Emitterfolger als Spannungsquelle

[Katschka (Gast)]

Hallo zusammen,

Ich sitze gerade vor der Aufgabe in der Abbildung und bin etwas (mehr) 
verunsichert, wie ich das ganze angehen soll. Wir hatten bisher die 
Grundlagen zu Transistoren, die Variante mit der Z-Diode sehe ich jedoch 
das erste mal.

Mein Ansatz für das ESB ist in dem Foto hoffentlich erkenntlich und 
lesbar.

Wenn das ESB so richtig ist wäre als nächstes die Funktion für

$$U_L=f(I_E)$$

 gesucht.

Doof gesagt muss die Betriebsspannung natürlich über die ganzen 
Widerstände abfallen - ohne die Z-Diode wäre ich da auch recht schnell 
mit zufrieden, aber die Spannungsquelle im ESB der Diode bringt mich 
leider aus dem Konzept. Ohne die Diode und nur mit einem ohm'schen 
Widerstand hätte ich die Gleichung

$$U_B=I_B(r_{BE}+r_Z||R_1)+U_S+U_L$$

 aufgestellt und nach der Spannung am Lastwiderstand aufgelöst, 
eventuell noch dabei berücksichtigt, dass ja die Knotenregel

$$I_B=\frac{I_E}{1+B}$$

ergibt.

Was mache ich aber nun mit der zusätzlichen Spannungsquelle in der 
Parallelschaltung?

Ich hoffe, ich hab jetzt nichts übersehen und freue mich auf eure 
Antworten.

Vielen Dank für eure Mühen und schöne Grüße,
Katschka

[M. K. (sylaina)]

Das dürfte für einen Außenstehenden relativ schwierig werden. Meiner 
Erfahrung nach erwartet der Lehrende, dass man hier sein Lösungskonzept 
zum Lösen von Aufgaben dieser Art anwendet. Als Außenstehender könnte 
man einen recht einfachen Lösungsansatz wählen und einiges vereinfach 
oder einen recht komplexen Lösungsansatz und sich hoffnungslos in der 
Aufgabe verrennen. Wenn man aber die Lösungsmethoden des Lehrenden nicht 
kennt ist das mehr oder weniger Zufall, wenn man die passende Lösung 
findent.
Zu 3.1 z.B. fiele mir spontan ein dass Ul = Ie*Rl ist und das ist auf 
jeden Fall ein Ul(Ie) aber ist es auch wirklich das, was der Lehrende 
sehen will?
Wie ich an deinem Lösungsansatz auch sehen hast du rz mit 10 Ohm 
angenommen und Uz mit 5V aber warum? Ist das ein für den Lehrenden 
typischer Lösungsansatz?

[foobar (Gast)]

Wie wär's mit einer Fallunterscheidung in Zenerdiode leitet (Normalfall, 
in Regelung) und leitet nicht (Überlast)?

[Dennis G. (katschka)]

Die Diodenwerte stehen in der nächsten Zeile der Aufgabe - da hab ich 
natürlich doch wieder was vergessen, sorry.

Von dem was wir bisher dazu durchgenommen haben gehe ich davon aus, dass 
die gesuchte Spannung aus den einzelnen Spannungsabfällen berechnet 
werden soll, wie ich oben auch schon angesetzt habe, leider nicht die 
Triviallösung =/. Mit zwei ohm'schen Widerständen wäre das auch kein 
Problem, so habe ich die Aufgabe z.B. schon so wie im Anhang in der 
letzten Stunde gezeigt bekommen.

Mein Problem nun ist halt die Z-Diode. Ich bin mir im ESB unsicher, ob 
ich da einfach stur die Parallelschaltung ansetzen soll mit 
Betriebsspannung oben, oder ob ich z.B. die Spannung am Basisknoten als 
Spannungsteiler aus Betriebsspannung, R1, rz und Uzo ausrechnen und als 
Eingangswiderstand im ESB dann einfach wieder die Parallelschaltung der 
beiden Widerstände nehmen soll. Oder ist das am Ende äquivalent?
(Warum das letztlich die Parallelschaltung für Re sein soll hab ich 
ehrlich gesagt noch nicht ganz verstanden, das wollte ich nächste Woche 
auch noch mal Fragen...)

Ich hoffe, das ist jetzt etwas klarer geworden.

Schönen Gruß,
Katschka

[Helmut S. (helmuts)]

UL = UZ -0,6V -IB*rBE

UL = UZ -0,6V -IE/(B+1)*rBE

UL = UZ -0,6V -IE/201*1kOhm

[Dennis G. (katschka)]

Hallo Helmut,

Dass sieht ja eigentlich recht einfach aus, aber was ist denn mit dem 
"linken" Zweig, also R1 und Diode? Du hast ja jetzt einfach nur die 
Diodenspannung statt der Betriebsspannung angesetzt?
Die Z-Diode behält ja ihre Spannung (idealisiert) stabil, reicht das 
hier schon als Argument?

