Integrierte Spannungsregler Ein Spannungsregler für Generationen – der LM723

Ob Labornetzteil, Messgerät oder Industrieelektronik – der LM723 prägte über Jahrzehnte hochwertige lineare Netzteile und wurde zu einem der bedeutendsten Spannungsregler seiner Zeit. In der Rubrik Der Blick zurück tauchen wir in diese Geschichte ein.

Es gibt Bauteile, die weit über ihre eigentliche Funktion hinaus Geschichte geschrieben haben. Der LM723 gehört zweifellos dazu. Über Jahrzehnte bildete der ursprünglich als µA723 entwickelte Spannungsregler das Herz unzähliger Labornetzteile, Messgeräte und industrieller Stromversorgungen. Mit seiner Kombination aus Präzision, Flexibilität und Robustheit setzte er einen Maßstab für lineare Netzteile – und prägte Generationen von Entwicklern.

Die technischen Daten

Für seine Zeit bot der LM723 eine beeindruckende Ausstattung. Die interne Referenzspannung von typischerweise 7,15 V zeichnete sich durch eine hohe Langzeitstabilität und geringe Temperaturdrift aus – entscheidende Voraussetzungen für präzise lineare Netzteile. Ein integrierter Fehlerverstärker ermöglichte die Regelung von Ausgangsspannungen zwischen etwa 2 und 37 V, während Versorgungsspannungen bis 40 V verarbeitet werden konnten.

Der interne Serienregler war für Ausgangsströme bis etwa 150 mA ausgelegt. In den meisten Anwendungen diente er jedoch lediglich als Treiber für einen oder mehrere externe Leistungstransistoren, wodurch sich Netzteile mit mehreren Ampere Ausgangsstrom realisieren ließen. Ergänzt wurde dies durch eine integrierte Strombegrenzung, die sich sowohl als Konstantstrom- als auch als Foldback-Schutzschaltung auslegen ließ. Für eine optimale Regelstabilität standen zudem Anschlüsse zur Frequenzkompensation zur Verfügung – ein Detail, das den LM723 besonders für anspruchsvolle Netzteilentwicklungen attraktiv machte.

Ein neuer Ansatz für geregelte Netzteile

Als Fairchild Semiconductor den µA723 im Jahr 1967 vorstellte, bestanden viele geregelte Netzteile noch aus diskreten Transistoren, Zenerdioden und zahlreichen Einzelbauteilen. Für präzise Ausgangsspannungen mussten Entwickler komplexe Schaltungen entwerfen und aufwendig abgleichen.

Der von Analog-Pionier Robert „Bob“ Widlar entwickelte µA723 verfolgte einen anderen Ansatz. Er integrierte nahezu alle wesentlichen Funktionen eines linearen Spannungsreglers in einem einzigen IC: eine hochgenaue Referenzspannungsquelle, einen Fehlerverstärker, eine Strombegrenzung sowie einen Ausgangstreiber. Dadurch reduzierte sich der Entwicklungsaufwand erheblich, ohne auf Flexibilität verzichten zu müssen.

Mehr als ein Spannungsregler

Der LM723 wird häufig als Spannungsregler bezeichnet. Tatsächlich handelt es sich jedoch eher um einen universell einsetzbaren Regler-Baustein. Anders als moderne integrierte Spannungsregler gibt er weder eine feste Ausgangsspannung noch eine weitgehend vorgegebene Leistungstopologie vor. Stattdessen stellt er mit Spannungsreferenz, Fehlerverstärker, Ausgangstransistor und Strombegrenzung die wesentlichen Funktionsblöcke einer linearen Regelung bereit. Wie diese miteinander verschaltet und durch externe Komponenten ergänzt werden, bestimmt die konkrete Anwendung.

Die interne Referenz liefert rund 7,15 V, während ein integrierter Fehlerverstärker die Ausgangsspannung mit dieser Referenz vergleicht. Über externe Widerstände kann nahezu jede gewünschte Ausgangsspannung eingestellt werden. Der interne Leistungstransistor liefert zwar nur etwa 150 mA, lässt sich jedoch problemlos durch externe Leistungstransistoren ergänzen. Dadurch entstanden Netzteile mit Ausgangsströmen von mehreren Ampere oder sogar im zweistelligen Bereich.

