Symmetrische ±-Spannungen mit dem Labornetzgerät erzeugen: zwei Ausgänge richtig in Reihe schalten

→ Produktkategorie: Stromversorgung

 

Operationsverstärker, Messverstärker, analoge Filter und viele andere Analogschaltungen benötigen nicht nur eine einzelne positive Versorgungsspannung, sondern eine symmetrische Spannungsversorgung.

Typische Beispiele sind:

+12 V / 0 V / -12 V

oder:

+15 V / 0 V / -15 V

.

Eine solche Versorgung lässt sich mit einem geeigneten Labornetzgerät mit zwei getrennten Ausgängen erzeugen, indem die beiden Ausgangsspannungen in Reihe geschaltet werden. Der Verbindungspunkt zwischen beiden Quellen bildet anschließend den gemeinsamen 0-V-Bezug der Analogschaltung.

Eine spezielle Tracking-Funktion ist dafür nicht zwingend erforderlich. Tracking erleichtert bei entsprechend ausgestatteten Netzgeräten lediglich das gemeinsame Verändern beider Ausgangsspannungen. Für die eigentliche Erzeugung einer symmetrischen Versorgung ist dagegen entscheidend, dass das verwendete Netzgerät den Serienbetrieb der beiden Ausgänge ausdrücklich unterstützt.

Besonders häufig entstehen Fehler durch:

• einen falsch gewählten 0-V-Mittelpunkt,
• Verwechslung von Schaltungsmasse und Schutzleiter,
• falsche Polarität einer Versorgungsschiene,
• ungeeignete beziehungsweise nicht für Serienbetrieb freigegebene Netzteilausgänge,
• unterschiedlich eingestellte Ausgangsspannungen,
• zu niedrig eingestellte Strombegrenzungen,
• einen Kanal, der unbemerkt in den Konstantstrombetrieb wechselt,
• zusätzliche Erdverbindungen durch Oszilloskope oder andere Messgeräte.

Eine symmetrische ±15-V-Versorgung besteht nicht aus einem „positiven“ und einem speziellen „negativen“ Netzteil. Zwei normale Gleichspannungsquellen werden in Reihe geschaltet. Erst durch die Wahl des Mittelpunktes als 0 V entstehen relativ zu diesem Bezugspunkt +15 V und -15 V.

Passende Geräte finden Sie unter Stromversorgung bei ICS Schneider sowie unter Mehrfachquellen / Labornetzgeräte.

Warum benötigen Analogschaltungen positive und negative Versorgungsspannungen?

Viele Analogschaltungen verarbeiten Signale, die sowohl oberhalb als auch unterhalb eines definierten Bezugspotentials liegen.

Ein typisches Eingangssignal kann beispielsweise reichen von:

-5 V … +5 V

.

Eine klassische Operationsverstärkerschaltung kann solche positiven und negativen Signalspannungen besonders einfach verarbeiten, wenn ihr ebenfalls eine positive und eine negative Versorgungsschiene zur Verfügung stehen.

Eine typische Versorgung lautet deshalb:

+15 V

0 V

-15 V

.

Typische Anwendungen sind:

• Operationsverstärkerschaltungen,
• Instrumentenverstärker,
• aktive Filter,
• Messverstärker,
• DMS-Signalaufbereitung,
• analoge Regelungen,
• Audioelektronik,
• Sensor-Signalaufbereitung,
• Entwicklungs- und Laboraufbauten.

Viele moderne Schaltungen können alternativ mit einer einzigen Versorgungsspannung und einem künstlich erzeugten virtuellen Mittelpunkt arbeiten.

Ist die Schaltung jedoch ausdrücklich für:

±12 V

oder:

±15 V

ausgelegt, ist eine echte symmetrische Versorgung meistens die technisch einfachere Lösung.

Was bedeutet ±12 V beziehungsweise ±15 V?

Eine symmetrische Spannungsversorgung besitzt drei elektrische Potentiale.

Bei ±15 V:

+15 V

0 V

-15 V

.

Alle Spannungsangaben beziehen sich auf den gemeinsamen Mittelpunkt:

0 V

.

Zwischen +15 V und 0 V liegen:

15 V

Zwischen 0 V und -15 V liegen ebenfalls:

15 V

Zwischen +15 V und -15 V liegen dagegen:

30 V

.

Entsprechend ergibt eine Versorgung von:

±12 V

zwischen den beiden äußeren Versorgungsschienen:

24 V

.

