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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Kopfzerbrechen Zenerspannung


Autor: Gerd (Gast)
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Halli hallo!

Ich habe gerade ein kopfzerbrechendes Problem. Und zwar wollte ich eine 
Zener-Diode für einen Spannungsabfall einsetzen.

Also: Quelle (14V) -> R -> Zener-Diode (3V3)

Jetzt hatte ich vermutet über der Zener-Diode eine Spannung von 3,3V zu 
messen - FEHLANZEIGE! Es fallen lediglich ca. 3V ab, trotz einem Strom 
von 31mA.

Wieviel Strom muss durch die Z-Diode fließen, damit sie ihre Nennwert 
erreicht?

Ich dachte das errechnet sich ca. nach 0,1*(Ptot / Uz)


Liege ich da falsch?

Autor: Gerd (Gast)
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Selbst bei 45mA liegt die Spannung erst bei 3,2V

Autor: Gerd (Gast)
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Bei 100mA bin ich bei 3,5V...

Autor: MCUA (Gast)
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steht im Datenblatt

Autor: Gerd (Gast)
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Ja, aber die Spannung darf doch nicht größer werden, als die 
Nennspannung, oder?

Autor: Bernhard R. (barnyhh)
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Hallo Gerd,
Du bewegst Dich im Bereich der realen Welt. Im Gegensatz zur 
virtuellen Realität sind die Dinge der realen Welt mit Toleranzen 
behaftet.

Zu Deinem Problem: Hier treten insbesondere folgende Abweichungen auf:
1. Dein Meßgerät zeigt den Spannungsabfall über die Zenerdiode nicht 
exakt an, sondern mit einem gewissen Meßfehler.
2. Genauso ist die Strommessung mit einem Meßfehler behaftet. Ein Teil 
dieses Meßfehlers stammt vom Spannungsabfall am Meßgerät, der Rest ist 
Abweichung wie bei der Spannungsmessung.
3. Last but not least ist die Zenerdiode mit gewissen Toleranzen 
behaftet. Das steht im Datenblatt der Zenerdiode.

Bernhard

edit: Der dynamische Innenwiderstand der Zenerdiode steht auch im 
Datenblatt, genau wie der sinnvolle Arbeitspunkt.

Autor: MCUA (Gast)
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>Ja, aber die Spannung darf doch nicht größer werden, als die
>Nennspannung, oder?
steht im Datenblatt

Autor: Gerd (Gast)
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Also ich habe jetzt mal ein wenig gemessen, die Diode für 3,3V pendelt 
sich so bei 70mA ein und liegt dann bei Uz +/- 10%.

Eine 10V Zener-Diode dagegen ist schon bei 5mA an ihrer Zenerspannung.


Ist es so, dass Dioden mit kleinerer Zenerspannung mehr Strom brauchen?

Autor: Jörg Wunsch (dl8dtl) (Moderator) Benutzerseite
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Gerd schrieb:
> Bei 100mA bin ich bei 3,5V...

Wenn du den Strom noch weiter erhöhst, nimmt die Spannung dann
wieder ab... die Dinger haben einen negativen Temperatur-
koeffizienten. ;-)

Ich habe mir gerade das Datenblatt einer BZV90 angesehen, und dort
wird für den 3,3-V-Typ bei 5 mA eine Betriebsspannung zwischen
3,1 V und 3,5 V angegeben.

Nein, eine Z-Diode ist keine Präzisionsspannungsquelle.  Du wärst
vielleicht mit einem TL431 besser bedient, aber auch dort gibt es
Toleranzen: garantiert wird eine Referenzzspannung von (2,495 ±
0,055) V, beim TL431A sind es (2,495 ± 0,025) V.  (Deine gewünschten
3,3 V stellst du mit zwei externen Widerständen ein.)

Autor: MCUA (Gast)
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den besten "Knick" gibt es bei 6V8.
Auch Unterschiede verschiedener Z-Spannungen innerhalb einer 
Z-Dioden-Serie stehen im Datenblatt.  ...da musst du schon guggen

Autor: Gerd (Gast)
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Diode ist eine 1N4728

Der Strom liegt momentan bei 30mA und die Spannung bei 3,04V - sind das 
jetzt die vollen 10% Toleranz??!! Da ist ja nicht mehr viel mit 
Stabilisierung.

Autor: Gerd (Gast)
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Ich hab das Datenblatt ja hier, aber das sagt da nicht so viel aus.

Autor: Michael (Gast)
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Da steht doch alles im Datenblatt: 76mA musst nominal durchjagen bei der 
3V3 und die Toleranz bei der Standard-Diode beträgt +-10%.

Also alles im Rahmen und in Ordnung!!

