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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Spannug auf +/-10V begrenzen - Zenerdiode


Autor: Gast (Gast)
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Hi,
wie kann ich eine Spannungsbgrenzung mit Zener Dioden realisieren.
Ziel ist folgendes: Es kann vorkommen, das ich Signale bis ca. +/-15V 
bekomme. Diese sollen jedoch auf +/-10V begrenzt werden.
Den positiven Spannungsbereich kann man ja ganz einfach (siehe z.B. 
Wikipedia) sperren. Aber wie geht das mit dem negativen.
Danke schonmal für hilfreiche Antworten

Autor: Michael Wilhelm (Gast)
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Nimm 2 Zenerdioden in Reihe, z. B. Anoden zueinander. Die eine Z-Diode 
(in Durchlassrichtung) wirkt wie eine normale Diode, die andere hat den 
Zenereffekt. Also um möglichst genau auf +- 10V zu kommen, nimm 2 x 
9,1V.

MW

Autor: Bernd G. (Firma: LWL flex SSI) (berndg)
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Das funktioniert aber aufgrund der erheblichen Kapazitäten der Z-Dioden 
nur gut bei niedrigen Signalfrequenze (ca. 1 MHz)für niedrige 
Quellenimpedanzen. Ansonsten gibt es zu starke Signalverformungen.

Autor: Gast (Gast)
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Ist mir noch nicht ganz klar wie du das meinst.
Ich habe es so verstanden wie auf dem Bild, kann es mir aber nicht 
vorstellen das das so geht.
Wie muss das nun genau sein? Habe leider noch nie Kontakt mit Dioden 
gehabt und hab deshalb auch keine Erfahrung.

Autor: Gast (Gast)
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Jetzt habe ich selber noch was im diesem Forum gefunden.
Beitrag "Lösung für Spannungsbegrenzung"
So müsste das gehen oder (Alternative I)?

Was würde eurer Meinung nach für den Einsatz einer Z-Diode sprechen und 
was für einen Spannungsregler?

Autor: HildeK (Gast)
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Die Varianten aus dem Beitrag "Lösung für Spannungsbegrenzung" 
funktioniert nur mit Signalen > 0V. Du wolltest aber +/-15V auf +/-10V 
begrenzen und da war dein Vorschlag von 16.17 Uhr (bzw. v. Michael 
Wilhelm) schon richtig. Musst hal nur den Einwand von Bernd Gansert mit 
deinen Anforderungen abklären.
Zur Funktion: in Sperrichtung liegen an der Z-Diode die Z-Spannung, in 
Duchlassrichtung verhält sie sich wie eine normale Diode. Die 9.1V+0,7V 
geben dann in jede Richtung die Begrenzung an. Bei pos. Spannungen 
arbeitet D1 als Z-Diode, bei negativen D2.

Autor: Gast (Gast)
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Hhhhmmmmm,
war die Zeichung die ich eingefügt habe so ok um das Signl auf +/-10V zu 
beschränken? War mit da ja nicht sicher.

Autor: Gast (Gast)
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ja

Autor: Gast (Gast)
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ist OK

Autor: Gast (Gast)
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OK, dann einfach zwei Dioden mit einer Nennspannung von 10V nehmen, oder 
wie wirkt sich da die typischen 0,7V aus?
Wäre dann nicht eine Zenerdiode mit 11V besser?

Autor: Lötlackl (Gast)
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Das wirkt sich so aus daß die Spannung, die das Gebilde (2 antiseriell 
geschaltete Z-Dioden) begrenzt sich zu 10V (Z-Diode in Sperrrichtung) + 
0,7V (Z-Diode in Durchlaßrichtung) = 10,7V berechnet. So gesehen wären 
eher 9,3V-Z-Dioden ideal, die Dinger gibt's allerdings nur mit genormten 
Werten wie z.B. 9,1V.

mfg Lötlackl

Autor: HildeK (Gast)
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Und die 9,1V habe ich (und auch andere) deshalb vorgschlagen, weil dann 
zusammen mit den 0,7V das was du durch die Begrenzung auf 10V vermutlich 
schützen willst, auf jeden Fall nicht über die 10V hinausgehen. Da hast 
du ja dazu keine Angaben gemacht.
Benötigst du exakte 10V, sieht es vermutlich etwas komplizierter aus.

