Z-Diode

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Z-Diode bzw. Zener-Diode

Z-Diode Kennlinie - Funktionsweise

Die Z-Diode hat eine U(I)-Kennlinie, welche dem Buchstaben "Z" ähnelt. Anders wie bei "normalen" Gleichrichterdiode wird die Z-Diode in Sperrbereich betrieben.  Bei Erreichen einer bestimmten Durchbruchsspannung tritt der Zener- Effekt und der Lawinen-Effekt auf, bei dem der Strom schlagartig zunimmt, ohne dass dabei die Z-Diode zerstört wird. In Durchlassrichtung arbeitet die Z-Diode wie ein normale Diode.

Z-Diode bzw. Zener-Diode Kennlinie

Z-Diode bzw. Zener-Diode Kennlinie


Z-Diode zur Spannungsstabilisierung

Eine häufige Anwendung der Z-Diode ist die Spannungsstabilisierung. Die Schaltung wandelt eine schwankende  Eingangsspannung UEin in eine stabile Ausgangsspannung UAus um. Nachfolgend die Grundschaltung:

Spannungsstabilisierung mit Z-Diode

Spannungsstabilisierung mit Z-Diode

Der Vorwiderstand RV dient als Schutz vor einem überhöhten Strom, welche die Z-Diode zerstören könnte. Will man RV berechnen, dann muss man zwei Worst-Case betrachten:

Worst-case 1: Die Eingangsspannung steigt auf ihren höchsten Wert UE max und die Schaltung wird gleichzeitig mit dem minimalsten Ausgangsstrom IL min belastet (damit muss gleichzeitig der maximale Strom durch die Z-Diode fließen).

Berechnung Z-Diode Spannungsstabilisierung

Worst-case 2: Die Eingangsspannung sinkt auf ihren niedrigsten Wert UE min und die Schaltung wird gleichzeitig mit dem maximalen Ausgangsstrom IL max belastet (damit muss gleichzeitig der minimale Strom durch die Z-Diode fließen). 

Berechnung Z-Diode zur Spannungsstabilisierung 2


Datenblattauszug Z-Diode

Datenblatt Z-Diode Übungsaufgabe

Datenblatt Z-Diode Übungsaufgabe

Bemerkung: Falls wie hier, der minimale Z-Strom nicht im Datenblatt angegeben ist, gilt die Fausregel:

       IZmin = 0,1 IZmax

 


Übungsaufgabe

Gegeben ist nachfolgende Schaltung. Die Messgrößen sind wie folgt: UV schwankt zwischen 29 und 32 V. Der Laststrom schwankt zwischen 5 mA und 22 mA. Die Zenerspannung kann als konstant angenommen werden. 

Z-Diode Übungsaufgabe

Z-Diode Übungsaufgabe

  1. Berechnen Sie den Widerstand R1 und wählen Sie diesen aus der E12-Reihe. Für welche Leistung muss dieser Widerstand ausgelegt sein?
  2. Welcher Auswirkungen hat es, wenn dieser Widerstand zu klein oder zu groß ausgelegt wird?

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