Spannungswandler (Spannungsverdoppler) mit dem NE555

Ein recht einfacher Spannungswandler bzw. Spannungsverdoppler lässt sich auch mit dem NE555 aufbauen. Die hier vorgestellten Schaltungsbeispiele sollen hauptsächlich zeigen, wie ein solcher Spannungswandler funktionieren kann. Diese Schaltungen eignen sich nicht unbedingt dafür, leistungsstarke Verbraucher mit Strom zu versorgen. Sicherlich eignen sie sich aber dafür, die Funktion eines solchen Spannungsverdopplers zu verstehen. Außerdem laden solche Schaltungen auch zum Experimentieren ein.

Einfacher Spannungswandler mit dem NE555. Die Bilder können durch Anklicken vergrößert werden.
Einfacher Spannungswandler mit dem NE555. Die Bilder können durch Anklicken vergrößert werden.

Diese einfache Schaltung mit dem Timer-IC NE555 arbeitet nach dem Prinzip der sogenannten Ladungspumpe. Eigentlich steht der Schaltkreis NE555 hier gar nicht so sehr im Mittelpunkt. Vielmehr dient er dazu, das für die Ladungspumpe notwendige Hin- und Herschalten zwischen Plus und Masse zu übernehmen. Er arbeitet hier als astabiler Multivibrator. Pin 3 des ICs gibt in einer sehr schnellen Folge ein der Betriebsspannung entsprechendes Signal ab und ein Massepotential. Man kann sich diese Schaltung wie einen elektronischen Umschalter vorstellen, der zwischen Plus und Minus umschaltet. Der rechte Teil der Schaltung stellt den eigentlichen Spannungswandler dar.

Die Funktion der Ladungspumpe (rechter Teil des Schaltbildes)

 

In einem Schaltzustand schaltet der NE555 Pin 3 auf Masse. Der Elektrolytkondensator C2 lädt sich nun über die Diode D1 auf die Betriebsspannung von 12 V (abzüglich des Spannungsabfalls an der Diode D1) auf. Der Kondensator C3 wird ebenfalls über die Dioden D1und D2 aufgeladen. Am Ausgang der Schaltung liegt in diesem Moment (noch) die Eingangsspannung (abzüglich der Spannungsabfälle an den Dioden) an. Nun schaltet der NE555 Pin 3 auf Plus. Die Spannung am aufgeladenen Elektrolytkondensator C2 und die Betriebsspannung der Schaltung liegen nun quasi in Reihe am Ausgang der Schaltung und am Elektrolytkondensator C3 an, wodurch die Spannungserhöhung zustandekommt. Die Diode D1 liegt währenddessen in Sperrichtung.

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Ein Testaufbau des Spannungswandlers. Das Multimeter zeigt die Ausgangsspannung an.
Ein Testaufbau des Spannungswandlers. Das Multimeter zeigt die Ausgangsspannung an.

Die aufgebaute Schaltung an einer Betriebsspannung von rund 12 Volt. In diesem Bild ist gut zu sehen, dass die Ausgangsspannung doch deutlich unter 24 Volt liegt. Wie bereits oben erwähnt, fällt an jeder Diode eine bestimmte Spannung ab. Bei den hier verwendeten Dioden liegt dieser Spannungsabfall bei rund 0,7 Volt pro Diode. Hieraus ergibt sich ein Spannungsabfall von etwa 1,4 Volt. Ich habe an den Ausgang der Schaltung eine Leuchtdiode mit Vorwiderstand angeschlossen. Auch diese erzeugt einen gewissen Spannungsabfall am Ausgang der Schaltung, weshalb das Multimeter einen deutlich geringeren Spannungswert anzeigt. Die Leistung dieser Schaltung ist nicht besonders hoch, weshalb die Ausgangsspannung bereits durch den Anschluss von elektrischen Verbrauchern mit einer sehr geringen Leistungsaufnahme deutlich abnimmt.

Der Spannungsverdoppler mit Transistorverstärkung.
Der Spannungsverdoppler mit Transistorverstärkung.

In dieser Schaltung habe ich zusätzlich zwei Transistoren in der sogenannten Gegentaktschaltung eingefügt. Sie werden vom Ausgang an Pin 3 des NE555 angesteuert. Diese Transistoren können etwas höhere Ströme schalten als der NE555 selbst. Der übrige Teil der Schaltung entspricht der vorgestellten Ladungspumpe. Natürlich muss auch hier der durch die Dioden entstehende Spannungsabfall von der Ausgangsspannung abgezogen werden.

Auch hier ein Testaufbau der Schaltung mit angeschlossenem Multimeter.
Auch hier ein Testaufbau der Schaltung mit angeschlossenem Multimeter.

Hier es noch einmal die geänderte Schaltung im Betrieb zu sehen. Das Multimeter zeigt auch hier einen etwas geringeren Wert als den der doppelten Eingangsspannung.

 

Elektronische Spannungswandler sind sicherlich ein nicht uninteressantes Themengebiet. Die hier vorgestellten Schaltungen funktionieren recht einfach und können als Grundlage für eigene Experimente dienen. Natürlich ist es auch möglich, Transformatoren als Spannungswandler einzusetzen. Hierfür werden jedoch elektronische Schaltungen benötigt, welche die Transformatoren ansteuern.

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