Autor: Gast (Gast)
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Genau +/-10V müssen es nicht sein. Das Bauteil dahinter sollte keine 
höheren Spannungen als +/-11V bekommen.
Danke für eure hilfe.

Autor: Gast (Gast)
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Habe mir jetzt eine passende Z-Diode mit einer Sperrspanung von 9,1V 
herausgesucht.
Aber wie muss ich den Widerstand Rv dimensionieren, da mein 
Eingangssignal nicht konstant ist?

Autor: Gast (Gast)
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Es gibt auch Dioden, wo bereit 2 antiserielle Dioden integriert sind.

Autor: Norgan (Gast)
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> Aber wie muss ich den Widerstand Rv dimensionieren, da mein
> Eingangssignal nicht konstant ist?

Strom den die Z-Dioden maximal abkönnen: Datenblatt
Maximale Spannung die am Widerstand abfällt: 15 V - 9,1V - 0.7V = 5,2 V

Unter der Annahme, dass der Eingangsstrom in den nachfolgenden Teil der 
Schaltung vernachlässigbar ist, ist der Strom den die Z-Dioden abkönnen 
der selbe, der maximal durch den Widerstand fließen darf.

-> Rest Ohmsches Gesetz (und einen Sicherheitsfaktor draufschlagen)

Autor: HildeK (Gast)
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>Es gibt auch Dioden, wo bereit 2 antiserielle Dioden integriert sind.
Die kannst du auch nehmen - sind aber wohl seltener (Vishay DZ23 Serie).
Ich wollte nur darauf hinweisen, dass es schon Z-Dioden sein müssen, 
sonst ist die Schaltung wirkungslos.

>Strom den die Z-Dioden maximal abkönnen: Datenblatt
Da normale Z-Dioden schon noch eine deutliche Spannungsabhängigkeit vom 
duchfließenden Strom aufweisen, solltest du auch den entsprechenden 
Kurven in den Datenblättern Beachtung schenken. Bei kleinen Strömen 
liegen sie oft deutlich unter der Nennspannung. Das heißt, dass bei 
kleinen Überspannungen in deiner Anwendung die Begrenzug etwas früher 
einsetzt. Interessanterweise haben gerade die Dioden um die 10V einen 
sehr deutlichen Knick.

Beim Berechnen des Vorwiderstands ist natürlich auch zu berücksichtigen, 
was denn deine Quelle liefern kann bzw. liefern darf. Soweit ich in 
Erinnerung habe, können die kleinen Z-Dioden so 200-500mW, das wären 
dann maximal ca. 20 - 50mA Strom. Die Z-Diode arbeitet aber auch mit 1mA 
und darunter noch prima im Arbeitsbereich. Zu hohe Ströme haben auch den 
Nachteil, dass der Halbleiter warm wird und sich deshalb die Z-Spannung 
verändert (nur 5.1V Dioden sind hier weitgehend temperaturunabhängig).

Autor: Gast (Gast)
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>>Es gibt auch Dioden, wo bereit 2 antiserielle Dioden integriert sind.
>Die kannst du auch nehmen - sind aber wohl seltener (Vishay DZ23 Serie).
>Ich wollte nur darauf hinweisen, dass es schon Z-Dioden sein müssen,
>sonst ist die Schaltung wirkungslos.

P6KE

Ich weiß nur nicht obs den Typen auch als 10V gibt. Und mann muss 
aufpassen die gibt es Uni- und Bidirektional.

Autor: Gast (Gast)
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Also das Eingangssignal kann zwischen 5V und 40V schanken.
Was meint ihr mit dem Strom? Das was ich begrenzen will ist doch nur ein 
Signal.
Ausgewählt habe ich folgenden Baustein: BZX84C8V2LT1
http://www.ortodoxism.ro/datasheets2/0/0113hha98du...
Also was würdet ihr hier für einen Widerstand vorschlagen?

Autor: Dirk J. (dirk-cebu)
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Gast wrote:

> Also was würdet ihr hier für einen Widerstand vorschlagen?

Ich würde einen möglichst bunten mit vielen verschiedenen Farbringen 
empfehlen, der auch von der Grundfarbe her mit der Platine optisch 
harmoniert :)
Lieber Gast (Gast), wenn Du schon keinen popeligen Vorwiderstand 
berechnen kannst, wie soll das dann mit der nachfolgenden Schaltung 
werden? Ich ahne schon Deine nächsten Fragen, wieviel Watt soll der 
Widerstand abkönnen und wie herum wird er eingelötet.
Ich muß hier aber auch mal jemanden loben, nämlich HildeK (Gast), deren 
Beitrag ist fundiert, korrekt und vor allem  in fehlerfreiem Deutsch. 
Danke!

