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title: LM317 Spannungsregler Schaltung: 3 bewährte Aufbauten

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Einleitung

Der LM317 ist ein dreipoliger positiver Spannungsregler, der eine Ausgangsspannung von 1,2 bis 37 V und einen Laststrom von bis zu 1,5 A bereitstellen kann, ohne dass der Anwender für jede Zielspannung ein eigenes IC einkaufen muss. Die Onsemi-Datenblätter dokumentieren die interne Strombegrenzung, den Thermal Shutdown und die SOA-Kompatibilität, sodass die Komponente auch bei prototypischen Kurzschlüssen und hohen Temperaturverläufen heil bleibt. STMicroelectronics führt den gleichen Spannungs- und Strombereich, ergänzt um die typischen Werte für Temperaturbereich und Einbaurichtigkeiten, und macht die LM317-Variante so zu einem Langzeitlieferprodukt für hiesige Labore.

Weil der LM317 auf einer internen 1,25 V-Referenz basiert, genügt in der Praxis ein hochohmiger Divider, um jede Zielspannung im erlaubten Bereich einzustellen; die Floating-Architektur erlaubt es ausserdem, die Eingangsspannung relativ zum Ausgang zu verschieben und so auch Ausgänge zu treiben, die sich über das lokale Erdpotenzial hinaus bewegen. Dank dieser Flexibilität lässt sich der Regler in wenigen Minuten auf einem prototypischen _Breadboard_ aufbauen, etwa auf dem EB-015 Breadboard-Experimentierboard, das genügend Platz für die Passivkomponenten und eine kleine Kühlung bietet. Für mobile Messungen und schnelle Tests mit USB-Strom kann man den Ausgang zusätzlich über das EB-017 USB-5V/12V-Adapterkabel speisen, um aus einem 5‑V-/12‑V-Adapter ohne separates Netzteil eine regelbare Spannungsquelle zu erzeugen.

1. Klassischer Einstellregler (1,25 V bis 37 V)

Quelle: LM317 Standardschaltung

Das einfachste LM317-Design besteht aus dem Regler, einem festen Widerstand R1 zwischen Ausgang und Adjust und einem variablen Widerstand R2 vom Adjust zum Ausgang oder Masse. Die Formel ergibt sich aus der konstanten Referenzspannung Vref ≈ 1,25 V und dem Adjust-Strom Iadj, der in der Praxis nur 50–100 µA beträgt:


V_{out} = V_{ref} \cdot \left(1 + \frac{R_2}{R_1}\right) + I_{adj} \cdot R_2

Da Iadj sehr klein ist, reduzieren sich Berechnungen häufig auf die vereinfachte Gleichung Vout = 1,25 V·(1 + R2/R1). Die langjährigen Datenblätter von TI/Onsemi empfehlen R1 = 220 Ω bis 240 Ω, weil hier etwa 5 mA durch den Einstellwiderstand fliessen und der Regler stets ausreichend lastet. Zumeist ergänzt man R2 um ein 5‑kΩ‑Potentiometer und einen festen Serienwiderstand (z. B. 240 Ω), um einen undefinierten Rückstellwert zu unterdrücken.

Zur Stabilisierung sind ein Eingangs-Bypass von 0,1 µF und ein Ausgangselko (1–10 µF) nötig, besonders wenn der Regler weit vom Gleichrichter sitzt oder grosse Leitungsinduktionen auftreten. Wird der Adjust-Pin mit einem Kondensator gebypasst, verbessert sich die Ripple-Unterdrückung, es müssen aber Schutzdioden D1 (Output zu Input) und D2 (Output zu Adjust) ergänzt werden, damit aufgeladenen Kapazitäten nicht durch den LM317 entladen und dadurch zerstört werden. Ein typischer Aufbau ist schnell auf dem EB-015 Breadboard oder auf einer kleinen Lochrasterplatine aufgebaut; für den Mobilbetrieb empfiehlt sich das EB-017 USB-Adapterkabel zum schnellen Nachladen der Eingangsspannung.

Position	Bestückung	Bemerkungen
U1	LM317T (TO-220)	TO-220- oder D2PAK-Version mit Schraubfahne, auf Kühlkörper montieren; Kennwerte nach Onsemi.
R1	220–240 Ω 1 %	Stellt die Referenz mit etwa 5–6 mA sicher.
R2	5 kΩ Pot + 240 Ω	Ergibt ein stufenlos verstellbares 1,25–26 V; Potentiometer auf Masse, Serienwiderstand verhindert Mehrausgang unter Null.
C_IN	0,1 µF Keramik	Nah am Eingangsbein, reduziert HF-Instabilität.
C_OUT	1 – 10 µF (Alu/Tantal)	Verbessert transienten Verlauf, maximal 25 µF für Stabilität, parallel zusätzliche 0,1 µF zur HF-Unterdrückung.
D1	1N4001	Schutzdiode Output → Input bei Spannungsrückführung.
D2	1N4001	Schützt den Adjust-Pin, wenn Cadj entladen wird.
Kühlung	TO-220-Kühlkörper	65 °C/W (TO-220) bzw. 70 °C/W (D2PAK) Thermischer Widerstand laut Onsemi.

