Viele elektronische Bauteile und Schaltungen benötigen eine präzise Spannungsversorgung. Schwankungen können zu Fehlfunktionen führen oder sogar permanente Schäden an Bauelementen verursachen. Spannungsregler gewährleisten eine stabile Spannung und schützen so empfindliche Komponenten.

Spannungsregler sind zudem entscheidend für die Leistung und Zuverlässigkeit vieler elektronischer Systeme. Dazu zählen insbesondere präzise analoge und digitale Schaltungen und Systeme, die auf Mikrocontrollern basieren. Weiterer Vorteil: Sie ermöglichen Schaltungen mit Mehrfachspannungen aus einer einzigen Spannungsquelle.

Bei Batterien, Akkus und Netzgeräten kann sich über die Zeit und unter wechselnden Lastbedingungen die Stromabgabe ändern. Auch hier helfen Spannungsregler – sie sorgen für das Energiemanagement, können Änderungen ausgleichen und eine gleichmäßige Versorgungsspannung für das angeschlossene Gerät liefern. Nicht zuletzt lassen sich über die Regler Geräte mit unterschiedlichen Netzspannungen betreiben, und zwar weltweit ohne Anpassungen oder zusätzliche Schutzmaßnahmen.

Basis eines negativen linearen Spannungsreglers ist ein Regelverstärker, der die Spannung am Ausgang überwacht und mit der gewünschten Referenzspannung vergleicht. Weicht der Output vom Sollwert ab, passt der Regelverstärker den Stromfluss durch den Regler an. Dieser Ablauf geschieht kontinuierlich.

Für den Vergleich benötigt der Regler natürlich eine stabile Referenzspannung. Die wird oft intern durch eine Zenerdiode erzeugt. Sie liefert eine präzise und stabile Spannung über einen weiten Bereich. Eine Transistor-Leistungsstufe steuert schließlich den Ausgangsstrom. Durch das Anpassen des Widerstands dieses Transistors kann der Regler die Spannungsdifferenz zwischen Eingang und Ausgang kontrollieren, was zu einer stabilen Ausgangsspannung führt.

Damit das Bauteil oder die angeschlossene Schaltung durch Überstrom oder Überhitzung nicht beschädigt wird, sind negative Festspannungsregler mit Schutzmechanismen ausgestattet. Dazu gehören eine Strombegrenzung am Ausgang und ein thermischer Schutz, der das Bauteil bei Überhitzung automatisch abschaltet.

Obwohl Negativregler als eigenständige Bauelemente funktionieren können, werden in der Praxis oft externe Kondensatoren für Ein- und Ausgang verwendet. Diese Kapazitäten glätten die Spannung am Eingang und stabilisieren die Ausgangsspannung, indem sie transiente Laständerungen abfangen.

Lineare Spannungsregler und Schaltregler unterscheiden sich erheblich in ihrer Funktionsweise, Effizienz, Komplexität und in den Anwendungen, für die sie am besten geeignet sind. So reduzieren die Eingangsspannung auf die gewünschte Ausgangsspannung durch eine kontinuierliche Abgabe von Energie in Form von Wärme. Intern wird dazu meist ein Transistor verwendet, der in seiner linearen Betriebsregion arbeitet, um die Differenz zwischen Ein- und Ausgangsspannung zu verringern. In der Regel benötigen Spannungsregler daher bei Leistungen ab etwa 1 Ampere einen Kühlkörper. 

Die Effizienz eines geradlinig arbeitenden Spannungsreglers hängt von der Differenz zwischen Ein- und Ausgangsspannung sowie vom Laststrom ab. Generell sind sie weniger effizient als Schaltregler, besonders bei großer Spannungsdifferenz und hohem Strom, da die überschüssige Energie wie erwähnt als Wärme abgeführt wird. Linearregler sind aber einfacher aufgebaut und in der Regel kostengünstiger als Schaltregler. Sie benötigen weniger externe Komponenten und sind einfacher zu implementieren. Außerdem bieten sie eine sehr glatte Ausgangsspannung mit geringem Rauschen. Sie sind daher ideal für empfindliche Analogschaltungen und Anwendungen mit niedrigem Strombedarf.

Schaltregler wandeln dagegen die Eingangsspannung in eine Ausgangsspannung um, indem sie die Eingangsspannung über einen Transistor sehr schnell ein- und ausschalten. Es entsteht dabei eine gepulste Spannung. Die Energie wird durch induktive und kapazitive Bauelemente wie Spulen und Kondensatoren gefiltert und gespeichert. Über das Tastverhältnis lässt sich die Spannung am Ausgang steuern.

Schaltregler sind in der Regel deutlich effizienter, besonders bei großen Spannungsdifferenzen und hohen Strömen, da sie Energie eher umwandeln als in Wärme abgeben. Sie sind allerdings komplexer im Design und teurer in der Herstellung. Grund: Sie benötigen mehr externe Komponenten. Dazu zählen beispielsweise Induktivitäten, Kondensatoren und Dioden. Die Spannungsregelung über einen schnell schaltenden Transistor kann überdies elektrisches Rauschen und Störungen generieren, in bestimmten Anwendungen wäre das problematisch. Für Anwendungen, die eine sehr geringe Rauschspannung erfordern oder bei denen die Effizienz weniger kritisch ist, sind lineare Festspannungsregler daher oft die bessere Wahl. Kommt es auf hohe Effizienz an – besonders bei Batteriebetrieb oder der Verarbeitung großer Spannungs- oder Strombereiche –, sind Schaltregler im Allgemeinen vorzuziehen.