Guten Abend, Ich habe folgendes Problem. Ich habe einen Spannungsteiler und will meinen FPGA durch eine 3.9V Z Diode schützen. Was ich nicht verstehe, habe ich nach meinem Spannungsteiler 3.3V, was auch erwünscht ist. Sobald ich aber die Z Diode parallel zum R2 schalte, bricht meine Spannung auf 2.2V ein. Ich verwende für R1 6.8k für R2 13k. Woran könnte es liegen? Danke im Voraus! Alex
-Falscher Z-Diodentyp? (messen /Auge in Datenblatt) -Z-Diode schon gestorben ?
Die Kennlinie von Z-Dioden unter 5V ist alles andere als das was man sich unter einer idealen Z-Diode vorstellt. Bereits bei viel kleineren Spannungen beginnt die Z-Diode zu leiten. Besser ist eine kleine Schottky Dioden gegen 3,3V.
die Z-Diode wird warscheinlich im "Knick" betrieben. Schau mal in das Datenblatt, ab welchem Strom du deine 3,3V erwarten kannst.
Hmm, ich verwende eine BZX85C 3V9 ZDiode. Mein Strom kann max. 1.6mA sein. Im Datenblatt steht für VZ @ IZT 60mA. Also liege ich deutlich unter dem benötigten Strom. D.h ich soll eine andere Z_Diode finden. Danke an alle
Schon mal Leuchtdioden mißbraucht ? Bei niedrigen Spannungen durchaus einen Versuch wert.
Nun, der Strom durch die Z-Diode ist sicherlich zu gering, wenn in der ganzen Beschaltung 1.6 mA fließen. Bei kleinen Strömen geht der Widerstand der Diode hoch, so einige hundert Ohm vermute ich mal, und die Diode regelt nicht mehr wirklich was. Damit stellt die Diode nur noch ein Widerstand dar, der parallel zu R2 liegt und was dann passiert dürfte klar sein. Ich sorge immer dafür, dass bei einer Z-Diode mindestens 5 mA fließen, bin damit bisher immer gut gefahren.
Wenn dass so wäre, dann wäre ein Widerstand von einigen hundert ohm parallel zu 13k. also müsste dann die Spannung komplet auf 0 einbrechen. tut sie aber nicht. und einen höheren Strom kriege ich nicht. es sind Signale von einer Lichtschranke. ich muss mir eine andere Schutzbeschaltung überlegen, weiß aber noch nicht welche.
Also, ich habs mir mal grad angeschaut, zahlenmäßig. Mit Z-Diode fällt die Spannung auf 2.2 V. Du schreibst ja, dass dein Strom max. 1.6 mA sein kann. Das kann aber wiederum nicht sein da ja bei 1.6 mA an R1 dann schon über 10 V abfallen müssten. Nun, dass passiert ja nicht bei dir, da fallen ja, mit Z-Diode, 2.8 V ab. Dies entspricht einem Strom von ca. 0.4 mA. Durch R2 fließen bei 2.2 V Spannungsabfall 0.16 mA, also müssen ca. 0.24 mA durch die Z-Diode fließen, entspricht etwa 9kOhm (Bekommt man auch raus, wenn man nicht die Ströme berechnet sondern die Parallelschaltung nach Rz auflöst, hab beide Wege gerechnet). Bei einem Strom von 1 mA weist deine eingesetzte Diode schon einen Widerstand von 500 Ohm auf (lt. Datenblatt) und du bist noch deutlich darunter. Es ist also nicht abwegig, dass deine Z-Diode tatsächlich einen Widerstand von 9 kOhm darstellt weil einfach ein viel zu geringer Strom fließt. Ein Veränderung der Widerstand, hin zu kleineren, könnte das Problem lösen. Geh doch mal eine Dekade tiefer, spricht 1300 Ohm und 680 Ohm einsetzen, das schafft vielleicht schon abhilfe ;)
Danke Michael, ich habe jetzt die Widerstände umgelötet das Problem hat sich aber nicht gelöst. Na ja, ich gehe jetzt von der ZDiode ganz weg und nehme einfach zwei Schottkys die an einer Spannungsquelle hängen. keine optimale Lösung, soll aber funktionieren.
