Mitte der 80er Jahre, also vor gut 30 Jahren, baute ich das abgebildete Netzgerät, das für eine Spannung von 0...25 V und eine Stromstärke von 0...2.5 A ausgelegt ist. Das Gerät hat hervorragende Eigenschaften, wobei besonders die Einstellung von Strom und Spannung sehr angenehm ist. Dazu tragen natürlich die analogen Anzeigeinstrumente bei.

Gleichwohl hat das Gerät auch seine Schwächen, die letztlich maßgebend für meinen Entschluss, eine Neuauflage des Gerätes zu bauen, beigetragen haben. Die größte Schwäche ist sicherlich die unzureichende Kühlung. Zwar sitzen die dicken Längstransistoren auf einem hinreichend dimensionierten Kühlkörper, doch kann dieser seine Wirkung in dem engen Gehäuse nicht entfalten, trotz der Lüftungslöcher. Außerdem ist er ungünstig ausgerichtet, denn es kommt zu einem Wärmestau.

Wenn ein stärkerer Strom (1A oder mehr) entnommen wird, wird das Gerät so warm, dass man besser abschaltet. Damit ist das Netzgerät z.B. nicht zum schnellen Aufladen von Lithium-Akkus geeignet. Ich besitze zwar auch ein gekauftes Gerät (30 V / 5 A), aber bei dem lässt sich der Strom kaum vernünftig einstellen. Die Stromstabilisierung arbeitet höchst unsauber und wandert immer wieder vom eingestellten Wert ab.

Obwohl Mitte der 80er Jahre derartige Geräte meistens mit integrierten Spannungsstabilisatoren aufgebaut wurden, griff ich auf eine Schaltung zurück, die mit Standard-Operationsverstärkern vom Typ 741 abeitete. Die Schaltung fand ich in einer Zeitschrift. Ob es der Elektor, die Funkschau oder Elektronik war, kann ich nicht mehr sagen. Jedenfalls änderte ich sie an einigen Stellen und passte sie meinen Wünschen an. Vor kurzem nun fand ich eine der Skizzen wieder, die ich damals gemacht hatte. Das war der entscheidende Anstoß.

Besonders übersichtlich ist die Zeichnung nicht, und um die Funktionsweise verständlich zu machen, habe ich nun ein vereinfachtes Schaltbild gezeichnet, bei dem alles weggelassen wurde, was nicht zur unmittelbaren Funktion beiträgt:

Der Regelteil (rot eingerahmt) besitzt eine eigene Stromversorgung. Die Referenzspannungen +6.2 und -6.2 V sind hochstabil, wobei der dafür erforderliche Schaltungsteil hier nicht eingezeichnet wurde. Das Verständnis der Funktionsweise fällt relativ leicht, wenn man sich daran erinnert, dass bei einem gegengekoppelten Operationsverstärker wegen des hohen Verstärkungsfaktors und der hohen Eingangswiderstände die beiden Eingänge auf praktisch gleichem Spannungsniveau liegen. Den auftretenden Offset kann man oft vernachlässigen, und wenn nicht, gibt es noch die Möglichkeit der Kompensation. OP1 besitzt so eine Kompensation. Die Gegenkopplung erfolgt über den Transistor T und den Widerstand R.

Alle vier OP-Eingänge liegen somit auf praktisch gleichem Potential. Sie sind mit dem Plusklemme (!) des Ausgangs verbunden, so dass die Ausgangsspannung in den negativen Bereich hineingeregelt wird. Betrachten wir OP2, der für die Spannungsregelung zuständig ist. Über den Einstellregler T2 fließt ein Referenzstrom von konstant 1 mA, wenn T2 6.2 kΩ beträgt. Wegen des hohen Eingangswiderstandes kann der Strom nur über P2 abfließen und sorgt für einen Spannungsabfall von 1 mA * eingestellten Widerstand. Das ist gleichzeitig die Ausgangsspannung des Gerätes. Für 10 V Ausgangsspannung beötigt man also ein Potentiometer von 10 kΩ. Eine verblüffend klare Angelegenheit. Der OP1 für die Stromregelung arbeitet analog, aber mit umgekehrten Vorzeichen. Regelspannung ist hier der Spannungsabfall am Widerstand R.

Enstscheidend ist, das Gerät für stärkere Belastungen verwendbar zu machen. Das bedeutet z.B. eine wirksamere Kühlung, evtl. mit Lüfter und der Unterbringung der Powerteile in einem geräumigerem Gehäuse. Da ich das Gerät auf jeden Fall nur stationär verwenden werde, bietet sich der Einbau in der Konsole meines Experimentiertisches an. Da ist Platz genug vorhanden. Außerdem werde ich zwei Trafospannungen verwenden: 12 V und 24 V (Reihenschaltung von zwei 12V-Trafos). Eine einfache Rechnung macht deutlich, wie sinnvoll die Umschaltung der Eingangswechselspannung sein kann. Angenommen wir laden eine Lithium-Zelle bei 4.2 V mit 1.5 A auf. Dann haben wir bei einer Eingangsspannung von 24 V eine Verlustleistung von 20 V * 1.5 A = 30 Watt, die als Wärme abgestrahlt wird. Das ist schon ziemlich happig. Bei 12 V Eingangsspannung würde nur eine Verlustleistung von 8 V * 1.5 A = 12 W anfallen. Bei höheren Ausgangsspannungen (bis 12 V) ist der Unterschied noch deutlicher.

Selbstverständlich wird auch das neue Gerät mit Analoginstrumenten ausgestattet. Ich konnte noch zwei Wisometer 65 auftreiben, die hervorragend geeignet sind. Die Skalen habe ich bereits gezeichnet und eingebaut, und das Amperemeter ist auch schon sorgfältig auf die beiden Messbereiche geshunted.

Wenn mich jemand fragen sollte, mit welchem Programm man eine solche Skala zeichnet, dann muss ich enttäuschen. Das geht immer noch am besten und schnellsten mit einem Präzisionszirkel und Tuschefüller-Einsatz. Nur die Beschriftung habe ich mit einem Grafikprogramm gemacht, nachdem ich die Skalen gescannt habe. Der Ausdruck erfolgte 1:1 auf Photokarton Ilford Gallery Gold Fibre Silk mit einem Epson Fotodrucker R 3000.