Hallo, betrachten wir als erstes mal die normale Diode: Also, es gibt erstmal 2 Verschiedene "Betriebsarten": - Durchlassbetrieb: Ab einer gewissen Schwellenspannung Us(bzw. Durchlassspannung U_f) fließt ein Strom I_f durch die Diode. Die Diode ist aber der Spannung Us niederohmig. Wird der max. Durchlassstrom I_f überschritten, so wird die Diode zerstört. - Richtig? - Sperrbetrieb: Hier fließt kein Strom durch die Diode. (Es fließt jedoch ein kleiner Sperrstrom(uA)). Aber einer gewissen Durchbruchsspannung Ur bricht die Diode durch, d.h. es fließt auch Strom in Sperrrichtung durch die Diode. Wird die max. Sperrspannung überschritten, so wird die Diode zerstört. - Richtig? Aber fakt ist doch, wenn die Sperrspannung größer wird, so wird auch der Sperrstrom größer und wenn die Durchlassspannung größer wird, dann wird auch der Durchlassstrom größer oder? Also: Warum werden hier gerade DurchlassSTROM und SperrSPANNUNG als Grenzwerte angegeben? Temperaturabhängigkeit: Steigt die Umgebungstemperatur um 10°C(oder 10K), dann führt das zu einer Verdopplung des Sperrstromes. Und auch zu einer Verrringerung der Durchlassspannung U_f um ca. 2mV/°C(oder K) - Richtig? Max. Verlustleistung Ptot: Ptot = Ur * Ir bzw. U_f * I_f --> Bei Überschreitung wird die Diode zerstört. Bevor wir zu den Zener-Dioden kommen, möchte ich noch den Zener- und den Lawinen-Effekt besprechen: Da bin ich jetzt verwirrt. Gibt es nun diese Effekten bei der normalen Diode UND bei der Zener-Diode oder wie läuft das ab? Folgendes weiß ich(wir sind noch immer bei der normalen Diode!): - Zener-Effekt: Dieser tritt da auf, wo die Diode durchbricht, also Zenerspannung = Durchbruchsspannung. --> Strom fließt in Sperrrichtung durch die Diode. - Lawinen-Effekt: Die Lawinenspannung ist doch größer wie die Zener- bzw. Durchbruchsspannung oder? Bei dem Effekt wandern die Elektronen schnelle durch die Sperrschickt und durch das schnelle Wandern reißen sie Ladungsträger mit und es kommt zu einen höheren Stromfluss. Habe ich Zener- und Lawinen-Effekt richtig verstanden bei einer normalen Diode? Ok, das reicht erstmal. Kommentiert bitte überall, obs richtig bzw. falsch ist :). Danke! mfg FK
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Dazu gibt es noch die Tunneldioden, auch die Gunn-Elemente sind Dioden. Ich nehme die gerne zur Temperaturkompensation von Konstantstromquellen, eine Kombi as mehreren Zenern ist eine sehr gute Spannungsreferenz, und so weiter. Die Diode ist ein sehr interessantes Bauelement. Und dabei habe ich noch gar nicht die Röhren-Diode, also die ursprüngliche Form berührt, auch die ist heute noch aktuell!
F. K. schrieb: [...] > - Durchlassbetrieb: Ab einer gewissen Schwellenspannung Us(bzw. > Durchlassspannung U_f) fließt ein Strom I_f durch die Diode. Die Diode > ist aber der Spannung Us niederohmig. Wird der max. Durchlassstrom I_f > überschritten, so wird die Diode zerstört. - Richtig? In erster Näherung. > - Sperrbetrieb: Hier fließt kein Strom durch die Diode. (Es fließt > jedoch ein kleiner Sperrstrom(uA)). Aber einer gewissen > Durchbruchsspannung Ur bricht die Diode durch, d.h. es fließt auch Strom > in Sperrrichtung durch die Diode. Wird die max. Sperrspannung > überschritten, so wird die Diode zerstört. - Richtig? Auch in erster Näherung. > Aber fakt ist doch, wenn die Sperrspannung größer wird, so wird auch der > Sperrstrom größer und wenn die Durchlassspannung größer wird, dann wird > auch der Durchlassstrom größer oder? Also: Warum werden hier gerade > DurchlassSTROM und SperrSPANNUNG als Grenzwerte angegeben? Hast Du nicht gelesen was Du selber oben geschrieben hast? Für den jeweiligen Betriebsfall sind das halt die praktisch interessanten Grenzwerte. Wen interessiert schon der max. Sperrstrom wenn man weiss dass man 42 Volt Spitze-Spitze gleichrichten muss?
