvorspannung des Längstransitors (normalerweise 0,6V) solange ansteigen kann, bis am 1 Ohm eine Spannung von 0,6V abfällt. Das ist bei 0,6A der Fall und somit ist die Basisspannung zusammen mit der Widerstandsspannung 1,2V, also jener Wert, der durch die beiden Dioden begrenzt ist.
Wenn wir also am Ausgang der ganzen Schaltung einen Kurzschluss machen, so fliesst durch den Transistor 0,6A.
Zusätzlich fliesst durch die beiden Dioden und den 820 Ohm ein Strom von der Speisung zum Ausgang. Dieser Strom kann rund 23mA betragen, sodass der Totalstrom im Kurzschlussfall bei rund 623mA liegt.

Bis zu diesem Punkt arbeitet die Schaltung ganz normal. Am Emitter des BC337 haben wir wieder die Referenz, die mit der Ausgangsspannung verglichen wird. Durch den entstehenden Strom im BC wird seine Kollektorspannung tief gezogen, sodass der Längstransistor nur eine bestimmte Spannung durchlässt. Sobald der Ausgangsstrom steigt, sinkt die Ausgangsspannung leicht ab, was den Strom des BC reduziert. Damit ist am 820 Ohm ein höherer Strom in Richtung Basis des Längstransistors möglich.

Man könnte diese Schaltung noch etwas vernünftiger aufbauen, wenn man statt des BD139 einen Darlington (oder vor dem BD noch einen Emitterfolger) einsetzen würde. Dann hätten wir einen kleineren Basisstrom, folglich könnten wir die 820 Ohm wesentlich vergrössern. Und wir müssten, da wir dann ja die 1 Ohm im Emitter und zwei PN-Übergänge haben, drei Dioden in Reihe schalten. Diese Technik wird je nach Bedarf genau so häufig angewendet. Zu beachten ist natürlich, dass jeder zusätzliche Transistor den Temperaturgang verschlechtert. Es ist also jeweils zu entscheiden, wie genau die Spannung sein muss.

Nehmen wir noch einen anderen Fall an, den wir mit der vorliegenden Schaltung abdecken möchten:
Wir haben ein Netzteil und wir haben ein Gerät, das wir mit 12V betreiben möchten. Diese beiden Dinger stehen in einem grossen räumlichen Abstand. Wenn das Gerät, das versorgt werden will, einen konstanten Strom zieht, so kann man die Spannung statt am Netzteil einfach am Gerät messen und den Spannungsabfall der Leitung per Hand kompensieren, also einfach die Spannung hochdrehen.
Wenn es sich aber etwa um einen Endverstärker handelt, dessen Stromverbrauch lautstärkeabhängig ist, so kann man ja nicht dauernd regeln. In diesem Fall würde man die Rückführung zum Poti nicht direkt im Netzteil an den Ausgang anschliessen, sondern über eine eigene Leitung. Diese würde erst beim Verbraucher mit der Netzteil-Ausgangsspannung verbunden.
So, wie jetzt der Spannungsabfall am 1 Ohm kompensiert wird, weil die Rückführung erst nach diesem erfolgt, würde auch der Leitungsverlust kompensiert, wenn erst nach dieser Leitung die Rückführung erfolgt.

Zusammenfassend ist folgendes zu sagen:
Die erste Schaltung zeigt eine Möglichkeit, die bedingte Sicherheit eines Spannungsreglers zu verwenden und durch den Einsatz zusätzlicher Mittel eine stabile und absolut brumm- und störfreie Spannung zu erzeugen.
Die zweite Schaltung zeigt hauptsächlich die Möglichkeit, aus dem Netzteil eine Konstantstromquelle, verbunden mit einer Spannungsquelle zu bilden. Man hat also ein normales Netzgerät, das auf einen Maximalstrom festgelegt wird.
Zu beachten ist aber, wie am Anfang dieser Reihe erklärt, dass über dem Längstransistor die Leistung ansteigt, sobald der Ausgang kurzgeschlossen wird. Ohne weiterführende Massnahmen muss man folglich davon ausgehen, dass der Längstransistor im Normalfall 8V Spannungsabfall und maximal 0,6A Strom zu verkraften hat, folglich eine Leistung von 4,8W in Wärme umsetzen muss.
Im Kurzschlussfall ist zwar der Strom immer noch auf 0,6A begrenzt, aber es liegt die volle Spannung von 20V an ihm, was einer Leistung von 12W entspricht, die abgeführt werden muss.
Daher in der nächsten Abteilung ergänzende Schaltungen, die im Kurzschlussfall den Strom rduzieren.

