Das Labornetzteil - damit bekommst du jede Schaltung versorgt
Labornetzteile, auch Labornetzgeräte genannt, findet man in jedem Unternehnehms- und Hochschullabor im Bereich Elektrotechnik und Elektronik. Und auch im privaten Bereich braucht jeder Bastler über kurz oder lang ein Labornetzteil für die Entwicklung von kleinen Projekten. Was kann ein solches Gerät und wofür wird es eingesetzt? Das klären wir in diesem Artikel!
Ganz unten findest du noch ein Video-Tutorial, in dem du mehr über die Bedienung eines Labornetzteils erfahren kannst.
Steckbrief Labornetzteil
Kategorie: Energieversorgung
Was ist ein Labornetzteil?
Ein Labornetzteil ist ein Gerät, das eine einstellbare Gleichspannung für einen Verbraucher, also ein einzelnes anderes Gerät oder eine Schaltung, bereitstellen kann. Dabei soll sich ein Labornetzteil möglichst ähnlich wie eine ideale Konstantspannungsquelle verhalten. Das heißt, dass die Ausgangsspannung unabhängig von der angeschlossenen Last nach Möglichkeit immer konstant bleiben soll. Dieses Verhalten ist an der unten Ausgangskennlinie eines (idealen) Labornetzteils dargestellt. Das Besondere an Labornetzteilen ist, dass dieses Konstantspannungsverhalten bis zu einem einstellbaren Maximalstrom gilt. Ab dem Moment, ab dem bei steigender Belastung die eingestellte Stromgrenze erreicht wird, verhält sich das Labornetzteil dann wie eine Konstantstromquelle und reduziert die Ausgangsspannung, um den Strom konstant zu halten. So lange die eingestellte Stromgrenze noch nicht erreicht ist, verhält sich das Labornetzteil wie beschrieben wie eine Konstantspannungsquelle. Bei Anschluss eines ohmschen Widerstands gilt dann also: Je geringer der Widerstand, desto höher die Stromstärke bei konstanter Spannung.
Eingesetzt werden Labornetzteile für gewöhnlich um eine Schaltung oder ein System in der Testphase mit Energie zu versorgen. Einsatzbereiche sind beispielsweise in der Forschung und Entwicklung oder in der Ausbildung und im Studium im Rahmen von Laborprojekten und praktischen Übungen.
Merke: Mit einem Labornetzteil können Schaltungen und Systeme während der Entwicklung zu Testzwecken mit einer einstellbaren, konstanten Gleichspannung versorgt werden. Zusätzlich kann eine Grenze für die maximal abzugebende Stromstärke eingestellt werden.
Übliche Spannungsbereiche und Ausgänge
Ein Labornotzteil hat typischerweise zwei oder drei Ausgangsbuchsen. Die rote Buchse stellt den Pluspol, die blaue Buchse den Minuspol der Spannungsquelle dar. Manche Geräte haben auch eine dritte, grüne oder grün-gelbe Ausgangsbuchse, welche Erdpotential hat (Schaltzeichen s. unten). Das bedeutet, das diese Buchse über das Labornetzteil mit dem Schutzleiter („PE“ = Protective Earth) im Haushaltsnetz verbunden ist. Wenn die blaue Minuspol-Buchse mit der Erd-Buchse verbunden wird, kann der Ausgang des Labornetzteils so auf Erdpotential gelegt werden. Wenn nur die blaue und rote Buchse verwendet werden, ist das angeschlossene System galvanisch vom Energienetz getrennt, da im Labornetzeil ein Transformator verbaut ist. Das heißt, dass die angeschlossene Schaltung als „elektrische Insel“ ohne Verbindung zum Energienetz angesehen werden kann. Diese Konfiguration wird auch „potentialfreier Ausgang“ genannt und ist in der Regel die bevorzugte Variante für die Versorgung von Schaltungen.
Für den Anschluss an die Ausgangsbuchsen werden Leitungen mit Standard 4 mm Bananensteckern verwendet.
