Moin,
grad per Zufall in der Ausschreibung des FUNKAMATEUR für die HOT-Party
[1] über beigefügte Schaltung gestolpert.
Dort wird mit der Z-Diode D6 die Versorgungsspannung für den
Lokaloszillator stabilisiert. Was mich aber wundert, dass als
Vorwiderstand für die Z-Diode eine Glühlampe, also ein Kaltleiter
verwendet wird.
Nach meinem Verständnis ergibt das aber eine Mitkopplung, die zur
Zerstörung der Z-Diode führen könnte*), mindestens aber die Stabilität
verschlechtert.
Denn: Wenn die Spannung über der ZD steigt durch Temperaturdrift, wird
der Spannungsabfall über der Glühlampe kleiner, diese also
niederohmiger, wodurch der Strom größer wird, und die Spannung über der
ZD weiter steigt usf.
Beste Grüße, Marek
P.S. Lustig find ich auch, dass man als Antenne explizit eine G5RV
empfiehlt. Bekanntermaßen ist diese nur mit einem Tuner zu gebrauchen,
so dass man die Ausgangstiefpässe in den Tuner outgesourced hat ;-)
[1]
https://www.funkamateur.de/nachrichtendetails/items/homebrew-oldtime-equipment-party-am-17-november.html
*) Extremfall: Kaltwiderstand der Lampe ist sehr klein, nahe Null ->
Z-Diode sieht volle Batteriespannung bei praktisch keinerlei
Strombegrenzung -> Bumm!
Eine Glühlampe hat den Vorteil, dass sie das Verheizen der Leistung
thermisch problemlos verkraftet. Und sie stellt gleichzeitig einen
Schutz vor Kurzschluß dar.
Der Einfluss des Temperaturkoeffizienten ist jetzt nicht so dramatisch,
dass im normalen Betriebsbereich ein relevanter Mitkopplungseffekt
entstehen würde. Der Kaltstart wird allerdings die Zenerdiode belasten.
Aber auch das ist einfach eine Auslegungsfrage.
Marek N. schrieb:> *) Extremfall: Kaltwiderstand der Lampe ist sehr klein, nahe Null ->
Falsch. Bei normalen Glühlampen liegt das Verhältnis von
Warm/Kaltwiderstand bei ca. 4, Halogenlampen ca. 10. Das ist noch weit
weg von Null.
> Z-Diode sieht volle Batteriespannung bei praktisch keinerlei> Strombegrenzung -> Bumm!
Wieder mal ein schönes Beispiel, wohin Schwarz-Weiß Malerei führt.
Der Spannungsfall an der Z-Diode kann sowieso maximal nur 6,8 Volt
betragen. Die restlichen 5,2 Volt müssen also zwangsläufig an der
Glühbirne abfallen, egal wie niederohmig sie ist!
Die Z-Diode muss es nur aushalten können.
Zum Originalproblem. Die Schaltung sieht sehr alt aus, vom Design her
70er Jahre oder so. Vollintegrierte Spannungsregler gab es kaum und die
waren teuer. Also old school Z-Diode + Vorwiderstand. Die Glühlampe
fungiert hier wahrscheinlich gleichzeitig als Betriebsspannungsanzeige.
Wahrscheinlich gab es damals noch keine LED.
Falk B. schrieb:> Die Glühlampe> fungiert hier wahrscheinlich gleichzeitig als Betriebsspannungsanzeige.
Wenn ich die alten Tschechischen Ge-NPN sehe.
Andreas B. schrieb:> Der Sinn besteht vermutlich darin, die Stabilisierung über einen weiten> Lastbereich wirksam werden zu lassen.
Das ist so mit einem Widerstand so.
Eine Z-Diode ist ja ein Shuntregler. D.h., die Summe von Laststrom und
Z-Strom ist konstant; wenn der Laststrom größer wird, reduziert sich der
Z-Strom und umgekehrt - bei konstantem Vorwiderstand und konstanter
Eingangsspannung.
Der Grund für die Verwendung einer Glühlampe an der Stelle erschließt
sich mir auch nicht.
Gerhard schrieb:> Eine Glühlampe hat den Vorteil, dass sie das Verheizen der Leistung> thermisch problemlos verkraftet.