Bringen wir das Netzteilthema zum Abschluss.

Dieses Schaltbild zeigt die Kombination alles dessen, was bisher behandelt wurde. Es handelt sich um ein Netzteil für die Phantomspeisung von Mikrofonen.
Wir haben einen Netztrafo mit zwei Einweggleichrichtern, die je eine Plus- und eine Minusspannung erzeugen. Diese Spannungen liefern die Stromversorgung für den IC sowie jene für die Referenzspannung von 5,6V.
Weiter haben wir eine Spannungserhöhung durch den Elko mit nachfolgendem Gleichrichter gegen Masse und dem Gleichrichter zum Elko. Mit diesem Trick erreichen wir aus den 24V Wechselspannung eine Gleichspannung von ca. 70V.

Weiter haben wir einen "handgemachten" Darlinton-Transistor, bestehend aus BUV46 und BF459. Diese Kombination ist das eigentliche Regelglied. Dieses Regelglied wird bedient vom MPSA43 und dieser wiederum bekommt seine Steuerspannung vom IC TL071.
An diesem IC liegt am Invers-Eingang die Referenzspannung von 5,6V und am Noninvers-Eingang ist die geteilte Ausgangsspannung der ganzen Schaltung angelegt.
Durch den Einsatz eines Operationsverstärkers mit seiner hohen Verstärkung bekommen wir eine gute Stabilität der Spannung bei geringem Temperaturgang.
Zu erwähnen ist, dass der IC am Ausgang allenfalls auch eine negative Spannung liefern könnte, was dem MPSA nicht sonderlich bekommt. Daher ist die Basis mit einer Diode so gegen Masse geführt, dass negative Spannungen nicht grösser als 0,7V werden können.

Diese Schaltung ist mit den Anschlüssen A bis E für Erweiterungen vorgesehen. Das ist einmal eine Strombegrenzung und zweitens eine Leistungsbegrenzung. Die Leistungsbegrenzung wird über A und B gelöst, indem die Spannung über dem Längstransistor ausgewertet und die Ausgangsspannung über E reduziert wird, andererseits wird zwischen C und Masse (D) der Strom gemessen und damit ebenfalls über E die Ausgangsspannung entsprechend reduziert.
Man könnte nun annehmen, die Strombegrenzung mit den drei Dioden an der Längstransistor-Kombination wäre unnötig. Theoretisch ist das richtig, nur hat die Erfahrung gezeigt, dass Strommessungen mit irgendwelchen Widerständen (C zu D) und irgendwelchen gegengekoppelten Schaltungen (IC, MPSA) eine recht lange Reaktionszeit besitzen. Ohne den Trick mit den drei Dioden kann im Kurzschlussfall der BUV zerstört werden, bevor die Schaltung über C und D anspricht.

Nun zu der Zusatzschaltung:



Durch den Spannungsteiler zwischen A/B und der Basis des MPSA93 ist die Basisspannung so festgelegt, dass der Transistor sperrt. Sobald die Spannung über dem Längstransistor zunimmt, leitet der Transistor und bringt damit auch den rechten MPSA43 zum leiten. Somit wird die Spannung an "E" gegen Masse gezogen, sodass der Längstransistor sperrt. In der Praxis wird sich also eine Spannung einstellen, bei welcher eine so grosse Ausgangsspannung entsteht, dass noch ein Ausgangsstrom fliesst. Dieser ist aber sehr gring, sodass der Längstransistor nicht thermisch überlastet wird. Allenfalls kann man mit den Widerständen dieses Spannungsteilers etwas variieren, um den optimalen Betriebs- und Abschaltpunkt zu finden.

