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Ratgeber

Spannungsregler Typ 78

Damit eine elektronische Schaltung reibungslos funktioniert, ist eine gleichbleibende Spannung erforderlich. Meist handelt es sich dabei um eine 5-Volt-Gleichspannung. Um eine stabilisierte Ausgangsspannung zu erreichen, werden Spannungsregler verwendet. In unserem Ratgeber erfahren Sie, wie ein Spannungsregler funktioniert und worin der Unterschied zwischen einem positiven und einem negativen Regler besteht.


Was ist ein Spannungsregler?

Schwankende Spannungen und empfindliche integrierte Schaltungen vertragen sich gewöhnlich nicht besonders gut. Aus diesem Grund ist es erforderlich, dass die Spannungsversorgung stabilisiert wird.
Diese wichtige Aufgabe wird von Spannungsreglern übernommen.

Die kleinen elektronischen Bauteile wandeln eine instabile Eingangsspannung in eine stabile Ausgangsspannung um und machen so erst komplexe elektronische Schaltungen möglich.


Was ist ein negativer Spannungsregler?

Für eine volle Funktionsfähigkeit benötigen manche Anwendungen eine negative Spannung. Ein Beispiel für einen solchen Anwendungsfall stellen Sensorschaltungen dar. Im Handel finden Sie daher nicht nur Regler für positive Ausgangsspannungen,  sondern auch Varianten, die für negative Ausgangsspannungen ausgelegt sind. Erkennbar sind die unterschiedlichen Typen anhand von zwei Ziffern, die am Anfang der Typbezeichnung stehen. Bei einem Regler mit dem Kürzel 78xx handelt es sich um ein Modell für eine positive Spannung. Die Abkürzung 79xx steht dagegen für einen Regler, der eine negative Ausgangsspannung bereitstellt.


Wie funktionieren lineare Regler-ICs?

Damit ein linearer Spannungsregler eine Eingangsspannung in eine stabilisierte Ausgangsspannung umwandeln kann, wird im Inneren eine Referenzspannung erzeugt. Diese wird nun ständig mit der anliegenden Ausgangsspannung abgeglichen. Unterschreitet die Ausgangsspannung den Sollwert, erfolgt eine stärkere Ansteuerung eines Transistors. Bis die benötigte Spannung erreicht ist, kann ein größerer Strom fließen.
Erreicht die Ausgangsspannung einen Wert, der oberhalb des Sollwertes liegt, erfolgt eine Strombegrenzung durch den Transistor. Dabei wird der Strom so weit reduziert, bis wieder eine stabile Spannung anliegt.
Lineare Regler haben einen schlechten Wirkungsgrad und eine hohe Verlustleistung. In vielen Fällen müssen integrierte Festspannungsregler mit einem Kühlkörper versehen werden, um die erzeugte Abwärme gleichmäßig und schnell abführen zu können.


Was versteht man unter einem Schaltregler?

Mit einer deutlich höheren Effizienz arbeitet dagegen ein sogenannter Schaltregler. Ein solcher Regler nutzt ein Umschaltelement zur Erzeugung einer gepulsten Spannung, die durch den Einsatz von Kondensatoren geglättet wird.
Ein MOSFET-Schalter lässt so lange Strom zum Ausgang des Reglers durch, bis die Soll-Spannung erreicht ist.
Anschließend schaltet der Schalter auf Aus und es wird kein Eingangsstrom mehr verbraucht. Durch eine schnelle Wiederholung dieses Vorganges lässt sich eine stabile Ausgangsspannung realisieren. Aufgrund der hohen Effizienz entsteht deutlich weniger Abwärme als bei einem normalen Spannungsregler; auf zusätzliche Kühlkörper kann daher in den meisten Fällen verzichtet werden.


NPN-Transistoren und PNP-Transistoren

Bipolare-Transistoren bestehen aus Halbleitern und sind in den beiden Grundformen NPN (Negativ-Positiv-Negativ) sowie PNP (Positiv-Negativ-Positiv) verfügbar. Beide Transistor-Arten haben drei Anschlüsse, die allerdings jeweils eine andere Funktion innehaben.
Die Anschlüsse tragen bei beiden Arten die Bezeichnungen Kollektor, Emitter und Basis. Bei einem NPN-Transistor lautet die Belegung der Anschlüsse Plus, Minus und Plus. Dagegen ist ein PNP-Transistor mit Minus, Plus, Minus belegt.

