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Elektronik: Spannung regeln

  • »Clemi« ist der Autor dieses Themas

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1

Donnerstag, 14. Februar 2013, 11:53

Spannung regeln

Hallo,
ich brauche (wieder mal) Hilfe von den Elektronik-Experten.
Ich möchte eine Schaltung bauen, welche mit 5V betrieben wird. Ich habe aber nur ein 12V-Netzteil, da ich damit noch andere Schaltungen versorgen möchte, die mit 12V laufen.
Wie kann ich nun auf einfachem und günstigen Wege die Spannung von 12V auf 5V regeln? Mir ist schon der Spannungsregler 7805 in den Sinn gekommen, aber ich weiß nicht ob er genügend Strom liefert und ich bin mir auch nicht sicher, wie er geschalten wird, mit den 2 benötigten Kondensatoren etc.
Kann mir einer erklären, ob und wir das mit dem 7805 funktioniert, oder ob es noch andere günstige Varianten gibt? Ich möchte nicht für diese eine Schaltung mehrere Euro für einen DC-DC-Wandler ausgeben.
The "Earth" without "Art" is just "Eh".

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2

Donnerstag, 14. Februar 2013, 16:31

Ich würde Dir den hier empfehlen

Elektronik: SMD Led im Vergleich zu herkömmliche Leds

Ich habs auch mit den 7805 gelöst. Noch günstiger wüsste ich dann nicht mehr. Der pure 7805 tuts ansich auch.

  • »Clemi« ist der Autor dieses Themas

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3

Donnerstag, 14. Februar 2013, 17:10

Hallo,

vielen Dank. Die Platine von Micha sieht ja gut aus, jetzt bräuchte ich nur noch einen Schaltplan dazu. Er hat da ja noch zwei 220uF-Kondensatoren drauf, wie werden die geschalten? :idee:
The "Earth" without "Art" is just "Eh".

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Realname: Christian

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4

Donnerstag, 14. Februar 2013, 17:29

der Schaltplan ist doch auch in dem Post. Etwas über seiner Platine ...

https://www.wettringer-modellbauforum.de…8878&embedded=1

Da sieht man die Schaltungsrichtung.

  • »Clemi« ist der Autor dieses Themas

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5

Donnerstag, 14. Februar 2013, 18:00

Ja stimmt, aber da sind auch noch einige Teile, wo ich nicht weiß ob ich die brauche oder nicht. Z.B. die Diode... und was ist dieses JP11?

Eigentlich müsste es doch funktionieren, wenn ich einfach den 7805 mit C6, C9, C10 und C11 zusammen baue.
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Hubra

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6

Donnerstag, 14. Februar 2013, 18:15

Hallo Clemens.

Es geht natürlich auch etwas einfacher.


Ansonsten guck mal hier.
Oder auch mal Tante Google fragen. :lol:

Gruß Micha.

  • »Clemi« ist der Autor dieses Themas

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7

Donnerstag, 14. Februar 2013, 18:17

Hallo Micha,

vielen Dank. Wozu hast du bei deiner Schaltung noch die beiden 220uF-Kondensatoren?
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Hubra

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8

Donnerstag, 14. Februar 2013, 18:30

Hallo Clemens.

Die dienen zur Glättung der Restwelligkeit da die vorgeschaltete Gleichspannungsquelle nicht immer ganz glatt ist.
Das passiert bei einfachen Netzteilen, bei einer Batterie kann das nicht passieren.

Deshalb habe ich dir doch den einen Link auch geschickt, weil man dort alles Nachlesen kann.

Gruß Micha.

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9

Donnerstag, 14. Februar 2013, 18:32

reicht es nicht, einfach entsprechende Widerstände vorzulöten, bzw. mehrere Widerstände hintereinander zu verwenden ??
Irgendwie macht mich dies ganze >komplizierte Schaltplan und Fachbegriffe verwenden< als "Beleuchtungsanfänger" unsicher :nixweis: :nixweis:

lichtiger Laien-Gruß,

Emanuel

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10

Donnerstag, 14. Februar 2013, 21:05

Hallo Micha,
vielen Dank. Dann werde ich noch die zwei 'großen' Kondensatoren verbauen. Die werden doch auch so zwischen die beiden Pole geschalten, wie die beiden anderen 'kleinen' Kondensatoren?