Der Spannungsteiler am linken MPSA43 wird vom Widerstand (2 Ohm) zwischen C und D bedient, an welchem der Strom gemessen wird. Auch hier wäre eine Variation denkbar, um den Strom wunschgemäss einzustellen.

Denkbar wäre auch der Einsatz eines zweiten Operationsverstärkers, der ja keine Anlaufspannung aufweist und dessen Schaltpunkt der Strombegrenzung durch eine veränderliche Referenzspannung variiert werden könnte.
Die vorliegende Schaltung zeigt ein Abschalten der Ausgangsspannung, sobald die Gefahr besteht, dass der Längstransistor überlastet würde. Beim Einsatz eines zweiten OPV wäre es möglich, die Strombegrenzung so zu steuern, dass nicht die Ausgangsspannung abgeschaltet wird, sondern dass der Maximalstrom entsprechend reduziert wird.

Dass diese Schaltungen schon einigen Aufwand bedeuten, ist klar ersichtlich und für die genaue "Austarierung" sollte man über entsprechende Erfahrungen und Messmittel verfügen. Die Schaltbilder sollen zeigen, wie die Problemstellung in der Praxis gelöst werden kann.

Hallo richi

bin froh, dass es Leute wie dich gibt, die ihr Wissen und ihre Erfahrungen in dieser Weise zugänglich machen!


Bin derzeit dabei, altes Wissen wieder aufzufrischen und mich wieder mit der Materie rund um Verstärker fit zu machen.

Hab das eine ziemlich lange Zeit derart vernachlässigt und beiseite geschoben, dass so manches inzwischen sehr tief vergraben ist.

Da kommen mir deine Beiträge wie gerufen !!!

Mach weiter so. Es hilft sicher einigen.

Danke, und Gruß
Blacky

Hallo an alle.
Ich hoffe, ich bin hier richtig mit meiner Frage, und die lautet: kann mir jemand sagen wie ich mit 40V Trafo- 35V (bei min 3A)ausgansspannung realisiere?
Gibt es Spannungsregler für die Werte?

Schon ma dank im vorraus!

rennhei schrieb:

Hallo an alle. Ich hoffe, ich bin hier richtig mit meiner Frage, und die lautet: kann mir jemand sagen wie ich mit 40V Trafo- 35V (bei min 3A)ausgansspannung realisiere? Gibt es Spannungsregler für die Werte? Schon ma dank im vorraus!

Was möchtest Du denn damit erreichen? Soll da eine Endstufe betrieben werden? Brauchst Du nur eine Spannung (+35V) oder eine Doppelspeisung (+/- 35V) oder eine Wechselspannung von 35V?

Hallo richi44!

Du hast dich ja schon ausgiebig damit beschäftigt, vielleicht kannst du mir weiterhelfen.

Ich wollte ein einstellbares Doppelnetzteil auf Basis vom LM317/337 aufbauen laut Datenblatt des LM337:



Bis dahin kein Problem.
Zwar sind die LM317/M337 halbwegs kurzschlussfest, ich würde da aber gerne eine Strombegrenzung mit reinnehmen.
Nur wie weiß ich nicht. Auch nach studium deiner Artikel weiter oben.

Die Strombegrenzung soll einfach bei 1,5A dichtmachen, Spannung senke oder ähnliches, sodass das IC nicht zerstört wird

Ich werd da auch noch eine Sicherung nachschalten, aber zur Sicherheit hätte ich das gerne, wer wechselt gerne ne Sicherung?

Über entstprechende Links zur Berechnung oder Tipps wie ich das angehen soll oder sogar Pläne wäre ich froh.

Package Power Load - Dissipation Current

TO-3 20W 1.5A
TO-39 2W 0.5A
TO-220 20W 1.5A
LCC 2W 0.5A
TO-263 4W 1.5A

Du siehst aus diesem Ausschnitt des 317er Datenblattes, dass das mit den 1,5A nix wird. Wenn Du die Eingangsspannung auf 25V festlegst, kann der Ausgangsstrom nicht 1,5A sein, weil Du im Kurzschlussfall auf eine Leistung von 37,5W kämst.
Der Maximalstrom müsste auf 0,8A begrenzt werden, oder dann müssten wir vor den LM einen zusätzlichen Regler bauen, der die Betriebsspannung reduziert oder generell zwei LM hintereinander schalten. Es wird auf jeden Fall sehr aufwändig.

