Von Netzgeräten kann der Elektroniker
eigentlich nie genug bekommen. Die
hier beschriebene Variante des PC-
Experimentiernetzteils wurde zur Arbeit
mit einer umfangreichen Controller-
Applikation für den PC entwickelt, als
das “normale” Labornetzgerät ander-
weitig (nämlich zur Versorgung der
anzusteuernden Schaltung) zum Einsatz
kam. Ein Zustand, wie er nicht nur dem
Hobbyelektroniker bekannt vorkommen
dürfte. Das hier vorgestellte Netzteil
kann direkt in den PC eingebaut und
an die interne 12-V-Spannung ange-
schlossen werden - sozusagen als fest
installiertes Applikationsnetzteil.

Profil

Ein Netzteil für PC-Peripherie soll natür-
lich einige spezifische Eigenschaften
aufweisen. Dazu gehören die Features

4 Eingangsspannung 12 V

4 Ausgangsspannung einstellbar zwi-

schen 1 V und 12 V

4 Einstellbare Strombegrenzung von

etwa 50 mA bis 1,5 A

4 LED-Anzeige für zu hohen Ausgangs-

strom

4 LED-Anzeige für zu hohe oder zu

niedrige Ausgangsspannung

2 - 9/98 Elektor

EXTRA

————————————————————— PC-P

LUS

Das hier beschriebene Netzteil ist in erster Instanz ein
Experimentiernetzteil, das in den PC eingebaut wer-
den soll, um (selbstentwickelte)
Applikationsschaltungen sicher zu versorgen. Doch
da das Netzteil für eine Eingangsspannung von 12 V
entworfen wurde, kann es natürlich auch im Auto
oder Boot dienstbar sein. Es ist als eine Art diskreter
Low-drop-Regler aufgebaut, kurzschlußfest, verfügt
über eine U/I-Regelung und ist einfach aufzubauen.

Entwurf von R. Lucassen

PC

-

Experimentiernetzteil

Regelbar von 1...12 V und 50 mA bis 1,5 A

4 kurzschlußfest

4 einfach mit Standard-Bauteilen auf-

zubauen

4 kompakt

Diese Eigenschaften sollen nun peu á
peu erläutert werden. Die Eingangs-
spannung von +12 V ist eine Stan-
dardspannung, die ebenso wie -12 V
und +5 V in jedem PC zu finden ist. Für
echte Hardware-Bastler ist es keine
Frage, diese Spannungen zu Experi-
mentierzwecken zu gebrauchen. Die
gewählte Spannung von +12 V hat
zudem den Vorteil, daß sie auch bei-
spielsweise von der Batterie eines Pkws
zur Verfügung gestellt wird.
Wenn man mit verschiedenen Span-
nungen arbeiten will, ist es selbstver-
ständlich, daß die Ausgangsspannung
des Experimentiernetzteils einstellbar ist.
Damit bei einer 12-V-Eingangsspan-
nung auch eine Ausgangsspannung
von nahezu 12 V möglich ist, benötigt
das Experimentiernetzteil einen Low-
drop-Regler. Ein üblicher 7812-Regler
kommt wegen des großen Spannungs-
verlusts von 2...3 V zwischen Ein- und
Ausgang nicht in Frage.
Eine einstellbare Strombegrenzung ist
für ein Experimentiernetzteil auch
Pflicht, während die LED-Anzeigen zur
Kategorie nützliche Extras gehören. Auf
eine “echte” Strom- und Spannungsan-
zeige - zum Beispiel ein LC-Display oder
ein Drehspulinstrument - haben wir auf-
grund des verhältnismäßig hohen
finanziellen wie schaltungstechnischen
Aufwands verzichtet. Wie die Strombe-
grenzung ist auch die Kurzschlußfestig-
keit selbstverständlich. Und, um zum
letzten Punkt zu kommen, ist die Schal-
tung auch kompakt aufgebaut, wie
man deutlich im Titelfoto sieht.

Die Schaltung

Obwohl es integrierte Spannungsregler
gibt wie Sand am Meer, kommen ein-
stellbare Low-drop-Typen, die auch
noch einen ausreichenden Strom lie-
fern können, recht selten vor. Aus die-
sem Grund ist hier der Spannungsreg-
ler diskret mit einer Anzahl von Opamps
und einigen Transistoren aufgebaut. Die
Schaltung wirkt im ersten Augenblick
etwas unübersichtlich, doch kann man
sie bei näherer Betrachtung in mehrere
Teilschaltungen zerlegen.
Zunächst die Anschlüsse: An K1 wird die
Eingangsspannung von 12 V ange-
schlossen, an K2 steht die geregelte
Ausgangsspannung zur Verfügung. Die
Strombegrenzung wird an P1, die Aus-
gangsspannung an P3 eingestellt. Mit
P2 ist eine Feineinstellung des Span-
nungsbereichs möglich. Die Schaltung

selbst zerfällt in die Abteilungen Refe-
renzspannungserzeugung, den eigent-
lichen Spannungsregler, die Strombe-
grenzung und die LED-Anzeigen.