Für die Gesamtspannung gilt:

Ugesamt = U+ + |U-|

Wie entstehen symmetrische Spannungen aus zwei Netzteilausgängen?

Angenommen, ein geeignetes Zweikanal-Labornetzgerät besitzt:

Ausgang 1 = 15 V

und:

Ausgang 2 = 15 V

.

Jeder Ausgang besitzt zunächst einen positiven und einen negativen Anschluss.

Die beiden Quellen werden in Reihe geschaltet:

Ausgang 1 (-) → Ausgang 2 (+)

.

Dieser Verbindungspunkt wird anschließend zum:

0-V-Mittelpunkt

.

Die verbleibenden äußeren Anschlüsse bilden:

Ausgang 1 (+) → +15 V

und:

Ausgang 2 (-) → -15 V

.

Der vollständige Aufbau lautet damit:

Ausgang 1 (+) → +15 V

Ausgang 1 (-) / Ausgang 2 (+) → 0 V

Ausgang 2 (-) → -15 V

.

Die negative Versorgungsspannung entsteht also ausschließlich durch die Wahl des Bezugspotentials. Ausgang 2 erzeugt zwischen seinen eigenen Anschlüssen weiterhin eine normale positive Spannung von 15 V.

±15 V richtig verschalten

Für eine Analogbaugruppe mit den Anschlüssen:

V+

GND

V-

ergibt sich folgende Zuordnung:

Labornetzgerät	Analogschaltung	Potential
Ausgang 1 (+)	V+	+15 V
Ausgang 1 (-) verbunden mit Ausgang 2 (+)	GND / 0 V	0 V
Ausgang 2 (-)	V-	-15 V

Wichtig ist, dass die Verbindung zwischen:

Ausgang 1 (-)

und:

Ausgang 2 (+)

nicht nur zur Reihenschaltung der Netzteilausgänge dient.

Von diesem Punkt muss zusätzlich eine Leitung zur:

0-V- beziehungsweise GND-Klemme der Baugruppe

geführt werden.

Die zu versorgende Analogschaltung benötigt damit tatsächlich drei Leitungen:

+15 V

0 V

-15 V

.

Wie entsteht der gemeinsame 0-V-Punkt?

Der Mittelpunkt entsteht durch die Reihenschaltung der beiden Spannungsquellen.

Er ist kein zusätzlicher Ausgang des Netzgerätes.

Bei:

15 V + 15 V

liegt zwischen den äußeren Enden eine Gesamtspannung von:

30 V

.

Wird der elektrische Verbindungspunkt zwischen den beiden Quellen als:

0 V

definiert, befindet sich ein äußeres Ende bei:

+15 V

und das andere bei:

-15 V

.

Der 0-V-Punkt ist damit das Bezugspotential der Schaltung

und sollte beispielsweise verbunden werden mit:

• GND,
• 0 V,
• Signal Ground,
• AGND

der jeweiligen Baugruppe – entsprechend deren Schaltungsunterlagen.

Spannungen vor dem Anschluss richtig kontrollieren

Bevor eine empfindliche Analogschaltung angeschlossen wird, sollte der Aufbau mit einem Multimeter überprüft werden.

Positive Versorgung:

Schwarze Messleitung:

0 V

Rote Messleitung:

positive Versorgungsschiene

Erwartete Anzeige:

+15,0 V

Negative Versorgung:

Schwarze Messleitung:

0 V

Rote Messleitung:

negative Versorgungsschiene

Erwartete Anzeige:

-15,0 V

Gesamtspannung:

Schwarze Messleitung:

-15 V

Rote Messleitung:

+15 V

Erwartete Anzeige:

30,0 V

Erst wenn diese drei Messungen plausibel sind, sollte die Baugruppe angeschlossen werden.

Was ist Tracking und wird es benötigt?

Tracking ist eine Komfortfunktion bestimmter Mehrkanal-Labornetzgeräte.

Bei einem Tracking-Netzgerät

kann ein Ausgang als führender Kanal arbeiten.

Verändert der Anwender beispielsweise seine Spannung von:

15 V → 12 V

folgt der zweite Ausgang entsprechend.

Bei einem 1:1-Tracking lassen sich dadurch beispielsweise beide Schienen gemeinsam verändern von:

±15 V

auf:

±12 V

.

Tracking ist jedoch keine Voraussetzung für eine ±-Versorgung

Ohne Tracking werden die beiden Ausgänge einfach separat auf denselben Spannungswert eingestellt.

Für:

±15 V

also:

Ausgang 1 = 15,00 V

und:

Ausgang 2 = 15,00 V

.

