Wenn Sie wissen wollen, wie ein Transistorregler prinzipiell funktioniert und wie man ihn testen kann, sind Sie hier richtig.

zuletzt geändert am 2. 11. 2001

Bauteil

Regelung

Spannungregler mit Kohlebürstenbilden meist ein kompaktes Bauteil, das direkt auf oder unter dem Schleifringlagerschild verbaut wird und meist leicht zu wechseln ist. Der Verschleiß an den Kohlebürsten ist so gering, dass das Teil meist ein Autoleben lang nicht getauscht werden muss. Der Spannungsregler ist wartungsfrei und nur im Falle eines Defekts fällt er überhaupt auf.

Die Aufgabe des Reglers ist es, die Bordnetzspannung unter allen Betriebsbedingungen unter 14,4V zu halten, also unterhalb der Gasungsspannung des Akkus. Der ungeregelte Kfz-Generator erzeugt bei geringer Belastung und hohen Drehzahlen durchaus bis zu 40V Spannung, wodurch nicht nur der Akku in kürzester Zeit zerstört wird.

In Schaltplänen wird der Spannungsregler mit dem abgebildeten Symbol dargestellt. Die Anschlüsse scheinen klar D+, DF (Dynamo Feld) und D- zu sein, schwierig wird´s erst, wenn man am realen Bauteil die Anschlüsse bestimmen muss.

Die nebenstehende Schaltung zeigt, dass der Erregerstrom im Normalbetrieb (Motor läuft) aus den Ständerwicklungen (10) kommt, über die Dioden (22, 23, 24) an D+ (4) fließt, und weiter über die Erregerwicklung zum Anschluss DF (2) des Reglers um diesen am D- Anschluss (3 ) nach Masse zu verlassen. Der Stromkreis wird durch die Dioden (19, 20, 21) zu den Ständerwicklungen geschlossen.

Die Erklärung der gesamten Schaltung findet man unter Generatorinnenschaltung

Bauteil

Regelung

Reglertest

Die Prinzipschaltung des Transistorreglers zeigt die linke Abbildung. Dabei wird nur die Grundfunktion der Spannungsregelung gezeigt. Diese soll nun näher erklärt werden:

Zunächst eine Liste der Komponenten und ihrer jeweiligen Funktionen im Regler:

Komponente	Funktion	Erläuterung
Widerstand R₁	R₁ begrenzt den Basisstrom durch T₁ und den Strom durch die Zenerdiode D₁.	Beide Ströme sind natürlich identisch! Wenn die Zenerspannung überschritten wird, leitet die Zenerdiode in Sperrichtung und der Strom fließt von D+ über R₁ und D₁ weiter an die Basis von T₁ und über den Emitter von T₁ an D- (=B- / 31).
Widerstand R₂	R₂ begrenzt den Arbeitsstrom durch T₁ oder den Basis durch die T₂.	Der Arbeitsstrom von T₁ fließt von D+ über R₂ durch Kollektor und Emitter von T₁ nach D-. Der Basisstrom von T₂ fließt von D+ über R₂ durch die Basis und Emitter von T₂ nach D-. Unter keiner Bedingung fließen diese beiden Ströme gleichzeitig, sondern immer nur einer von beiden.
Widerstand R₃	R₃ bildet gemeinsam mit R₁ einen Spannungsteiler (siehe Reihenschaltung).	Die gerade anliegende Spannung zwischen D+ und D- wird von den beiden Widerständen aufgeteilt in zwei Teilspannungen deren Verhältnis gleich dem Widerstandsverhältnis ist.
Z-Diode D₁	D₁ bildet mit dem Spannungsteiler den Sollwert der Regelung.	T₁ sperrt solange sein Basisstrom nicht fließen kann. Dieser kann nur fließen, wenn an der Z-Diode die Zenerspannung überschritten ist. Somit hängt der Zustand T₁ (sperrt oder durchlässig) von folgenden Größen ab: Zenerspannung der Z-Diode augenblicklichen Spannung zwischen D+ und D- Spannungsteilerverhältnis zwischen R₁ und R₃
Transistor T₁	T₁ ist sozusagen der Steuertransistor für T₂	Denn wenn gerade T₁ Strom vom Kollektor zum Emitter durchlässt, ist die Spannung zwischen den Punkten 2 und 3 und ebenso die Spannung zwischen den Punkten 2 und 4 viel zu klein (<0,7V), als dass der Basisstrom von T₂ fließen könnte. Wenn T₁ durchlässt, sperrt T₂. Aber wenn gerade T₁ Strom vom Kollektor zum Emitter sperrt, ist die Spannung zwischen den Punkten 2 und 3 und ebenso die Spannung zwischen den Punkten 2 und 4 groß genug (>=0,7V), so dass der Basisstrom von T₂ fließen kann. Wenn T₁ sperrt, ist T₂ durchlässig.
Transistor T₂	T₁ ist sozusagen der Steuertransistor für T₂	Denn wenn gerade T₁ Strom vom Kollektor zum Emitter durchlässt, ist die Spannung zwischen den Punkten 2 und 3 und ebenso die Spannung zwischen den Punkten 2 und 4 viel zu klein (<0,7V), als dass der Basisstrom von T₂ fließen könnte. Wenn T₁ durchlässt, sperrt T₂. Aber wenn gerade T₁ Strom vom Kollektor zum Emitter sperrt, ist die Spannung zwischen den Punkten 2 und 3 und ebenso die Spannung zwischen den Punkten 2 und 4 groß genug (>=0,7V), so dass der Basisstrom von T₂ fließen kann. Wenn T₁ sperrt, ist T₂ durchlässig.
Diode D₂	D₂ ist eine Löschdiode oder Kurzschlussdiode	Für den Erregerstrom bildet die Diode eine Sperre.Er kann nicht direkt von D+ über D₂ nach DF fließen, sondern muss sich über die parallel zu D₂ geschaltete Erregerwicklung quälen und dort ein Magnetfeld erzeugen. Wenn T₂ den Erregerstrom unterbricht, bricht in der Erregerwicklung das Magnetfeld rasch zusammen. Durch Selbstinduktion erzeugt die Erregerwicklung in diesem Moment eine Spannung von durchaus mehr als 30V, die auch noch der ursprünglich angelegten Spannung entgegengesetzt gerichtet ist. Die Erregerwicklung wird also zu einer Spannungsquelle. Der entstehende Spannungsimpuls bzw. der damit verbundene Strom kann die nun in Durchlassrichtung wirkende Diode D₂ passieren und es gibt einen Kurzschlussstromkreis zwischen den Erregerwicklungsanschlüssen und denen der Diode D₂. Die Löschdiode schützt damit das Bordnetz vor hohen und falsch gepolten Spannungsimpulsen beim Abschalten des Erregerstroms.

