Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Flussspannung Diode


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von Stephan E. (loetzinn02)


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Grüß Gott zusammen,

eine kleine Frage an die Expertenschaft:
Ich als Laie habe mir mal eine einfache KSQ (die ein-Transistor-Lösung) 
gebastelt.
Ziel war eine KSQ mit einem Strom von rund 1.2 mA, Aufbau siehe Bild.

Verwendete Bauteile:
Zwei Dioden (1n4007), ein Transistor (BC547C) sowie zwei Widerstände 
(470 Ohm am Emitter, 47k vor den beiden Dioden, beides Kohleschicht mit 
+/-5%).

Meine Vorüberlegung war:
An den zwei Dioden fallen zwei mal 0.6V ab, eine Basis-Emitter-Spannung 
von ebenfalls 0.6 weniger, macht 0.6V als mehr oder weniger konstante 
Spannung.
0.6/0.001 => 600 Ohm. Ein 470-Ohm-Widerstand war gerade da, also den 
genommen.
Damit müßte ein Strom von ca. 0.6/470 => 1.2 mA rauskommen.

Alles mal aufgebaut und gemessen, ob die Theorie mit der Praxis 
übereinstimmt.
Das Ergebnis war eine KSQ, aber der Strom lag bei nur 0.8 mA. Bloß 
warum?
Beim Nachmessen an der Schaltung ist mir aufgefallen, daß an den Dioden 
jeweils nur ca. 0.5V abfallen statt der erwarteten 0.6V. Laut Datenblatt 
der Diode ist dort eine Spannung von mindestens 0.6V bei sehr kleinen 
Strömen zu erwarten, eher etwas darüber.

Die Basis-Emitter-Spannung am Transistor liegt dagegen mit 0.6V im 
erwarteten Bereich. Damit stimmen die 0.8 mA auch wieder.

Meine Frage:
Warum haben die Dioden nur ca. 530mV Spannungsabfall? Ich habe auch mal 
eine einzelne Diode ohne Schaltung drumherum mit dem Multimeter gemessen 
und auch hier kommen nur ca. 530mV raus statt irgendwas zwischen 600 und 
700mV. Allerdings weiß ich nicht, mit welchem Strom das Multimeter 
misst.

von Mikrowilli (Gast)


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Die Kennlinie der Diode hat in Vorwärtsrichtung keinen "scharfen Knick", 
unterhalb dessen sie sperrt und oberhalb dessen sie leitet. Es handelt 
sich vielmehr um eine Exponentialfunktion, d.h. auch bei kleinen 
Vorwärtsspannungen fließen (kleine) Ströme.

Siehe auch hier: https://de.wikipedia.org/wiki/Schwellenspannung

von Jörg W. (dl8dtl) (Moderator) Benutzerseite


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Stephan E. schrieb:
> Zwei Dioden (1n4007)

Nimm mal kleinere, sowas wie 1N4148. Die dürften bei den hier 
gewünschten Strömen auch schon etwas mehr Flussspannung haben.

von M. K. (sylaina)


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Stephan E. schrieb:
> Das Ergebnis war eine KSQ, aber der Strom lag bei nur 0.8 mA. Bloß
> warum?

Das liegt daran, dass die angegebene Fluss-Spannung für den angegebenen 
Fluss-Strom (1A) gilt, davon bist du weit weg. Dein Vorgehen war soweit 
schon nicht verkehrt aber alle Bauteile haben auch noch Toleranzen. 
Daher solltest du zum Einstellen des Strom deine Schaltung etwas 
modifizieren:

Der 470Ω Widerstand sollte einstellbar sein.
Die erste Diode sollten mit dem Transistor thermisch gekoppelt sein 
(ihre Kennlinien sind stark temperaturabhängig).

von Stephan E. (loetzinn02)


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Vielen Dank für die sehr hilfreichen Antworten - insbesondere die zum 
Thema Schwellenspannung, welche das Problem erklärt. Wieder was g'lernt. 
:)

von MaWin (Gast)


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Stephan E. schrieb:
> Warum haben die Dioden nur ca. 530mV Spannungsabfall?

Zu wenig Strom, die 47k sind zu gross. Es muss ja auch noch Strom übrig 
sein der in den Transistor fliessen kann.

von Sebastian S. (amateur)


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Die Dioden und der Vorwiderstand sollten geändert werden.
Wie bereits gesagt reichen 1N4148 als Dioden.
Bei dem Widerstand solltest Du den Steuerstrom, den der Transistor 
selber benötigt im Auge behalten. Der Strom durch die Dioden darf 
natürlich auch nicht gegen null gehen. Wird sonst, vor allem thermisch, 
instabil.

von Harald W. (wilhelms)


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Stephan E. schrieb:

> Ich als Laie habe mir mal eine einfache KSQ (die ein-Transistor-Lösung)
> gebastelt.
> Zwei Dioden (1n4007), ein Transistor (BC547C) sowie zwei Widerstände

Wenn Du statt der zwei Dioden eine LED verwendest, hast Du sogar
eine gewisse Temperaturkompensation.

> An den zwei Dioden fallen zwei mal 0.6V ab,

Wie bereits gesagt, dieser Wert ist vom fliessenden Strom abhängig
und ausserdem temperaturabhängig.