Autor: Gast (Gast)
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Mist habe keine mehr in Bunt....dann muss ich den wohl noch 
bemalen....echt sinvoller Kommentar.

Also ich wollte das mit folgender Formelberechnen:

Rv,min = (Ue,min - Ua)/(Iz,min + Ia,max);
Rv,max = (Ue,max - Ua)/(Iz,max + Ia,min);

Iz,min = 5mA
Iz,max = 20mA
Wie von Norgan vorgeschlagen wähle ich Iz und Ia identisch.
Ue,min = 1V
Ue,max = 15V
Ua = 10V


Daraus folgt:
Rv,min = kann ich nicht berechnen, was soll Ue,min sein?
Rv,max = 125Ohm

Laut dieser Rechnung komme ich auf einen Widerstandswert von 125Ohm. 
Würdet ihr mir den Wert so nehmen, oder solle da irgendwie noch 
Toleranzen etc. rein?

Autor: Norgan (Gast)
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Es wäre schon mal schön, wenn der OP sich auf einen Spannungsbereich 
festlegen würde.

Zuerst:

>  Es kann vorkommen, das ich Signale bis ca. +/-15V bekomme.

Später:

> Also das Eingangssignal kann zwischen 5V und 40V schanken.

Autor: Gast (Gast)
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> Also das Eingangssignal kann zwischen 5V und 40V schanken.
Das ist mir auch aufgefallen, das diese Aussage falsch ist. Zuvor wird 
das Signal mit einem Operationsverstärker entsprechend verstärkt. Also 
sollte der Spannungsbereich bei ca. +/-15V liegen.

Autor: spess53 (Gast)
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Hi

Wenn du das Signal vorher sowieso verstärkst, warum machst du dann nicht 
die Begrenzung gleich mit? Bei einem invertierenden Verstärker reichen 2 
Z-Dioden in Reihe (Anode an Anode) parallel zum Rückkopplungswiderstand. 
Bei 9,1V-Dioden begrenzt du auf ca. 9,7V.

MfG Spess

Autor: Gast (Gast)
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Weil ich nicht wusste das sowas geht. fällt dann der Vorwiderstand weg?

Autor: spess53 (Gast)
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Hi

Dann brauchst du keinen Vorwiderstand!!!!!!!!!

MfG Spess

Autor: spess53 (Gast)
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Hi

Hab dir mal ei Bild angehängt.

MfG Spess

Autor: Gast (Gast)
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Ok danke,
aber der angeschlossene Verstärkungsfaktor wird da nicht beinflusst wenn 
er unter der sperrspannung der dioden liegen verstärkt oder?

Autor: spess53 (Gast)
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Hi

Nein.

MfG Spess

Autor: Gast (Gast)
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Die Variante ist ja wirklich einfacher und wieder einer Widerstand 
gespart.
Super, danke.

Autor: spess53 (Gast)
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Hi

Nur Grundlagen der Elektronik. Kein Problem.

MfG Spess

Autor: HildeK (Gast)
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>Zuvor wird
>das Signal mit einem Operationsverstärker entsprechend verstärkt.

und

>Die Variante ist ja wirklich einfacher und wieder einer Widerstand
>gespart.
>Super, danke.

Hätten wir das von Anfang an erfahren dürfen, wäre der Thread viel 
schneller zum Ziel gekommen ...

Autor: Lena01 (Gast)
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ich möchte Spannungen mit Hilfe eines Datenerfassungsgeräts am PC 
auswerten. Die Eingangsspannungen sind hierbei bis +/-10V. Es können 
aber durchaus auch höhere Spannungen auftreten, die ich mit einer 
vorherigen Schaltung begrenzen will.

Die Variante von spess53 (siehe Bild) wäre denk ich auch für mich 
geeigent, da ich einen invertierenden Verstärker (mit Kondensator) zur 
Signalglättung einsetzen soll. Leider verstehe ich die Begrenzung bei 
der Schaltung nicht...kann mir die Funktion vielleicht jemand erklären?

Vielen Dank schonmal...

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