Hier eine schematische Beschreibung des Regelvorgangs:

Generatorspannung unter der Regelspannung (U <14,4V)
Þ Spannung zwischen D+ und D- ist auch unter 14,4V.
Þ Z-Diode sperrt, da die Zenerspannung nicht erreicht wird
Þ Durch T₁ kann kein Basisstrom fließen.
ÞT₁sperrt
Þ die Spannung zwischen Punkt 2 und Punkt 4 ist hoch (>0,7V)
Þ der Basisstrom von T₂ fließt
Þ der Arbeitsstrom von T₂ (= Erregerstrom) fließt .
Þ das Magnetfeld im Generator wird kräftiger
Þ die Generatorspannung steigt.

ÞGeneratorspannung größer als die Regelspannung (U >14,4V)
Þ Spannung zwischen D+ und D- ist auch größer als 14,4V.
Þ Z-Diode lässt durch, da die Zenerspannung erreicht wird
Þ Durch T₁ kann der Basisstrom fließen.
ÞT₁ lässt seinen Arbeitsstrom durch
Þ die Spannung zwischen Punkt 2 und Punkt 4 ist fast 0V (<0,7V)
Þ der Basisstrom von T₂ kann nicht fließen.
Þ der Arbeitsstrom von T₂ (= Erregerstrom) ist gesperrt.
Þ das Magnetfeld im Generator bricht zusammen
Þ die Generatorspannung sinkt.
...

Dieser Regler unterscheidet sich vom oben gezeigten durch:

Widerstand 4. Durch diesen Widerstand wird die Basis von T₁ auf Masse gezogen, sobald die Zenerspannung unterschritten wird. T₁ sperrt sauberer.
T₃.T₂ und T₃bilden ein Darlington- Paar, eine häufig verwendete Schaltung bei Leistungsendstufen.

Ansonsten sind die Grundfunktion und der Regelvorgang genau so wie oben beschrieben.

Selbstverständlich lässt sich ein Transistorregler auch aus pnp-Transistoren aufbauen.

Weitere Funktionen von Kfz-Spannungsreglern:

Anpassung der Regelspannung an die Temperatur:
Bei niedrigen Temperaturen gast der Akku erst bei höheren Spannungen als bei hohen Temperaturen.
Daher wird im Regler ein Temperatursensor eingebaut, der die Regelspannung entsprechend anpasst.