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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Z-Diode - Vorwiderstand berechnen


Autor: Ralf (Gast)
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Hi,

ich hab ne Schaltung, deren Eingangsspannung im Bereich von 2.7V-5V 
liegt (5.5V absolutes Maximum) bei einer Stromaufnahme von etwa 0,2mA 
(200µA). Damit die ganze Sache gegen versehentliche Überspannung und 
Verpolen geschützt ist, hab ich mir die Schaltung aus dem Anhang 
gezaubert.

D1 soll gegen das Verpolen sein (Reverse voltage 30V), R1 ist der 
Vorwiderstand für die Z-Diode D2. Soweit, so gut. Der Vorwiderstand 
macht mir n bisschen Kopfzerbrechen.

Da die Stromaufnahme der restlichen Schaltung so gering ist, hab ich den 
Strom mal vernachlässigt. Im Datenblatt zur Z-Diode sind 20mA angegeben, 
damit Uz bei 5V liegt. Wie berechne ich nun den Vorwiderstand? Von 
2.7V-5V kommt die Sache ja nicht zum Tragen, oder? Und wenn ich die 
maximale Eingangsspannung auf 10V festlegen will (und die Spannung über 
D1 ignoriere), dann hätte ich 10V-5V = 5V -> 5V/20mA = 250R. Das kommt 
mir aber irgendwie komisch vor :)

Andersrum gesehen, wenn ich die maximal zulässige Spannung der Schaltung 
von 5.5V als Ansatz verwende, dann müssten die 20mA ja bereits bei 0.5V 
über R1 fliessen, richtig? Das wären dann 25R. Ergibt bei 10V 
Eingangsspannung 0,2A -> 1W -> da geht mein 1206er Widerstand dann in 
Rauch auf :(
Laut Datenblatt gibt die Z-Diode bei 5mA 5.1V her, d.h. das wäre ja auch 
noch okay.

Die Sache verwirrt mich jetzt, kann mir da mal schnell jemand hilfreich 
in die Seite treten?

Ralf

Autor: HildeK (Gast)
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>Wie berechne ich nun den Vorwiderstand? Von
>2.7V-5V kommt die Sache ja nicht zum Tragen, oder? Und wenn ich die
>maximale Eingangsspannung auf 10V festlegen will (und die Spannung über
>D1 ignoriere), dann hätte ich 10V-5V = 5V -> 5V/20mA = 250R. Das kommt
>mir aber irgendwie komisch vor :)
Es ist aber so.

>Andersrum gesehen, wenn ich die maximal zulässige Spannung der Schaltung
>von 5.5V als Ansatz verwende, dann müssten die 20mA ja bereits bei 0.5V
>über R1 fliessen, richtig? Das wären dann 25R.
Auch richtig.

>Ergibt bei 10V
>Eingangsspannung 0,2A -> 1W -> da geht mein 1206er Widerstand dann in
>Rauch auf :(
Ja - und deine Z-Diode vermutlich auch ... Warum definierst du die 
maximale Eingangsspannung auf 5.5V und gibst dann 10V drauf? So geht das 
nicht!

Die (ideale) Zenerdiode nimmt immer soviel Strom auf, dass der 
Spanungsabfall am Vorwiderstand einen Wert erhält, der es der Z-Diode 
erlaubt, ihre Zenerspannung konstant zu halten.

Reale Z-Dioden sind nicht ganz so gut.
Dimensioniere sie so, dass bei deiner max. Eingangsspannung (10V ?) die 
20mA fließen. (Eigentlich zu viel - Verschwendung! Besser sind 5mA, da 
hat sie ja schon 5.1V, also prima!) Wenn du dann eben nur 6V anbietest, 
fließt durch die Z-Diode eben weniger und leider hat sie dann einen 
etwas geringeren Spannungswert. Wie viel sagt eine Kurve im Datenblatt.

Mir ist nicht klar, was du für Signale hast. Aber unabhängig davon, ein 
Vorwiderstand und einen Schottky-Diode vom zu schützenden Eingang nach 
VCC würden reichen. Den Vorwiderstand kannst du dann so bemessen, dass 
bei der maximalen Eingangsspannung der Strom durch die Schottky nicht 
die Spezifikation verlässt bzw. die Flussspannung von 0.5V nicht 
überschritten wird.

Autor: Ralf (Gast)
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> Ja - und deine Z-Diode vermutlich auch ... Warum definierst du die
> maximale Eingangsspannung auf 5.5V und gibst dann 10V drauf? So geht das
> nicht!
Ich hab die 5.5V nicht definiert, das ist die max.Versorgungsspannung 
des IC :) Ich hab nur definiert, dass Versorgungsspannung der Schaltung 
gerne "aus Versehen" mal bis zu 10V betragen darf.
Evtl. ist mein Ansatz mit der Z-Diode falsch, ich möchte einfach 
vermeiden, dass die Spannung für den IC das Maximum von 5V 
überschreitet.

> Mir ist nicht klar, was du für Signale hast. Aber unabhängig davon, ein
> Vorwiderstand und einen Schottky-Diode vom zu schützenden Eingang nach
> VCC würden reichen.
Es handelt sich nicht um einen Signalweg, sondern um die Versorgung der 
Schaltung.

Ralf

Autor: gast (Gast)
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Woher kommen die 10V? Für so ein Fall würde ich ganz einfach ein 
Festspannungsregler 7805 nehmen.

Autor: Michael (Gast)
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Jo, da es hier um die Versorgung geht einfach einen Spannungsregler rein 
hauen, ob jetzt 78er oder lm317 und co ist eigentlich wurscht.

Autor: Gast (Gast)
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Mit dem Verpolschut ist meiner Meinung nach dein Bauteil geschützt, der 
Rest aber nicht.

Z Diode läge dann im Vorwärtsbetrieb zwischen 12V und GND da kein 
Widerstand Kurzschluß?

Autor: EGS (Gast)
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Also mal die Berechnung:

max Z-Diodenstrom Izmax = Ptot / Uz = 1,3W / 5,1V = 0,254 A

min Z-Diodenstrom Izmin = Izmax * 0,1 = 0,0254 A

Igmax = Is + Izmax = 0,0002A + 0,254A = 0,2542A

Igmin = Is + Izmin = 0,0254A + 0,0002A = 0,0256A

Rvmax = (Ug - Uz) / Igmax = (10V - 5,1V) / 0,2542A ~ 19,29 ohm

Rvmin = (Ug - Uz) / Igmin = (10V - 5,1V) / 0,0256A ~ 191,40 ohm

Such dir die passenden aus der E-Reihe aus. Denk dran lieber ne größeren 
Widerstand zu nehmen, da das ja max. Werte sind.

PS: Wenn die Eingangsspannung unter die Z-Diodenspannung sinkt ist da 
zwar noch was da, aber die Schaltung bekommt sicherlcih zu wenig ab. 
Weil aus 2,7V kann eine Z-Diode auch keine 5,1 machen.

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