Wie kann man Spannung teilen und regeln?
Also nun konkret zu meinem Problem... Ich bin noch neu auf dem Gebiet und versuch dazu zu lernen. Ich möchte gerne meine 12V Spannung aufteilen und zwar so, dass ich immer 5V zu meiner Spannungsquelle zurück anliegen lasse, und die restlichen 7V nutzen kann... Mit welchem Bauteil kann ich das realisieren und wo kann ich das bestellen und wie heißt es? Danke, für alle, die Ahnung haben und mir helfen können...
4 Antworten
Dazu benutzt man einen Spannungsteiler.
Man nimmt zwei Widerstände und schaltet die in Reihe nach Masse. Das verhältnis der Werte bestimmt das Verhältnis der Spannungen die über die Widerstände abfällt. Im Mittelpunkt kann man die geteilte Spannung abreifen.
Hat man 12V und benutzt R und 2R (Einen beliebigen Widerstand und der andere hat das doppelte), dann fällt 1/3 der Spannung über R ab und 2/3 der Spannung über 2R. Also in dem Fall 4V und 8V. Zwischen dem Mittelpunkt und Masse liegen hier also 8V und zwischen Spannungsquelle und Mittelpunkt liegen 4V.
Genau das macht ein klassisches Lautstärkepotentiometer. Dabei ist das Verhältnis der beiden Widerstände einstellbar. Man verschiebt ja den Mittelpunkt, also den Schleifer, über die Widerstandsbahn des Potis. Damit kann man einstellen wie stark die Spannung - und damit die Lautstärke - des Musiksignals geteilt wird.
Das Problem ist aber die Last die den Spannungsteiler belastet. Bei einem Lautstärkepotentiometer ist die Last der nachgeschalteten Endstufe konstant so dass auch das eingestellte Verhältnis der Spannungsteilung imemr konstant ist. Ein mal eingestellt, verändert sich nichts mehr.
Die Last, also der Stromverbraucher hat ja ebenfalls einen Widerstand und der liegt parallel zu einem der beiden Widerstände des Spannungsteilers. Damit verändert man das Verhältnis des Spannungsteilers je nachdem wie viel Strom gezogen wird. Es wird eine Regelung benötigt, die die Lastschwankungen ausgleicht! Erschwerend kommt auch noch hinzu, dass die Eingangsspannung ja auch schwanken kann. Bei einem Netzteil wird die Gleichspannung aus Wechselspannung gewonnen. Die Gleichspannung hinter einem Gleichrichter pulsiert. Um die Pulspausen zu füllen benutzt man einen Kondensator, der kann das aber nicht 100% kompensieren, man hat immer eine Restwelligkeit der Spannung, den sogenannten "Brumm". Bei einem Radiogerät brummt es halt wenn keine Spannungsregelung vorhanden ist.
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In den Anfängen der Elektronik gab es keine Regler. Hier hat man das brummen mit Filterschaltungen aus Kondensatoren und großen Spulen komensiert. Die Spannung war zwar nicht stabil und änderte sich ständig, dafür gab es aber kein hörbares brummen mehr. Auch wurden Bleiakkus benutzt, denn die erfüllen den Zweck eines Kondensators, können aber richtig regeln und halten die Spannung konstant. Die Post hatte früher riesige Batterieräume genau für den Zweck. Nicht weil die wollten dass das Telefonsystem auch bei Stromausfall weiter läuft, die Batterien haben die Spannung geregelt und verhindert das man ein brummen hört. Die Ausfallsicherheit war nur ein angenehmer Nebeneffekt!
Später wurden Halbleiter entdeckt und nach dem die alten Quecksilber- und Selengleichrichter durch effizientere, kostengünstigere und höher belastbare Siliziumdioden ersetzt wurden wurde der Zehnereffekt endeckt. Z-Dioden (Der Begriff Zehnerdiode ist veraltet) ziehen einen Strom sobald eine bestimmte Spannung überschritten ist. Schaltet man die parallel zur Last bei einem Spannungsteiler, so schlucken die Strom sobald die Spannung zu groß wird. Was die Last nicht an Strom will, schluckt die Z-Diode. Dadurch bleibt die Gesamtlast des Spannungsteilers stets konstant wodurch auch die Ausgangsspannung konstant bleibt.
Nach der Einführung von Leistungsstarken Transistoren konnte man auch echte Regler bauen. Hier wurden die Z-Dioden nur dazu benutzt den Regler zu steuern, es ging kaum Leistung verloren. Seit der Einführung von Integrierten Schaltkreisen kann man Regler mit Leistungstransistor in ein kleines Gehäuse bauen, der "Spannungsstabilisator" (kurz Stabi) war geboren!