Autor: MCUA (Gast)
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Im Datenblatt stehen alle absoluten min/max-Werte drin und auch alle 
recommend. Wert drin.
Absolute min/max-Werte dürfen nicht unter/über-schritten werden !!!
Recomm. min/max-Werte sollten nicht unter/über-schritten werden.

Absolute max-Werte sind z.B : absmax_U, absmax_I, absmax_P.v, 
absmax_Temp , keiner dieser Werte darf überschritten werden, auch nicht 
kurzzeitig.

Autor: Gerd (Gast)
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Michael schrieb:
> Da steht doch alles im Datenblatt: 76mA musst nominal durchjagen bei der
> 3V3 und die Toleranz bei der Standard-Diode beträgt +-10%.

Alles klar, vielen Dank euch allen!

Autor: Jörg Wunsch (dl8dtl) (Moderator) Benutzerseite
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Gerd schrieb:

> Der Strom liegt momentan bei 30mA und die Spannung bei 3,04V - sind das
> jetzt die vollen 10% Toleranz??!!

Nein, wie dir dein Taschenrechner verrät, sind das -7,9 % Abweichung.

> Da ist ja nicht mehr viel mit
> Stabilisierung.

Die Grundabweichung hat doch mit dem Stabilisierungsverhalten nichts
zu tun.  Stabilisieren tut sie trotzdem, nur eben auf niedrigerem
Niveau als die Nennspannung.

Siehe Beitrag "Re: Kopfzerbrechen Zenerspannung" , wenn
du mehr Genauigkeit haben willst, nimm was anderes als eine bloße
Z-Diode.

Autor: Ger_Ger (Gast)
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Der Gebrauch des Begriffs "Zenerdiode" ist etwas unpräzise für 
Spannungsstabilisatordioden die in Sperrichtung betrieben werden. Der 
Zenereffekt ist - nicht unähnlich der Tunneldiode - eine physikalische 
Eigenschaft hochdotierter pn-Übergänge zwischen ca. 2 V und 5.5 V. Der 
Stromfluss wird auch hier durch den Tunneleffekt bewirkt. Dieser hat 
einen negativen Temperatureffekt. Er liegt bei ca. -0,6 mV pro Grad C.
Bei Höheren Spannungen ab 6,5 V Überwiegt der Avalanche-Effekt. Durch 
das hohe elektrische Feld in der Sperrschicht wird dabei durch 
Stoßprozzesse eine Vervielfachung der Leitungselektronen hervorgerufen, 
was zu einem makroskoischen Strom führt. Der Temperaturkoeffizient ist 
hier ca. +0,6 bis +1 mV pro Grad C.
Da die Dotierung die entscheidende Größe der Zener, bzw 
Avalanchespannung sind, ist diese im Prozess möglichst präzise zu 
steuern um den gewünschten Durchbruchsspannungswert zu erhalten. Mit 
heutiger Technik sind Zenerdioden mit Abweichungen von 3 % herstellbar. 
Genauere Werte werden durch nachträgliche Selektion erzielt. Wegen der 
gegenläufigen Temperaturkoeffizienten sind Zenerdioden zwischen 5,6 und 
6,2 V mit dem geringsten TK bis zu kleiner 10 ppm pro Grad herstellbar.
Die heute am häufigsten verwendeten Stabis sind jedoch die 
Bandgap-Regerenzen wie im folgenden. Ich empfehle einen LDO wie hier:
http://search.digikey.com/scripts/DkSearch/dksus.d...
Ich setze wegen des günstigen Preises der LDO keine Z-Dioden mehr als 
Stabis ein.

Autor: Ger_Ger (Gast)
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Nachtrag:
Wenns darum geht, von den 14.0 V 3.3V abzuziehen, wirds leider etwas 
teuerer:
http://search.digikey.com/scripts/DkSearch/dksus.d...
GND auf die +14.0V-Schiene, Eingang auf 0V, R1 und 2 für 3.3V 
selektieren, und schon hat man am Ausgang des MIC5270 (14-3.3)V=10.7V 
mit 100 ppm pro Grad TK. Wenns genauer werden soll, hilft nur ein 
Referenzelement, Operationsverstärker und genaue Widerstände mit 
niedrigem TK.

Autor: Ger_Ger (Gast)
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Nachtrag:
Grad nochmal gecheckt. Damit gehts noch einfacher:
http://search.digikey.com/scripts/DkSearch/dksus.d...
und billiger. Mindstvoraussetzung: mehr als 30 mikroampere Strom!
Such nach "Shunt-Reference" für andere Werte.

Autor: Jörg Wunsch (dl8dtl) (Moderator) Benutzerseite
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Ger_Ger schrieb:
> Der Gebrauch des Begriffs "Zenerdiode" ist etwas unpräzise für
> Spannungsstabilisatordioden die in Sperrichtung betrieben werden.

Daher heißen die Teile ja auch Z-Dioden.

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