Der Hobbyelektroniker

Oft werden von Bauteilen Spannungen benötigt, die nicht zur Verfügung stehen. Dann müssen wir diese Spannung bereitstellen. Ein grundlegendes Bauelement dafür ist die Zenerdiode, auch Z-Diode genannt. Etwas einfacher geht es mit Spannungsreglern wie dem L7809 oder dem MCP1700. Bei den Experimenten lernen wie auch noch eine weitere Messoption am Oszilloskop kennen.
Bei höheren Leistungen empfiehlt es sich aber auf fertige StepDown oder StepUp Module zu setzten. Diese arbeiten wesentlich effizienter als die einfachen Regler.

Die Zenerdiode

Die Zenerdiode (auch Z-Diode genannt), verhält sich ähnlich wie eine normale Diode. Sie wird allerdings in Sperrichtung betrieben. Eine normale Diode wird nach Erreichen der Durchbruchsspannung ebenfalls leitend. Dabei wird sie aber oft zerstört. Eine Zenerdiode ist dagegen auf diesen Betrieb ausgelegt. Die Durchbruchspannung ist genau festgelegt und kann sich auch in einem niedrigen Spannungsbereich befinden.
Zenerdioden haben allerdings die unangenehme Eigenschaft, dass sie von einem gewissen Strom durchflossen werden müssen, damit die Nennspannung erreicht wird. Dazu kommt dann noch der Strombedarf des Verbrauchers. Normalerweise können wir also den Verbraucher nicht direkt ab der Zenerdiode speisen und brachen daher noch einige weitere Elemente.
Der Simulator enthält eine ziemlich ideale Zenerdiode. Sie erreicht bei knapp 2 mA schon die Nennspannung. Aufmerksame Zuschauer des Videos haben vielleicht bemerkt, dass das in Realität nicht so ist. Der Widerstand müsste viel kleiner sein, um den notwendigen Strom zu erreichen. Der notwendige Mindeststrom findet ihr im Datenblatt der Zenerdiode.

Einfache Spannungsregler

Wesentlich einfacher geht es mir fertigen Spannungsreglern. Es gibt davon unzählige auf dem Markt. Ich habe hier zwei typische Exemplare herausgegriffen.
Die L78xx - Reihe eignet sich eher etwas für das Grobe. Der L7809 ist ein 9V - Regler, der bis zu 1.5 A liefern kann. Die Ausgangsspannung ist aber nicht sehr genau, das Datenblatt gibt einen Bereich von 8.55 - 9.45 V an.
Wesentlich genauer ist der MCP1700. Er kann max. 250 mA liefern, hat aber eine Spannungsgenauigkeit von +/- 0.4%. Im Experiment habe ich einen 3.3V - Typen eingesetzt.
Bezüglich Effizienz gilt aber auch hier dasselbe, wie bei den Zenerdioden. Die überschüssige Spannung wird 'verbrannt' und einfach nach der Formel P = U * I in Wärme umgewandelt.

DC/DC - Regler

Viel effizienter geht es mit diesen Modulen. Sie sind in der Lage Spannungen ohne grosse Verluste zu wandeln.
Der StepDown - Regler funktioniert ähnlich wie die vorher vorgestellten Spannungsregler. Dabei arbeitet er aber wesentlich effizienter.
Der StepUp - Regler bringt eine neue Funktion hinzu. Er erlaubt es, die Spannung zu erhöhen. Damit kann z. Bsp. eine 3.3V - Schalung mit einer einzigen 1.5V - Zelle betrieben werden.