Das könnte bei gegebener Baugröße der Hauptvorteil zum Widerstand sein.
> Und sie stellt gleichzeitig einen> Schutz vor Kurzschluß dar.
Das tut ein Widerstand auch. Es ist nur eine Auslegungssache.
Die Glühbirne ist eine Art Vorstabilisierung. Bei steigender Spannung
fließt mehr Strom, der Faden wird heißer und der Widerstand erhöht sich.
Die Zenerdiode wird wegen des eingegrenzten Stroms in einem engeren
Bereich betrieben --> stabilere Zenerspannung.
Noch besser wirken Eisen-Wasserstoff-Widerstände (Urdox), weil Eisen
einen noch höheren TK als Wolfram hat. Häufig in alten Röhrenradios
(Allstrom, AC oder DC) verwendet. Damit wurden die damals sehr starken
Netzspannungsschwankungen aufgefangen.
Gruß - Werner
HildeK schrieb:> Der Grund für die Verwendung einer Glühlampe an der Stelle erschließt> sich mir auch nicht.
Wenn der entnommene Strom höher wird, wird der Vorwiderstand (Glühlampe)
kleiner. So kann man mit einen recht hohen Vorwiderstand arbeiten, der
sich dann bei höheren Strömen halt verringert.
So stelle ich mir das vor. Man müßte es mal simulieren.
Werner H. schrieb:> Die Glühbirne ist eine Art Vorstabilisierung. Bei steigender Spannung> fließt mehr Strom, der Faden wird heißer und der Widerstand erhöht sich.> Die Zenerdiode wird wegen des eingegrenzten Stroms in einem engeren> Bereich betrieben --> stabilere Zenerspannung.
Wollen wir wetten, daß das nicht so ist und dein Gefühl?
Miß doch mal die Unterschiede nach und berichte.
Heißer bedeutet mehr Helligkeit.
Mehr Helligkeit bedeutet mehr Spannung.
Für die Glühbirne bleiben aber, nach wie vor, nur die restlichen 5,2
Volt übrig!
Marek N. schrieb:> Nach meinem Verständnis ergibt das aber eine Mitkopplung, die zur> Zerstörung der Z-Diode führen könnte*)
Eher andersrum:
Normalerweise (12V rein, 6.8V Z-Diode) leichtet die Glühlampe nicht, hat
einen Widerstand von 120 Ohm der halb so hoch ist wie bei Nennbetrieb
(240 Ohm=12V/0.05A), lässt also weil auch halbe Spannnug anliegt genau
so viel Strom durch wie als Nennstrom (50mA) drauf steht.
Steigt die 12v auf 18V, wird die Lampe mit Nennspannung betrieben, glüht
und hat Nennwiderstand, der wiederum zum Nennstrom (50mA) führt. Liegt
die Eingangsspannung nur bei 8V, ist der Kaltwiderstand 60 Ohm der Lampe
1/4 des Nennwiderstandes (12V/0.05)=240 Ohm, sie lässt immerhin noch
20mA durch.
Damit ist der Betriebsbereich der Z-Dioden Stabilisierung grösser als
bei einem einfachen Vorwiderstand, aber bei kurzen Schwankungen muss die
Lampe erst thermisch reagieren. Als kleine Lampe tut sie das schnell, so
daß die Z-Diode die Stromspitzen überlebt, aber in Richtung
Spannungseinbruch kann kurz der Strom zu gering werden um die Schaltung
zu versorgen.
Steigt die Spannung auf 24V, brennt die Lampe durch, eine Sicherung für
die Z-Diode ist sie also auch noch.
Trotzdem ist die Schaltung eher Gimmick der damaligen Zeit. Du findest
sie heute nicht mehr, es gibt heute Spannungsregler.
Ich habe es gerade mal mit Circuitlab versucht, online zu simulieren.
Dummerweise werden Glühlampen hier als Widerstände simuliert. Das
scheint wohl üblich zu sein.
Da verliert man die Lust an Spice. :-(
@ Falk
Brauch ich nicht, das haben schon andere gemacht.
Lies doch mal über Eisen-Wasserstoff-Widerstände nach.