PIN-Dioden fehlen dir auch noch. Die werden quasi im "Reverse Recovery Mode" betrieben ;-)
Durchbruchspannung: bedenke auch, dass die Diode einen Innenwiderstand hat und somit der max Sperrstrom bei der Durchbruchspannung nicht erreicht wird. z.B. bei Zehner Dioden.
F. K. schrieb: > betrachten wir als erstes mal die normale Diode: [schnipp] Versuchst du hier gerade, (d)ein Referat gegenchecken zu lassen? > Aber fakt ist doch, wenn die Sperrspannung größer wird, so wird auch der > Sperrstrom größer und wenn die Durchlassspannung größer wird, dann wird > auch der Durchlassstrom größer oder? Also: Warum werden hier gerade > DurchlassSTROM und SperrSPANNUNG als Grenzwerte angegeben? Weil die eigentliche Limitierung die in der Diode umgesetzte Leistung ist. Und da Spannung und Strom in beiden Richtungen einen direkten Zusammenhang haben, reicht es eins von beidem anzugeben. Außerdem sind der fließende Strom und die angelegte Spannung genau die Größen, die man als Schaltungsdesigner kennt und anhand derer man sich eine passende Diode aussucht. Schließlich sind weiter unten im Datenblatt durchaus noch mehr als nur die Grenzwerte für Durchlaßstrom und Sperrspannung angegeben. > Bevor wir zu den Zener-Dioden kommen, möchte ich noch den Zener- und den > Lawinen-Effekt besprechen: Da bin ich jetzt verwirrt. Gibt es nun diese > Effekten bei der normalen Diode UND bei der Zener-Diode oder wie läuft > das ab? Es gibt beide Effekte bei jedem pn-Übergang. Allerdings ist der mit der kleineren Durchbruchspannung dominant, denn die Spannung kann ja nicht über die Durchbruchspannung steigen. Was sie aber müßte um den zweiten Effekt auszulösen. Wie stark jeder der beiden Effekte ist, kann über das Dotierungsprofil bei der Herstellung eingestellt werden. Allerdings nicht übermäßig genau, deswegen die recht großen Streuungen bei den Kennwerten von Z-Dioden. Bei Z-Dioden um 6V überlagern sich beide Effekte. Bei Z-Dioden kleinerer Spannung dominiert der Zener-Effekt, bei höheren Spannungen dominiert der Avalanche-Effekt. Gleichrichterdioden haben praktisch keinen Zener-Effekt. https://de.wikipedia.org/wiki/Zener-Effekt XL
Axel Schwenke schrieb: > Versuchst du hier gerade, (d)ein Referat gegenchecken zu lassen? Das wird der neue Crack/Tietze/Schenk :)
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Detlef Kunz schrieb: > Das wird der neue Crack/Tietze/Schenk :) Ja! :D Axel Schwenke schrieb: > Versuchst du hier gerade, (d)ein Referat gegenchecken zu lassen? Nein, ist kein Referat^^. Versuche nur zu verstehen wie Dioden funktionieren und lasse das hier hat gegegenchecken :). Axel Schwenke schrieb: > Weil die eigentliche Limitierung die in der Diode umgesetzte Leistung > ist. Ich denke hier ist dann die sog. Leistung Ptot gefragt, die ich in meinem ersten Beitrag schon erwähnt habe, richtig? Axel Schwenke schrieb: > Es gibt beide Effekte bei jedem pn-Übergang. Allerdings ist der mit der > kleineren Durchbruchspannung dominant, denn die Spannung kann ja nicht > über die Durchbruchspannung steigen. Was sie aber müßte um den zweiten > Effekt auszulösen. Ich zitiere vom Elektronik-Kompendium: >>Die Ladungsträger, die durch den Zener-Effekt frei wurden, werden durch das elektrische Feld sehr stark beschleunigt. Das führt dazu, dass weitere Elektronen aus ihren Kristallbindungen herausgestoßen werden. Die Sperrschicht der Diode wird mit freien Ladungsträgern überschwemmt. Das nennt man Lawineneffekt (Stossionisation). Bei der Z-Diode überlagert sich der Zener-Effekt und der Lawineneffekt. Dieser Zustand wird als Zenerdurchbruch bezeichnet.