Weitere Tipps der Praxis: Halte die Programmierwiderstände möglichst kurz an den Pins, minimiere die Schleifenfläche der Eingangs-Bypässe und führe den Massepunkt von R2 direkt dort zur Last, wo die Verbraucheranschlüsse liegen – so wirkt die Regelung wie eine einfache Referenz mit Remote Sense.

2. Labor-Netzteil 0–30 V mit „Nullvolt“-Anlauf

Wenn die Standard-Schaltung trotz Potentiometer noch nicht bis 0 V regelt, setzt man zwei Zusatzbauteile ein: ein Netzwerk, das den Adjust-Pin um eine negative Referenz verschiebt, und eine Schutzdiode, die das ADJ-Kondensatorfach entlädt. TI beschreibt eine Referenzschaltung mit −10 V über R3, sodass der Ausgang sich bis auf 0 V absenken lässt. Die praktische Gleichung lautet dann


V_{out} = V_{ref} \cdot \left(1 + \frac{R_2 + R_3}{R_1}\right) - 10\,V

wobei R3 zusammen mit der negativen Schiene die Untergrenze verschiebt; ist die negative Versorgung nicht vorhanden, sorgt die Beschaltung für eine Begrenzung, damit sich die Ausgangsspannung nicht über etwa +10 V hinaus aufschaukelt. In der Praxis verwendet man R3 ≈ 680 Ω und eine Diode gegen +10 V, damit im Fehlerfall nicht unkontrollierte Spannungen entstehen – diese Werte stehen so auch in den TI-Anwendungsbeispielen.

Zusätzlich zum LM317 wird eine zweite Referenz (z. B. ein kleines negatives Netzteil oder eine einfache −10‐V‑Referenz über eine Zenerdiode) nötig, um den Adjust-Pin unter das Ausgangspotenzial zu ziehen. Schalttransistoren sorgen dafür, dass bei steigender Last die negative Referenz nicht aus dem Gleichgewicht gerät.

Position	Bestückung	Bemerkungen
U1	LM317T	Wie zuvor – Ausbau auf TO-220 mit Kühlkörper.
R1	240 Ω	Referenzbeet, begrenzt Iadj auf 5 mA.
R2	5 kΩ Pot + 240 Ω (oder fester Widerstand)	Einstellung der maximalen Spannung; Potentiometer in Reihe mit 240 Ω.
R3	680 Ω	Negativreferenz zum −10 V-Punkt (siehe TI-Beispiel).
D1	1N4002	Schutzdiode zwischen Ausgang und Adjust.
C_ADJ	10 µF	Bessere Ripple-Unterdrückung; bei Verwendung D2 nicht vergessen.
C_OUT	10–25 µF	Puffer fasst Lasttransienten ab.
C_IN	0,1 µF	Nähe Eingang.
Zusatz	−10 V Referenz/Transformator	einfache Hilfe durch Zener + OpAmp oder ein weiteres kleines Netzteil.

Diese Variante eignet sich besonders für ein 1–3 A Netzteil, wenn man eine grössere Eingangsspannung (z. B. 35 V) und einen kleinen Transistor als negative Referenz kombiniert. Der Regler kann so – dank interner SOA und der zusätzlichen negativen Schiene – bei Vollaussteuerung bis 30 V liefern, ohne dass die Ausgangsdiode gegen den Regler arbeitet.

3. Konstantstromquelle und LED-Treiber

Quelle: LM317 als Konstantstromquelle

Baut man die LM317-Schaltung so um, dass der Ausgang direkt mit dem Adjust-Pin verbunden ist, entsteht eine Konstantstromquelle. Im Betrieb hält der Regler konstant 1,25 V über dem Sense-Widerstand Rs, sodass


I_{out} = \frac{1{,}25\,V}{R_s}

gilt. Die Regelung sinkt den Ausgang auf das jeweilige Batteriespannungsniveau, solange der Dropout (≈3 V) eingehalten wird. Durch die Series-Schaltungen aus Elektronikseiten lässt sich so z. B. ein LED-Treiber mit 350 mA realisieren, wobei Rs = 3,3 Ω / 1 W verwendet wird.

Position	Bestückung	Bemerkungen
U1	LM317	Standardregler, gleiche Kühlung empfehlen.
Rs	3,3 Ω – 10 Ω, 2–5 W	Bestimmt den Strom; grösserer Wert = weniger Strom, mehr Verlust.
D1	1N4002	Verhindert Rückstrom zur Adjust-Kapazität.
C_IN	0,1 µF	Wie zuvor nötig.
C_OUT	1–10 µF	Glättet das Transientenverhalten.
LED-String	je nach Anwendung	Der Strom bleibt konstant, die Spannung ist frei wählbar solange das Vin-Vo-Differential passt.