Der Unterschied liegt hauptsächlich in der Bedienung

Ausführung	Spannungsänderung
Zwei unabhängige Ausgänge	beide Kanäle separat einstellen
Tracking	zweiter Kanal folgt dem führenden Kanal

Für eine stabile ±15-V-Versorgung ist eine ausdrücklich zulässige Reihenschaltung wichtiger als eine Tracking-Funktion.

Welche Voraussetzung muss das Labornetzgerät erfüllen?

Nicht jedes Netzgerät mit zwei Ausgangsklemmen beziehungsweise zwei Kanälen darf automatisch in Reihe geschaltet werden.

Entscheidend ist die Herstellerfreigabe

Die technischen Unterlagen müssen bestätigen, dass:

• Serienbetrieb zulässig ist,
• die Ausgangspotentiale dafür geeignet sind,
• zulässige Spannungen gegen Erde nicht überschritten werden,
• keine interne Verbindung die gewünschte Verschaltung verhindert.

Eine beliebige Reihenschaltung nicht dafür vorgesehener Ausgänge kann:

• Kurzschlüsse,
• unerwünschte Erdverbindungen,
• Fehlfunktionen,
• Beschädigungen des Netzgerätes

verursachen.

Bei dem weiter unten beschriebenen 2228.1 Gleichspannungsregler ist die Reihen- und Parallelschaltung der Ausgänge ausdrücklich in den Produktdaten angegeben.

Stromaufnahme bei einer ±-Versorgung richtig verstehen

Eine symmetrische Spannung bedeutet nicht automatisch, dass beide Versorgungsschienen denselben Strom liefern müssen.

Eine Analogbaugruppe kann beispielsweise aufnehmen:

+15 V / 120 mA

und:

-15 V / 80 mA

.

Das ist grundsätzlich kein Fehler.

Viele Schaltungen besitzen eine asymmetrische Belastung der positiven und negativen Versorgung.

Entscheidend ist:

Jeder Ausgang muss den Strom seiner jeweiligen Versorgungsschiene zuverlässig bereitstellen können.

Zusätzlich muss der gemeinsame 0-V-Punkt entsprechend korrekt mit der Schaltung verbunden sein.

Strombegrenzung beider Kanäle richtig einstellen

Bei der Erstinbetriebnahme empfindlicher Elektronik sollte die Strombegrenzung nicht automatisch auf den maximal möglichen Ausgangsstrom gestellt werden.

Berücksichtigt werden sollten:

• normaler Betriebsstrom,
• zulässiger Maximalstrom der Schaltung,
• kurzzeitiger Einschaltstrom,
• Kapazitäten auf den Versorgungsschienen,
• Belastbarkeit von Leitungen und Steckverbindungen.

Beispiel

Eine Analogbaugruppe benötigt ungefähr:

+15 V / 90 mA

und:

-15 V / 75 mA

.

Für eine kontrollierte Erstinbetriebnahme kann beispielsweise eine Strombegrenzung deutlich oberhalb des erwarteten Betriebsstroms, aber deutlich unterhalb der maximal verfügbaren Leistung des Netzgerätes gewählt werden.

Die genaue Einstellung muss zum tatsächlichen Einschaltverhalten der Schaltung passen.

Was passiert, wenn ein Ausgang in den CC-Betrieb wechselt?

Ein geregeltes Labornetzgerät versucht im normalen Betrieb, die eingestellte Spannung konstant zu halten.

Dieser Zustand wird bezeichnet als:

CV – Constant Voltage

.

Erreicht der Ausgang jedoch das eingestellte Stromlimit, wechselt er in:

CC – Constant Current

.

Das Netzgerät reduziert dann die Ausgangsspannung so weit, dass der eingestellte Maximalstrom nicht überschritten wird.

Bei einer symmetrischen Versorgung kann dadurch die Symmetrie verloren gehen

Statt:

+15 V / 0 V / -15 V

könnte beispielsweise entstehen:

+15 V / 0 V / -7 V

.

Die Folgen können sein:

• Operationsverstärker gehen in Sättigung,
• Arbeitspunkte verschieben sich,
• Ausgangssignale werden falsch,
• die Schaltung startet nicht korrekt.

Bei einer unerwartet unsymmetrischen Versorgung sollte deshalb nicht nur die Spannungseinstellung geprüft werden, sondern auch der CV-/CC-Zustand und die Stromaufnahme beider Netzteilkanäle.