Dieser ersetzt den ersten Widerstand des Spannungsteilers und die Last ersetzt den zweiten Teil. Der Stabi passt seinen Innenwiderstand so an, dass immer die passende Spannung an der Last anliegt, egal wie viel Strom die gerade verbraucht.
Die am meisten verbreiteten Stabis sind LM78xx und LM317 für positive Spannungen und LM79xx und LM337 für negative Spannungen.
Bei den 78xx und 79xx steht das xx für die gewüschte Ausgangsspannung:
05 = 5V
06 = 6V
09 = 9V
12 = 12V
15 = 15V
Leider gibt es keinen für 7V. Aber da kann man den LM317 benutzen. Der erzeugt tatsächlich immer 1,25V, aber mit einem Spannungsteiler kann man den "austricksen". Teilt man nämlich die Ausgangsspannung z.B. durch 2, dann denkt der zwar immer noch, dass er auf 1,25V regelt, tatsächlich regelt der dann aber auf 2,5V. Mit einem Poti, also einer einstellbaern Spannunsgteilung kann man ein Einstelbares Netzteil bauen dass zwischen 1,25V (keine Teilung) und ca. 35V (volle Teilung) die Spannung regelt. Anstelle des Potis kann man natürlich auch einen Spannungsteiler aus festen Widerständen bauen um sich beliebige, feste Ausgangsspannungen zu erzeugen.
Die gängigen Stabis haben eine Belastbarkeit von garantiert 1A, typisch 1,5A und maximal (also wenn man Glück hat) 2A. Der eingebaute Überlastungsschutz schaltet die ab bevor die durch Überhitzung kaputt gehen. Für die Festspannungsregler (78xx und 79xx) gibt es besonders starke versionen mit einem "S" in der Bauteilbezeichnung (z.B. 78S05), die können garantiert 2A.
Standard ist ein Low-Drop-Festspannungsregler, allerdings gibt es den nicht für 7V. Für 5V oder 8V gibt es den überall (reichelt, conrad, mueckra, ...).
teilen ist nicht, nur wenn beide Lasten konstant wären. Der Regler regelt so ein, dass hinten immer das gleiche rauskommt. Allerdings verheizt der abhängig von der Eingangsspannung auch den Rest. Daher legt man den normalerweise so aus, dass der nicht viel wegregeln muss.
Was meinst du mit "immer 5V zu meiner Spannungsquelle zurück anliegen lasse"?
Du kannst einen linearen 5-Volt-Spannungsregler verwenden - aber da gehen dann 7 Volt verloren. Oder zwei 5 Volt-Spannungsregler kaskadieren - ob das geht, hängt davon ab, wofür du die Spannungen (die ja dann unterschiedliche Massepunkte haben) verwenden willst.
Gruß Ragnar
naja, die 5V sollen die batterien z.B. laden und die 7V für eine z.B. Lampe benutzt werden...
Ja, dann könntest du zwei 5-Volt Spannungsregler kaskadieren, z.B. diese hier:
http://www.conrad.de/ce/de/product/148245/SPANNUNGSREGLER-LT-1086-5-CT-15-A-5-V
wenn dir 1,5 A ausreichen. 7 Volt bleiben da wie gesagt nicht übrig, sondern du hast dann zwei mal 5 Volt.
Aber etwas unkonventionell ist das schon, normalerweise nimmt man dann einen 6 Volt-Trafo und regelt dann auf 5 Volt runter. Außerdem brauchst du zum Batterieladen dann auch noch eine Ladeschaltung...
Gruß Ragnar
ich sag ja, dass ich anfänger bin und versuch was zu bauen und dazu zu lernen...würde das auch einfach mit einem spannungsteiler gehen? und denn von den 12V eimal 5V parallel zu den batterien, damit die geladen werden und die 7V dann zum verbrauchen?
Du willst die Spannung ja nicht "ungefähr" haben, sondern stabil. Ein Spannungsteiler teilt die Spannung ja nur dann, wenn da keine weiteren Verbraucher mit niedrigem Innenwiderstand dranhängen, ansonsten bestimmen die Innenwiderstände der Verbraucher die Spannungsteilung - und das ist viel zu unbestimmt, als dass man damit arbeiten könnte (wenn du z.B. die Lampe ausschaltest, geht deren Innenwiderstand von ein paar Zehntelohm auf Unendlich...) Mach dich erst mal mit dem Ohmschen Gesetz und der Parallel- und Reihenschaltung von Widerständen (bzw. Verbrauchern) vertraut.
da brauchst du ne richtige Schaltung nicht nur nen Bauteil... zehnerdiode Kondensator begrenzungswiderstände - schau mal im web nach spannungsregelkreis
also bei dem bauteil kann ich z.b auch 50V speisen und bekomm dann 5V und 45V raus?also bei dem bauteil wird dann geteilt oder wie?