HALBLEITERHEFT2000

31

7-8/2000

Elektor

R1 = (-5 V - 2,495 V) / -10

-4

A

≈ 25,05 kΩ

Der zweite Widerstand ist dann

R2 = U

REF

/ [(U

O

-U

REF

)/R1 - I

REF

]

≈ 25,46 kΩ

Damit der Regler korrekt arbeiten kann, muss der Kathoden-
strom zwischen -1 mA und -100 mA liegen, der Laststrom -I

O

sollte weitgehend konstant sein. Beide Ströme bestimmen den
Wert für den Längswiderstand R3

(U

Imin

- U

O

)/(I

Omax

+ I

Cmin

)

≥ R3 ≥ (U

Imax

- U

O

)/(I

Omin

+ I

Cmax

)

Für den minimalen Widerstand ist auch eine Leistungsab-
schätzung durchzuführen. Der Widerstand R3 muss minde-
stens die Leistung

P

R3

= (U

Imax

-U

O

)

2

/ R3

verheizen können. Die Verlustleistung des Shuntreglers beläuft
sich auf

P

TL431

= U

O

⋅I

Cmax

Ist eine Ausgangsspannung von -5 V gewünscht, so sind ein-
fachere Berechnungen möglich, da die Widerstände R1 und R2
gleich gewählt werden. Die erste Formel vereinfacht sich zu

U

O

= -2

⋅U

REF

- R1

⋅I

REF

R1 = R2 = (U

O

+2

⋅U

REF

) / I

REF

Legt man eine (toleranzfreie) Referenzspannung von -2,495 V
zu Grunde, so ergibt sich ein Widerstandswert von 5 k

Ω.

Weicht man von diesem Widerstandswert ab, so macht sich
der Einfluss des Referenzstroms in einer Toleranz der Aus-
gangsspannung bemerkbar.
In Bild 2 ist eine dimensionierte Anwendungsschaltung für
eine Ausgangsspannung von -5 V angegeben.
Der Regler TL431 ist in drei Genauigkeitsklassen erhältlich:
Ohne Suffix beträgt der maximale Fehler

±2 %, mit Suffix -A

nur

±1 %, während der TL1431 mit ±0,4 % die genauste Vari-

ante ist. Das (leider fehlerbehaftete) Datenblatt finden Sie
unter der Webadresse

http://www.fairchildsemi.com/ds/TL/TL431.pdf

Für feste Ausgangsspannungen von 5 V, 3,3 V und 3,0 V bei
Ausgangsströmen von 100

µA...50 mA gibt es auch interes-

sante Regler von Maxim mit der Bezeichnung MAX6330 und
MAX6331. Der Spannungsteiler ist bereits integriert.

(004087)rg

TL431

REF

C

A

R1

4k7

1%

R2

4k7

1%

D1

TL431

R3

270Ω

8V5...12V

5V

0...10mA

004087 - 11

2

Von Gregor Kleine

Für kleine, batteriebetriebene Operationsver-
stärkerprojekte und Analogschaltungen
benötigt man häufig eine symmetrische
Betriebsspannung von

±5 V. Ein einfach anzu-

wendender Baustein zur Erzeugung dieser
beiden Spannungen ist der LM 2685 von
National Semiconductor. Er enthält einen
Switched-Capacitor-Spannungsverdoppler mit
nachgeschaltetem 5-V-Regler. An dieser Aus-
gangsspannung wird dann ein Spannungsin-
verter ebenfalls in SC-Technik betrieben, der
mit im gleichen IC integriert ist. Die Außen-
beschaltung beschränkt sich auf zwei Pump-
und drei Ladeelkos.
Der Schaltkreis verarbeitet Eingangsspan-
nungen zwischen +2,85 V und +6,5 V und ist
damit bestens für Batterieversorgung geeig-
net. Zunächst wird diese Spannung auf einen
mit 130 kHz betriebenen Spannungsverdopp-
ler gegeben, dessen externer Kondensator C1
an den Pins 13 und 14 angeschlossen ist. Die
Ausgangsspannung dieses Verdopplers wird
an Pin 12 mit dem Elko C3 gesiebt. Für Eingangsspannungen
im Bereich +5,4...6,5 V schaltet der Verdoppler ab und gibt
die Eingangsspannung direkt auf den folgenden +5-V-Low-

Dropout-Regler, der mit bis zu 50 mA belastbar ist. Siebelko
ist hier C4.
Um die -5V-Ausgangsspannung zu erzeugen, braucht die +5V-

