Einstellbarer Spannungsregler LM317

Du brauchst 9 V für ein Effektgerät, 3,6 V für einen Funkchip oder eine Spannung, die sich am Labornetzteil per Drehknopf einstellen lässt – und für keinen dieser Werte gibt es einen passenden Festspannungsregler. Hier kommt der LM317 ins Spiel. Er sieht aus wie ein 7805, hat aber statt eines Masseanschlusses einen Einstelleingang. Mit zwei Widerständen legst du jede Ausgangsspannung zwischen 1,25 V und 37 V fest. Seit den 1970er-Jahren gehört er zum Standardrepertoire, und er kann noch mehr: Als Konstantstromquelle treibt er LEDs und lädt Akkus.

Aufbau und Funktionsweise

Der LM317 ist ein Linearregler mit Längstransistor, Fehlerverstärker und Bandgap-Referenz – wie der 7805. Der entscheidende Unterschied: Die Referenz bezieht sich nicht auf Masse, sondern auf den Ausgang. Der Regler sorgt dafür, dass zwischen OUT und ADJ immer genau die Referenzspannung von 1,25 V liegt.

Schaltest du zwischen OUT und ADJ den Widerstand R1, fließt durch ihn deshalb ein fester Strom I = 1,25 V / R1. Dieser Strom fließt weiter durch R2 vom ADJ-Anschluss nach Masse und erzeugt dort die Spannung I · R2. Die Ausgangsspannung ist die Summe beider Spannungen. Das ist ein Spannungsteiler, dessen oberer Teil auf 1,25 V festgenagelt ist:

Der kleine Strom I_ADJ aus dem Einstellanschluss beträgt typisch 50 µA, höchstens 100 µA, und ist so konstant, dass er nur einen kleinen, berechenbaren Fehler macht.

Weil der LM317 keinen Masseanschluss hat, fließt sein gesamter Eigenstrom zum Ausgang. Daraus folgt eine Besonderheit: Er braucht einen Mindestlaststrom, sonst steigt die Ausgangsspannung an. Typisch sind 3,5 mA, im ungünstigsten Fall 10 mA. Der Strom durch R1 erfüllt diese Bedingung gleich mit: Mit 240 Ω fließen 5,2 mA, mit 120 Ω 10,4 mA.

Schaltzeichen und Pinbelegung

Im Schaltplan ist der LM317 ein Kasten mit IN, OUT und ADJ. Im TO-220 lautet die Pinfolge von links bei Blick auf die Beschriftung: 1 = ADJ, 2 = OUT, 3 = IN; die Kühlfahne liegt am Ausgang. Das ist eine andere Reihenfolge als beim 7805 (IN, GND, OUT). Im SOT-223 ist die Fahne ebenfalls OUT.

Wichtige Kennwerte

Achte auf die Spannungsdifferenz, nicht auf die absolute Eingangsspannung: Der LM317 verträgt 40 V zwischen IN und OUT. Ein Kurzschluss am Ausgang eines Netzteils mit 45 V legt aber die volle Spannung an den Regler.

Ausgangsspannung berechnen

Stellst du die Formel nach R2 um und vernachlässigst I_ADJ, erhältst du:

Probiere eigene Werte aus:

Bauformen und Verwandte

Den LM317 gibt es im TO-220, im D²PAK (TO-263) und im SOT-223. Für kleine Ströme bis 100 mA gibt es den LM317L im TO-92 oder SOIC-8. Für mehr Strom sind der LM350 (3 A) und der LM338 (5 A) gedacht, für negative Spannungen der LM337 mit −1,25 V Referenz. Für Eingangsspannungen nahe am Ausgang ist ein einstellbarer LDO-Regler wie der LM1117-ADJ besser geeignet, der ebenfalls nach dem Prinzip mit 1,25 V zwischen OUT und ADJ arbeitet.

Typische Schaltungen

Einstellbares Netzteil: Ersetzt du R2 durch ein Potentiometer von 5 kΩ (mit R1 = 240 Ω), reicht der Einstellbereich von 1,25 V bis rund 27 V – sofern die Eingangsspannung mindestens 3 V höher liegt.

Brummunterdrückung verbessern: Ein Elko von 10 µF von ADJ nach Masse überbrückt R2 für Wechselspannung. Der Brumm am Ausgang wird dann nicht mehr mit dem Faktor 1 + R2/R1 verstärkt. Mit diesem Elko gehört eine Schutzdiode von ADJ nach OUT dazu, damit er sich bei einem Kurzschluss am Ausgang nicht über den Regler entlädt. Eine zweite Diode von OUT nach IN schützt bei großen Ausgangskondensatoren, falls der Eingang kurzgeschlossen wird. Gewöhnliche 1N4002 genügen.

Konstantstromquelle: Schaltest du nur einen Widerstand R zwischen OUT und ADJ und nimmst den Strom am ADJ-Anschluss ab, hält der LM317 den Strom I = 1,25 V / R konstant – unabhängig von der Last, solange die Spannung reicht. Mehr über das Prinzip steht unter Konstantstromquelle.

Auf diese Weise lassen sich auch NiMH-Akkus mit konstantem Strom laden; die Abschaltung am Ladeende muss dann aber eine andere Schaltung übernehmen.

Auswahl und Praxistipps

Der LM317 ist ideal für Versorgungen mit ungewöhnlichen Spannungen, kleine Labornetzteile und Stromquellen bis gut 1 A. Er ist nicht ideal, wenn die Eingangsspannung nur wenig über der Ausgangsspannung liegt (dann LDO), wenn viel Leistung verheizt würde (dann Schaltregler) oder wenn der Eigenstrom von mehreren Milliampere eine Batterie leert.

Häufige Fehler:

• R1 zu groß gewählt: Mit 1 kΩ fließen nur 1,25 mA. Ohne Last steigt die Ausgangsspannung dann über den berechneten Wert. Bleib bei 120–240 Ω; 120 Ω erfüllt auch den ungünstigsten Mindeststrom von 10 mA.
• R1 nicht direkt am Regler: R1 gehört mit kurzen Leitungen direkt zwischen OUT und ADJ. Sitzt er erst an der Last, geht der Spannungsfall der Leitung in die Regelung ein.
• Pinbelegung des 7805 übernommen: ADJ, OUT, IN – nicht IN, GND, OUT.
• Kühlfahne geerdet: Sie führt die Ausgangsspannung.
• Gefälschte Bauteile: Billige LM317 aus unsicheren Quellen erreichen oft weder Strom noch Brummunterdrückung.

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