Die Ausgangsspannung beträgt 2.5V*(1 + R3/R4 ) = 12.3V.
Die Genauigkeit hängt wesentlich von der Genauigkeit der Widerstände ab,
da die Referenzspannung des TL431 eine Toleranz von nur 1% hat.
Ein 10kΩ Widerstand parallel zu R4
erhöht die Ausgangsspannung auf 13,5V.
Für eine Ausgangsspannung von 5V sind R3 und R4 gleich zu wählen, z.B. 1.2kΩ; R1 ist auf 1.8kΩ zu verringern. Minimalwert ist R3=0 für eine Ausgangsspannung von 2.5V.
D2 muss eine Schottky-Diode sein,
sonst funktioniert die Schaltung bei kleiner Last nicht.
Der Pufferkondensator C2 sorgt dafür, dass beim Einschalten
keine Spannungsspitzen am Ausgang entstehen.
Er muss laut Datenblatt relativ groß sein,
um Schwingungen am TL431 zu vermeiden.
Der Kurzschlusstrom beträgt B*(2.5V-0.7V)/68Ω, wobei B die statische Stromverstärkung des Ausgangstransistors ist, und kann damit bei 1A und darüber liegen.
Die Schaltung ist verpolungssicher:
wenn an den Eingang die Spannung mit vertauschter Polarität angelegt wird,
sperrt sie vollständig. Dies wird durch D1 erreicht.
Wird diese Eigenschaft nicht benötigt, kann D1 entfallen;
dann ist R2 auf 680Ω zu erhöhen.
Ein Nachteil besteht darin, dass der Eigenverbrauch mit 25mA (auch ohne angeschlossene Last) relativ hoch ist. Dies liegt daran, dass der Ausgangstransistor Q1 durch einen hohen Basisstrom übersteuert werden muss, um den kleinen Spannungsabfall vor dem Einsetzen der Stabilisierung zu erreichen. Hat der Ausgangstransistor eine große Stromverstärkung, kann man R5 und R2 proportional erhöhen.
Jedoch ist die Schaltung nicht verpolungssicher, da die parasitäre Diode zwischen Drain und Source im FET eine negative Versorgungsspannung direkt weiterleitet. Daher ist ggf. am Eingang ein Verpoungsschutz vorzusehen.
Die Schaltung ist nicht kurzschlussfest; der Kurzschlusstrom am Ausgang kann ohne weiteres 10A betragen. (Das ist aber beim Einbau in ein Gerät ohne Belang.) Dafür kann der Ausgangsstrom auch 1A oder mehr betragen, wenn ein etwas höherer Spannungsabfall in Kauf genommen oder ein FET mit niedrigerem Widerstand eingesetzt wird.
Wegen der relativ hohen Steuerspannung des FET von 4V ist die Schaltung nur für Eingangsspannungen über 7V verwendbar; also nicht für die Speisung von 5V Verbrauchern aus Akkumulatoren.
Die vorgestellte Schaltung stellt hier eine Lösung dar, da sie fest eingebaut werden kann und praktisch keinen Verlust bei Batteriespeisung hat. Dann kann man auch gleich einen Filter für HF mit einbauen, der meist auch fehlt.
Man kann dann wahlweise ein unstablisiertes Netzteil, einen 12V-Bleiakku, 8 Primärzellen mit 1,5V oder 10 NiCd/NiMH Zellen verwenden. Letztere liefern frisch geladen durchaus 15V, und sind daher nicht unproblematisch.
Die 5V-Variante kann entweder mit einem 6V-Bleiakku, 4 NiCd/NiMH-Zellen oder einem unstablisierten Netzteil verwendet werden. Da die Verbraucher meist auch noch mit 4.8V funktioneren, aber definitiv nicht mehr als 5.5V vertragen, kann ein NiCd Akkusatz verwendet werden, der, frisch geladen, durchaus 6V liefern kann. Auch ein frisch geladener Bleiakku liefert mit bis zu 6.6V zu viel Spannung für 5V-Geräte.
Man könnte versucht sein, einen Transistor zu sparen und den TL431
in den Regelkreis einzubeziehen.
Mit solchen Entwürfen haben ich meinen (virtuellen und realen)
Papierkorb gut gefüllt; die unterschiedlichen Verzögerungszeiten von
TL431 und den Steuertransistoren führen leicht zu Schwingungen und
Spannungsspitzen beim Einschalten.
Daher sollte die von mir im
Wellenforum
publizierte, folgende Schaltung besser nicht mehr eingesetzt werden:
Sie benötigt den relativ grossen Kondensator am Ausgang, um nicht zu schwingen und keine Einschaltspitzen zu erzeugen, und konsumiert erheblich Strom vor dem Einsetzen der Regelung.
