Ratgeber
Vor allem anspruchsvolle elektronische Geräte benötigen eine konstante Versorgungsspannung. Computer ebenso wie industrielle Steuerungen und mobile Endgeräte. Zur Stabilisierung sind Spannungsregler der Serie 78 sozusagen der Standard. Sie liefern in der Regel eine konstante Spannung zwischen 3,3 und 24,0 Volt.
Lesen Sie hier, wie sich der Typ 78 vom Typ 79 unterscheidet, wie dieses Bauelement funktioniert und worauf bei der Beschaffung zu achten ist.
Spannungsregler – oft auch als Längsregler oder Festspannungsregler bezeichnet – sind elektronische Bauteile. Sie liefern eine konstante Ausgangsspannung unabhängig von Schwankungen der Eingangsspannung oder Änderungen der Last. Sie sind wesentlich für viele elektronische Geräte, da sie empfindliche Bauteile vor unerwünschten Spannungsschwankungen schützen und eine stabile Stromversorgung sicherstellen.
Der wesentliche Unterschied ist die Polarität der Ausgangsspannung: Festspannungsregler der Serie 78 liefern einen positiven Ausgang bezogen auf den gemeinsamen Masse-Anschluss. Zum Beispiel stellt der 7805 eine feste Ausgangsspannung von +5 Volt gegenüber Masse zur Verfügung. Beim 79 ist es genau umgekehrt: Er liefert einen negativen Ausgangsspannung gegen Masse, also -5 Volt.
Positive Festspannungsregler finden sich recht häufig in elektronischen Standardanwendungen, also in Schaltungen, bei denen positive Spannungen für die Stromversorgung der meisten herkömmlichen Bauteile erforderlich sind. Negative Festspannungsregler sind dagegen eher in speziellen Anwendungen im Einsatz, dazu gehören bestimmten Arten von Operationsverstärkern und analogen Schaltungen. In einigen Fällen sind sogar beide Reglertypen notwendig, etwa bei gemischten Versorgungsspannungen wie +12 Volt und -12 Volt. Solche Schaltungen gibt es oft in Audiogeräten und analogen Signalverarbeitungsschaltungen.
Ein Längsregler wie der 78 reguliert eine Eingangsspannung, die höher als die gewünschte Ausgangsspannung ist, auf ein stabiles und niedrigeres Niveau. Diese Art von Festspannungsregler ist von der Funktion her darauf ausgelegt, einen konstant positiven Ausgang zu liefern, unabhängig von Schwankungen in der Eingangsspannung oder in der Last.
Basiselement ist ein Regeltransistor, der den Hauptstromfluss steuert. Dabei handelt es sich je nach benötigter Leistung um einen Bipolartransistor oder einen Feldeffekttransistor. Der Ausgang des Reglers wird kontinuierlich mit einer Referenzspannung verglichen. Bleibt die Frage: Wie lässt sich eine stabile Referenzspannung erzeugen? In vielen linearen Festspannungsreglern wird dafür eine Zenerdiode verwendet. Diese auch Z-Dioden genannten Gleichrichter sind dafür bekannt, eine sehr stabile Spannung über ihre Sperrschicht zu halten, wenn sie in der Sperrrichtung betrieben werden. Weitere Möglichkeiten mit hohem Wirkungsgrad sind Referenzschaltkreise mit temperaturabhängige Halbleiterbauelementen, zusammengefasst in einem Regler-IC oder eine von außen an den Regler angelegte Referenzspannung.
In manchen Festspannungsreglern wird auch eine Feedback-Schleife verwendet. Dieser Aufbau führt einen Teil der Spannung am Ausgang über einen Spannungsteiler zurück zum Regelschaltkreis. Die gemessene Spannung wird mit einer internen Referenzspannung verglichen, der Regler passt dann seine Betriebsweise entsprechend an, um die Spannung am Ausgang konstant zu halten. In einem Fehlerverstärker wird schließlich der Ausgang mit der Referenzspannung verglichen und der Reglertransistor entsprechend gesteuert. Moderne Festspannungsregler enthalten in der Regel auch eingebaute Schutzmechanismen. Darunter ein Überhitzungsschutz, ein Kurzschlussschutz sowie ein Überlastschutz.
