Ladungspumpe

Ladungspumpen verdoppeln die Eingangsspannung, Festspannungsregler reduzieren diese auf einen festen Wert. Hier wird das Funktionsprinzip einfach erklärt.

1 Infos Ladungspumpe und Festspannungsregler
Ladungspumpe und Linearregler

Die Ladungspumpe LM2767 verdoppelt die Eingangsspannung von 3,3 V auf 6,6 V. Diese Ladungspumpe arbeitet mit einer Frequenz von 11 kHz um Störungen im Audiobereich zu vermeiden und kann Spannungen zwischen 1,8 V und 5,5 V verarbeiten.

Der Festspannungsregler LP2980 wandelt diese Spannung auf 5,0 V und versorgt damit das LC-Display. Dem Linearregler reichen hiermit eine 1,6 V höhere Eingangsspannuung aus.

In diesem Artikel werden sowohl das Prinzip der Ladungspumpe als auch das Prinzip des Festspannungsrglers erklärt und einfache Aufgaben hierzu vorgestellt.

2 Aufbau und Funktion einer Ladungspumpe
Aufbau einer Ladungspumpe

Die Ladungspumpe nutzt 4 Transistoren um die Ausgangsspannung zu verdoppeln. Mit Hilfe von V1 und V2 wird der Kondensator C1 während der Impulszeit der Steuerspannung auf die Eingangsspannung geladen. Während der Pausenzeit wird mit Hilfe von V3 und V4 der Kondensator C1 mit der Eingangsspannung in Reihe geschaltet, so dass sich C2 auflädt:

$$U_a=2U_e$$

Einfache Schaltungen ersetzten V3 und V4 durch Dioden und nehmen den Spannungsfall an diesen in Kauf nehmen.

3 Aufbau und Funktion eines Festspannungsreglers
Aufbau eines Festspannungsreglers

Der Festspannungsregler regelt die Ausgangsspannung über eine Z-Diode und einen Bipolartransistor. In diesem Beispiel berechnet sich die Ausgangsspannung zu:

$$U_a=U_Z-U_{BE}$$

Die Widerstände haben folgende Funktion:
R1 sorgt durch den Strom durch die Z-Diode für eine festen Spannungsfall an dieser. R2 begrenzt den Strom im Kurzschlussfall. R4 sorgt für eine Mindestlast, so dass auch im unbelasteten Fall die Spannung stabil ist.



Aufgabe 1 Ladungspumpe

Schaltung Ladungspumpe

Die Abbildung zeigt den Funktionsschaltplan der LM2767 Ladungspumpe. Die Eingangsspannung beträgt Ue = 3,3 V.

  1. Wie hoch ist die Ausgangsspannung und wie hoch ist sie, wenn statt V3 und V4 zwei Dioden zum Einsatz kommen?
  2. Zeichne den Strompfad in die Schaltung, wenn V1 und V2 leitend sind.
  3. Zeichne den Strompfad in die Schaltung, wenn V3 und V4 leitend sind.
  4. Wie hoch ist die Ausgangsspannung nach einer Periodendauer, wenn C1 = C2?
  1. Ausgangsspannung: 6,6 V oder 5,2 V
  2. und
  3. Schaltung Ladungspumpe
  4. Ausgangsspannung nach einer Periodendauer: $U_a=3,3~V+1,65~V=4,95~V$

Aufgabe 2 Festspannungsregler

Schaltung Festspannungsregler

Die Abbildung zeigt den Schaltplan eines Festspannungsreglers.

  1. Wie berechnet man die Ausgangsspannung?

  2. Wie hoch ist der Ausgangsstrom Ia?

  3. Wie hoch ist der Strom durch R1 und R4

  4. Wie hoch ist der Strom durch und der Spannungsfall an R2?

  5. Wie hoch ist der Spannungsfall UCE und wie hoch sind die Verluste am Transistor?

  1. Ausgangsspannung: $U_a=U_Z-U_Z-U_{BE}=4,4~V$

  2. Ausgangsstrom: $I_a=U_a/R_L=0,44~mA$

  3. Ströme durch R1 und R4: $I_{R1}=\frac{U_e-U_Z}{R_1}=3,1~mA$, $I_{R4}=\frac{U_a}{R_4}=4,4~mA$

  4. Widerstand R2: $I_{R2}=I_{R4}+I_a=4,84~mA$, $U_{R2}=I_{R2}\cdot R2=0,484~V$

  5. Transistor: $U_{CE}=U_e-U_{R2}-U_a=7,116~V$, $P_V=U_{CE}\cdot I_{R2}=34,4~mW$


Aufgabe 3 einstellbarer Festspannungsregler

Schaltung einstellbarer Festspannungsregler

Die Abbildung zeigt einen einstellbaren Festspannungsregler

  1. Wie berechnet man den Spannungsfall am Poti?

  2. Wie berechnet sich die Höhe von R51?
    Hinweis: Nutze die Verhältnisse.

  3. Berechne den Widerstand R52.

  4. Berechne den Spannungsfall UR52 und UR6.

  5. Beschreibe die Funktion der drei Transistoren.

  1. Spannungsfall: $U_{R51}=U_2-U_{BE}-U_Z=1,6~V$

  2. Verhältnis: $\frac{U_{R51}}{U_{2}}=\frac{R_{51}}{R_{51}+R_{52}+R_{6}}\\R_{51}=2,2~k\Omega$

  3. Widerstand: $R_{52}=R_5-R_{51}=2492~\Omega$

  4. Spannungsfall: $U_{52}=1,81~V,~~~U_{6}=1,59~V$

  5. Die Transitoren erfüllen folgenden Zweck: Q1 steuert den Laststrom, Q2 schützt vor Überlastung und Q3 sorgt für eine stabile Ausgangsspannung.


Entspann dich erst mal ...

Schaun das Schaf. Gönn dir eine Pause.


Ideen von

S. Jensch - Elektronikschule Tettnang

Datenblatt Ladungspumpe Texas Instruments ti.com 

Datenblatt Festspannungsregler Texas Instruments ti.com 


© mylime.info