Eine Glühbirne ist ein Kompromiß, aber besser als nichts.
Wurde auch in vielen Industriegeräten verwendet.
Gruß - Werner
Achim B. schrieb:> Glühbirnen wurden aus ähnlichen Gründen auch gerne zur> Amplitudenstabilisierung in RC-Generatoren eingesetzt.>> Das nur mal so am Rande.
William H. Hewlett hat 1939 ein Patent auf dieses Verfahren angemeldet,
und mit dem HP200A den Grundstein für HP gelegt.
https://de.wikipedia.org/wiki/HP200A
Hi,
danke für die schnellen und zahlreichen Antworten!
Ja, die Schaltung ist ja eine Bastelschaltung aus den 70-ern. Hatte mich
halt gewundert.
Aber ja, Glühlampe als einfache Konstantstromquelle klingelt wieder bei
mir. Gabs glaub ich auch in der Anfangszeit auch als Lade"regler" für
Bleiakkus.
Kommt aber wahrscheinlich wirklich auf das Zusammenspiel zwischen den
Kennlinien von Diode und Lampe und mann kann wohl nicht auf zwei
Betriebszustände reduzieren.
Beste Grüße, Marek
Eine Glühlampe hat gegenüber einem Widerstand den Vorteil, daß sie Licht
abstrahlt, statt bloß Wärme, die man in solchen Geräten meist weniger
gut gebrauchen kann. :-)
batman schrieb:> Eine Glühlampe hat gegenüber einem Widerstand den Vorteil, daß sie Licht> abstrahlt, statt bloß Wärme, die man in solchen Geräten meist weniger> gut gebrauchen kann. :-)
WOW, was ja bei 5% Wirkungsgrad auch SOOO einen Unterschied macht!
Naja, der batman mal wieder.
Falk B. schrieb:> Werner H. schrieb:>> Die Glühbirne ist eine Art Vorstabilisierung. Bei steigender Spannung>> fließt mehr Strom, der Faden wird heißer und der Widerstand erhöht sich.>> Die Zenerdiode wird wegen des eingegrenzten Stroms in einem engeren>> Bereich betrieben --> stabilere Zenerspannung.>> Wollen wir wetten, daß das nicht so ist und dein Gefühl?> Miß doch mal die Unterschiede nach und berichte.
Werner hat schon recht, und man kann das auch leicht nachrechnen.
Spannungsabhängigkeit vom Strom:
Widerstand: U = R · I
Glühbirne: U = c · I² (näherungsweise)
R und c sind dabei die bauteilspezifischen Konstanten, die das
jeweilige DC-Vehalten beschreiben.
Vergleich anhand eines Beispiels
Folgende Parameter könnten zur fraglichen Schaltung passen:
Versorgungsspannung: U0 ∈ [U0min, U0max]
Minimalwert der Versorgungsspannung: U0min = 10V
Maximalwert der Versorgungsspannung: U0max = 20V
Stromverbrauch der nachfolgenden Schaltung: Iv = 10mA
Z-Spannung: Uz = 6,8V
Der Widerstand und die Glühbirne werden jeweils so ausgelegt, dass bei
U0min die Ausgangsspannung bei Iv gerade noch auf Uz gehalten werden
kann.
Auslegung des Widerstandes
R = (U0min - Uz) / Iv = 320Ω
Auslegung der Glühbirne:
c = ((U0min - Uz) / Iv² = 32000V/A²
Strom durch die Z-Diode mit Widerstand:
Iz = (U0 - Uz) / R - Iv
Strom durch die Z-Diode mit Glühbirne:
Iz = √((U0 - Uz) / c) - Iv
Ergebnisse s. Anhang. Bei U0=20V ist Iz mit dem Widerstand etwa dreimal
so hoch wie mit dem Widerstand. Bei höheren Versorgungspannungen wird
dieser Faktor noch größer.
Ist klar, aber ob man dafür extra ne Birne statt Widerstand einlöten
will. Wenn man das 12V-Gerät aus unerfindlichen wirklich mit höherer
Spannung betreiben will, brennt die Birne irgendwann durch und das fänd
ich nicht gut.