Eine weitere Überlegung bei einer Doppelspeisung ist, dass z.B. bei einer Endstufe Gleichspannung am Lautsprecher landet und ihn zerstören kann, wenn nur eine Speisung anliegt. Das bedeutet, dass die Spannungen gegenseitig überwacht sein müssen und bei einer Unsymmetrie beide Speisungen abgeschaltet werden müssen. Dies alles ist mit LM nicht zu machen.

Ein weiterer Kanckpunkt ist das Laden von Elkos. Wenn Du an dieses Netzteil eine Endstufe anschliesst, die Netzteilelkos in der Grössenordnung von 10'000 Mikrofarad hat, so können diese nicht schnell aufgeladen werden. Dazu reicht der Strom der Regelschaltung eigentlich nicht aus. Und solange der Maximalstrom überschritten ist, macht eh jedes Netzteil, was es will, da ist sicher nie eine symmetrische Speisung zu erwarten.
Andererseits ohne zusätzlichen Elko bekommen wir bei 1,5A Maximalstrom diesen Wert als Scheitelwert eines Sinus. Der Mittelwert wäre demnach gut 1A und eine Ausgangsleistung des Verstärkers demnach maximal 4W, mehr geht nicht. Mit einem satten Elko kann man den Dauerstrom auf 1,5A festlegen, was einer Dauerleistung von 9W entspricht (wird auch in Brückenschaltung nicht mehr!).

Du musst Dir mal genau überlegen, was Du mit dem Netzgerät anstellen willst.
Du könntest natürlich, sofern die Spannungssymmetrie nicht gefordert ist, die Schaltung

zwei mal komplett aufbauen. Dann wäre es möglich, einen Sicherungsautomaten VOR jede Schaltung einzusetzen und damit die Geschichte zu schützen. Durch den Einsatz mehrerer Paralleltransistoren kannst Du die Leistung verteilen und die Abwärme sicher abführen.

Wenn Du höhere Anforderungen stellst, müsste man eine entsprechende Schaltung entwerfen. Ich habe vor 20 Jahren mal ein Netzgerät für +/-15V und je etwa 5A gebaut, das sich fern einschalten liess, die Spannung langsam ansteigen liess, eine Symmetrieüberwachung besass und den Strom bei Überlast so reduzierte, dass keine Überlastung möglich war. Das Schaltbild habe ich nicht mehr, aber es wäre zu rekonstruieren und die Spannung könnte regelbar gestaltet werden. Allerdings war das Luxus-Netzteil schon recht kompliziert...
Alternative: Fertig kaufen. Ist auf jeden Fall billiger und wenn es nicht dauer-kurzschlussfest ist, ist es ein Garantiefall

Hätte vorher sagen sollen was ich damit vorhabe.
Das ist nicht für eine Endstufe.

Ich will das ganze einfach nur als (Labor)Netzteil nutzen.
Symmetrie ist nicht zwingend.
Ich werde beide Zweige über einzelne Potis einstellen und bei Bedarf nachstellen.

Bei der Überschreitung der Belastbarkeit allerdings geb ich dir vollkommen recht in Bezug auf I=1,5A!

Kurzschlussfall I=1,5A bei Pmax 20W ergibt Umax=13,3V
Bei 1A noch 20V. Vielleicht schalte ich einfach 2 LM317/337 in Reihe, der Ersten fest auf Uout=20V (oder ähnlich) den Zweiten dann variabel. Dann sollte auch das Restbrummen niedriger werden oder?

Erschwerend kommt hinzu der Trafo: 220V/22V 80VA
Also bei bei 230VAC pri 23VAC sek -> ca. 32VDC
Da muss ich also zwangsläufig was vernichten im Vorfeld.