0 V, Masse und Schutzleiter unterscheiden

Der gemeinsame 0-V-Punkt einer symmetrischen Versorgung ist zunächst ein elektrisches Bezugspotential der Schaltung.

Er ist nicht automatisch identisch mit:

PE – Protective Earth

beziehungsweise dem Schutzleiter.

Bei erdfreien Ausgängen

kann das gesamte Ausgangssystem zunächst gegenüber Erde potentialfrei sein.

Der Anwender kann – innerhalb der zulässigen technischen Bedingungen – festlegen, ob und an welchem Punkt ein Erdbezug hergestellt wird.

Eine Verbindung zwischen 0 V und PE sollte deshalb nur erfolgen

wenn:

• sie für die Schaltung erforderlich ist,
• sie zum Messkonzept passt,
• das verwendete Netzgerät die Verschaltung erlaubt,
• keine weiteren unbeabsichtigten Erdverbindungen vorhanden sind.

Schaltungs-GND und Schutzleiter dürfen nicht einfach synonym behandelt werden.

Vorsicht beim Anschluss eines Oszilloskops

Ein korrekt funktionierender Laboraufbau kann sich unmittelbar nach dem Anschluss eines Oszilloskops plötzlich völlig anders verhalten.

Der Grund:

Bei vielen Tischoszilloskopen ist die Masse der BNC-Eingänge beziehungsweise Tastköpfe mit dem Schutzleiter verbunden.

Wird die Masseklemme des Tastkopfes mit einem Punkt der Analogschaltung verbunden, wird dieser Punkt dadurch gleichzeitig auf Erdpotential gelegt.

Beispiel

Der Mittelpunkt der ±15-V-Versorgung ist bereits bewusst mit PE verbunden.

Nun wird die Masseklemme eines geerdeten Oszilloskops versehentlich mit:

-15 V

verbunden.

Damit wird praktisch:

-15 V → PE

kurzgeschlossen.

Vor dem Anschluss eines Oszilloskops sollte deshalb geklärt werden:

• welcher Schaltungspunkt mit Erde verbunden ist,
• ob das Netzgerät erdfrei betrieben wird,
• welche Erdverbindungen durch weitere Messgeräte entstehen,
• ob gegebenenfalls ein geeigneter Differenztastkopf erforderlich ist.

Warum 30 V Gesamtspannung noch keine korrekten ±15 V beweisen

Ein häufiger Fehler bei der Kontrolle einer symmetrischen Versorgung ist die ausschließliche Messung zwischen den beiden äußeren Versorgungsschienen.

Das Multimeter zeigt:

30 V

.

Damit ist jedoch noch nicht bewiesen, dass tatsächlich:

+15 V / 0 V / -15 V

vorliegen.

Auch folgende Versorgung ergibt insgesamt 30 V:

+10 V / 0 V / -20 V

.

Für eine symmetrisch versorgte Analogschaltung wäre dieser Zustand jedoch falsch.

Deshalb immer separat messen:

U(+ gegen 0)

U(- gegen 0)

und zusätzlich:

U(+ gegen -)

.

Asymmetrische Belastung der Versorgungsschienen

Unterschiedliche Ausgangsströme der beiden Netzteilkanäle bedeuten nicht automatisch, dass ein Fehler vorliegt.

Beispiel:

Versorgung	Stromaufnahme
+15 V	130 mA
-15 V	85 mA

Eine solche unterschiedliche Belastung kann durch den Aufbau der Schaltung völlig normal sein.

Problematisch wird es dagegen

wenn:

• ein Kanal sein Stromlimit erreicht,
• eine Versorgungsspannung deutlich einbricht,
• die Stromaufnahme gegenüber dem erwarteten Zustand ungewöhnlich hoch ist.

Die Stromanzeigen des Netzgerätes liefern damit gleichzeitig wertvolle Diagnoseinformationen.

Ein- und Ausschaltverhalten berücksichtigen

Bei zwei unabhängig eingestellten Netzteilausgängen erreichen die positive und negative Versorgung beim Ein- oder Ausschalten nicht zwingend auf die Mikrosekunde gleichzeitig ihren endgültigen Wert.

Für viele Analogschaltungen ist dies unkritisch

Bei empfindlichen Baugruppen können kurzzeitig unsymmetrische Versorgungsspannungen jedoch zu:

• Sättigung,
• unerwarteten Ausgangspegeln,
• Strom über interne Schutzstrukturen,
• Fehlfunktionen beim Start

führen.

