LM317-Spannungs- und Widerstandsrechner
Berechnen Sie die LM317-Ausgangsspannung aus den Widerständen R1 und R2 oder finden Sie die Widerstandswerte für eine Zielspannung. Geben Sie die beiden Widerstände ein, um die geregelte Ausgangsspannung in Volt zu erhalten.
Werkzeug zur Berechnung der Ausgangsspannung einstellbarer Spannungsregler
Formel für die LM317-Ausgangsspannung
Wobei gilt:
- \(V_{out}\) — Ausgangsspannung (V)
- \(V_{ref}\) — interne Referenzspannung, \(1{,}25\text{ V}\) beim LM317
- \(R1\) — Widerstand zwischen Ausgangs- und Adjust-Pin (Ω)
- \(R2\) — Widerstand zwischen Adjust-Pin und Masse (Ω)
- \(I_{adj}\) — Strom am Adjust-Pin, typischerweise \(50\text{ µA}\)
Der LM317 hält über \(R1\) eine feste Spannung von \(1{,}25\text{ V}\), wodurch ein konstanter Strom durch den Spannungsteiler fließt; die Ausgangsspannung ist die Referenzspannung plus der Spannungsabfall über \(R2\).
LM317-Spannung – Rechenbeispiel
Beispiel: Ein LM317-Regler verwendet die Standard-Widerstandswerte \(R1 = 240\ \Omega\) und \(R2 = 1200\ \Omega\).
\[ V_{out} = 1.25 \cdot \left(1 + \frac{1200}{240}\right) + 0.00005 \cdot 1200 \]
\[ V_{out} = 1.25 \cdot 6 + 0.06 = 7.5 + 0.06 = 7.56\ \text{V} \]
Ergebnis: Die Ausgangsspannung beträgt etwa 7,56 V. Vernachlässigt man den kleinen Strom am Adjust-Pin, ergibt sich \(7{,}5\text{ V}\) – der Wert, den die meisten Datenblätter für dieses klassische Widerstandspaar angeben.
So verwenden Sie den LM317-Rechner
- Geben Sie den Wert von Widerstand R1 in Ohm ein. Dies ist der Widerstand zwischen Ausgangs- und Adjust-Pin; 240 Ω ist die Empfehlung des Datenblatts.
- Geben Sie den Wert von Widerstand R2 in Ohm ein. Dieser Widerstand liegt zwischen dem Adjust-Pin und Masse.
- Lesen Sie die Ausgangsspannung in Volt ab, berechnet mit \(V_{ref} = 1.25\text{ V}\) und \(I_{adj} = 50\text{ µA}\).
Um einen \(R2\)-Wert für eine gewünschte Ausgangsspannung zu finden, stellen Sie die Formel um, lösen sie nach \(R2\) auf und prüfen Sie das Ergebnis anschließend mit dem Rechner:
\[ R2 = R1 \cdot \frac{V_{out} - V_{ref}}{V_{ref} + I_{adj} \cdot R1} \]
Über den einstellbaren Regler LM317
Der LM317 ist einer der beliebtesten linearen Spannungsregler überhaupt. Anders als Festspannungsregler für 5 V oder 12 V lässt sich sein Ausgang allein durch die Wahl zweier Widerstände überall zwischen \(1{,}25\text{ V}\) und etwa \(37\text{ V}\) einstellen. Er benötigt eine Eingangsspannung, die mindestens \(2\text{ V}\) bis \(3\text{ V}\) über der gewünschten Ausgangsspannung liegt (die Dropout-Spannung), und kann mit ausreichender Kühlung bis zu 1,5 A liefern.
Das Bauteil funktioniert, indem es exakt \(1{,}25\text{ V}\) zwischen seinem Ausgangs- und seinem Adjust-Pin aufrechterhält. Diese konstante Spannung über \(R1\) treibt einen festen Strom durch den Teiler, und der Regler erhöht seinen Ausgang, bis die Spannung am Adjust-Pin mit der vom Teiler erzeugten Spannung übereinstimmt. Da die Rückkopplungsschleife über den Teiler geschlossen wird, ist der Ausgang stabil und vorhersagbar, sobald das Widerstandsverhältnis feststeht.
