Erstellt von Marcus Rönz | 23.04.2021
Springe zum gewünschten Bereich innerhalb dieser Seite: Startähnliche ThemenKommentare Dioden lassen den Strom nur in eine Richtung fließen. Das ist bei allen Dioden so. Die Z-Diode ist dafür ausgelegt, dauerhaft in Sperrrichtung betrieben zu werden, ohne das sie gleich kaputt geht.
In dieser kleinen Anleitung erkläre ich dir die Z-Diode anhand einiger Versuchsaufbauten und Messungen, ohne viele Fachbegriffe. Falls du exakte Erläuterungen möchtest, schau bei den vielen Elektronik-Webseiten oder in der Wikipedia.
Z-Diode / Zenerdiode
Nicht auf allen Z-Dioden ist die Z-Spannung abgebildet. 7V5 heißt 7,5V Z-Spannung. Der schwarze Ring zeigt, ähnlich wie das Schaltbild, den schwarzen Balken mit einem Strich. Nicht zu verwechseln mit dem Schaltbild mit zwei kleinen Strichen (ähnlich eines Z), denn das steht für Schottky Dioden.
- Sperrdioden (Silizium-, Germanium-Dioden,..)
- Leuchtdioden (LED)
- Schottky Dioden (verwendet in Solarmodulen)
- Z-Dioden (Spannungsstabilisierung, Spannungsbegrenzung)
- Fotodioden (lichtabhängig)
Z-Dioden und die Z-Spannung (Zenereffekt)
Z-Dioden ermöglichen den Stromfluss in eine Richtung. So wie alle anderen Dioden auch (mit gewissen Ausnahmen). Dabei hat sie die Besonderheit, dauerhaft in Sperrrichtung betrieben zu werden. Dabei fällt dann die Zenerspannung ab, die eine der Maßangaben einer solchen Diode ist.Auch werden Lawinen-Dioden (engl.: Avalanche-Dioden) als Z-Dioden bezeichnet. Dazu kannst du dich auf anderen Webseiten belesen. Gut zu Wissen ist aber, dass Z-Dioden von 1,5V bis 5V Z-Spannung, über 5V als Avalanche-Diode bezeichnet werden. Wir bleiben in unserem Text hingegen beim Begriff Z-Diode.
Eine Z-Diode/Avalanche-Diode mit der Z-Spannung von 6,2V wird dir also aus beispielsweise 12V dann 6,2V machen. Anders als ein Widerstand, fällt immer die exakte Zenerspannung ab. Ist die Spannung am Eingang niedriger als die Z-Spannung, wird kein Strom hindurch fließen. Da wir die Zenerdiode parallel und nicht in Reihe schalten, wird dann weniger Spannung anliegen.
Ganz wichtig ist ein Vorwiderstand zu verwenden, damit wir keinen Kurzschluss verursachen - die Z-Diode wäre sonst schrott.
Beispiel A: Z-Diode mit Zenerspannung 6,2V. Unsere Spannungsquelle leistet 5V. Es bleiben auch nach er Diode 5V.
Beispiel B: Z-Diode mit Zenerspannung 6,2V. Unsere Spannungsquelle leistet 7V. Nach der Diode liegen dann 6,2V an. Die Z-Diode wird also 0,8V vernichten.
Weiter unten im Praxisbeispiel zeige ich dir dies Anhand einiger Versuche.
Die überschüssige Spannung wird von der Diode vernichtet, wodurch diese sich erwärmen kann.
100% exakte Spannungen wirst du nie erreichen können, da diese Diode auch temperaturabhängig ist und da sie sich selbst erwärmt, schwankt es um wenige Millivolt.
Vorwiegend wird diese Diodenart zur Spannungsstabilisierung genutzt. Ebenfalls lassen sich im Anschluss tolle Spannungsteiler bauen.
Für Eigenbau Ladeelektronik (Solar) eigent sie sich hingegen weniger oder nur bedingt - das zeigten jedenfalls meiner Versuche vorab. Als Schutzbauteil bei Akkuladung ohne Ladeelektronik (Solar Ladegerät) kann diese trotzdem zur Absicherung vor Überladung verwendet werden.
Angaben bei einer Z-Diode:
Kaufst du Z-Dioden, gibt es verschiedene Wertangaben. Hier eine kurze Erläuterung dafür.
- 24V - Dies ist die Zenerspannung
- 0,5W - Belastungsgrenze (die Diode erwärmt sich)
Praxisversuche: Verschiedene Schaltungen mit der Z-Diode
Kommen wir zur Praxis. Ich habe etwas mit verschiedenen Z-Dioden rumgespielt und Schaltungen kreiert, um das Ergebnis dann zu messen. Für alle meine Versuche nutzte ich einen 12V Vliesakku (geladen auf ca. 12,54V).Themenhinweis: Hier gab es bereits ein Thema zum Bau eines Spannungsteilers - allerdings nicht mit Z-Dioden, sondern mit Festspannungsregler.
Z-Dioden Schaltungen: Versuchsaufbau, Tests und Messung
Verschiedene Schaltungen habe ich aufgebaut und an verschiedenen Punkten eine Spannungsmessung durchgeführt. Die Ergebnisse könnte man auch berechnen, aber ein Versuchsaufbau ist schon interessanter und genauer, da kein Bauteil exakt gleich ist.
Erläuterung der Schaltungen:
Schaltung links oben:Die Z-Diode bekommt einen Vorwiderstand von 33,4kOhm. Beide Bauteile sind in Reihe und Parallel zum rechten Messpunkt geschaltet.
Interessant hierbei ist der Widerstand. Da wir exakt 7,5V durch die Zenerdiode haben, kann wunderbar der passende Widerstandswert gewählt werden, um eine andere Spannung zu erzeugen, wenn man nicht die passende Z-Diode hat.
Schaltung rechts oben:
Hier ist unser Vorwiderstand der Einstellfaktor für die Messergebnisse. Trotzdem zeigt die Schaltung, warum zwei in Reihe geschaltete Dioden keinen großen Sinn ergeben.
Schaltung rechts unten:
Ach sehr interessant sind zwei parallel geschaltete Dioden. Die Systemspannung richtet sich dann nach der mit der geringsten Z-Spannung. Um das gewünschte Ergebnis von einmal 7,5V und 6,2V zu erreichen, nutze oben links die Schaltung / baue einen Spannungsteiler.
Fazit:
Mit dem Versuchsaufbau wird so einiges klar und es hilft zu verstehen, wie etwas funktioniert. Wir haben mit der Z-Diode ein tolles Bauteil für die Spannungsstabilisierung gefunden und mit Widerständen können wir nicht nur Spannungsteiler bauen, sondern auch eine Feinjustierung vornehmen. Denn nicht immer gibt es die passende Z-Spannung.
Gerade für Nicht-Elektroniker hilft ein einfacher Versuchsaufbau, aufwendige grübelei bei der kreation eines Schaltplanes zu vermeiden.
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