Bei der Beschaffung von Festspannungsreglern der Version 78, auch bekannt als 7800-Serie von linearen Festspannungsreglern, sind einige Faktoren zu berücksichtigen. Hier die wichtigsten:
Spannung und Strom
Die Bereiche für Spannung und Strom sind üblicherweise standardisiert. Übliche minimale Ausgänge reichen von 3,3 Volt bis 24 Volt, maximale Eingänge von 15 bis 40 Volt. Beim Stromausgang lässt sich im Allgemeinen zwischen 100 Milliampere bis 3 Ampere wählen.
Wärmeentwicklung
Bei hoher Leistung oder hohem Spannungsabfall kann der Regler viel Wärme erzeugen. Deshalb ist zu überprüfen, ob ein anschraubbarer Kühlkörper benötigt wird. Leistungsfähige Typen besitzen zur Montage einen eingebauten Flansch.
Schutzfunktionen
Der Regler sollte möglichst über eingebaute Schutzfunktionen verfügen, vor allem gegen Überhitzungen, Kurzschluss und Überstrom.
Gehäusetyp
Spannungsregler der Serie 78 sind in verschiedenen Gehäusetypen verfügbar, darunter SO- und TO-Gehäuse.
FAQ – häufig gestellte Fragen
Was ist der Unterschied zwischen Spannungsreglern und Schaltreglern?
Spannungsregler und Schaltregler sind beides Geräte für eine stabile Stromversorgung. Der Hauptunterschied zwischen ihnen liegt in ihrer Funktionsweise und Effizienz.
Lineare Regler passen den Widerstand eines Regeltransistors im Ausgangspfad an und halten damit die gewünschte Betriebsspannung der Schaltung aufrecht. Der Transistor wirkt als eine Art variabler Widerstand, der den Spannungsabfall und somit den Ausgang reguliert. Schaltregler kontrollieren dagegen die Eingangsspannung durch schnell schaltende Bauelemente wie Transistoren, die sich periodisch ein- und ausschalten lassen. Der durchschnittliche Spannungswert wird durch das Verhältnis der Ein- und Ausschaltzeiten bestimmt. Spulen oder Kondensatoren speichern während des Ein-Zustands die Energie und geben sie während des Aus-Zustands an die Last ab.
Hinsichtlich der Effizienz neigen Regler für Spannungen zur Ineffizienz, besonders wenn die Differenz zwischen der Eingangs- und Ausgangsspannung groß ist, da der überschüssige Strom als Wärme abgeführt wird. Dies erfordert oft die Verwendung von Kühlkörpern. Schaltregler sind im Allgemeinen effizienter als lineare Regler, da sie die überschüssige Spannung nicht in Wärme umwandeln, sondern die Energie effektiv speichern und nutzen. Ihre Effizienz kann oft über 90 Prozent liegen.
Weitere Unterscheidungsmerkmale sind Rauschen und Störungen. Lineare Festspannungsregler erzeugen sehr wenig elektrisches Rauschen im Vergleich zu Schaltreglern, deren Schaltvorgänge erhebliches Rauschen und elektromagnetische Störungen verursachen können. Schaltregler sind außerdem komplexer in Design und Implementierung. Sie erfordern zusätzliche Komponenten wie Induktoren, Dioden und Kondensatoren, was sie größer und manchmal teurer in der Herstellung macht.
Was sind LDO-Regler?
LDO-Regler – LDO steht Low-Dropout Regulator – sind eine Bauform von linearen Spannungsreglern. Sie arbeiten besonders effizient bei einer sehr geringen Differenz zwischen der Eingangs- und Ausgangsspannung. Diese Fähigkeit macht sie besonders nützlich in Anwendungen, bei denen die verfügbare Eingangsspannung nur geringfügig über der gewünschten Ausgangsspannung liegt. Dazu zählen insbesondere batteriebetriebene Geräte wie Smartphones und Kameras, bei denen die Batteriespannung oft nahe an der Betriebsspannung der Schaltung liegt.
LDO-Längsregler können eine stabile Ausgangsspannung mit einer sehr geringen Spannungsdifferenz zwischen Ein- und Ausgang aufrechterhalten, typischerweise weniger als 0,3 Volt. LDO-Regler erzeugen zudem sehr geringes Rauschen. Sie sind daher ideal für rauschempfindliche Anwendungen wie Audiogeräte und hochpräzise Messsysteme.