Referenzspannung
Zur Erzeugung der Referenzspannung
könnten wir eigentlich die +5-V-Versor-
gungsspannung des PCs nutzen. Doch
damit das Experimentiernetzteil auch
ohne PC-Unterstützung funktioniert,
besitzt die Schaltung einen precision
shunt regulator mit der Bezeichnung
TL431 (IC2). Lassen Sie sich nicht
dadurch verwirren, daß dieses IC dop-
pelt im Schaltplan auftaucht. Der TL431
ist in zwei Gehäuseversionen erhältlich,
die beide auf der Platine Platz finden.

Natürlich muß man den Shuntregler nur
einmal montieren. Der TL431 liefert eine
Standardspannung von 2,5 V. Diese
Spannung wird mit dem Widerstands-
netzwerk R6...R9 auf 1 V reduziert, von
IC5a gepuffert und steht an Pin 1 ziem-
lich stabil den anderen Teilschaltungen
als Referenz zur Verfügung.

Spannungsregler
Der Spannungsregler nach altbekann-
tem Rezept besticht durch seinen ein-
fachen Aufbau. Die Referenzspannung
wird von IC4a mit einem bestimmten,
an P3 einstellbaren Teil der Ausgangs-
spannung verglichen. Abhängig vom
Ausgang dieses Vergleichs wird über T2
der Serientransistor T1 mehr oder weni-

PC-P

LUS

————————————————————

Elektor

EXTRA

3 - 9/98

2A T

F1

K2

C2

100n

C7

100n

C8

100n

C1

1000

µ

25V

C3

100

µ

63V

C6

1

µ

25V

C9

100n

C10

100n

L1

3A

R6

1k5

R7

1k

R8

1k5

R9

1k

R12

1k

IC2

TL431

2

3

1

IC5a

6

5

7

IC5b

R20

100k

R24

10k

R22

1k

6

5

7

IC3b

6

5

7

IC1b

R21

1 M

C5

100n

D5

15V

R14

0

Ω

47

T1

BD244

T2

BC640

R1

1k

R11

1k

R25

1k

R5

10k

R2

100

Ω

2W

R17

10k

0%1

R13

10k

0%1

R26

10k

2

3

1

IC3a

R27

10M

R3

10k

IC4b

6

5

7

R15

10k

0%1

R16

10k

0%1

IC1a

2

3

1

R18

68k

C4

100n

R19

10k

R23

10M

D1

1N4148

P1

10k

P3

10k

500

Ω

P2

R10

820

Ω

lin.

IC1

8

4

IC3

8

4

IC4

8

4

IC5

8

4

K1

D3

D2

3W

IC4a

2

3

1

R4

1k

D4

VOLTAGE

ADJ

12V

< 12V

I - LIMIT

CURRENT

UREF

UREF

UREF

*

*

*

*

*

IC1 = LM358

UREF = 1V

IC3 = LM393

IC4 = LM358

IC5 = LM358

12V

12V

12V

12V

12V

980057 - 11

zie tekst

*

see text

*

siehe Text

*

voir texte

*

POWER

2V5

1V

1V

TL431

REF

C

A

C

A

R

(JG or P package)

TL431

REF

1

C

2

3

4

A

5

6

7

8

(LP package)

Bild 1. IC2 und IC5a erzeugen eine Referenzspannung, IC4a, T1 und T2 bilden den
Spannungsregler und IC3a sowie IC3b sorgen für die LED-Anzeige. Der Rest gehört zur
Strombegrenzung und zur Kurzschlußsicherung.

ger geöffnet. P2 an der “Unterseite” des
Spannungsteilers erlaubt einen
genauen Abgleich des möglichen Aus-
gangsspannungshubs.
Vor allem, wenn die eingestellte Aus-
gangsspannung niedrig und der Aus-
gangsstrom hoch ist, wird relativ viel
Leistung verheizt. Eine angemessene
Kühlung ist für T1 deshalb überlebens-
wichtig!