Besitzt die Baugruppe spezielle Sequenzierungsanforderungen

müssen diese zusätzlich berücksichtigt werden.

Eine einfache Reihenschaltung zweier Netzteilausgänge ersetzt keine definierte Power-Sequencing-Funktion.

Praxisbeispiel: Operationsverstärkerschaltung mit ±15 V

Eine Messverstärkerplatine benötigt:

V+ = +15 V

GND = 0 V

V- = -15 V

.

Schritt 1: Netzgerät vorbereiten

Beide Ausgänge werden zunächst ausgeschaltet beziehungsweise vom Prüfling getrennt.

Schritt 2: Spannungen einstellen

Beide Kanäle werden eingestellt auf:

15,0 V

.

Schritt 3: Strombegrenzungen einstellen

Die Stromlimits werden passend zum erwarteten Betriebs- und Einschaltstrom der Platine gewählt.

Schritt 4: Ausgänge in Reihe schalten

Gemäß der für das Netzgerät vorgesehenen Verschaltung wird:

Ausgang 1 (-)

mit:

Ausgang 2 (+)

verbunden.

Schritt 5: Mittelpunkt mit GND verbinden

Der Verbindungspunkt wird zur:

0-V-Leitung

der Platine.

Schritt 6: Positive Versorgung verbinden

Ausgang 1 (+) → V+

Schritt 7: Negative Versorgung verbinden

Ausgang 2 (-) → V-

Schritt 8: Vor dem Anschluss kontrollieren

Messung	Sollwert
V+ gegen GND	+15 V
V- gegen GND	-15 V
V+ gegen V-	30 V

Schritt 9: Baugruppe einschalten

Nun werden die tatsächlichen Ströme beider Versorgungsschienen beobachtet.

Auffällig wäre beispielsweise:

+15 V: 80 mA

-15 V: Stromlimit erreicht

.

In diesem Fall sollte nicht einfach das Stromlimit erhöht werden.

Zunächst sind unter anderem zu prüfen:

• Verdrahtung,
• Polarität,
• Kurzschluss,
• verpolte Elektrolytkondensatoren,
• defekte Halbleiter.

Typische Fehlerbilder

Beobachtung	Mögliche Ursache	Sinnvolle Prüfung
+15 V vorhanden, negative Versorgung fehlt	zweiter Ausgang nicht eingeschaltet oder falsch verdrahtet	zweiten Ausgang separat prüfen
+15 V korrekt, -15 V beträgt nur -7 V	zweiter Kanal in Strombegrenzung	Stromaufnahme und CC-Zustand prüfen
Zwischen den Außenschienen liegen 30 V, Schaltung funktioniert trotzdem nicht	Mittelpunkt fehlt oder Einzelspannungen unsymmetrisch	beide Schienen separat gegen 0 V messen
Operationsverstärker hängt am Ausgangsanschlag	eine Versorgungsschiene fehlt	V+ und V- direkt am IC beziehungsweise an der Platine messen
Netzgerät geht unmittelbar nach Anschluss in CC	Kurzschluss, Verpolung oder zu niedriges Stromlimit	Verdrahtung und erwarteten Strombedarf prüfen
Aufbau funktioniert, bis das Oszilloskop angeschlossen wird	zusätzliche Erdverbindung über Oszilloskopmasse	PE- und Massekonzept prüfen
Netzgerät geht beim Anschluss des Tastkopfs in Strombegrenzung	Versorgungsschiene über Oszilloskop gegen PE kurzgeschlossen	Tastkopfmasse und Erdbezug kontrollieren
Ausgangsspannungen unterscheiden sich geringfügig	Kanäle nicht exakt gleich eingestellt	beide Spannungen separat einstellen und messen
Spannung am Netzgerät korrekt, an Platine niedriger	Leitungs- oder Kontaktspannungsabfall	Spannung direkt am Prüfling messen
Eine Versorgung zieht ungewöhnlich hohen Strom	Fehler in der Schaltung	Stromaufnahme beider Schienen vergleichen