<< In den ersten Sätzen nehme ich heraus, dass doch beides auftritt bei Dioden. Zener- und Lawineneffekt. Was stimmt nun? Axel Schwenke schrieb: > Wie stark jeder der beiden Effekte ist, kann über das Dotierungsprofil > bei der Herstellung eingestellt werden. Allerdings nicht übermäßig > genau, deswegen die recht großen Streuungen bei den Kennwerten von > Z-Dioden. > > Bei Z-Dioden um 6V überlagern sich beide Effekte. Bei Z-Dioden kleinerer > Spannung dominiert der Zener-Effekt, bei höheren Spannungen dominiert > der Avalanche-Effekt. Gleichrichterdioden haben praktisch keinen > Zener-Effekt. Was heißt "Es überlagern sich Zener- und Lawineneffekt"? Ich habe mir das auf Wikipedia und im ELKO durchgelesen, aber bin jetzt irgendwie mehr verwirrt.
Die Effekte sind abhängig von der Sperrspannung, bei etwa 5,6 Volt halten sie sich die Waage, daher ist der Tempco dort auch am geringsten, und wechselt sein Vorzeichen.
Eine normale Diode kann eine Sperrspannung bzw. Durchbruchsspannung zwischen ca. 50V und 1000V(je nach Typ) haben. Naja was ist da nun Lawinen- und Zenereffekt?
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wiki weiß es - ist das soooo schwer? "Liegt diese Spannung unterhalb 5 V, so überwiegt der Zenereffekt und damit sein negativer Temperaturkoeffizient. Bei Spannungen über 6,5 V überwiegt der Lawinendurchbruch-Effekt, der auch als Avalanche-Effekt (englisch: avalanche effect) bekannt ist, und damit sein positiver Temperaturkoeffizient. Im Bereich zwischen 5 und 6,5 V wirken beide Effekte in ähnlicher Stärke. Der Knick der Kennlinie ist zwar nicht so scharf, dafür aber ist der Temperaturgang besonders niedrig ausgeprägt."
Danke! Gelesen habe ich das, aber das aufm ELKO hat mich dann verwirrt. D.h. nun das bei einer GLeichrichterdiode der Lawineneffekt auftritt, da ja die Durchbruchsspannung so zwischen 50V und 1000V sein kann(je nach Typ). Und bei der Z-Diode ist die Durchbruchsspannung bzw. Zenerpsannung unter 50V(je nach Typ). - Richtig? Wenn die Zenerspannung unter 5V ist, dann neg. Tempkoeffizient. Wenn diese über 6V ist, dann pos. Tempkoeffizient. Und wenn die Zenerspannung zwischen 5V und 6,5V ist, dann gibt es keine Temperaturänderungen bzw. fast keine. - Stimmt das so? Und der Tempkoeffizient gibt an wie viel Spannung abweicht bei der Temp. X? Oder was sagt der aus? Zitat aus Wikipedia: "Der Temperaturkoeffizient (deutsch: Temperaturbeiwert) beschreibt die relative Änderung einer Materialeigenschaft oder eines Bauteils in Abhängigkeit von der Änderung der Temperatur gegenüber einer festgelegten Referenztemperatur." Aber ich das also richtig verstanden? Z.b. 0,004K pro 1V änderung. Stimmt das so?
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Nee, leider wird anders herum ein Schuh draus. Wenn ich ein Grad Kelvin ändere, dann ändert sich (bei dem im Datenblatt angegebenen Strom!) die Zenerspannung um xxx.x mV. Die Änderung der Spannung ist eine Folge der Temperaturänderung - das kann Wärme sein, die in der Diode entsteht oder Wärme von außen. Mach' doch einfach mal einen Versuch: Nimm eine Zener plus Vorwiderstand, so daß 3-5 mA fließen, miß die Spannung mit einem DMM und dann halte mal kurz den Lötkolben an das Gehäuse der Diode, und dann mit Datenblatt vergleichen.