BT1

C4

4µ7

C5

4µ7

C1

2µ2

C3

2µ2

C2

2µ2

2V85...6V5

L = Shutdown

L = Normal

H = Normal

- 5V

- 5V

+5V

switched

switched

004045 - 11

15mA max

+5V

50mA max

H = V

PSW

NSW

/V

off

Oscillator

Shutdown

Inverter

Voltage
Doubler

+5V LDO

Voltage

Thermal

LM2685

130kHz

VDBL

VPSW
VNSW

VNEG

C1P

C1N

VIN

SDP

SDN

C2P

C2N

V05

GND

13

14

12

CE

10

11

1

5

6

7

9

8

4

3

2

±5-V-Spannungswandler

018

HALBLEITERHEFT2000

32

Elektor

7-8/2000

Spannung nur noch invertiert zu werden. Dazu dient ein
getakteter Power-MOS-Schalter, der den Kondensator C2 (Pins
8 und 9) zunächst auflädt und anschließend umpolt. Diese zer-
hackte Spannung muss nun noch am Ausgang mit C5 gesiebt
werden. Die ungeregelte -5V-Spannung ist mit immerhin noch
15 mA belastbar.
Der Spannungswandler LM 2685 verfügt noch über einen
Chip-Enable-Eingang (CE) und zwei Steuereingänge: SDP (=
Shut Down Positive) und SDN (= Shut Down Negative). Wird CE
auf Low gesetzt, so schaltet der ganze Baustein ab (= Shut-
down) und der Stromverbrauch geht auf typisch 6

µA zurück.

Damit kann man über CE die angeschlossene Schaltung ein-
und ausschalten, ohne die Batterie abklemmen zu müssen.
Mit SDP und SDN kann man die Ausgänge V

PSW

beziehungs-

weise V

NSW

schalten. Über zwei niederohmige CMOS-Schal-

ter sind diese beiden Pins mit den Spannungsausgängen ver-
bunden. Damit hat man auf der negativen Seite einen einzeln
schaltbaren Ausgang zur Verfügung, wobei auch der Span-

nungsinverter abgeschaltet wird. Das Abschalten mittels SDP
führt neben dem Öffnen des Schalters auch noch zum Stillle-
gen des internen Oszillators. Damit ist aber für den -5-V-Span-
nungsinverter keine Eingangsspannung mehr vorhanden, so
dass diese auch wegfällt. Die Steuereingänge SDP und SDN
sind Low (entspricht < 0,8 V) bei Normalbetrieb und High (>
2,4 V) zum Abschalten der zugehörigen Spannung.
Der LM 2685 ist auf der positiven Ausgangsspannung kurz-
schlussfest. Vermieden werden muss aber auf jeden Fall ein
Kurzschluss zwischen positiver und negativer Ausgangs-
spannung. Gegen thermische Zerstörung ist das IC durch eine
Übertemperatursicherung geschützt: Bei etwa 150

o

C Chip-

temperatur schaltet sich der Baustein selbstätig ab.
Die genaue Typenbezeichnung des ICs lautet LM 2685MTC.
Der Spannungswandler steckt in einem TSSOP14-SMD-
Gehäuse. Der Hersteller National Semiconductor ist im Internet
erreichbar unter:

www.national.com

(004045)rg

Von Hans Bonekamp

Wie viele Zählerstufen (= Bits) benötigt man, um mit einem
Zähler von Null bis zu einer bestimmten Dezimalzahl M zählen
zu können?
Das lässt sich wie folgt auf jedem Taschenrechner mit einer
logarithmischen Funktion wie folgt berechnen:

Dabei kann anstelle der Funktion “log (x)” auch die Funktion “ln
(x)” verwendet werden. Wichtig ist aber, dass das Ergebnis
der Berechnung immer nach oben und nicht nach unten abge-
rundet wird!

004080e

N

M

=

lg

lg 2

Berechnung eines binären Zählers

019

Bei schaltenden Netzteilen hängt die Qualität der Ausgangs-
spannung stark von der Qualität der eingesetzten Elkos ab.
Dabei ist der Innenwiderstand (auch äquivalenter Serien-
widerstand (ESR) genannt) der Elkos einer der wesentlichen
Faktoren, da in der Regel mit hohen Strömen gearbeitet wird.
Es ist zwar sehr schwierig, den ESR präzise zu ermitteln, wer
den Innenwiderstand aber nur grob abschätzen oder Elko-
Familien vergleichen möchte, kommt mit der im Folgenden
beschriebenen Messaufstellung gut zurecht.
Der fragliche Kondensator wird über einen 1-k

Ω-Widerstand

bis zur angelegten Versorgungsspannung geladen. Den ESR
berechnet man überschlägig mit der Formel (U1/U2)-1 (siehe
obere Kurve im Oszillogramm). Die Formel ist ganz einfach, da

G

D

S

D

R1

1k

R2

1

Ω

5W

T1

S

D

G

C

Under Test

T1 = BUZ10,

BUZ100,
BUK455

004069 - 11

1...2V

Kondensator

ESR-Messung

020