Linear geregelte Netzteile

Linear geregelte Netzteile sind die einfachsten Spannungsregler, die in der Praxis eingesetzt werden. Ein Längs- oder Querregler begrenzt die Spannung auf den Sollwert, indem er überschüssige Spannungen oder Ströme in Wärme umsetzt.

• Eine schlichte Ausführung des Quer- oder Parallelreglers ist die Z-Diode mit Vorwiderstand. Die Z-Diode ist eine spezielle Diode, die in Sperrrichtung parallel zur Speisung betrieben wird. Ab einer bestimmten Spannung (der Z-Spannung, steht im Typ und/oder Datenblatt) bricht sie durch, wird also in Sperrrichtung niederohmig. Dieser Vorgang ist umkehrbar, solange die Verlustleistung der Z-Diode nicht überschritten wird. Mitsamt dem Vorwiderstand findet so eine Spannungsstabilisierung statt. Das ist normalerweise nur für sehr kleine Leistungen realisierbar. Gängige Z-Dioden vertragen Verlustleistungen im Bereich einiger hundert Milliwatt. Ihr Spannungsbereich umfasst ein- bis dreistellige Spannungswerte. In jedem Fall sind Z-Spannung mal Querstrom die absolute Leistungsgrenze für die Z-Diode. So kann die 5-V-Z-Diode in der Halbwatt-Ausführung schon mal bis zu 100 mA schlucken, während die 60-V-Z-Diode selber Leistung nur noch wenige einstellige mA verträgt. Selbst mit zehn mA wäre sie schon überfordert. Z-Dioden sind nicht wirklich genau in der Spannung, sie haben je nach Z-Spannung diverse Dreckeffekte dabei und natürlich wird auch eine Streuung in der Herstellung vorhanden sein. Ganz gut sind Z-Dioden für etwa 5 bis 6 Volt, darüber und vor allem darunter werden sie viel schlechter. Dennoch sind sie eine billige Möglichkeit, eine Spannung bei kleinen Leistungen zu stabilisieren.

• Eine andere Variante der Längsregelung sind Festspannungsregler. Sie hören auf Namen wie 7805 oder 7912. Die Regler, welche mit der 78 beginnen, sind für positive Spannungen gebaut, die mit der 79 für negative Spannungen. Die letzten beiden Ziffern geben die Ausgangsspannung an. Ein zwischen den beiden Zahlengruppen angeordneter Buchstabe weist auf abweichende Bauformen bzw. Leistungen hin. Die Standardregler haben ein TO220-Gehäuse mit drei Anschlüssen und Kühlfahne. So können sie schon einige Watt in einen Kühlkörper bringen. Das reicht schon meist für ein Ampere Ausgangsstrom. Diese Regler benötigen immer einige Volt mehr am Eingang, als die Ausgangsspannung hat. Ab etwa 3 V mehr Eingangsspannung regeln sie recht sauber. Die notwendige Außenbeschaltung beschränkt sich auf zwei Abblock-Kondensatoren von jeweils etwa hundert nF vom Eingang zur Masse und vom Ausgang zur Masse. Diese Kondensatoren sollten dicht am Regler untergebracht sein. Eingangsseitig ist noch ein Elko von einigen hundert µF sinnvoll. Am Ausgang sollte auf so große Kondensatoren verzichtet werden. Sind dort dennoch größere Kapazitäten vorhanden oder gar ein Pufferakku angebunden, so ist eine Entkopplungsdiode zwischen Aus- und Eingang einzusetzen. Diese Diode verhindert, dass die Eingangsspannung deutlich unter die Ausgangsspannung fallen kann. Praktisch nimmt man dort eine Diode, welche auch den Ausgangsstrom des Reglers verträgt, so etwa eine 1N4007 für den Standardregler. Ansonsten sind diese Regler recht robust und dabei noch genau, wenn die Last am Ausgang wenigstens einige mA zieht. Speziell die Negativ-Regler sollte man immer mit einer Grundlast betreiben, weil sonst die Spannung nicht in der Norm bleibt.