Strombegrenzung
Der Shuntwiderstand R14 arbeitet als
Stromsensor. Sein Widerstandswert
bestimmt den maximalen Ausgangs-
strom, der mit den angegebenen 0,47

Ω ziemlich genau 1 A beträgt. Für
einen maximalen Strom von 1,5 A muß
R14 auf 0,33

Ω verringert werden.

Die Spannung über dem Shunt gelangt
über R13 und R17 zum Differenzverstär-
ker IC4b, wobei die Referenzspannung
(über R16) hinzugezählt wird, um in den
Common-mode-Bereich des Opamps
zu gelangen. Die Ausgangsspannung
wird von IC1a um den Faktor (1 +
R18/R19) = 7,8 verstärkt. Als Resultat lie-
gen 1 V bei keinem Strom und 4,86 V
bei I = 1,5 A an.
Die so aufbereitete Meßspannung
gelangt zum nichtinvertierenden Ein-
gang von IC1b, einer Art integrieren-
der Komparator mit Verstärkung. Am
invertierenden Eingang liegt eine an
P1 im Bereich 1...5 V einstellbare Refe-
renzspannung. Solange die verstärkte,
dem Ausgangsstrom proportionale
Meßspannung unter der mit P1 einge-
stellten Schwelle liegt, bleibt der Aus-
gang von IC1b auf 0 V. Wird das Limit
überschritten, steigt die Spannung und
erhöht den Pegel am nichtinvertieren-
den Eingang von IC4a, mit der Folge,
daß die Ausgangsspannung herunter-
geregelt wird, bis der Strom unter den
an P1 eingestellten Wert sinkt. Bei
einem Kurzschluß des Ausgangs steigt
der Strom durch den Sensor der-
maßen stark an, daß das System
ungeachtet von der Potistellung fast
unmittelbar reagiert und die Aus-
gangsspannung auf einen Minimal-
wert zurückdreht. Die Strombegren-
zung funktioniert also gleichfalls als
wirksame Kurzschlußsicherung.

LED-Anzeige
Im gleichen Moment, da die Aus-
gangsspannung von IC1b steigt und
die Strombegrenzung einsetzt, wird der
invertierende Eingang des Komparators
IC3b High im Vergleich mit U

REF

am

Referenzeingang, so daß der Kompa-
rator von High nach Low kippt und die
I-Limit-Anzeige D2 aufleuchtet, um
anzudeuten, daß der Ausgangsstrom
über dem an P1 eingestellten Grenz-

4 - 9/98 Elektor

EXTRA

————————————————————— PC-P

LUS

Stückliste

Widerstände:
R1,R4,R7,R9,R11,R12,R22,R25 = 1 k
R2 = 100

Ω/2 W

R3,R5,R19,R24,R26 = 10 k
R6,R8 = 1k5
R10 = 820

Ω

R13,R15...R17 = 10 k

± 0,1 %

R14 = 0,47

Ω/3 W

R18 = 68 k
R20 = 100 k
R21 = 1 M
R23,R27 = 10 M
P1,P3 = Poti 10 k linear
P2 = Trimmpoti 500

Ω

Kondensatoren:
C1 = 100

µ/25 V stehend

C2,C4,C5,C7 = 100 n
C3 = 100

µ/63 V stehend

C6 = 1

µ/25 V stehend

Halbleiter:
D1 = 1N4148
D2...D4 = LED
D5 = 15 V/400 mW
T1 = BD244
T2 = BC640
IC1,IC4,IC5 = LM358
IC2 = TL431(P)
IC3 = LM398

Außerdem:
L1 = Entstörinduktivität min. 2 A
F1 = Sicherung 2 A träge mit Platinensi-
cherungshalter
K1 = 4poliger PC-Betriebsspannungsver-
binder
K2 = 2polige Platinenanschlußklemme,
RM5
Kühlkörper für T1 (SK59)
Platinen EPS 980057-1, siehe Service-Sei-
ten in der Heftmitte

(C) ELEKTOR

980057-1

C1

C2

C3

C4

C5

C6

C7

C8

C9

C10

D1

D5

F1

H1

H2

IC1

IC2

IC3

IC4

IC5

K1

K2

L1

P1

P2

P3

R1

R2

R3

R4

R5

R6

R7

R8

R9

R10

R11

R12

R13

R14

R15

R16

R17

R18

R19

R20

R21

R22

R23

R24

R25

R26

R27

T1

T2

D2

D3

D4

+12

-

+

980057-1

2AT

(C) ELEKTOR

980057-1

Bild 2. Die Platine ist übersichtlich und nicht eng bestückt, so daß der Aufbau kein Pro-
blem darstellt.