In der Praxis trägt der Term \(I_{adj} \cdot R2\) nur wenige zehn Millivolt bei und wird für schnelle Schätzungen oft vernachlässigt. Der Strom am Adjust-Pin ist jedoch nicht völlig konstant. Wenn es auf Präzision ankommt – oder wenn \(R2\) groß ist – vermeidet die volle Formel unangenehme Überraschungen. Für die meisten Bastel- und Allzweck-Netzteile ist die vereinfachte Formel \(V_{out} \approx 1.25 (1 + R2/R1)\) auf etwa 1 % genau.
Typische Anwendungen sind Labornetzteile, Batterieladegeräte, LED-Treiber in strombegrenzender Beschaltung und einstellbare Vorspannungsquellen. Wenn Sie eine feste Referenz oder einen Regler im Shunt-Betrieb benötigen, deckt ein Rechner für Zenerdioden-Widerstände einen anderen, aber verwandten Entwurfsansatz ab.
Widerstandswerte wählen – Tipps und Grenzen
- R1 nahe bei 240 Ω halten. Das Datenblatt empfiehlt \(R1 = 240\ \Omega\), damit der Teilerstrom (etwa 5 mA) groß genug ist, um den Regler im stabilen Betrieb zu halten; der LM317 benötigt einen minimalen Laststrom von typischerweise 3,5–10 mA.
- Normwerte verwenden. Da die Widerstandstoleranz die Ausgangsgenauigkeit direkt beeinflusst, liefern 1-%-Metallschichtwiderstände deutlich bessere Ergebnisse als 5-%-Kohleschichttypen. Falls Sie einen ungewöhnlichen Wert benötigen, kombinieren Sie Widerstände und prüfen Sie den Ersatzwert mit einem Parallelwiderstands-Rechner.
- Den Spannungsspielraum zwischen Ein- und Ausgang beachten. Die Eingangsspannung muss die Ausgangsspannung um mindestens die Dropout-Spannung (2–3 V) übersteigen. Darüber hinaus wandelt der Regler \((V_{in} - V_{out}) \cdot I_{load}\) in Wärme um – dimensionieren Sie den Kühlkörper entsprechend.
- Die Verlustleistung in R2 im Blick behalten. Bei hohen Ausgangsspannungen kann \(R2\) eine nennenswerte Leistung umsetzen; prüfen Sie, ob seine Watt-Bemessung ausreichend ist.
- Abblockkondensatoren vorsehen. Ein Eingangskondensator (0,1 µF) und ein Ausgangskondensator (1 µF Tantal oder 10 µF elektrolytisch) verbessern Einschwingverhalten und Stabilität; ein optionaler 10-µF-Kondensator parallel zu \(R2\) erhöht die Brummunterdrückung.
- Der Strom zur Last fließt auch durch Ihre Verdrahtung. Bei höheren Strömen sollten Sie die Leiterquerschnitte mit einem Kabelquerschnitts-Rechner überprüfen, um Spannungsabfall und Erwärmung zu begrenzen.
Der Rechner geht von den typischen Datenblattwerten \(V_{ref} = 1.25\text{ V}\) und \(I_{adj} = 50\text{ µA}\) aus. Tatsächliche Bauteile streuen je nach Exemplar leicht. Messen Sie daher nach dem Aufbau der Schaltung die reale Ausgangsspannung nach und justieren Sie \(R2\) bei Bedarf mit einem Trimmer nach.
Häufige R1/R2-Kombinationen (R1 = 240 Ω)
| R2 | Vout (ca.) |
|---|---|
| 240 Ω | 2,5 V |
| 720 Ω | 5,0 V |
| 1,2 kΩ | 7,5 V |
| 2,16 kΩ | 12,5 V |
| 3,36 kΩ | 18,8 V |
Die Werte wurden mit der vereinfachten Formel berechnet; die vollständige Rechnung addiert zu jedem Ergebnis etwa \(I_{adj} \cdot R2\).
Häufig gestellte Fragen
Wie berechne ich die LM317-Ausgangsspannung von Hand?
Multiplizieren Sie die Referenzspannung mit dem Widerstandsverhältnis und addieren Sie den Term für den Adjust-Pin: \(V_{out} = 1.25 \cdot (1 + R2/R1) + I_{adj} \cdot R2\). Für eine schnelle Schätzung können Sie den letzten Term weglassen – mit \(I_{adj} = 50\ \mu A\) trägt er nur wenige zehn Millivolt bei. Beispiel: R1 = 240 Ω und R2 = 720 Ω ergeben \(1.25 \cdot 4 \approx 5\ V\). Überprüfen Sie Ihre Rechnung mit dem Rechner.