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Àhh ok danke! D.h., wenn die Zenerspannung > 6,5V ist, dann wird diese Spannung größer bei 1K-Temp.-Erhöhung, da es einen pos. Tempkoeffizient gibt? Und wenn die Zenerspannung < 5V ist, dann wird diese Spannung kleiner bei 1K-Temp.-Erhöhung, da es einen neg. Tempkoeffizient gibt? Und zwischen 5V und 6,5V ist die Tempänderung SEHR gering, richtig? Habe ich das so richtig verstanden? Und wie wählt man dann die Zenerspannung einer Z-Diode am besten? Z.b. für Spannungsstabilisierung? Wäre es nicht am besten IMMER zw. 5V und 6,5V zu nehmen, da es temp.unabhängig ist? Naja aber dafür schwankt die Spannung mehr, also naja ist blöd, man hat immer Nachteile.
F. K. schrieb: > Und wie wählt man dann die Zenerspannung einer Z-Diode am besten? Z.b. > für Spannungsstabilisierung? Wäre es nicht am besten IMMER zw. 5V und > 6,5V zu nehmen, da es temp.unabhängig ist? Ganz einfach. Man nimmt eine Z-Diode, deren Nennspannung der zu erzeugenden Spannung entspricht. Wenn man 3.3V oder 9V braucht, dann nützt einem eine Z-Diode (oder ein ganzer Sack davon) mit 6V überhaupt nichts. Allerdings sind Z-Dioden für die Spannungstabilisierung heutzutage weitgehend obsolet. Man verwendet sie nur noch in absoluten Billig- schaltungen und auch dann eher als Überspannungsschutz oder Klemmdiode. Dein gerade frisch erworbenes Wissen ist also ca. genauso wertvoll wie das über die perfekte Konstruktion von Pferdefuhrwerken ;) Als Referenzspannungsquelle hat sich die Bandgap-Referenz durchgesetzt. Die kann im Prinzip auf einen Temperaturkoeffizienten von 0 eingestellt werden. Und die Spannungslage bei 1.235V ist deutlich universeller als die von Z-Dioden, nicht zuletzt deshalb, weil es heute trivial ist, die Spannung um einen konstanten Faktor zu verstärken. Z-Dioden stammen aus einer Zeit, in der das alles andere als trivial war. Z-Dioden unterhalb ca. 4.7V haben auch nur eine sehr laue Stabilisierungwirkung. Für den Spannungsbereich darunter braucht(e) man also sowieso eine Alternative. XL
Der Spannungsbereich bis ca. 3 Volt und darunter ist mit LEDs sehr viel besser zu stabilisieren. Es gibt ICs wie den weit verbreiteten TL431C, der heute in so gut wie jedem PC-Netzteil meist mehrmals drinsteckt, und der Cents kostet und jeder Zener überlegen ist. Er ist einstellbar. Dann gibt es bezahlbare hochpräzise Referenzen, und mit einem OP-Amp und Widerständen und einem Transistor kann man sehr viel genauer regeln.
Hmm ok danke leute, lasst uns bitte trotzdem die funktion folgender Spannungsstabilierungsschaltung betrachten: https://www.elektronik-kompendium.de/sites/slt/schalt/10121512.gif Ich möcht jedoch zuerst auf den Vorwiderstand eingehen: Manchmal sagt man doch, dass dieser den Strom begrenzt, der dann durch eine LED z.b. fließt(jetzt bei einer normalen R mit LED in Serie). Angenommen die LED hat eine Flusspannung von 1,7V und der max. Strom ist 200mA, der fließen darf, ansonsten kaputt. Wenn man nun einfach ein Netztgerät mit 1,7V dranhängt, dann weiß man ja nicht wie viel Strom das Netzgerät liefert, oder? Brauche ich deswegen den Widerstand?