Dann lieber einen robusten Widerstand und eine robuste Z-Diode.
Ich bleib dabei, Lampen sollen Licht machen.
batman schrieb:> Wenn man das 12V-Gerät aus unerfindlichen wirklich mit höherer> Spannung betreiben will, brennt die Birne irgendwann durch und das fänd> ich nicht gut.
Wenn die Birne nur der Stabiliserung (und nicht auch als Anzeigeelement)
dient, muss sie bei Nennspannung nicht mit voller Helligkeit leuchten.
Auch bei der Hewlettschen Amplitudenregelung für den Wien-Oszillator
glimmt die Birne (wenn überhaupt) nur leise vor sich hin und hält damit
ewig.
In der vom TE geposteten Schaltung mit 12V-Birne und 6,8V-Z-Diode darf
die Versorgungsspannung bis auf 18,8V ansteigen, ohne dass die
Nennspannung der Birne überschritten wird.
batman schrieb:> Ich bleib dabei, Lampen sollen Licht machen.
Alternativ könnte man auch einen PTC nehmen. Aber ich schätze, dass in
der Zeit, in der die Schaltung entwickelt wurde, Glühbirnen billiger als
Halbleiter- und andere damals neumodischen Bauelemente waren.
Yalu X. schrieb:> In der vom TE geposteten Schaltung mit 12V-Birne und 6,8V-Z-Diode darf> die Versorgungsspannung bis auf 18,8V ansteigen, ohne dass die> Nennspannung der Birne überschritten wird.
Die übrigen Schaltungsteile sind da aber nicht dafür ausgelegt.
Es sind 12V angegeben!
Falk B. schrieb:> Marek N. schrieb:> Falsch. Bei normalen Glühlampen liegt das Verhältnis von> Warm/Kaltwiderstand bei ca. 4, Halogenlampen ca. 10. Das ist noch weit> weg von Null.>
Das der Faktor bei normalen Glühlampen nur 4 ist, bezweifle ich. Nach
https://systemdesign.ch/wiki/Widerstand_einer_Gl%C3%BChbirne
kommen ich selbst bei nur 2000 K Annahme fuer die Glühfadentemperatur
auf einen Faktor 11 zwischen 300 K und 2000K
Falk B. schrieb:> Falsch. Bei normalen Glühlampen liegt das Verhältnis von> Warm/Kaltwiderstand bei ca. 4
Ich hab noch einen Sack voll dieser "Telefonlampen" hier, allerdings die
24V 50mA Ausführung.
0.1V 2.0mA => 50ohm
3.3V 16.5mA => 200ohm
5V 20mA => 250ohm, Faden fängt sichtbar an zu glühen
12V 32.5mA => 370ohm
24V 50mA => 480ohm
Für 12V 50mA kann man die Werte wahrscheinlich dann halbieren.
Also doch Faktor 1:10, aber auch kalt weit über null ohm.
Bis um 1980 herum war eine Glühbirne ebenfalls als Kaltleiter verwendet
noch günstiger als einen Kaltleiter zu bekommen, der in dem benötigten
Widerstandsbereich nochmal ungünstiger war.
Es ist einfach eine Betriegsanzeige.
Auch damals hätte man zur Spannungs/Temperaturkompensation 1-2 Dioden in
Durchlassrichtung schalten können.
Außerdem ist das eine fast echte Zenerdiode mit ihren 6-7V laut
Datenblatt.
Da ist der Temperaturkoeffizient sowieso etwa Null.
Marek N. schrieb:> *) Extremfall: Kaltwiderstand der Lampe ist sehr klein, nahe Null ->> Z-Diode sieht volle Batteriespannung bei praktisch keinerlei> Strombegrenzung -> Bumm!
Die Z-Diode sieht nie die volle Betriebsspannung. Dafür sorgt schon ihre
Kennlinie. Mit steigender Spannung steigt der Strom kräftig an, der
Widerstand der Glühbirne steigt und alles wird gut.
Uher hatte auch in seinem Netzgeräten Z124 eine Glühlampe verbaut.
https://www.tonband.net/unterlagen/uher/sm_z124_0.pdf
Die Entwickler dürften ähnliche Überlegungen angestellt haben oder
sollte ich mich da täuschen.
