Laborstromversorgung „Gleichspannungsregler Statron TG 30/1“

Der ausgelesene Schaltplan sieht so aus:

Ausgelesener Schaltplan, Eagle-Quelle

Funktionsprinzip:

Der Pluspol des Ausgangs ist mit einer beidseitigen Hilfsspannungsquelle versehen.
Die Differenzverstärker vergleichen das eingestellte Spannungs- bzw. Strommaximum
Je nach Spannungs- oder Strombegrenzung arbeitet eine der Dioden D8 oder D9

Das Problem mit diesem Gerät war:

Ausgangskondensator K2 tötet Schaltung durch „blitzartige“ Entladung bei gewünschter Strombegrenzung
Messung der Zener-Spannung von Z-Dioden oder Flussspannung von Leuchtdioden unnötig schwierig oder riskant

Daher folgende Modifikationen:

Ausbau von K2, dadurch leider Schwingen
Probieren von Kondensatoren, bis K1 und K4 gefunden wurden.

Allgemeines Funktionsprinzip

Laborstromversorgungen mit einstellbarer Spannungs- und Strombegrenzung bis Null haben fast immer den folgenden schematischen Aufbau:

Prinzipschaltplan. Die beiden 5-V-Spannungsquellen müssen stabilisiert sein

Die Hilfsspannungsquelle ± 5 V am Ausgang lässt sich auch als Speisespannung für Digitalvoltmeter verwenden.

Alle bisher gesehenen Stromversorgungen enthalten keinen sonderlichen Übertemperaturschutz, sondern sind einfach mit reichlich Kühlung dimensioniert.

Statt des Leistungstransistors kann man auch integrierte Spannungsregler wie LM317 einsetzen. Dabei macht man sich den eingebauten Temperaturschutz zu Nutze; die interne Referenzspannungsquelle lässt sich dagegen nicht sinnvoll nutzen.

Der Strommesswiderstand (Shunt) R1 wird auch vom Basisstrom von T1 durchflossen. Wegen I_B~I_C führt das nach Abgleich zu keinem Messfehler; außerdem ist bei Darlingtontransistoren der Basisstrom kleiner als die Messunsicherheit des Anzeigeinstruments.

Variante: Unsymmetrische Hilfs- und Referenzspannung 5 V

Diese Schaltung erfordert Operationsverstärker mit einem Eingangsspannungsbereich bis zum Massepotenzial sowie niedriger Versorgungsspannung, etwa LM358. (Kein Exemplar aus DDR-Produktion bekannt.)

Modernerer Schaltplan, so würde ich es heutzutage (2010) bauen

Die beiden Anzeigebauelemente MQE10 enthalten den altbekannten A/D-Wandler C520D sowie die übliche Außenbeschaltung. Sein Gleichtakteingangsspannungsbereich schließt tatsächlich negative Spannungen ein, erforderlich für D7.

Im Gegensatz zur vorher gehenden Schaltung arbeitet der Strommess-OPV mit einem Gleichtaktbereich von 1 V; das ist gut verkraftbar. Biasstromkompensationswiderstände sind nicht eingezeichnet. Es dürfte aber auch ohne diese gut funktionieren.

Da der jeweils nicht arbeitende Operationsverstärker am Ausgang die maximale positive Spannung ausgibt, kann man diesen Betriebszustand digital per Leuchtdiode ausgeben. Die gemeinsame Katode ermöglicht den alternativen Einsatz einer Zweifarb-LED, etwa VQA60.

Für bessere Stabilität kann man die Einstellpotenziometer R3 und R5 an einer extra stabilisierten Spannung betreiben, etwa einem B589N oder einem TL431.

Einen Temperaturschutz (für T1) müsste man mit einem dritten Operationsverstärker realisieren. Beim Ansprechen leuchten beide LEDs.

Abart: Ungebundene unstabilisierte Hilfsspannung 9-12 V

Prinzipschaltplan. Die Referenzspannung kommt aus dem ICL7136

Im Gegensatz zur vorherigen Variante dienen Flüssigkristall-Anzeigen mit C7136 (ICL7136) zur Anzeige von Spannung und Strom. Da zwischen U+ und GND eines (der beiden) '7136 eine stabilisierte, leicht belastbare Spannung von 2,8 V bereit steht, kann man diese als Referenzspannung wie oben benutzen. Die beiden Operationsverstärker müssen nicht rail-to-rail-fähig sein, und man kann biasstromarme BiFET-OPV (mit geringer oder kompensierbarer Offsetspannung!) verwenden.

Die beiden Spannungsquellen bedürfen keiner Stabilisierung, nur Siebung.

Insgesamt gesehen schon recht einfach; fragt man sich nur, warum Labornetzteile immer noch so teuer sind.

Henrik Haftmann, letzte Änderung: 09.02.2012