Ich finde, es wäre besser, zu sagen: Ich hänge ein Netzgerät mit 200mA dran. Da man in der Praxis nur selten die Spannung passend für eine LED hat, ist die einfache Art der Vorwiderstand. Man denkt sich den Strom aus, nimmt den Arbeitspunkt aus dem Datenblatt oder gemessen, und dann ist der Widerstand festgelegt. Alternativ dazu geht es mit einem Schaltregler, der über einen Shunt die Strom-Info rückgekoppelt bekommt als Regelgröße. Vorteil: weniger Verluste. Angenommen, man nimmt für obige LED ein Netzteil, stellt es auf 1,7 Volt ein und wir nehmen an, daß 200 mA fließen. Das wären 340mW, also wird die LED wärmer--> die Vorwärtsspannung sinkt, dazu steigt also der Strom recht stark an --> mehr Erwärmng und so weiter. Auf Deutsch heißt das "thermisches Weglaufen", auf Englisch "Thermal Runaway". Das Ende ist meist der Defekt des Halbleiters.
Naja und wenn ich nun einen Widerstand R davor schalte und dieser verhindert das dann? R = (Uges - U_fluss)/I = (12V-1,7V)/20mA = 515Ohm. Berechnet man das so? Aber warum nennt man das dann "Strombegrenzung"? Der Strom ist ja immer noch 20mA. Oder wie will man denn jetzt den Strom wirklich einstellen? Gibt es denn Netzgeräte wo man den Strom genau einstellt. Normalerweise stellt man doch nur die Spannung genau ein, oder? Oder ist es so: Ich nehme einen Wert her, also I=20mA und diesen setzte ich dann in das ohmsche Gesetz ein und berechne mir aus dem den Widerstand --> Den errechnent Widerstand muss ich da in die Schaltung machen, dass 20mA bei der auch eingsetzten Spannung fließen. Richtig?
F. K. schrieb: > Und wie wählt man dann die Zenerspannung einer Z-Diode am besten? Z.b. > für Spannungsstabilisierung? Der Satz ist ein Widerspruch in sich. Mit Z-Diode wird im allgemeinen jede Diode bezeichnet, welche eine Spannung begrenzt. Zenerdioden gehen nur bis 5,5V. Darüber ist es kein Zenereffekt mehr.
Michael_ schrieb: > Zenerdioden gehen nur bis 5,5V. Darüber ist es kein Zenereffekt mehr. Und die heissen dann Avalanche Dioden?
Light schrieb: > Michael_ schrieb: >> Zenerdioden gehen nur bis 5,5V. Darüber ist es kein Zenereffekt mehr. > > Und die heissen dann Avalanche Dioden? Wer soll wie heißen? Der allgemeine Term, der sich auf eine Diode mit definiertem Knick in der Sperrkennlinie bezieht, ist Z-Diode. Diese Bezeichnung läßt offen, ob der genutzte physikalische Effekt der Zener-Effekt oder der Lawinendurchbruch (oder gar eine Kombination) ist. Das wurde extra für Korinthenkacker wie "Michael_ (Gast)" einegeführt, die sonst maulen, daß es bei 12V ja gar keinen Zener-Effekt gibt und daß man deswegen nicht "12V Zener-Diode" sagen darf. XL
Danke Leute! F. K. schrieb: > Naja und wenn ich nun einen Widerstand R davor schalte und dieser > verhindert das dann? > > R = (Uges - U_fluss)/I = (12V-1,7V)/20mA = 515Ohm. Berechnet man das so? > > Aber warum nennt man das dann "Strombegrenzung"? Der Strom ist ja immer > noch 20mA. > > Oder wie will man denn jetzt den Strom wirklich einstellen? Gibt es denn > Netzgeräte wo man den Strom genau einstellt. Normalerweise stellt man > doch nur die Spannung genau ein, oder? > > Oder ist es so: > Ich nehme einen Wert her, also I=20mA und diesen setzte ich dann in das > ohmsche Gesetz ein und berechne mir aus dem den Widerstand --> Den > errechnent Widerstand muss ich da in die Schaltung machen, dass 20mA bei > der auch eingsetzten Spannung fließen. Richtig? Könnnt ihr mir bitte sagen, ob das so stimmt?
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Falls Du die letzten 5 Saetze meinst, ja das stimmt. Und das nennt man dann Strombegrenzung, weil der Widerstand den Strom auf 20 mA begrenzt. 73
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