wert liegt.
Die Spannungsindikation ist ganz sim-
pel mit dem Komparator IC3a aufge-
baut. Einer seiner Eingänge ist über
R26 mit dem Knoten R12/R6 verbun-
den und führt normalerweise +5 V, der
andere mit dem Kollektor von T2. Sollte
die Eingangsspannung von +12 V aus
welchem Grund auch immer unter die
eingestellte Ausgangsspannung sin-
ken, so wird T2 vollständig geöffnet.
Die Spannung am invertierenden Ein-
gang von IC3a wird höher als die am
nichtinvertierenden, so daß der Kom-
paratorausgang von High nach Low
kippt und LED D3 aufleuchtet, um zu
signalisieren, daß die Eingangsspan-
nung zu niedrig ist.

Praktische Dinge

Alle wichtigen Schaltungsfunktionen
sind damit erläutert, es fehlen nur noch
einige Details. Dazu gehört die LED D4,
die zusammen mit dem Vorschaltwider-
stand R4 als An/aus-Indikator fungiert.
Aus Sicherheitsgründen wurde in Reihe
mit der Eingangsspannung eine
Schmelzsicherung (F1) aufgenommen,
Spule L1 entstört, C1 reduziert die Wel-
ligkeit und Z-Diode D5 die Höhe der Ein-
gangsspannung.

Die für das Experimentiernetzteil ent-
worfene Platine ist in

Bild 2 zu sehen.

Das Layout bietet (mehr als) ausrei-
chend Platz für die Bauteile, so daß
auch Computerfreaks, die sonst mit
dem Lötkolben nicht allzuviel im Sinn
haben, nicht auf allzu große Schwie-
rigkeiten stoßen dürften. Man folgt
man den Angaben des Bestückungs-
aufdrucks und der Stückliste genau,
bestückt zunächst die niedrigen Bau-
teile inklusive der fünf Drahtbrücken
und anschließend die wenigen hohen.
Dabei ist natürlich auf die korrekte
Polarität der Dioden, Elkos und der
anderen gepolten Bauteile zu achten.
Die Opamps werden sämtlichst in Fas-
sungen untergebracht (und zwar rich-
tig herum!). Die Anzeige-LEDs müssen
nicht direkt auf die Platine gelötet, son-
dern können über dünnen Schaltdraht
in die Gehäusefront (des PCs?) inte-
griert werden.
Transistor T1 wurde am Platinenrand
plaziert, damit er leicht mit einem
geeigneten Kühlkörper - ein SK59 ist
völlig ausreichend - ausgestattet wer-
den kann. Es ist aber auch möglich,
den Transistor direkt am Metallgehäuse
zu befestigen, das dann gleichzeitig als
Kühlkörper dient. In beiden Fällen ist
jedoch auf eine ausreichende Isolie-

rung des Transistors mittels Keramik-
scheibe, Nylonring und Wärmeleitpaste
zu achten.
Zum Abgleich der Schaltung ist (neben
der Eingangsspannungsquelle) ledig-
lich ein DVM notwendig. Ist die Ein-
gangsspanung angeschlossen, dreht
man P3 auf Maximum und P2, bis die
Ausgangsspannung nicht weiter steigt.
Der Ausgangswert dürfte knapp unter
12 V liegen. Das war´s auch schon,
denn weitere Abgleichpunkte sind in
der Schaltung nicht vorhanden.

Auf- und Einbau

Das Experimentiernetzteil kann man in
einem eigenen Gehäuse beispiels-
weise in Verbindung mit einer Autobat-
terie nutzen, im Elektor-Labor haben wir
die Schaltung im PC integriert, und zwar
mit zwei Aluwinkeln an der Innenseite
einer Laufwerksblende befestigt. Es sind
lediglich ein paar Löcher in der Blende
für die beiden Potis, zwei Bananen-
buchsen und die Anzeige-LEDs nötig,
und schon sieht es so aus wie im Foto.
Für die Eingangsspannung haben wir
einen vierpoligen PC-Versorgungs-
spannungsverbinder (K1) vorgesehen,
der ohne weiteres mit dem PC-Netzteil
verbunden wird.

(980057)rg

PC-P

LUS

————————————————————

Elektor

EXTRA

5 - 9/98

Bild 3. Das Experimentiernetzteil im aufgebauten Zustand. T1 wirkt vielleicht ein wenig verlassen,
doch wird am Transistor später ein Kühlkörper befestigt.

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