Empfohlener Anschlussablauf

1. Versorgungsanforderung prüfen: Benötigt die Schaltung tatsächlich ±12 V, ±15 V oder einen anderen Wert?
2. Strombedarf bestimmen: Positive und negative Versorgung getrennt betrachten.
3. Netzgerät prüfen: Serienbetrieb muss vom Hersteller ausdrücklich vorgesehen sein.
4. Ausgänge zunächst nicht mit dem Prüfling verbinden: Aufbau zuerst ohne empfindliche Baugruppe vorbereiten.
5. Ausgang 1 einstellen: Beispielsweise 15,0 V.
6. Ausgang 2 einstellen: Ebenfalls 15,0 V.
7. Strombegrenzungen festlegen: Zum erwarteten Betriebs- und Einschaltstrom passend.
8. Serienverbindung herstellen: Einen Ausgangspol entsprechend Herstellerangabe mit dem Gegenpol des zweiten Ausgangs verbinden.
9. Mittelpunkt definieren: Serienverbindung als 0 V verwenden.
10. Positive Versorgung identifizieren: Gegen den Mittelpunkt messen.
11. Negative Versorgung identifizieren: Gegen den Mittelpunkt messen.
12. Gesamtspannung prüfen: Zwischen den äußeren Anschlüssen messen.
13. PE- und Masseverbindungen prüfen: Keine unbeabsichtigte Erdung erzeugen.
14. Weitere Messgeräte berücksichtigen: Insbesondere geerdete Oszilloskope.
15. 0 V mit GND des Prüflings verbinden.
16. Positive Versorgung mit V+ verbinden.
17. Negative Versorgung mit V- verbinden.
18. Prüfling einschalten: Spannungen und Ströme beobachten.
19. CV-/CC-Zustand beider Kanäle prüfen.
20. Spannungen direkt am Prüfling kontrollieren: Leitungsverluste ausschließen.
21. Erst anschließend vollständige Funktionsprüfung durchführen.

Passendes Labornetzgerät bei ICS Schneider

2228.1 – Zweikanal-Gleichspannungsregler mit zulässigem Serienbetrieb

Für die hier beschriebene Anwendung ist der 2228.1 Gleichspannungsregler besonders interessant.

Das Gerät besitzt zwei regelbare Gleichspannungsausgänge mit jeweils:

0 … 35 V DC / 0 … 4 A

.

ICS nennt für den 2228.1 unter anderem:

• 2 × 0 … 35 V DC Ausgangsspannung,
• 2 × 0 … 4 A Ausgangsstrom,
• 2 × 140 W Ausgangsleistung,
• Reihen- und Parallelschaltung der Ausgänge,
• Linearregelung,
• automatische Betriebszustandsumschaltung CV/CC,
• Spannungs- und Stromregelung,
• Kurzschlussfestigkeit,
• Temperaturüberwachung,
• erdfreien Ausgang,
• 4-mm-Apparateklemmen.

Für eine ±15-V-Versorgung

werden beide Ausgänge jeweils auf:

15 V

eingestellt und entsprechend der vorgesehenen Reihenschaltung verbunden.

Damit stehen an der Analogschaltung:

+15 V / 0 V / -15 V

zur Verfügung.

Auch andere symmetrische Versorgungsspannungen sind möglich

beispielsweise:

• ±5 V,
• ±10 V,
• ±12 V,
• ±15 V,
• ±24 V.

Die maximal zulässigen Ausgangsdaten und die Betriebsbedingungen des Gerätes sind dabei einzuhalten.

Keine Tracking-Funktion erforderlich

Der entscheidende Punkt für diese Anwendung ist nicht Tracking, sondern die von ICS ausdrücklich angegebene Möglichkeit, die beiden Ausgänge:

in Reihe

zu schalten.

Beide Spannungen werden beim 2228.1 für eine symmetrische Versorgung separat auf denselben Wert eingestellt.

Weitere Mehrfachquellen finden Sie unter Labornetzgeräte mit mehreren Ausgängen bei ICS Schneider.

Fazit

Eine symmetrische Versorgung für Analogschaltungen lässt sich mit einem geeigneten Zweikanal-Labornetzgerät relativ einfach erzeugen.

±15 V bedeutet drei Potentiale

+15 V / 0 V / -15 V

.

Zwei normale Gleichspannungsquellen reichen aus

Werden zwei dafür geeignete 15-V-Ausgänge in Reihe geschaltet, entsteht eine Gesamtspannung von 30 V.

Der Verbindungspunkt zwischen beiden Quellen bildet 0 V

Er wird mit der Masse beziehungsweise dem GND-Anschluss der Analogschaltung verbunden.

Tracking ist nur eine Komfortfunktion

Für die eigentliche Erzeugung einer symmetrischen Versorgung ist Tracking nicht notwendig.

Entscheidend ist die Freigabe für den Serienbetrieb

Nicht jedes Zweikanalnetzgerät darf beliebig in Reihe geschaltet werden.