Hallo Eumel,
Das kann ich dir leider auch nicht sagen, soweit bin ich in der Elektronik noch nicht. Ich habe aber in verschiedenen Foren gelesen, dass Widerstände nicht gut geeignet sind. Ich glaube, das hängt auch mit der Stromstärke zusammen, die ist wohl am Ausgang sehr klein und man kann keine Schaltungen mehr damit steuern. Maximal noch ein paar LEDs.
Aber ich hoffe, dass da die Experten mehr sagen können.
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11

Donnerstag, 14. Februar 2013, 22:50

Hallo Clemens,

nachfolgend einmal ein paar Basics rund um Spannungsregler bzw. sogenannte Drop-Down-Converter - vielleicht hilft es ein wenig fürs breitere Verständnis:

Die Reihe der 78xx (z. B. 7812, 7805 etc.) sind sogenannte Linearregler für positive Spannungen. Sie erzeugen aus einer gegebenen höheren Gleichspannung eine niedrigere Ausgangsspannung. Üblicherweise werden sie in TO220-Gehäusen geliefert und bedienen einen Ausgangsstrom von bis zu 1 Ampere, solange man mit der Verlustleistung nicht die thermischen Grenzen überschreitet.
Diese Serie gibt es auch als 79xx Typen mit entsprechenden negativen Spannungen (benötigt man beispielsweise öfter mal bei Audio-Endstufen).
Weiterhin gibt es die kleinen Brüder namens 78Lxx (z. B. 78L05) in einem deutlich kleineren Gehäuse mit reduzierter Strombelastbarkeit von 100 mA oder 200 mA.
Die genannten Linearregler erfordern eine um etwa 2,5 Volt höhere Eingangsspannung im Vergleich zu der ausgeregelten Ausgangsspannung. Für Spezialfälle, wenn man beispielsweise aus 6 Volt 5 Volt erzeugen möchte, kann man dann noch die "Low dropout voltage Regler" verwenden.
Braucht man so richtig viel Strom, dann gibt es größere Vertreter im TO3-Gehäuse, die bis zu 5 Ampere Laststrom verkraften.
Schlussendlich existiert mit dem LM317 ein vergleichbares Derivat, bei dem sich die Ausgangsspannung über zwei angeschaltete Widerstände frei einstellen lässt - beispielsweise mit Hilfe eines Trimmpotentiometers.

Allen genannten Linearreglern gemein ist der Nachteil, dass sie die Spannungsdifferenz (mal den fließenden Strom) in Form von Abwärme "verbrennen" - die werden also schon bei niedrigen Lastströmen gewaltig heiß.
Regelt man beispielsweise mit einem 7805-Regler von 12 Volt auf 5 Volt runter und lässt 1 Ampere Strom fließen, so verbrennt man 7 Watt elektrischer Leistung - das ist gewaltig viel Zeug. Zudem entspricht es einem resultierenden Wirkungsgrad von gerade einmal 41% - also eine hundsmiserable Energieausbeute.

Praktisch alle genannten Regler haben 3 Anschlüsse: Der Spannungseingang, der Spannungsausgang und das Massepotenzial. Wie schon im Thread erwähnt empfiehlt sich grundsätzlich die Anschaltung von zwei 100 nF Kondensatoren (bevorzugt Keramik-C's), welche Eigenschwingungen des Reglers verhindern (indem sie die Regelkonstante verlangsamen). Zusätzlich sollte man je nach Anwendung einen qualitativ guten großen Elektrolytkondensator nahe dem Regler an die Eingansspannung schalten. Hier gilt die Faustregel: pro Ampere 1000 uF. Prinzipiell kann man auch sagen: je größer umso besser. Auch bereits angesprochen glätten diese Elkos die Speisespannung. Bei Versorgung über Batterien oder Akkus ist dies weniger wichtig als bei Versorgung mittels schwachbrüstiger Steckernetzteile. Je stärker die Lastwechsel in der nachgeschalteten Schaltung, umso wichtiger eine saubere Glättung.

Seit mehreren Jahren setzen sich im professionellen Bereich immer mehr Schaltregler (oder auch DC/DC-Wandler) durch. Entgegen den Linearreglern wird hier die angelegte Gleichspannung erst einmal hochfrequent (typisch bis 200 kHz) "zerhackt", dann über eine Induktivität oder eine kapazitive Spannungskaskade transforniert und schlussendlich gleichgerichtet sowie geglättet. Klingt reichlich kompliziert - findet aber leicht in einem kleinen Modul Platz. Bereits winzige Vertreter liefern beeindruckende Lastströme und Wirkungsgrade oberhalb von 80%. Möchte man beispielsweise an Akku-gespiesenen Modellen Kleinspannungen erzeugen, so bedeutet der Einsatz von DC/DC-Wandlern sofort eine längere Akku-Laufzeit.
Für eine Beispielanwendung 5 Volt aus 12 Volt bei 1 Ampere wirst Du in der Bucht leicht im Bereich < 3 Euro für ein komplettes DC/DC-Modul fündig.