Typische Gleichspannungen, die von Labornetztgeräten bereitgestellt werden können, liegen im Bereich U = 0 … 15 V oder U = 0 … 30 V. Die maximale Strömstärke, die ein Labornetzteil abgeben kann, liegt bei einfachen Standard-Geräten im Bereich I = 0 … 5 A oder I = 0 … 10 A. Eine weitere wichtige Funktion eines Labornetzgerätes ist die bereits beschriebene Strombegrenzung. Über einen separaten Drehknopf kann am Labornetzteil der maximal auszugebende Strom eingestellt werden. Dies ist eine wichtige Funktion, wenn beispielsweise eine Schaltung getestet werden soll, deren Verhalten im Vorfeld noch nicht genau bekannt ist.
Strombegrenzung
Wofür wird die Funktion „Strombegrenzung“ bei einem Labornetzteil benötigt?
Um einen zu hohen Strom zu vermeiden, der empfindliche Bauteile in der Schaltung zerstören könnte, kann durch die Strombegrenzung am Labornetzgerät ein Strom von beispielsweise I = 20 mA eingestellt werden. Das Gerät regelt dann die eingestellte Spannung (z. B. U = 10 V) dann so, dass maximal 20 mA fließen können. Selbst wenn kein Verbraucher angeschlossen wird und der Pluspol und Minuspol des Geräte als Kurzschluss direkt mit einem Kabel verbunden werden, werden nicht mehr als 20 mA ausgegeben. Dies ist enorm hilfreich, wenn bei der Entwicklung einer Schaltung noch nicht klar ist, wie sich diese genau verhält oder bei einem defekten Gerät bei der Fehlersuche ein zu großer Strom vermieden werden soll.
Mit der Funktion „Strombegrenzung“ kann die maximale Stromstärke des Ausgangsstromes am Labornetzteil eingestellt werden. Dadurch kann eine eine Schaltung während der Entwicklung und Testphase geschützt werden.
Strombegrenzung einstellen
Die folgende Erklärung gilt für das oben abgebildete Modell VLP-1303 des Herstellers Voltcraft. Achtung: Elektrotechnische Arbeiten dürfen nur mit gesetzlich vorgeschriebener fachlicher Qualifikation durchgeführt werden. Versichere dich zunächst in der Bedienungsanleitung deines Geräts, dass die folgende Vorgehensweise sicher und erlaubt ist. Es wird keinerlei Haftung für Schäden übernommen.
1. Gerät ausschalten und mit einer Leitung den Plus- und Minuspol von Ausgang A (OUTPUT A) verbinden, also kurzschließen
2. Drehregler für Spannung und Strom gegen den Uhrzeigersinn bis zum Anschlag auf 0 V und 0 A drehen
3. Gerät anschalten, Drehregler für die Spannung minimal hochdrehen (Achtel-Umdrehung im Uhrzeigersinn reicht), und dann mit dem Drehregler für den Strom langsam die gewünschte Strombegrenzung einstellen
4. Gerät ausschalten und Verbraucher anschließen – jetzt kann nur der maximal eingestellte Strom fließen, egal welchen Verbraucher du anschließt, perfekt für Schaltungen und Systeme, die du vor zu hohen Strömen schützen willst ; )!
Zusätzlich erhälst du diese Erklärung auch in folgendem Video:
Worauf ist beim Kauf eines Labornetzteils zu achten?
Grundsätzlich sind die Funktionen und der Aufbau eines Labornetzteils relativ simpel. Trotzdem empfiehlt es sich auf folgende Aspekte beim Kauf zu achten:
- Stabilisierte Ausgangsspannung (haben eigentlich alle modernen Labornetzteile)
- Spannungsbereich von 0 – 30 V DC oder mehr
- Strombegrenzung (wichtig, da du damit deine Schaltungen schützen kannst)
- Optional: Zwei Ausgänge (der zweite Ausgang kann auch eine geringere Ausgangsspannung haben, Vorteil ist, dass du dann immer noch eine zweite Hilfsspannung zur Verfügung hast)
- Ausgangsspannung: 0 - 60 V
- Ausgangsstromstärke: 0 - 2,5 A (bei 25 V bis 6 A)
- Dauerleistung: 150 W
- Grob- und Feineinstellung: 100 mA / 1 mA, 1 V / 10 mV
- Strombegrenzung: Ja, kann eingestellt werden wenn "Output" ausgeschaltet ist
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