Kaufen wäre alternative. Aber hab die Bauteile/Gehäuse/Trafo bis auf den LM337 rumliegen (Arbeit ).
Nur eben kein eigenes Netzteil!
Außerdem Bastel ich gern. Und dafür wiederum braucht man ab und an ein Netzteil

Also im Grunde hab ich keine besonderen Anforderungen.
Soll einfach nur ein einstellbares Doppelnetzteil werden aus dem, was ich habe.
Stromlieferfähigkeit 1,5A ist also kein muss, jedoch würde ich eben gerne an die grenze des LM317 gehen, ohne ihn zu zerstören. Wobei 0-20V bei 1A schon vollkommen ausreichend ist! (Für umsonst )

Ich könnt (und werde) auch eine Schmelzsicherung dahinter hängen.
Aber etwas zusätzliches hätte ich gerne.

Knobikocher schrieb:

Zwar sind die LM317/M337 halbwegs kurzschlussfest, ich würde da aber gerne eine Strombegrenzung mit reinnehmen. Nur wie weiß ich nicht. Auch nach studium deiner Artikel weiter oben. Die Strombegrenzung soll einfach bei 1,5A dichtmachen, Spannung senke oder ähnliches, sodass das IC nicht zerstört wird

Die Chips können in dieser Hinsicht ganz gut auf sich selber aufpassen, sowohl was Strombegrenzung als auch was Übertemparatur angeht. Ich denke nicht daß hier weitere Maßnahmen nötig sind. Es sei denn Du willst einen einstellbaren Maximalstrom haben.

Sinnvoll sind aber Schutzdioden gegen Spannungen am Ausgang, wie sie Richi weiter oben ja schon gezeigt hat.

Ich glaub, ich werds einfach mal ausprobieren, wie gut sie auf sich aufpassen können

Einfach mal Standart Application aufbauen und starke belasten

Ansonsten hab ich noch was gefunden in einem Datenblatt von einem LM317:


Das wäre auch mal eine Probe Wert!
Dann eventuell dazu das Komplementär mit dem LM337.

Bei I=600mV/R3 und angepeilten 1000mA müsste ja R3=0,6 Ohm
Ich werd das bei Zeiten vielleicht mal porbieren.
Da ich ja symmetrisch aufbaue hab ich ja eine -Vs wie in dem Bild.

Schutzdioden: Check, wird gemacht!

Knobikocher schrieb:

Ansonsten hab ich noch was gefunden in einem Datenblatt von einem LM317: Das wäre auch mal eine Probe Wert! Dann eventuell dazu das Komplementär mit dem LM337.

Das geht aber nur, wenn Du die Massen der beiden Spannungszweige am Trafo, an der Gleichrichtung und den Siebelkos getrennt führst und erst hinter den beiden Spannungsregler zusammenführst.

In dem Datenblatt sind übrigens noch andere Applikationsschaltungen, so z.B. eine regelbares Netzteil, bei dem nicht nur die Spannung, sondern auch die Strombegrenzung einstellbar ist.


Gruß

Uwe

Das wäre eine einfache Strombegrenzung auf etwa 1A. Sollte der Ausgangsstrom über diesen Wert ansteigen, fällt deren Ausgangsspannung und damit wird der LM wirkungsvoll geschützt. Der BDX33 verträgt 10A und 70W im Maximum.
Und Du kannst ja die ganze Speisung einfach zwei mal identisch aufbauen, wenn Du die Gleichrichtung und den Elko ebenfalls doppelt nimmst. Dann hättest Du zwei identische Netzteile, die Du unabhängig einsetzen oder Plus des einen mit Minus des anderen verbinden kannst, um eine symmetrische Speisung zu erhalten.

Uwe_Mettmann schrieb:

Das geht aber nur, wenn Du die Massen der beiden Spannungszweige am Trafo, an der Gleichrichtung und den Siebelkos getrennt führst und erst hinter den beiden Spannungsregler zusammenführst.

Versteh ich jetzt nicht. Welche beiden "Massen"

Der Trafo hat Sek 2 Wicklungen, meinst du da jeweils die "minus" Seite?

@richi44:
Thx! Kannst du die Wirkungsweise erklären? Wie gesagt, Transistoren längst eingesetzt hab ich noch nicht verstanden/gehabt/eingesetzt.
Und wie erstellst/berechnest du sowas, ein bestimmtes Programm?