guten abend ^^, also folgendes: du hast als zuleitung(quelle) 5V, R1 6.8k, R2 13k, Z-Diode 3,9V(BZX85C 3V9, laut datenblatt ist die 85er reihe mit max 1.3Watt belastbar, bei 3.9V = max 0.333mA). ok, nun zu deinem spannungsteiler R1 und R2. Rg =R1+R2 =19.8k. bei einer quelle von 5V ergibt das einen strom von I=U/Rg =0.253mA damit haste schonmal deinen gesamtstrom festgelegt. UR2=R2xI =3.289V d.h. mit deinen 3.289V "untersteuerst" du die Z-diode = deine diode arbeitet erst ab der spannung 3.9V zur anregung deiner schaltung: 1. geringerer wert der z-diode 2. vielleicht als spannungsteiler einen Potentiometer verwenden dann aber die z-diode mit vorwiderstand schützen. z-dioden benutzt man häufig zur stabilisierung schwankender spannungen oder zum schutz eines bauteils vor zu hohen spannung :)
Hab ich noch nie gesehen, das zusätzlich zur Z-Diode noch ein Spannungsteiler kommt. Rvmin und max berechnen und dann die Z-Diode alleine mit RV einbauen. Außerdem belastet eine leitende Z-Diode deinen Spannungsteiler, wodurch sich die Telerverhältnisse verändern 8Stromfluss ändert sich durch R1 und Ig variiert)!!
>Hab ich noch nie gesehen, das zusätzlich zur Z-Diode noch ein >Spannungsteiler kommt. Nun, das kommt auf die Sichtweise an. Stell dir R1 einfach mal als Rv vor und R2 als Lastwiderstand Rl. Ist doch die Standardanwendung einer Z.Diode. Komisch ist das Verhalten aber dennoch >Außerdem belastet eine leitende Z-Diode deinen Spannungsteiler, wodurch >sich die Telerverhältnisse verändern 8Stromfluss ändert sich durch R1 >und Ig variiert)!! Und grade das ist ja die Aufgabe einer Z-Diode, wird ein Rl angeschlossen soll sie die Spannung konstant halten. Was ich mich nun grade frage ist, ob das beschriebene Verhalten beim Spannungteiler und Z-Diode im Leerlauf auftritt oder aber wenn das Ganze am FPGA hängt. Ist letzteres der Fall mal schaun was im Leerlauf passiert, möglicherweise ist das Problem im FPGA zu suchen (zu geringer Eingangswiderstand zum Beispiel).
Hm, dann ist es einfach zu wenig Strom. Welchem Zweck dient der Spannungsteiler bzw. was soll die Schaltung am Eingang des FPGA tun? Nur die Spannung begrenzen/Überspannung abfangen? Dann ist R2 überflüssig, R1 sollte dann so dimensioniert werden, dass bei der maximal zu erwartenden Überspannung die Diode nicht überlastet wird.
Achja, ich gehe natürlich davon aus, dass der Widerstand des FPGA-Eingangs sehr groß ist, mehrer Kiloohm oder gar Megaohm.
und nochmals..... mit deinem spannungsteiler (3.289V) "untersteuerst" du deine 3.9V z-diode!!!! Die Z-Diode arbeitet ab 3.9V und drüber. Man kann allerdings nicht so viel drüber gehen weil ja max 1.3Watt belastung ist ^^. Wenn die z-diode ohne spannungsteiler dann aber zu 100% mit Rv sonst hat die z-diode ausgedient. und gleich ein drittes mal eben...... "z-diode wird in deinem bespiel ganz klar untersteuert"!!! deswegen haste auch den gewünschten erffekt nicht. MfG Mani ^^
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Mani, er will die Z-Diode ja nur als Schutz vor Überspannung. Wenn ich an ne Z-Diode weniger Spannung anlege als die Z-Spannung dann würde ich doch erwarten, dass die Diode das nicht so wirklich beeinflusst, oder? LTSpice ist da auch der Meinung, vgl. Anhang. Von daher ist es schon komisch, dass die Diode den Spannungsteiler "belastet" sodass die Spannung um ein drittel einbricht.