Die Einzelspannungen müssen separat geprüft werden

30 V zwischen den Außenschienen allein beweisen noch keine korrekten ±15 V.

Die Strombegrenzung kann die Symmetrie beeinflussen

Erreicht ein Kanal sein Stromlimit, fällt seine Ausgangsspannung ab und die Versorgung wird unsymmetrisch.

0 V ist nicht automatisch Schutzleiter

Schaltungsmasse und PE müssen bewusst voneinander unterschieden werden.

Besondere Vorsicht gilt beim Oszilloskop

Die geerdete Tastkopfmasse kann eine unbeabsichtigte Verbindung zwischen einer Versorgungsschiene und PE herstellen.

Für die Praxis gilt

Versorgungsanforderung bestimmen → geeignetes Netzgerät mit ausdrücklich zulässigem Serienbetrieb verwenden → beide Kanäle auf denselben Spannungsbetrag einstellen → Strombegrenzungen passend wählen → Ausgänge in Reihe verbinden → Verbindungspunkt als 0 V definieren → positive und negative Versorgung jeweils gegen 0 V messen → Gesamtspannung kontrollieren → Erdungs- und Messkonzept prüfen → erst anschließend V+, GND und V- mit der Analogschaltung verbinden → beim Einschalten Ströme sowie CV-/CC-Zustand beider Kanäle beobachten.

FAQ: Symmetrische ±-Spannung mit dem Labornetzgerät

Wie erzeuge ich ±15 V mit einem Labornetzgerät?

Zwei dafür geeignete 15-V-Ausgänge werden in Reihe geschaltet. Der Verbindungspunkt zwischen beiden Quellen wird als 0 V definiert. Die beiden äußeren Anschlüsse liegen dann bei +15 V beziehungsweise -15 V gegenüber diesem Mittelpunkt.

Benötige ich dafür eine Tracking-Funktion?

Nein. Tracking erleichtert lediglich das gemeinsame Verändern beider Spannungen. Für eine feste symmetrische Versorgung können zwei separat einstellbare Ausgänge verwendet werden, sofern der Serienbetrieb ausdrücklich zulässig ist.

Was bedeutet Tracking bei einem Labornetzgerät?

Bei Tracking folgt ein Ausgang der Spannungseinstellung eines anderen Kanals. Dadurch können zwei gekoppelte Spannungen komfortabel gemeinsam verändert werden.

Was ist wichtiger: Tracking oder Serienbetrieb?

Für die Erzeugung einer ±-Versorgung ist die zulässige Reihenschaltung der Ausgänge entscheidend. Tracking ist lediglich eine zusätzliche Bedienkomfortfunktion.

Wie entstehen -15 V, wenn beide Netzteilausgänge positive Spannungen erzeugen?

Die negative Spannung entsteht durch die Wahl des Bezugspunktes. Wird der Verbindungspunkt zwischen zwei 15-V-Quellen als 0 V definiert, liegt der äußere Minusanschluss der zweiten Quelle relativ zu diesem Punkt bei -15 V.

Wie hoch ist die Spannung zwischen +15 V und -15 V?

Zwischen beiden äußeren Versorgungsschienen liegen 30 V.

Wie hoch ist die Gesamtspannung bei ±12 V?

Zwischen +12 V und -12 V liegen insgesamt 24 V.

Warum benötigt die Schaltung drei Leitungen?

Eine klassische symmetrische Versorgung besitzt eine positive Versorgung, einen gemeinsamen 0-V-Bezug und eine negative Versorgung.

Was wird mit dem GND-Anschluss der Platine verbunden?

Der Mittelpunkt zwischen den beiden in Reihe geschalteten Spannungsquellen wird mit dem GND- beziehungsweise 0-V-Anschluss der Platine verbunden.

Ist GND automatisch Schutzleiter?

Nein. Schaltungs-GND beziehungsweise 0 V und PE sind zunächst unterschiedliche elektrische Funktionen.

Muss der Mittelpunkt geerdet werden?

Nicht grundsätzlich. Ob eine Erdverbindung erforderlich ist, hängt von Schaltung, Netzgerät und Messaufbau ab.

Kann jedes Zweikanal-Labornetzgerät für ±15 V verwendet werden?

Nein. Der Hersteller muss den Serienbetrieb der betreffenden Ausgänge zulassen.

Warum muss ich die Herstellerangaben zum Serienbetrieb beachten?

Interne Masse- oder Erdverbindungen können eine Reihenschaltung verhindern oder zu Kurzschlüssen führen.