Wolfgang schrieb:> Mit steigender Spannung steigt der Strom kräftig an, der> Widerstand der Glühbirne steigt und alles wird gut.
Aus Erfahrung kann ich sagen: Ein Halbleiter wird seine Schutzschaltung
vor Zerstörung schützen ;-)
Marek N. schrieb:> Aus Erfahrung kann ich sagen: Ein Halbleiter wird seine Schutzschaltung> vor Zerstörung schützen
Hast dir auch mal angesehen was da drin ist?
Das ist eine CZ 5W Zenerdiode. Die bekommst du mit so ein bißchen
Glühlampenstrom nicht kaputt. Die bei 25ohm Kaltwiderstand an 12V
Lampenspannung (bei 18V Betriebsspannung) kurzeitig fließenden 500mA
liegen voll in der Spec.
Ist einem hier eigentlich bewusst, das eine Z-Diode den größten Strom
(u. Leistung) im Leerlauf sieht?!
Steigt der abgezweigte (entnommene) Strom, steigt auch die Spannung am
VR. Übersteigt nun der entnommene Strom, den durch die Z-Diode im
Leerlauf, fällt die Spannung dort unter die Z-Dioden-Spannung. Eine PTC
als VR ist also Kontraproduktiv. Der Einsatz einer Glühbirne, kann also
nur durch deren hohen max. Verlustleistung für kleines Geld, begründet
sein.
Teo D. schrieb:> Ist einem hier eigentlich bewusst, das eine Z-Diode den größten Strom> (u. Leistung) im Leerlauf sieht?!
Ja :-).
> Steigt der abgezweigte (entnommene) Strom, steigt auch die Spannung am> VR.
Äh, nein. Die Z-Diodenschaltung ist ein Shuntregler. Solange die Z-Diode
im aktiven Bereich ist, nimmt die Schaltung einen konstanten Strom auf,
der Spannungsabfall am VR ist konstant bei konstantem Ue.
> Übersteigt nun der entnommene Strom, den durch die Z-Diode im> Leerlauf, fällt die Spannung dort unter die Z-Dioden-Spannung. Eine PTC> als VR ist also Kontraproduktiv.
Schon, aber dann ist die Schaltung doch falsch ausgelegt. Der
Z-Diodenstrom darf nicht unter einen Mindestwert fallen.
> Der Einsatz einer Glühbirne, kann also> nur durch deren hohen max. Verlustleistung für kleines Geld, begründet> sein.
Ja, aber auch dann, wenn die Eingangsspannung nach oben schwankt. Wie
Yalu zeigte (Beitrag "Re: Glühlampe als Vorwiderstand für Z-Diode - Warum?"), ist
der Zenerstrom und damit die Verlustleistung in der Z-Diode im Vergleich
zu einem ohmschen Vorwiderstand kleiner.
HildeK schrieb:> Äh, nein. Die Z-Diodenschaltung ist ein Shuntregler. Solange die Z-Diode> im aktiven Bereich ist, nimmt die Schaltung einen konstanten Strom auf,> der Spannungsabfall am VR ist konstant bei konstantem Ue.
Danke für die Korrektur. :)
HildeK schrieb:>> Übersteigt nun der entnommene Strom, den durch die Z-Diode im>> Leerlauf, fällt die Spannung dort unter die Z-Dioden-Spannung. Eine PTC>> als VR ist also Kontraproduktiv.> Schon, aber dann ist die Schaltung doch falsch ausgelegt. Der> Z-Diodenstrom darf nicht unter einen Mindestwert fallen.
Äh, hab ich mir garnicht angesehen.... .-/
HildeK schrieb:>> Der Einsatz einer Glühbirne, kann also>> nur durch deren hohen max. Verlustleistung für kleines Geld, begründet>> sein.> Ja, aber auch dann, wenn die Eingangsspannung nach oben schwankt.
Nicht berücksichtigt.
HildeK schrieb:> Wie> Yalu zeigte (Beitrag "Re: Glühlampe als Vorwiderstand für Z-Diode -> Warum?")
Asche auf mein Haut.... Ich gelobe Besserung (so wie immer halt) SORRY
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