Schutzbeschaltung mit Z Diode

meine Schutzbeschaltung

-Falscher Z-Diodentyp? (messen /Auge in Datenblatt)
-Z-Diode schon gestorben ?

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

Anscheinend ist mein Strom zu klein, dass ich gar keine finde.

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).

die FPGA habe ich aus sicherheitsgründen noch nicht angeschlossen

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 ^^

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

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

@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.

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.

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 ;)

>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.

@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.