Was passiert, wenn Du statt der Z-Diode eine Reihenschaltung aus 5 oder 6 Silizium-Dioden in Flußrichtung einbaust?
mit 6 Dioden habe ich mir auch überlegt. Theoretisch soll es gehen
Theoretisch sollte es auch mit der Z-Diode gehen. Hast du mal andere Z-Dioden versucht?
Eine Frage, Michael Du hast in LTspice simuliert. Habe gerade das auch versucht, fand aber kein Modell für meine BZX 3.9V Zener Diode. die kleinste ist 6.2V. Wo kann ich Modelle für LTspice runterladen? Oder gibt es die Möglichkeit bestehende Modelle zu ändern? Danke, Alex
Guckt euch doch mal die Datenblätter z.B. http://pdf1.alldatasheet.com/datasheet-pdf/view/50830/FAIRCHILD/BZX85C.html 3,9V ist bei 60mA spezifiziert. Dort ist ein Diagramm, welches z.B. für die 3,3V Diode bei 2,5V schon einen Strom von 2mA veranschlagt. Die 3,9V Diode (leider nicht dargestellt) hat bei dem Strom dann vielleicht 3V oder so. Also eigentlich gerade bei den "Niedervolttypen" alles andere als ideal. Oder Fig. 8 in http://pdf1.alldatasheet.com/datasheet-pdf/view/202099/TSC/BZX85C.html - da siehste, was bei einer 3.9er über 2V abgeht (bzw. je nach Hersteller abgehen kann) ...
Achja - mit einem Ohmmeter siehste auch schön den Unterschied zw. Nieder- und Hochvolttypen - da fließen schon weit unter 1V deutliche Restströme.
@Alex: Ja, ich hab das Model hinzugefügt, vorher natürlich das Spicemodel beschafft. Die Datei findest du im Installationsverzeichniss von LTSpice unter lib/cmp/. Dort findest du mehrere Dateien, die Endung verrät dir was sich darin verbirgt, für Dioden ist es standard.dio. Ich habe mir die Dateien so verändert, dass ich nur Modelle angezeigt bekomme, die ich auch selbst nutze. @Jens Die 3.9V sind nicht bei 60 mA spezifiziert, es ist der Widerstand, der bei 60 mA spezifiziert ist. Steht nicht umsonst Zz @ Iz da ;). Die 3.9V stellen sich schon bei wesentlich geringeren Strömen ein, dies ist auch logisch da sonst der Sinn einer Zener-Diode flöten gehen würde. Die Temperaturdiagramme, bei denen die Z-Spannung über dem Z-Strom aufgetragen ist, zeigen das sehr schön finde ich. Problem hier: Es ist ein Spannungsteiler der die Spannung von 5V auf 1.7V und 3.3V aufteilt, an die entstandenen 3.3V wird nun die 3.9 Z-Diode angeschlossen. Daraufhin bricht die Spannung (die 3.3V) auf 2.2V zusammen. Wie kommt das? So richtig kann das das Datenblatt nicht erklären. Weiter oben hab ich schon geschrieben was ich denke woran es liegt: Es fließt ein geringer Strom durch die Diode, diese nimmt dann einen Widertstand im Kiloohmbereich ein. Dieser Widerstand, parallel mit dem 13k Widerstand, verändert den Spannungsteiler sodass sich nun eine neue Spannung einstellt. Die Theorie, dass die Diode einen hohen Widerstand einnimmt, die den Spannungsteiler verändert, wird auch durch Diagramm "Zener Current vs. Zener Impedance" unterstützt, zeigt es doch, dass bei kleinen Strömen durch die Zener-Diode, der Widerstand nach oben, in den Kiloohmbereich, wegläuft.