Das wäre eigentlich ein Kapitel für das DIY, aber es kann auch im Wissen bleiben... Denn ohne Wissen geht ja nix.

Also, wenn wir z.B. eine übliche Endstufe anschauen, so haben wir zwei Endtransistoren. Jetzt betrachten wir einfach mal den oberen der beiden. Sein Kollektor liegt an der Plus-Speisung, an der Basis kommt irgend etwas rein und am Emitter hängt der Lautsprecher. Es handelt sich also um einen Emitterfolger.
Machen wir einfach mal eine kleine Rechnung:
Am Kollektor sind +20V. An der Basis ist Null und der Lautsprecher hängt gegen Masse (Null V) und hat 4 Ohm.
Weil an der Basis NULL ist, fliesst kein Strom in der ganzen Geschichte.
Jetzt erhöhen wir die Basisspannung auf 0,6 bis 0,7V. Bekanntlich ist dies (ungefähr) die Spannung, wo im Transistor etwas passiert. Er beginnt zu leiten, Damit fliesst ein ganz kleiner Strom vom positiven Kollektor zum Emitter und von dort über den Lautsprecher nach Masse.

Jetzt erhöhen wir die Spannung an der Basis mal auf 4,7V. Was wird passieren? Sobald die Basis rund 0,6V positiver ist als der Emitter, leitet der Transistor. Und weil dieser nicht direkt an Masse liegt, sondern über die 4 Ohm des Lautsprechers, fliesst in diese 4 Ohm ein Strom.
Also, wir haben an der Basis 4,7V. Und wir haben gesagt, dass 0,7V da sein müssen, damit etwas passiert. Folglich können wir von den 4,7V an der Basis die 0,7V abrechnen und können davon ausgehen, dass am Emitter (über dem Lautsprecherwiderstand) 4V übrig bleiben.

Nochmals: Kollektor ist an +20V, Basis an 4,7V, Emitter über 4 Ohm an Masse.
Die Anlaufspannung beträgt 0,7V, also ist diese Spannung am Emitter nicht mehr vorhanden. Wir haben also am Ausgang 4V an 4 Ohm macht 1A und 4W im Lautsprecher.
Und wenn wir an der Basis 8,7V hätten, wäre der Emitter bei rund 8V und 2A.

Und da der Transistor eine Stromverstärkung hat, ist der Ausgangsstrom am Emitter um diese Verstärkung grösser als der Strom, der in die Basis rein geht.
Nehmen wir eine Verstärkung von 20 an, so müsste bei 4,7V der Basisstrom ein Zwanzigstel Ampère sein, bei 8,7V = 0,1A.

Wenn ich jetzt nur diesen Transistor verwende, den ich hier eingezeichnet habe, so hängt der Ausgangsstrom einfach davon ab, was durch den nachgeschalteten LM317 abfliesst, was also meine Bastelei (Glühlampe) an Strom konsumiert.

Jetzt habe ich erstens einen Transistor mit höherer Verstärkung gewählt. Da sind in dem Gehäuse zwei Transistoren als Verstärker hintereinander geschaltet und das ganze Gebilde nennt sich Darlington. Bei diesem Ding kann ich von einer Verstärkung von etwa 1000 ausgehen. Wenn also durch diesen Transistor 1A fliessen sollen, so braucht er an der Basis rund 1mA.
Zweitens habe ich die Basis über einen 2,2k und einen 100 Ohm an die Speisung gehängt. Und drittens habe ich bei diesem Transistor (weil es ja eigentlich zwei sind) 2 Diodenstrecken, also 2 mal 0,7V. Dieser Transistor braucht also an der Basis rund 1,4V, damit er überhaupt leitet.

Zwischen dem 2,2k und dem 100 Ohm habe ich eine Zenerdiode gegen Masse geschaltet (ZF27). Diese begrenzt damit die Basisspannung auf 27V. Die 10 Mikrofarad verhindern das Rauschen der Zenerdiode.
Mit diesem Trick habe ich an der Basis des Transistors eine feste Spannung. Und wenn wir von dieser Spannung die 1,4V abrechnen, haben wir folglich am Emitter des Transistors recht stabile 25,6V. Die überschüssige Spannung, die Du für den LM befürchtet hast, ist also schon mal weg.