Für Labormessungen ist eine parallele Anzeige mittels eines Shunts (Ammeter) auf der Eingangsseite praktisch; so kann der Spannungsverlust im LM317 schnell abgeschätzt werden, ohne das Messobjekt zu beeinflussen.

Zusätzlich kalibrieren viele Anwender das Potentiometer, bevor der Regler in ein Gehäuse wandert: Die Formel der Elektronik‑DIY-Anleitung hilft dabei, eine maximale Spannung (z. B. 30 V) bei gedrehtem Widerstand und 1,25 V am anderen Ende festzulegen. Ein 240‑Ω-Vorwiderstand in Serie zum Potentiometer verhindert, dass die Einstellung jemals unter die Referenz fällt, und macht die Regelung reproduzierbar.

Thermik und Betriebssicherheit

Der wichtigste Engpass beim LM317 ist die Verlustleistung. Bei 1 A und Vin−Vout = 10 V gehen schon 10 W als Wärme verloren. Die Datenblätter nennen eine thermische Resistenz von ca. 65 °C/W (TO-220) bzw. 70 °C/W (D2PAK). Schon ein Watt Verlust hebt die Chip-Temperatur um 65 °C an, deshalb empfehlen die Hersteller immer einen Kühlkörper mit ausreichend Fläche und ggf. einen Ventilator. Gleiches gilt für die Onsemi-Variante mit interner Abschaltung: Wird der Wärmeweg über die Platine schlecht, schaltet die Schutzschaltung den Ausgang bei ca. 150 °C ab.

Der LM317 arbeitet mit einem Dropout von etwa 3 V, in warmen Umgebungen kann dieser Wert bis 3,5 V steigen. Liegt eine grosse Spannungsdifferenz zwischen Eingang und Ausgang vor, braucht man eine gute Kühlung und ggf. eine vorzuschaltete Vorreglung, um die Verlustleistung zu verteilen. Diese Wärmeentwicklung erklärt auch die niedrige Effizienz linearer Regler und unterstreicht, warum die Differenzspannung möglichst klein gehalten werden sollte.

Zum Layout empfehlen die Fachseiten:

Leiterbahnquerschnitte so wählen, dass sie den erwarteten Laststrom mit minimalem Spannungsabfall tragen.
Eingangs- und Ausgangskondensatoren nahe an den Pins platzieren und deren Schleifenfläche minimieren.
Metallfahnen mit Isolatorkit montieren, wenn der Kühlkörper geerdet ist, denn die Metalllasche führt zwangsläufig die Ausgangsspannung.
Eine ausreichende Sicherung vor den Regler setzen (z. B. 1 A träge), um bei Kurzschluss nicht nur den LM317, sondern auch das Netzteil zu schützen.

Die drei hier vorgestellten Aufbauten decken die gängigen Bedürfnisse eines Labors oder Anfänger‑Workshops ab: Die klassische Einstellschaltung liefert schnell jeden Wert zwischen 1,25 V und dem Maximum, das 0–30 V-Netzteil erlaubt niedrigste Spannungen für Sensoren, und die Konstantstromquelle schützt LEDs oder empfindliche Lasten mit definiertem Strom. Wer mehrere dieser Module im Gehäuse ökonomisch montiert, profitiert von den eingebauten Stromschutz‑/Thermalschaltungen des LM317 sowie von den Heatsink‑ und Sicherungshinweisen aus Praxisleitfäden, um die Betriebsgrenzen der Datenblätter einzuhalten.

Weiterführende Anleitungen

Bildquellen

Quellen

Onsemi LM317 Datasheet, Application Recommendations für Theorie, Strombegrenzung und Thermik.
STMicroelectronics Produktseite mit Übersicht von 1,2–37 V, 1,5 A und Package-Infos.
TI Application Note 8.3.1 „0 V to 30 V“-Regler mit −10 V Referenz.
TI-Anwendungsbeispiel inklusive R3 = 680 Ω und Schutzdiode.
TI/Analog-Dokumentation zu Konstantstrom, Dropout und Bandgap-Referenz.
Electronics-notes: Schaltungstipps, Kaps, Schutzdioden, 0–30 V-Formel sowie Fail-Safe-Design.
Zbotic: Praktischer Leitfaden, Formeln, Schutzmassnahmen und aktuelle Sicherheitsnotizen für Hobbyisten.
Electronics-DIY: Beispielnetzteil mit 1,25–37 V, R1 ∼230 Ω und Berechnungen für R2.
Electronic-Circuits: Schaltung, Bauteilliste und Hinweise zu R2/Eingangskondensatoren.
Electronics-diy Variable Power Supply: Typische Einstellwerte, Formel und Hinweise zu Potentiometern für 1–37 V.
Electronics-diy (alternativ) für R1/R2-Verhältnis und Lastverhalten.
Wikipedia-Artikel zum LM317 mit Übersichten über 0–30 V- und Strombegrenzungsschaltungen.