@Michael (Gast) >Die 3.9V sind nicht bei 60 mA spezifiziert, es ist der Widerstand, der >bei 60 mA spezifiziert ist. Steht nicht umsonst Zz @ Iz da ;). Die 3.9V Guck noch mal bei http://pdf1.alldatasheet.com/datasheet-pdf/view/202099/TSC/BZX85C.html rein - da steht in der Spannungs-Spalte drin: Vz@Izt. Und Izt ist bei der 3.9V Ausführung =60mA. Da sind sich weitgehend alle HErsteller einig, die diese Diode herstellen. Und Vorsicht wegen Zz @ Iz : dies ist nur ein dynamischer/differentieller Widerstand, der sich bei diesem Iz einstellt. Damit kannst Du nicht auf andere Iz linear herunterrechnen (höchstens ungefähr, wenn dein neuer Iz etwa in der Nähe des spezifizierten Iz ist). Zz ist sozusagen nur die Steigung der Z--Spannungs-Linie bei Iz (dUz/dIz). Ich würde hier also gar nicht erst mit Zz beim oben angefragten Thema anfangen. Der hat hier nix direkt zu sagen. Der sagt eigentlich nur, daß die Z-diode (verglichen mit den "höhervoltigen" Typen (schönes Wort)) eine recht weiche Kennlinie hat, die bereits ziemlich weit unten im Spannungskeller signifikant wird, was wir hier sehen.
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Also ich weiß ja nicht welche Tabelle du meinst, Jens, aber auf Seite 1 ist die Tabelle, die ich im Anhang hab und da ist nix mit Vz @ Iz angegeben, da gibt es nur die Spalte Vz und direkt dahinter die Spalte Zz @ Iz (das @Iz bezieht sich nur auf Zz und nicht auf Vz). Direkt unter der Tabelle habe ich mal die Graphen von Vz über Iz und Zz über Iz gepackt. Da sieht man sehr schön dran, dass die Spannung bzgl. des Stromes relativ konstant ist, der Widerstand jedoch schon ordentlich vom Strom abhängt.
Na in dem Link, den ich letztens angegeben hatte: http://pdf1.alldatasheet.com/datasheet-pdf/view/202099/TSC/BZX85C.html Tabelle beginnend auf zweiter Seite. Aber egal - bei einer Z-Diode muß immer der Iz mit angegeben werden, bei dem der Uz gilt. Bei den Hochvolttypen ist das zwar nicht so kritisch, aber bei den Niedervolttypen wegen deren starken Abhängigkeit von Iz ist die Angabe des Iz für einen bestimmten Uz einfach obligatorisch - sonst macht es keinen Sinn. Und in Figure 7 (daselbe DB) zeigt, daß bei der 3.9V-Variante die Strömlinge schon ab reichlich 2V im mA-Bereich zu strömen anfangen. Da siehst Du auch wunderschön den Unterschied zw. Hoch- und Niedervolttypen, was die Weichheit (Zz) der Kurve angeht. Dieses DB kann man schon exemplarisch für alle Z-Diodden nehmen. Ob Du solche Z-Dioden noch als Z-Diode bezeichnest, ist dann Dir überlassen ;-). Meinetwegen kannst Du auch Widerstand mit schlechter Linearität dazu sagen ...