Wenn ja ist es doch deutlich einfacher als gedacht, vielen Dank!

[Helmut S. (helmuts)]

In der Aufgabe steht nirgends, dass die Zenerdiode einen Innenwiderstand 
hat. Deshalb nimmt man an, dass Uz unabhängig von Ib ist.

[Helmut S. (helmuts)]

Die zum Schluss gefragte Ersatzquelle:

Ui = Uz-0,6V

Ri = 1kOhm/201 = 47,6Ohm

[Dennis G. (katschka)]

Hallo Helmut,

Vielen Dank für die Antwort. Wenn ich das jetzt richtig verstanden habe 
hat durch die Z-Diode die Schaltung eine stabilisierte Spannung über die 
BE-Strecke und den Lastwiderstand, sodass nur noch die Diodenspannung 
von 0,6V und die Spannung durch den Basisstrom am Basis-Emitterwidersant 
im Parallelzweig abfallen.
Heißt, durch die Diode hat der "Spannungsteiler" gar keinen Einfluss 
mehr auf das Verhalten.

Vielen Dank!

[Sven P. (Gast)]

Dennis G. schrieb:
> Heißt, durch die Diode hat der "Spannungsteiler" gar keinen Einfluss
> mehr auf das Verhalten.
Ja, das ist das, was foobar oben meinte mit der Fallunterscheidung.

Die Z-Diode klemmt ja, solange sie von Strom durchflossen wird. Bei 
Vernachlässigung des Innenwiderstandes (die geklemmte Spannung ist 
i.d.R. schwach abhängig vom Diodenstrom) ist das anschaulicherweise der 
Fall, solange nach Abfließen des nötigen Basisstromes noch etwas Strom 
für die Diode übrig bleibt.

Praktisch realisiert man das, indem man den Diodenstrom einfach 
großzügig wählt, also R1 genügend klein macht. Das kommt auch der 
Kennlinie der Diode entgegen, weil die bei kleinen Strömen noch bucklig 
ist.

[Dennis G. (katschka)]

Zählt R1 denn hier noch als genügend klein, ist ja mit 10k schon nicht 
soo wenig? Da würde ich jetzt einfach von ausgehen, da der Basisstrom 
nur einige µA beträgt gemäß der Kennlinie in der Aufgabe - damit bleiben 
noch einige mA für die Z-Diode, was den typischen Arbeitsbereich laut 
unserer Lehrkraft darstellt.

Ich denke jetzt hab ich's.

Danke an alle!

[Helmut S. (helmuts)]

> Zählt R1 denn hier noch als genügend klein ...

In der Aufgabe wird nichts über die Z-Diode geschrieben. Deshalb tun wir 
einfach so als wäre das ein ideales Bauteil/Referenzspannung.

In der Praxis würde man eher 1kOhm bis 2kOhm nehmen um zumindest auf 
Iz=5mA zu kommen, weil Uz meistens für relativ hohe Iz im Datenblatt 
spezifiziert wird. Speziell bei Spannungen unter 10V ist Uz oft erst bei 
Iz von 5mA oder gar bei Iz=30mA spezifiziert.

In der Praxis sind Z-Dioden nur für das "Grobe" zu gebrauchen. Niemand 
nimmt eine normale Z-Diode, wenn es genau sein soll. Ich habe in meinem 
ganzen Berufsleben nur ganz selten eine Z-Diode verwenden können.

[Claus H. (Firma: 🪄 Hokuspokus 🪄) (hottab)]

Helmut, bitte nochmal prüfen.

Mein erster Ansatz ist Uz = Ube + Ul.

Über dem Rbe steht die relativ konstante Ube.

Nach deiner Formel wäre die Ul starkt lastabhängig???

[Helmut S. (helmuts)]

Claus H. schrieb:
> Helmut, bitte nochmal prüfen.
>
> Mein erster Ansatz ist Uz = Ube + Ul.
>
> Über dem Rbe steht die relativ konstante Ube.
>
> Nach deiner Formel wäre die Ul starkt lastabhängig???

Abgesehen von der Abhängigkeit der Spannung von IE entspricht das doch 
meiner Formel.

UL = UZ -0,6V -IE/(B+1)*rBE


Ersatzquelle

Leerlaufspannung (IL=0, Ube=0,6V aus Aufgabe)

Ui = Uz-0,6V

[M. K. (sylaina)]

Dennis G. schrieb:
> Heißt, durch die Diode hat der "Spannungsteiler" gar keinen Einfluss
> mehr auf das Verhalten.

Das ist ja auch eigentlich der Trick an der Schaltung. Im Realen hat der 
Spannungsteiler natürlich immer noch einen Einfluss, die Kunst ist es 
dabei dann, den Spannungsteiler so zu dimensionieren, dass sein Einfluss 
vernachlässigbar gering wird ;)