Abbildung 1 Typische Zenerdiodenschaltung.
Aktualisiert, überarbeitet Oktober 2016. Hier wird die grundlegende Funktionsweise von Zenerdioden und ihre Verwendung als Spannungsregler behandelt. Sie werden in Verbindung mit gewöhnlichen bipolaren Transistoren verwendet, um den Ausgangsstrom zu erhöhen, und können von Studenten und Bastlern für reale Spannungsregler verwendet werden. Das Folgende dient nur zu Informationszwecken und ist ohne Gewähr.
Verwandt – Experimente mit TL431A Shunt-Regler eine Art variable Zener-Diode.
YouTube-Video: Zener Diode Tutorial.
Eine Zener-Diode ist ein Festkörperbauteil mit zwei Anschlüssen, das, wenn es in Durchlassrichtung vorgespannt ist, leitet und sich wie jede andere Siliziumdiode verhält. Zenerdioden werden immer in Sperrrichtung verwendet, um bei einer bestimmten Spannung durchzubrechen. Abb.1 zeigt eine grundlegende Zenerdiodenschaltung.
Z1 und Rs sind in Reihe geschaltet, während ein 200 Ohm Lastwiderstand RL parallel zu Z1 liegt. Unser Gesamtstrom (Is) fließt durch Rs und teilt sich durch Z1 (24mA) und RL (51mA). Z1 mit 10,2 Volt hält eine konstante Spannung über RL aufrecht, während Vin in einem bestimmten Bereich variiert. Wenn Vin auf 14 Volt fällt, sinkt der Zenerstrom Iz, um die Spannung an RL aufrechtzuerhalten. Steigt Vin auf z.B. 18 Volt, dann steigt der Zener-Strom Iz an, um die Spannung an RL aufrechtzuerhalten.
Zu jeder Zeit ist der Spannungsabfall an Z1 plus Rs immer gleich der Versorgungsspannung Vin, während die Spannung an RL also IL konstant ist. Wenn Rs zu klein ist, wird Z1 durch zu hohen Strom überhitzt. Wenn Rs zu groß ist, fehlt der Mindeststrom Iz zur Aufrechterhaltung der Spannungsregelung. Beachten Sie Folgendes:
Is = Iz + IL = 24mA + 51mA = 75mA;Rs = VRs / Is = 5.8V / 75mA = 77 Ohms.
Die nächste Frage ist, wie viel Strom kann diese Schaltung an eine Last liefern? Schauen wir uns das Problem an.
Abbildung 2
In Abb. 2 haben wir eine korrekt arbeitende Zenerdioden-Regelschaltung bei Z1 = 5,1 Volt mit einer 10-Volt-Versorgung. Aber was passiert, wenn wir die Last von RL erhöhen? Beachten Sie, dass wir, um richtig zu arbeiten, einen Mindestwert von Iz einhalten müssen.
Bild 3
In Bild 3 haben wir RL von 200 Ohm auf 150 Ohm verringert und damit IL erhöht. Während der Gesamtstrom durch Rs gleich bleibt, geht ein Teil des Stroms für Z1 (Iz) zu RL und wir sind am Rande der Spannungsregelung.
Abbbildung 4
In Abb. 4 ist RL nun 100 Ohm und hat so viel Strom von Z1 genommen, dass wir überhaupt keine Spannungsregelung mehr haben. Dieser Aufbau ist als reines Netzteil fast wertlos, außer bei kleinen Strömen. Deshalb verwenden wir Transistoren in Verbindung mit Zenerdioden.
Bild 5
Um die Leistungsbeschränkungen zu umgehen, verwenden wir einen Seriendurchgangstransistor. In Abb. 5 „multipliziert“ ein NPN-Transistor mit einer Hfe oder DC-Verstärkung von 100 tatsächlich 1mA aus der Zener-Widerstandsschaltung auf 100mA. Der Grund, warum ich mich für einen 5,6-Volt-Zener entschieden habe, ist die Kompensation des 0,6-V-Abfalls über dem B-E-Übergang von Q1. Ja, Sie brauchen den 100uF-Kondensator, um sicherzustellen, dass die Restwelligkeit des Netzteils keine Probleme verursacht. Da wir mehr Laststrom ziehen, stammen 99% des Stroms von Q1.
Abbildung 6
In Abb. 6 verwenden wir zwei NPN-Transistoren in einer Darlington-Konfiguration, um den Ausgangsstrom durch eine 12-Ohm-Last auf 1 A zu erhöhen. Ich musste einen 13,2-Volt-Zener verwenden, um die Spannungsabfälle an den beiden B-E-Übergängen auszugleichen.
Abbbbildung 7
In Abb. 7 verwenden wir einen Darlington wie z. B. einen NPN-Transistor. 7 verwenden wir einen Darlington, z. B. einen TIP120, um den Ausgangsstrom durch eine 12-Ohm-Last auf 1 Ampere zu erhöhen.
Abbbildung 8
In Abb. 8 haben wir eine Zenerdioden-Regelung für eine Stromversorgung mit negativer Polarität. Der NPN-Transistor wurde durch einen PNP-Transistor ersetzt, und die Polarität der Zenerdiode und des 100uF-Kondensators wurde umgedreht. Alle Stromflüsse wurden ebenfalls umgedreht.
Damit ist diese Einführung in die Spannungsregelung auf Zenerdiodenbasis abgeschlossen.
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