Und jetzt kommt der Trick!
Zwischen Emitter und LM317 sind noch zwei Widerstände von total 0,6 Ohm. Und die Basis des Transistors ist mit drei Dioden an diesen Ausgangspunkt gekoppelt.
Das bedeutet, dass die Basis maximal 1,8 bis 2,1V positiver werden kann als der Eingang des LM317.
Und das bedeutet auch, dass an den 0,6 Ohm eine Spannung von maximal 0,6V abfallen dürfen, damit die Transistor-Basis noch 1,4V positiver ist als der Emitter.
Und das bedeutet, dass der Strom durch diese Beiden Widerstände, also die 0,6 Ohm nicht grösser als 1A werden kann, weil sonst die Spannung (1,4V Transistor PLUS U an R0,6 Ohm) grösser sein müsste, als es die drei Dioden zulassen.

Der "überflüssige" Strom fliestt dann zwar auch über den Ausgang, aber an den 2,2k können höchstens etwa 16mA abfliessen. Und ob die Schaltung nun bei 0,9A oder 1,016A dicht macht oder erst bei 1,15A ist relativ wurscht.


Wird der Strom grösser als 1A, müsste die Spannung an der Basis auf mehr als die 2,1V ansteigen, weil der Spannungsabfall am R dies verlangen würde. Sie kann aber wegender drei Anlaufspannungen der Dioden nicht grösser werden und damit ist der Strom begrenzt auf 1A.

Knobikocher schrieb:

Uwe_Mettmann schrieb: Das geht aber nur, wenn Du die Massen der beiden Spannungszweige am Trafo, an der Gleichrichtung und den Siebelkos getrennt führst und erst hinter den beiden Spannungsregler zusammenführst. Versteh ich jetzt nicht. Welche beiden "Massen" Der Trafo hat Sek 2 Wicklungen, meinst du da jeweils die "minus" Seite?

Wenn Du Dir Deine Schaltung anschaust, da ist die Masse bereits ab den linken Kondensatoren gemeinsam geführt und wahrscheinlich ist das sogar ab Gleichrichter bzw. Trafo der Fall.



Weil aber bei Deiner Strombegrenzungsschaltung ein Shunt-Widerstand in der Masse liegt, geht das nicht. Also müssen die Massen der beiden Spannungsversorgungskreise vom Trafo ab getrennt sein und dürfen erst am Ausgang zusammengeführt werden.

Andererseits ist es sinnvoll die Massen gar nicht zusammenzuführen. Das hat den Vorteil, dass Du sie je nach Bedarf an den Ausgangsbuchsen verschalten kannst. Je nach Verschaltung hättest Du zwei positive Spannungen oder eine positive und eine negative (zwei negative sind natürlich auch möglich).

Wenn Du es so machst, brauchst Du aber keinen negativen Regler mehr, sondern kannst das Ganze auch mit zwei positive Regler machen, also mit zwei LM317. Eine positive und eine negative Spannung bekommst Du, wenn Du die positive Klemme des einen Ausgangs mit der negativen Klemme der anderen Ausgangs verbindest.

Das ist auch ein Teil von Richis Vorschlag:

richi44 schrieb:

Und Du kannst ja die ganze Speisung einfach zwei mal identisch aufbauen, wenn Du die Gleichrichtung und den Elko ebenfalls doppelt nimmst. Dann hättest Du zwei identische Netzteile, die Du unabhängig einsetzen oder Plus des einen mit Minus des anderen verbinden kannst, um eine symmetrische Speisung zu erhalten.

Gruß

Uwe

Alles klar soweit, danke dafür!

Eine Frage dann aber noch:
Gibt es Vorteile/Nachteile solche eines doppeltem Aufbaues gegenüber eines richtigem Positiv/Negativ-Aufbau wie mit dem LM317/LM337?

Abgesehen von der Flexibilität, die einzelnen Netzteile nach belieben verschalten zu können und unabhängig voneinander benutzen zu können.