Diese Architektur machte den LM723 außergewöhnlich flexibel. Entwickler konnten ihn sowohl für niedrige als auch hohe Ausgangsspannungen, für positive oder negative Regler sowie für unterschiedlichste Strombegrenzungskonzepte einsetzen.

Der eigentliche Erfolg des LM723 lag nicht darin, dass er der erste einstellbare Spannungsregler war. Bereits zuvor existierten diskrete sowie erste integrierte Lösungen für einstellbare Spannungsregler. Der LM723 kombinierte jedoch erstmals eine hohe Präzision, Flexibilität und universelle Einsetzbarkeit in einem breit verfügbaren Standardbaustein.

Besonders fortschrittlich war die integrierte Strombegrenzung. Neben einer klassischen Konstantstrombegrenzung unterstützte der LM723 auch eine sogenannte Foldback-Strombegrenzung. Im Kurzschlussfall sinkt der maximal zulässige Strom zusätzlich ab, wodurch sich die Verlustleistung des Leistungstransistors deutlich reduziert. Dieses Konzept wurde später in zahlreichen linearen Netzteilen übernommen.

Der Standard in Labornetzteilen

In den 1970er- und 1980er-Jahren entwickelte sich der LM723 praktisch zum Industriestandard für hochwertige lineare Netzteile. Zahlreiche Laborstromversorgungen, industrielle Stromversorgungen, Ladegeräte sowie Messgeräte basierten auf diesem Baustein.

Seine Popularität verdankte der LM723 seiner hohen Regelgenauigkeit und der geringen Ausgangswelligkeit. Hinzu kamen die flexibel einstellbare Ausgangsspannung, die integrierte Strombegrenzung sowie die Möglichkeit, den internen Ausgangstreiber mit externen Leistungstransistoren für deutlich höhere Ausgangsströme zu erweitern. Diese Kombination machte den Baustein über Jahrzehnte zur bevorzugten Lösung für anspruchsvolle lineare Netzteile.

Der Konkurrent: LM317

Mit der Einführung des LM317 Mitte der 1970er-Jahre änderte sich der Markt. Der neue Regler benötigte lediglich zwei Widerstände zur Einstellung der Ausgangsspannung und eignete sich hervorragend für Standardanwendungen.

Der LM723 blieb dennoch attraktiv, wenn hohe Genauigkeit, komplexe Strombegrenzungen oder größere Ausgangsleistungen gefragt waren. Viele professionelle Labornetzteile setzten deshalb noch lange auf den älteren Baustein, obwohl einfachere Anwendungen längst mit LM317 oder späteren LDO-Reglern realisiert wurden.

Ein Stück Analoggeschichte

Heute wirkt der LM723 beinahe aus der Zeit gefallen. Moderne Schaltregler erreichen je nach Topologie und Anwendung Wirkungsgrade von über 95 %, benötigen nur wenige externe Bauteile und integrieren zahlreiche Schutzfunktionen.

Trotzdem gehört der LM723 zu den prägenden Analog-ICs der Halbleitergeschichte. Seine Langlebigkeit zeigt, wie ausgereift das ursprüngliche Konzept war. Dass der Baustein auch fast sechs Jahrzehnte nach seiner Einführung noch erhältlich ist, spricht für die Qualität seines Designs.

In einer Reihe mit dem µA741 als Operationsverstärker oder dem NE555 als Timer steht der LM723 für eine Generation analoger Schaltungen, die die Elektronikentwicklung nachhaltig geprägt haben. Für viele Ingenieure war er der erste Baustein, mit dem sich ein wirklich leistungsfähiges, präzises Labornetzteil realisieren ließ – und genau deshalb gilt der LM723 bis heute als Meilenstein der Stromversorgungstechnik. (mr)

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