PWM-Spannungsregler 4 V bis
7
V
Beitrag zum Schaltungs-Wettbewerb 2019
von ALexander "ELECTRONICFOX" Fuchs
von ALexander "ELECTRONICFOX" Fuchs
Der Sperrschicht-Feldeffekttransistor (JFET) ist der am einfachsten aufgebaute Unipolartransistor aus der Gruppe der Feldeffekttransistoren. Ein n-Kanal-JFET besteht aus einem n-dotierten Bereich, welcher von einer p-Zone umschlossen wird (siehe auch p-n-Übergang). An der n-Schicht sind die Anschlüsse Drain (D; Drain = Senke, Abfluss) und Source (S; Source = Quelle, Zufluss) einlegiert. Die Drain-Source-Strecke nennt man n-Kanal.
Der JFET erzeugt gegenüber dem Bipolar-Transistor bei Frequenzen unterhalb von ca. 1 kHz eine deutlich kleinere Rauschleistung, bei höheren Frequenzen ist der Einsatz sinnvoll, wenn der Quellenwiderstand größer als 100k ist. Durch Kaskodeschaltungen kann das Rauschen minimiert werden. Weiter wird er zu Umschaltung von Signalspannungen im Nieder- und Hochfrequenzbereich (NF- und HF-Bereich), als Schaltmischer mit besonders hohem Dynamikumfang und geringer Intermodulation bei Kurzwellenempfängern und in Auto-Zero-Verstärkern und Chopper-Verstärkern sowie als Signaldiode mit geringem Sperrstrom verwendet.
Besonders der Einsatz als Konstandstromquelle sind JFETs besonders interessant, da sich der Strom bestimmend durch die Regelkennlinie selbstständig justiert und stabilisiert. Eine Konstantstromquelle kann mittels eines Feldeffekttransistors mit aber auch ohne Source-Widerstand aufgebaut werden.
Einige einfache Beispiele sollten dies erläutern.
Im Bild werden die wichtigsten Schaltbilder gezeigt. Die erste Schaltung zeigt einen PWM-gesteuerten Spannungswandler, welche 0 bis 3V liefert und der JFET J113 zusammen mit dem BC547 als Kontstantstrommquelle arbeitet, und dessen Ausgang auch noch kurzschlusssicher ist. Das passende Programm in "C" für die ARDUINO-IDE ist im Artikel zu Download bereitgestellt.
Die letzten 2 Schaltungen zeigen einen aktiven Pull-Up-Widerstand für 3,3V und +5V. Durch die Kurzschlusssicherung ist das Anschließen eines Tasters problemlos möglich und eine Entprellung kann auch eingefügt werden.
Der eigentliche Beitrag ist die Schaltung 4, die zeigt wie man mit Hilfe eines PWM-Signals aus 5V, eine geregelte Spannung von 4 bis 7V gewinnt. Zunächst muss man eine höhere Spannung generieren, welche leicht durch das vorhandene PWM-Signal gewinnen kann. Das passiert mit C3, D1, R6 und T2. Der Widerstand R1 ist der Regelwiderstand und zugleich die Grundlage für T1 J113. Zusammen mit R5 entsteht eine regelbare Konstantstromquelle und wird mit C2 geglättet. R4 und C1 dienen als Tiefpassfilter und sollen das Rauschen weiter minimieren. Auch diese Schaltung ist kurzschlussfest und zwar gegen VCC sowie gegen GND.
Verwenden kann man diese Schaltung für Schaltungen mit Kapazitätsdioden, alten Klangreglersteuer-ICs, Lautstärkeregler oder aber auch für LED-Vorschalgeräte mit Spannungsregelung.
Download: PWM3.ino
Ein Video zu dem Spannungswandler ist hier zu finden: SPANNUNGSREGLER FÜR ARDUINO MIT BC547 & J113