Was passiert, wenn beide Ausgänge auf 15 V eingestellt sind?

In geeigneter Reihenschaltung entstehen 30 V Gesamtspannung. Wird der Verbindungspunkt als 0 V definiert, ergeben sich daraus +15 V und -15 V.

Kann ich auch ±12 V erzeugen?

Ja. Dazu werden beide Ausgänge auf jeweils 12 V eingestellt.

Kann ich auch ±5 V erzeugen?

Ja, sofern sich beide Netzteilausgänge entsprechend einstellen lassen und die Anforderungen der Schaltung erfüllt werden.

Müssen beide Ausgänge exakt gleich eingestellt sein?

Für eine symmetrische Versorgung sollten die Beträge der positiven und negativen Versorgung entsprechend der geforderten Toleranz übereinstimmen.

Warum reicht eine Messung von 30 V zwischen den Außenschienen nicht aus?

Auch eine unsymmetrische Verteilung wie +10 V und -20 V ergibt insgesamt 30 V. Deshalb müssen beide Versorgungsschienen separat gegen den Mittelpunkt gemessen werden.

Müssen beide Versorgungsschienen denselben Strom liefern?

Nein. Viele Analogschaltungen belasten die positive und negative Versorgung unterschiedlich.

Was passiert, wenn ein Ausgang sein Stromlimit erreicht?

Der betreffende Kanal geht in den Konstantstrombetrieb und reduziert seine Ausgangsspannung. Dadurch kann die symmetrische Versorgung unsymmetrisch werden.

Was bedeuten CV und CC?

CV steht für Constant Voltage beziehungsweise Konstantspannungsbetrieb. CC steht für Constant Current beziehungsweise Konstantstrombetrieb.

Warum ist die Strombegrenzung bei der Erstinbetriebnahme sinnvoll?

Sie kann die Energie bei Kurzschlüssen, Verdrahtungsfehlern oder defekten Bauteilen begrenzen.

Warum funktioniert meine Analogschaltung nur mit einer Versorgungsschiene nicht?

Eine für symmetrische Versorgung ausgelegte Schaltung kann bei fehlender positiver oder negativer Schiene falsche Arbeitspunkte beziehungsweise Sättigungszustände erreichen.

Warum funktioniert die Schaltung nicht mehr, sobald ich ein Oszilloskop anschließe?

Bei vielen Tischoszilloskopen ist die Tastkopfmasse mit PE verbunden. Dadurch kann eine zusätzliche Erdverbindung im zuvor erdfreien Laboraufbau entstehen.

Kann die Oszilloskopmasse einen Kurzschluss verursachen?

Ja. Wird sie beispielsweise mit der negativen Versorgung verbunden, während der Mittelpunkt bereits geerdet ist, kann die negative Versorgung gegen Erde kurzgeschlossen werden.

Welches Netzgerät aus dem ICS-Portfolio eignet sich für diese Anwendung?

Der 2228.1 Gleichspannungsregler besitzt zwei regelbare Ausgänge mit jeweils 0…35 V DC / 0…4 A. ICS gibt ausdrücklich an, dass die Ausgänge in Reihe beziehungsweise parallel geschaltet werden können.

Kann der 2228.1 ±15 V erzeugen?

Ja. Werden beide dafür vorgesehenen Ausgänge jeweils auf 15 V eingestellt und korrekt in Reihe geschaltet, kann der Mittelpunkt als 0 V verwendet werden und es stehen +15 V und -15 V zur Verfügung.

Welche maximale Ausgangsspannung besitzt der 2228.1 pro Kanal?

Jeder der beiden Ausgänge ist von 0 bis 35 V DC einstellbar.

Welchen Strom liefert der 2228.1?

ICS gibt für beide Kanäle jeweils einen einstellbaren Ausgangsstrom bis 4 A an.

Ist der 2228.1 ein Linearregler?

Ja. ICS beschreibt das Gerät als Linearregler mit Spannungs- und Stromregelung.

Besitzt der 2228.1 CV- und CC-Betrieb?

Ja. Das Gerät besitzt eine automatische Betriebszustandsumschaltung zwischen Konstantspannungs- und Konstantstrombetrieb.

Ist der 2228.1 kurzschlussfest?

Ja. Dies wird in den technischen Produktdaten von ICS ausdrücklich angegeben.

Wo finde ich weitere Labornetzgeräte mit mehreren Ausgängen?

Weitere Geräte finden Sie unter Mehrfachquellen / Labornetzgeräte bei ICS Schneider.