Kann der LM317 weniger als 1,25 V ausgeben?
Nein – 1,25 V ist das theoretische Minimum, das durch die interne Referenz zwischen Ausgangs- und Adjust-Pin vorgegeben ist. Selbst mit \(R2 = 0\) (Adjust-Pin direkt an Masse) bleibt der Ausgang bei etwa 1,25 V. Für niedrigere Spannungen benötigen Sie eine negative Spannung am Adjust-Pin oder einen anderen Regler, etwa einen einstellbaren Abwärtswandler, der bei großen Differenzen zwischen Ein- und Ausgangsspannung zudem deutlich effizienter ist.
Kann ich Widerstandswerte in kΩ eingeben oder E-Reihen-Werte verwenden?
Der Rechner erwartet Ohm; rechnen Sie also zuerst um: 1 kΩ = 1000 Ω, 4,7 kΩ = 4700 Ω. Da das Ergebnis vom Verhältnis R2/R1 abhängt, verschiebt eine kleine Rundung der Widerstandswerte den Ausgang proportional. Wenn Sie auf Normwerte der E12/E24-Reihe angewiesen sind, probieren Sie Kombinationen – zum Beispiel 1,2 kΩ = 1 kΩ + 200 Ω in Reihe oder zwei parallel geschaltete Widerstände – und prüfen Sie den Ersatzwiderstand vor der Berechnung.
Warum wird 240 Ω für R1 empfohlen, und kann ich einen anderen Wert verwenden?
Der LM317 benötigt einen minimalen Laststrom von etwa 3,5–10 mA, um sauber zu regeln. Mit \(R1 = 240\ \Omega\) zieht der Teiler etwa 5 mA und erfüllt diese Anforderung damit von selbst. Wenn Sie R1 erhöhen, um Strom zu sparen, kann der Teilerstrom unter das Minimum fallen und der Ausgang bei kleiner Last nach oben driften. Kleinere Werte funktionieren, vergeuden aber Strom und erwärmen den Widerstand; prüfen Sie dessen Watt-Bemessung.
Kann ich für R2 ein Potentiometer verwenden, um ein einstellbares Netzteil zu bauen?
Ja, das ist die klassische Labornetzteil-Schaltung. Ersetzen Sie R2 durch ein Potentiometer (oder einen festen Widerstand in Reihe mit einem Potentiometer, um die Mindestspannung festzulegen). Drehen Sie am Poti, und der Ausgang durchläuft den Bereich von etwa \(1.25 \cdot (1 + R_{min}/R1)\) bis zum Maximum, das Ihr Eingangsspielraum vorgibt. Verwenden Sie ein Poti mit linearer Kennlinie und bedenken Sie, dass der Ausgang ansteigen kann, wenn der Schleifer offen geht – manche Schaltungen sehen daher einen festen Widerstand parallel als Sicherheitsvorkehrung vor.
Wie viel Spannung und Leistung verschwendet der LM317 als Wärme?
Der Regler lässt \(V_{in} - V_{out}\) über sich abfallen und setzt dabei \((V_{in} - V_{out}) \cdot I_{load}\) Watt um. Beispiel: 12 V Eingang, 5 V Ausgang bei 1 A bedeuten 7 W Wärme – ein kräftiger Kühlkörper ist erforderlich. Da die Eingangsspannung ohnehin mindestens 2–3 V über der Ausgangsspannung liegen muss, speisen Sie den Regler nicht mit einer deutlich höheren Spannung als nötig. Ohne ausreichende Kühlung schaltet der LM317 über seine thermische Begrenzung ab.
Warum misst meine aufgebaute Schaltung eine andere Spannung als berechnet?
Widerstandstoleranzen (5-%-Bauteile können den Ausgang spürbar verschieben), die Streuung von \(V_{ref}\) zwischen Exemplaren (1,2–1,3 V) und der nicht konstante Strom am Adjust-Pin tragen alle dazu bei. Überprüfen Sie den tatsächlichen Ausgang mit einem Multimeter – seien Sie aber vorsichtig beim Messen an einer unter Spannung stehenden Schaltung. Wenn es auf Präzision ankommt, ersetzen Sie R2 durch einen Trimmer in Reihe mit einem festen Widerstand und stellen Sie den Ausgang nach dem Aufbau fein ein. Bestätigen Sie außerdem, dass die Eingangsspannung unter Volllast mindestens um die Dropout-Spannung über dem Ausgang liegt.