Viele Grüße,
Johannes

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12

Samstag, 16. Februar 2013, 22:43

Hallo Johannes,
Vielen Dank für diese ausführliche Beschreibung. Dann werde ich mir mal den Regler und alle Zubehörteile bestellen und ausprobieren, ob das so klappt.
Ich habe mal noch eine Frage, möchte deswegen aber nicht einen neuen Thread aufmachen. Ich experimentiere in letzter Zeit unter Anderem mit SMD-Schaltungen. Nun bin ich auf der Suche nach SMD-Kondensatoren... Kerkos habe ich schon in SMD-Gehäusen gefunden, aber noch keine Elkos. Kann ich, wenn im Schaltplan Elkos stehen, getrost Kerkos stattdessen verwenden oder gibt es da Probleme? Oder gibt es doch noch Elkos in SMD-Gehäusen?
The "Earth" without "Art" is just "Eh".

Hubra

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13

Samstag, 16. Februar 2013, 23:25

Hallo Clemens.

Natürlich gibt es SMS - Kondensatoren, allerdings sind die noch deutlich größer als die normalen Kondensatoren.
Die findest Du auch auf deiner Grafikkarte oder dem Mainbord.
Daran kannst Du schon sehen das sie um einiges kleiner sind als die vergleichbaren normalen Elkos.
Hier habe ich noch ein Bild zum direkten Vergleich.


PS. Die Suche nach einem Bild hat mich nur einige Sekunden gekostet. :pfeif:

Gruß Micha.

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14

Mittwoch, 20. Februar 2013, 12:09

Hallo Micha,

vielen Dank. Ich habe diese zwar bei meiner Internet-Suche auch schon gefunden, aber die waren so teuer (über 0,50€ pro Stück bei Reichelt). Jetzt habe ich noch mal genau nachgesehen und gemerkt, dass ich nur bei "Lowest ESR" geschaut habe. Die normalen haben einen super Preis (0,04€) :)


Nun noch mal zu meiner anderen Frage: Ist es möglich, Elkos durch Kerkos zu ersetzen? Die Funktionsweise ist doch eigentlich die gleiche... :idee:
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Hubra

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15

Mittwoch, 20. Februar 2013, 19:23

Hallo Clemens. :wink:

Ich habe durch deinen Beitrag, daß erste mal von überhaupt von Kerkos gehört. :cracy:
Auf der Suche nach den Bildern für dich, bin ich aber auf folgende Seite gekommen.
Da sollte alles ausführlich Beschrieben sein.
Ansonsten solltest Du deshalb vielleicht mal Johannes fragen, da er scih damit bestimmt besser Auskennen wird.

Gruß Micha.

16

Mittwoch, 20. Februar 2013, 22:25

Natürlich kann man anstelle einen Elektrolytkondensators nen keramischen mit gleicher Kapazität nehmen sofern die Spannungsfestigkeit passt. Anders rum geht es meistens nicht.

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17

Donnerstag, 21. Februar 2013, 01:30

Hallo Clemens,

Es gibt eine ganze Reihe an Kondensator-Technologien, hier ein paar der häufigsten Vertreter:
- Kermaikkondensatoren (von Dir wohl Kerkos genannt) => sehr kleine bis kleine Kapazitäten, keine Polung
- Luft-Plattenkondensatoren => kleinste Kapazitäten, praktisch einzig in HF-Stufen von Sendern / Empfängern eingesetzt
- Folienkondensatoren => kleine bis mittlere Kapazitäten, keine Polung, größer als Keramikkondensatoren
- Tantal-Kondensatoren => mittlere Kapatitäten, polar, kleiner als Elkos
- Elektrolytkondensatoren => mittlere bis große Kapazitäten, polar (auch in Einzelfällen bipolar erhältlich)

Übrigens: Die Namen geben fast immer das als Dieelektrikum verwendete Material im Inneren des Kondensators zwischen den leitenden Platten / Folien an.

Die sinnvolle Technologie hängt immer vom gegebenen Anwendungsfall ab. Oftmals kann man Elkos durch Tantals oder Folien- durch Keramikkondensatoren ersetzen - dies gilt aber ausdrücklich nicht als allgemein gültige Regel. Zuweilen sind Aspekte wie Innenwiderstand ausschlaggebend für die Wahl eines speziellen Typs.
Ob Bauform SMD oder klassisch bedrahtet spielt freilich keine Rolle. Für sehr große Kapazitäten und / oder hohe Spannungsfestigkeiten benötigt man nunmal Baugröße - von daher sind diese C's meistens nur in bedrahteter Ausführung erhältlich.