OK, wir hatten beide unterschiedliche Datenblätter zur Hand, daher das Missverständnis (Fairchild und Taiwan Semiconductor Company, TSC). Klar, das Iz für das das Uz gilt, sollte auch immer angegeben sein. Fairchild scheint da wesentlich bessere Z-Dioden zu haben als TSC. Dass aber ne Z-Diode um ordentlich zu arbeiten, 60 mA braucht ist doch, bei 3.9ern, eher untypisch. Bei 5 mA ist da eher was zu erwarten. 60 mA sind nicht grad wenig und das Datenblatt von Fairchild zeigt das auch, dass Z-Diode mit wesentlich weniger Strom ordentlich arbeiten können. Es kommt halt auch drauf an, welchen Diodentyp man einsetzt. Schlussendlich kommt man wieder darauf, dass der Strom im Spannungsteiler zu gering ist und die Diode den Teiler belastet. Da sind wir uns ja alle einig ;)
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ZMM_ZDioden.gif
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> Ob Du solche Z-Dioden noch als Z-Diode bezeichnest, > ist dann Dir überlassen ;-) Zenerdioden benutzen den Zener-Effekt (bis ca. 6,5V). Z-Dioden den Avalanche-Effekt (beginnt ab ca. 5V). Nach Clarence Zener liegt die Grenze zwischen Zener- und Z-Dioden bei 5V ;-) Im Anhang mal ein Bildchen der ZMM-Serie, da sieht man schön, dass der Zener-Effekt nicht so toll zur Spannungsstabilisierung taugt.
>Im Anhang mal ein Bildchen der ZMM-Serie, da sieht man schön, dass der >Zener-Effekt nicht so toll zur Spannungsstabilisierung taugt. Sonderlich schön ist es nicht aber für manche Anwendung sicherlich brauchbar als preiswerte Stabilisierungsschaltung. Was kostet wohl ne Z-Diode+Vorwiderstand? 5 Cent? 10 Cent? Da kommen andere Spannungsregler alá LM317 und co nur schwer ran.
>Was kostet wohl ne Z-Diode+Vorwiderstand? 5 Cent? 10 Cent? >Da kommen andere Spannungsregler alá LM317 und co nur schwer ran. Heutzutage nimmt man besser eine Präzisions-Bandgap Referenz. Kostet zwar mehr als 5 Cent http://www.reichelt.de/?;ARTICLE=39793 ist aber einstellbar von 2,5 .... 36V; läuft stabil ab 0,4mA und kann bis 100mA. Und die Kennlinie ist extrem scharf. Ich habe mal so ein Teil über 1k an ein Labornetzteil geklemmt und die Spannung von 3V ... 30V variiert. Die Spannung an dem Ding ist dermassen stabil, dass das DMM hierbei genau dieselbe Spannung anzeigt, selbst 2 Stellen nach dem Komma.
>Heutzutage nimmt man besser eine Präzisions-Bandgap Referenz.
Für eine einfache Schutzbeschaltung?
Ja ne is klar, das bezog sich jetzt eher auf die Brauchbarkeit und das Verhalten von Z-Dioden im Spannungsbereich < 5V Aber warum eigentlich nicht? Eine Z-Diode kostet auch so um 5 Cent und da ist die Badgap-Referenz mit 7 Cent vom Preis her doch ok. Und im Spannungsbereich um die 3V ist eine Z unterirdisch schlecht.
Und Z-Dioden kosten grad mal die Hälfte bei Reichelt...wenn die reicht würd ich im Leben nix einsetzen, dass stabiler ist, was man dann nicht brauch, und gleich dafür das Doppelte kostet.
@Michael Köhler Ja, das meinte ich! Ich würde entweder eine Schottky-Diode vom Eingang zu VCC schalten - oder gleich den Vorwiderstand so berechnen, dass die bereits vorhanden Schutzdiode den Strom übernehmen kann. Z.B. bei Xilinx mit 10mA so beschrieben, für die Spartan3E(?)-Konfiguration, bei denen die Konfigurationslogik mit 3.3V betrieben werden soll, obwohl die Eingänge nur für 2.5V (?) vorgesehen sind. Die von Alex angegebenen Widerstände reichen dabei bis über 50V Eingangsspannung. Ohne Z-Diode.
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