LM317 - Welche Spannung darf es sein?

 

Materialbedarf

 

Anz. Bezeichnung Datenblatt
1 Batterie/Spannungsquelle 9V  
1 Widerstand 220 Ohm  
2 Widerstand 470 Ohm  
1 Spannungsregler LM317T
1 Trimmpotentiometer 2,5 kOhm
1 Standard-Leuchtdiode 3mm oder 5mm 3mm, 5mm
1 Multimeter  

 

 

Grundlagen

 

Nahezu jede Schaltung benötigt zum Betrieb eine geregelte Gleichspannung. Hierfür lassen sich sehr gut kleine Netzteile mit Hilfe der Festspannungsreglern der 78xx-Reihe aufbauen. Diese sind für nahezu jede gängige Spannung erhältlich.

 

Es gibt aber auch Fälle, da benötigt man eine 'krumme' Betriebsspannung oder eine Betriebsspannung, welche regelbar sein soll. Hierfür sind die Festspannungsregler weniger geeignet. Für solche Zwecke kann man sehr gut den LM317 verwenden. Dieser ermöglicht eine Spannungsregelung von 1,2V-36V.

 

Der LM317 ist auch in diversen Stromklassen erhältlich. Hier wird der LM317T verwendet. Diese kann Ströme bis 1,5A regeln.

 

Ebenso wie der 78xx besitzt der LM317T ein TO220-Gehäuse. Worauf man aber zwingend achten muss ist die andere Anschlussbelegung des Reglers.

Der Eingang des LM317T befindet sich hier auf der rechten Seite. Am Mittelanschluss wird die gewünschte Spannung abgenommen. Links ist der Pin für die Spannungseinstellung.

 

 

Grundaufbau

 

 

Will man den Regler erst einmal in Betrieb nehmen, reicht die nebenstehende Schaltung aus. Hier liefert der LM317 nun die geringste Spannung von 1,2V.

Es fällt sicherlich auf, dass hier, anders als beim Festspannungsregler, noch ein Widerstand vom Ausgang Adj-Anschluss geht. Diesen sollte man auch nie weglassen ansonsten bekommt man keine saubere Regelung. Dieser Widerstand ist für den weiteren Ausbau auch zwingend notwendig.

Für R1 wird, laut Datenblatt, ein Wert von 240 Ohm vorgeschlagen. Da in unserer E3-Reihe kein Wert von 240 Ohm vorhanden ist, verwenden wir hier 220 Ohm. Für die weiteren Versuche funktioniert dies auch sehr gut.

 

Nimmt man die Schaltung nun in Betrieb, wird man an der LED D1 kein Leuchten bemerken. Die Ausgangsspannung von 1,2V reicht nicht aus um die Leuchtdiode zum leuchten zu bringen.

Mit einem Multimeter können wir aber die Ausgangsspannung überprüfen.

 

 

Mit 1,2V kommt man natürlich nicht weiter. Soll der Regler größere Ausgangsspannungen haben, muss noch ein weiterer Widerstand hinzugefügt werden wie in der jetzigen Schaltung zu sehen ist.

Nun leuchtet die LED auf, sobald wir die Batterie anklemmen. An der Leuchtstärke der Leuchtdiode können wir aber schon erkennen, dass die Spannung recht gering sein muss.

 

Eine Messung am Ausgang bestätigt dies. Wir messen hier eine Spannung von 3,95V. Möchte man andere Spannungen am Ausgang haben, muss man nur den Widerstand R1 ändern. Würden wir anstelle von 470 Ohm einen Wert von 660 Ohm einsetzen bekämen wir eine Ausgangsspannung von 5V.

Wie funktioniert dies aber nun?

 

Damit diese Regelung funktioniert ist eine Spannung maßgebend. Wenn wir die Spannung am Widerstand R2 messen, werden wir einen Wert von 1,25V feststellen.

Der LM317 regelt immer auf genau diese Spannung ein. Dadurch ist es möglich, dass wir die Ausgangsspannung mit R1 auf einen gewünschten Wert anheben.

Um den Wert zu ermitteln, den man für R1 benötigt gibt es eine bestimmte Formel. Auf dieser Seite existiert auch ein Tool für die Berechnung des Wertes.

 

In der Abbildung sieht man dieses noch einmal genauer. Wir wir wissen, liegen am Widerstand R2 genau 1,25V an. Dadurch fließt auch ein konstanter Strom 5,7mA.

Durch R1 fließt nun dieser Strom und der Strom aus dem Adjust-Pin von ca. 100µA. Dieser Gesamtstrom hat nun zur Folge, dass am Widerstand R1 eine feste Spannung abfällt. Die Ausgangsspannung LM317 regelt sich also auf diese erhöhte Spannung ein.

 

 

Anstelle von festen Widerstandswerten von R1 ist es auch möglich, diesen durch ein Potentiometer zu ersetzen.

Dadurch wird aus dem LM317 eine regelbare Spannungsquelle. Wer hier die Ausgangsspannung überprüft kann sehen, dass sich die Spannung von 1,2V bis ca. 1V-2V unter der Versorgungsspannung regeln lässt. Diese Spannungsdifferenz benötigt der Regler um arbeiten zu können.

 

Bei diesem Schaltungsaufbau kann man sehr schön beobachten, dass die Spannung am 220 Ohm-Widerstand nahezu konstant bleibt. Unabhängig davon, auf welchen Wert P1 gerade eingestellt ist.

 

 

Der LM317 als Stromregler missbraucht ...

 

 

Bei diesem Aufbau leuchtet die LED D1 nach der Inbetriebnahme hell auf. Obwohl hier 'nur' ein 100 Ohm-Widerstand vorhanden ist, brennt die Leuchtdiode nicht durch. Hierfür ist auch der LM317 verantwortlich. Dieser begrenzt den Strom durch die LED auf hier 12,5 mA.

 

Hierfür hilft uns die Eigenschaft des LM317, dass dieser zwischen dem Ausgang und dem Adjust-Pin immer eine Spannung von 1,25 V eingeregelt wird. Mit Hilfe des Widerstandes erreichen wir nun, dass der Spannungsregler einen bestimmten Maximalstrom fließen lässt.

Dank des ohmschen Gesetzes kann man nun schnell den Strom errechnen und wir kommen hier auf einen Strom von eben 12,5 mA.

Wird R1 verändert, so können wir andere Ströme definieren. Bei einem 470 Ohm-Widerstand würde noch ein Strom von 2,7 mA fließen. Die Leuchtdiode gäbe bei diesem Wert nur noch schwaches Licht ab.

 

 

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