Wichtigste Parameter sind: Kapazität, Spannungsfestigkeit und polar/ungepolt.

Ein paar der häufigsten Anwendungsfälle:
- Abblocken von Versorgungsspannung an Chips => Keramik
- Kondensatoren in Audio-Anwendungen => Folie für kleine und Elko für größere Kapazitäten
- Netzteile => Elkos
- Zeitglieder etc. mit wenig verfügbarem Platz => Tantals

@ Faxe: es wird kaum einen Kapazitätswert geben, der sowohl als Elko und als Keramikkondensator verfügbar ist. Elkos starten so ungefähr ab 0,1 uF - Keramik-C's enden etwa bei 100 nF. Somit erübrigt sich praktisch die Frage nach Austauschbarkeit.

Vielleicht gibt das ja ein bisschen Orientierung,
Gruß,
Johannes

18

Donnerstag, 21. Februar 2013, 11:25

- Keramik-C's enden etwa bei 100 nF. Somit erübrigt sich praktisch die Frage nach Austauschbarkeit.


In 1206 gibt es auch keramische 100 uF. Die haben dann allerdings nur max. 10V deshalb habe ich besonders auf die Spannunfsfestigkeit hingewiesen, da es hier auch um 12V am Eingang ging. Wobei die sicherlich Außnahmen sind.

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19

Freitag, 22. Februar 2013, 20:14

Hallo Johannes,
vielen Dank für diese ausführliche Information. Deine Beschreibungen sind immer sehr toll zu lesen, da sie ordentlich geschrieben und nachvollziehbar sind. :ok:
Kermaikkondensatoren (von Dir wohl Kerkos genannt)
Mit Kerko meine ich Keramik-Kondensator. Ich dachte, das wäre eine geläufige Abkürzung wie z.B. Elko, da ich das auch schon ein paar Mal im Internet gelesen habe. :doof:

Stimmt, jetzt wo du es nennst fällt mir erst auf, dass Keramikkondensatoren meist eine sehr kleine Kapazität haben, an die Elkos nicht heran kommen. Allerdings habe ich gefragt, da ich im Internet SMD-Keramikkondensatoren mit 100µF und mehr gefunden habe. Die haben mich interessiert, denn für SMD-Schaltungen sind die viel besser und kleiner als die verhältnismäßig riesigen SMD-Elkos. Die Spannungsfestigkeit liegt bei den hohen Kapazitäten immer nur bei 10V, das macht aber nichts, da ich die Kondensatoren eh für 5V-Schaltungen benutzen möchte.

Das mit der Polung ist vielleicht noch ganz wichtig. Elkos haben ja einen Minus- und einen Plus-Pol, Keramikkondensatoren dagegen haben keine Polung. Ist es in der Schaltung nun egal, wie herum ich die Keramikkondensatoren einbaue?
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20

Freitag, 22. Februar 2013, 22:47

Hallo Clemens, - und gleich ein Dankeschön für Deine netten Worte!

Richtig: Keramik-Kondensatoren ebenso wie Folien-C's sind ungepolt, was bedeutet, dass man sie beliebig herum verschalten kann.
Elkos gibt es meist gepolt, mit einigen Ausnahmen auch bipolar. Tantals sind immer gepolt. Hier heißt es also aufpassen, zumal zuweilen schwer zu verstehen ist, ob die Markierung nun + oder - Pol bezeichnet.

Ich selber hab in meinem Leben vermutlich Tausende Kondensatoren in den Fingern gehabt bzw. verbaut. Keramik-C's setzte ich eigentlich einzig bei IC's zur Abblockung und bei Quarzen ein - wann immer es auf einen sauberen Kapazitätswert ankam, verwendete ich stets Folienkondensatoren, bzw. Elkos und Tantals bei größeren Werten.
Aus Neugier habe ich nach dem Kommentar von Faxe mal bei Farnell geschaut - es gibt tatsächlich Keramik-C's mit außergewöhnlich hoher Kapazität. Für mein Gefühl sind das allerdings absolute Exoten. Im Datenblatt konnte ich auf die Schnelle keine negative Auffälligkeit finden. Vielleicht mal ein wenig gurgeln, dann findet man sicherlich Einsatzhinweise im Netz. Für eine Leiterplattenerstellung ohne vorhergehenden ausgiebigen Test wäre es mir vom Bauchgefühl her zu riskant.

Gruß,
Johannes

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