Tricky Circuit

Zenerdiode und Strombudget

Eine Diode hält die Spannung

Eine Zenerdiode arbeitet im Rückwärtsdurchbruch, wo sich ihre Spannung in einem festgelegten Strombereich nur wenig ändert. Ein Parallelregler legt sie parallel zur Last; ein Serienwiderstand begrenzt den Strom, der sich auf Last und Diode verteilt.

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EXPERIMENTIERTISCH

Ändere die Schaltungseinstellungen, sage die Messwerte voraus und prüfe eine Aufgabe. Dies sind Lernmodelle; die Annahmen werden in jeder Lektion erklärt.

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Warum es funktioniert

Ideale feste 5.1-V-Begrenzung bei ausreichendem Strom. Ohne Kennlinienknie, Toleranz, Erwärmung oder Ausfall; echte Bauteile haben Mindeststrom und Leistungsgrenzen.

Vs ist Versorgung, R Serienwiderstand und RL Lastwiderstand. Beim Regeln: Is = (Vs − 5.1)/R, IL = 5.1/RL, Iz = Is − IL. Is ist Versorgungsstrom, IL Laststrom, Iz Zenerstrom; Widerstandsleistung = Is²R. Reicht der Strom nicht, fällt der Ausgang unter 5.1 V.

Schwierigkeit
  1. Aufbauen · Aufbauen

    Einschalten bei 9 V mit Serienwiderstand 330 Ω und Last 1 kΩ. Lies 5.1 V und positiven Zenerstrom.

    Brauchst du einen Tipp?

    Vs = 9 V; R = 330 Ω; RL = 1 kΩ → 5.1 V; 6.718 mA

  2. Erforschen · Eine Größe ändern

    Halte bei Versorgung 6 V und Last 1 kΩ die 5.1 V mit Zenerstrom 2–10 mA.

    Brauchst du einen Tipp?

    Vs = 6 V; R = 100 Ω; RL = 1 kΩ → 5.1 V; 3.9 mA

  3. Selbst lösen · Aufgabe lösen

    Halte bei Versorgung 12 V und Last 500 Ω die 5.1 V mit Zenerstrom 5–15 mA und Widerstandsleistung höchstens 0.2 W.

    Brauchst du einen Tipp?

    Vs = 12 V; R = 330 Ω; RL = 500 Ω → 10.709 mA; 0.144 W

Zusatzwissen und Schaltungsrezepte

Eine Diode hält die Spannung

Ein nützliches Muster

Bei gleicher Versorgung und gleichem Serienwiderstand nimmt zusätzlicher Laststrom zunächst Strom weg, der durch die Zenerdiode floss.

Außerhalb des Modells

Auch ohne nutzbare Last kann ein Parallelregler Strom verbrauchen: Die Diode übernimmt das ungenutzte Strombudget.

Eine typische Falle vermeiden

Eine 5.1-V-Zenerdiode erzeugt keine 5.1 V aus einer kleineren Versorgung und regelt keinen unbegrenzten Laststrom.

Die Regelung hält noch; der Lastwiderstand wird kleiner. Der Zenerstrom…

  1. sinkt
  2. steigt
  3. muss negativ werden
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Die Last nimmt mehr vom verfügbaren Strom, sodass weniger für die Diode bleibt.

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