Ein NPN-Transistor besteht aus drei Halbleiter-Schichten. Dabei weisen die beiden äußeren Schichten eine negative Dotierung auf, während die mittlere Schicht eine positive Dotierung hat. Der Hauptstrom läuft zwischen Kollektor und Emitter, wobei die Stromstärke, die von Basis zu Emitter verläuft, die Wirkungsweise des Transistors bestimmt.
Wenn durch die Basis kein Strom fließt, ist der Weg über Kollektor und Emitter gesperrt. Sobald ein schwacher Strom die Basis passiert, wird der Kollektor/Emitter-Weg leitfähig.

Auch der PNP-Transistor besteht aus drei Halbleiter-Schichten, deren Dotierung allerdings genau andersherum als bei einem NPN-Transistor ist. Die beiden äußeren Schichten sind positiv, während die zentrale Schicht negativ dotiert ist. Die fließenden Ströme verlaufen daher exakt entgegengesetzt zu der Richtung eines NPN-Transistors.


Kaufkriterien für Spannungsregler – worauf kommt es an?

Beim Kauf eines Spannungsreglers haben Sie die Wahl zwischen einstellbaren Spannungsreglern und festen Reglern sowie zwischen positiven und negativen Reglern. Beachten Sie den maximalen Spannungseingang, die minimale Ausgangsspannung und die Rückfallspannung. Wenn geringe Schwankungen bei der Spannungsversorgung tolerierbar sind, kann auch eine Z-Diode eine Alternative sein.


Unser Praxistipp: Für einen stabilen Betrieb Kondensatoren nicht vergessen!

Einfache Spannungsregler funktionieren theoretisch auch ohne zusätzliche elektronische Bauteile.

Dabei kann es aber schnell zu Problemen hinsichtlich der Stabilität der Schaltung kommen.

Um einen dauerhaft stabilen Betrieb des Reglers zu gewährleisten, sollte daher nicht auf die Integration von zwei zusätzlichen Kondensatoren verzichtet werden.


FAQ – häufig gestellte Fragen zu Spannungsreglern


Was ist eine Z-Diode?

Eine Regelung der Spannung kann nicht nur mit linearen Reglern und Schaltreglern erreicht werden, eine weitere Möglichkeit ist der Einsatz einer Zenerdiode. Eine solche Diode wird in Sperrrichtung betrieben. Ab einer bestimmten Sperrspannung tritt der Zener-Effekt ein. Damit ist eine schlagartige Zunahme des Stromes, die auch Durchbruchspannung genannt wird, gemeint. Für den Betrieb einer Z-Diode ist die Schaltung eines Vorwiderstandes erforderlich. Ohne einen solchen Widerstand kommt es zur Zerstörung der Diode.

 

Was ist ein Feldeffekttransistor?

Bei einem Feldeffekttransistor handelt es sich um ein spannungsgesteuertes, unipolares Halbleiterlement. Ein solches Bauteil besitzt die drei Anschlüsse Gate, Drain und Source. Der primäre Strompfad besteht zwischen Source und Drain und wird auch Kanal genannt. Die in diesem Kanal fließenden Ströme werden durch ein elektrisches Feld, das vom Gate erzeugt wird, beeinflusst. Bereits eine geringe Veränderung der am Gate anliegenden Spannung kann den Stromfluss zwischen Source und Drain erheblich beeinflussen.

 

Was versteht man unter "dotieren"?

Unter dem Begriff "dotieren" versteht man das Einbringen von Fremdatomen in einen Halbleiterkristall. Das Ziel einer Dotierung ist eine Veränderung der Leitfähigkeit des Halbleiters. Um diese zu erreichen, werden Dotierelemente in die Gitterstruktur des Halbleiterkristalls eingebracht. Tatsächlich handelt es sich dabei um eine gezielte Verunreinigung des Kristalls. Silicium wird beispielsweise häufig mit Bor, Phosphor, Aluminium oder Indium dotiert. Bereits das Einbringen geringer Verunreinigungen in die Struktur des Halbleiters kann sehr große Auswirkungen auf die Leitfähigkeit haben.

 

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