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Konstantstromquelle mit dem LM317

LM317 fixed current

Der LM317 ist eigentlich ein Spannungsregler, kann aber auch als Konstantstromquelle betrieben werden, was man in diversen Datenblättern und Application Notes nachlesen kann.
Im inneren ist der IC folgendermaßen verschaltet:

LM317 Internal

Der interne Opamp bekommt eine Referenzspannung von 1,25V auf den nichtinvertierenden Eingang, was durch die Zenerdiode angedeutet werden soll, und die Ausgangsspannung wird auf den invertierenden Eingang rückgekoppelt. Der Transistor dient dabei als Spannungsfolger und erhöht den verfügbaren Strom. So lange die Ausgangsspannung kleiner ist als die Referenzspannung ist, erhöht der Opamp die Ausgangsspannung bis beide Spannungen entweder gleich sind oder die Versorgungsspannung erreicht ist.
Dies kann man mit einen Widerstand ausnutzen um einen konstanten Strom zu erhalten. In dieser Schaltung regelt der LM317 seine Ausgangsspannung immer so, dass gerade soviel Strom über R1 fließt das an diesem genau eine Spannung von 1,25V abfällt.

Der Strom lässt sich also grob nach dem Ohmschen Gesetz berechnen:

I_{out} = \frac{1.25V}{R1}

R1 sollte dabei, laut Empfehlungen aus den Datenblatt, niemals kleiner sein als 0.8 Ohm und niemals größer sein als 120 Ohm. Rein rechnerisch könnte man also den LM317 bis zu 1,5A verwenden. Es wird aber darauf hingewiesen, dass ein Strom von mehr als 1A Stabilitätsprobleme mit sich bringen kann. Eine weitere Einschränkung ist, das Strom nicht unter 5mA geregelt werden kann, dies ist der minimal Strom der über den internen Leistungstransistor fließen muss, damit der Regler richtig funktioniert.

Eigentlich braucht man die Schaltung nicht weiter zu erklären. An dem Anschluss Vcc wird die Versorgungsspannung angeschloßen, z.B. von einer Batterie und an mit R1 stellt man den Strom ein, der durch die Last R_Load fließt.  Die Last können  LEDs oder Motoren sein, manche Leute berichten sogar davon wie sie damit Batterien aufladen, was ich aber nicht probiert habe.

Möchte man den Strom nachträglich einstellen, dann empfiehlt es sich folgende Schaltung:
LM317 adj current

R2 sollte ein 120 Ohm Potentiometer oder Trimpoti sein. R1 sollte für den maximalen Strom der fließen darf dimensioniert werden. Dieser fließt dann, wenn R2 auf, fast, Null Ohm eingestellt wird. Ein Nachteil ist hierbei, dass man ein Poti verwenden muss, welches den gewünschten Strom aushält. Dies kann bei höheren Strömen problematisch sein.

Referenzen:

  1. Datenblatt von Texas Instruments (Seite 12)

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