> mehr oder weniger konstante Spannung.

Eher weniger.

> Das Ergebnis war eine KSQ, aber der Strom lag bei nur 0.8 mA.

Bei solchen, einfachen Schaltungen muss man den Strom sowieso
nachmessen und den Strommesswiderstand anpassen. Wenn Du es
genauer haben willst, nimm einen TL431 oder den sparsameren
TLV431.

> Allerdings weiß ich nicht, mit welchem Strom das Multimeter misst.

Das steht im Datenblatt des Multimeters.

von Yalu X. (yalu) (Moderator)


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Stephan E. schrieb:
> Laut Datenblatt der Diode ist dort eine Spannung von mindestens 0.6V
> bei sehr kleinen Strömen zu erwarten, eher etwas darüber.

Im Datenblatt von Vishay deckt das I(U)-Diagramm nur Ströme von 10 mA
bis 20 A ab. Ich habe die Kurve deswegen mal nach unten extrapoliert (s.
Anhang). Der durch die Dioden fließende Strom von etwa 0,23 mA ist durch
einen roten Punkt markiert. Der Spannungsabfall bei diesem Strom ist
sogar noch etwas kleiner als die von dir gemessenen 0,5 V.

: Bearbeitet durch Moderator
von Manfred (Gast)


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Harald W. schrieb:
> Wenn Du statt der zwei Dioden eine LED verwendest,
> hast Du sogar eine gewisse Temperaturkompensation.

Du warst schneller, ich bin der gleichen Ansicht.

Bevorzugt eine rote LED älterer Bauart und etwas mehr Querstrom!

Ich weiß nicht, wie oft ich diese Simpelschaltung schon gebaut habe, für 
das Laden von NiCd-Akkus vollkommen ausreichend und stabiler als andere 
'Stromquellen' mit zwei Transistoren.

von Harald W. (wilhelms)


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Manfred schrieb:

>> Wenn Du statt der zwei Dioden eine LED verwendest,
>> hast Du sogar eine gewisse Temperaturkompensation.
>
> Du warst schneller, ich bin der gleichen Ansicht.

Ich war auch nicht der einzige mit dieser Idee:
https://www.elektronik-kompendium.de/public/schaerer/curr2pol.htm

von MaWin (Gast)


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Harald W. schrieb:
> Ich war auch nicht der einzige mit dieser Idee

Na ja, dazu sollte man nachgeguckt haben ,welche LED die ca -2mV/K des 
Transistors kompensieren kann. Die meisten können es nicht,:

-1.5mV/K bei Infrarot SFH7251
-2.0mV/K bei SuperROT TLCS5100
-1.9mV/K bei Superrot LS3341
-3.5mV/K bei Rot TLCR5100
-2.0mV/K bei Rot D6RTB
-2.5mV/K bei Orange TLCO5100
-3.5mV/K bei Gelb TLCY5100
-1.9mV/K bei Gelb LY3341
-4.5mV/K bei Grün TLCYG5100
-1.4mV/K bei Grün LG3341
-1.3mV/K bei Grün SFH7251
-2.1mV/K bei Echtgrün LP3341
-3.5mV/K bei Echtgrün TLCPG5100
-3.4mV/K bei Echtgrün D6RTB
-3.1mV/K bei blau LB5436
-3.6mV/K bei blau D6RTB

https://dse-faq.elektronik-kompendium.de/dse-faq.htm

von HildeK (Gast)


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MaWin schrieb:
> Na ja, dazu sollte man nachgeguckt haben ,welche LED die ca -2mV/K des
> Transistors kompensieren kann. Die meisten können es nicht,:

Und selbst wenn nicht:
Bei der Lösung mit zwei Dioden kompensiert die erste den TK vom 
Transistor, die zweite jedoch wirkt voll als 'Temperaturfühler', denn 
der Emitterwiderstand hat im Vergleich einen vernachlässigbar kleinen 
TK.

Anders bei der LED. Wenn man nicht gerade die mit 4mV/K nimmt, dann ist 
es im Ergebnis jedenfalls besser als mit zwei Si-Dioden.
Klar, wenn man die optimal passende hat, dann ist auch die Kompensation 
perfekt.

Und je nach Anwendung (LED-Strom z.B.) ist das was vom TK übrig bleibt, 
eh vernachlässigbar.

von Harald W. (wilhelms)


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HildeK schrieb:

> Wenn man nicht gerade die mit 4mV/K nimmt, dann ist
> es im Ergebnis jedenfalls besser als mit zwei Si-Dioden.

Deshalb habe ich auch von einer "gewissen Temperaturkompensation",
also nicht unbedingt vollständiger Temperaturkompensation gespro-
chen. Wenn man es besser haben will, gibts ja immerhin noch die
Alternative mit den 431ern. Die können den Strom von 1,2mA auch
ohne zusätzliche Transistoren treiben.

von HildeK (Gast)


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Harald W. schrieb:
> Deshalb habe ich auch von einer "gewissen Temperaturkompensation",

Ich stimme dir ja vollständig zu; ich wollte nur noch erläutern, dass es 
auch mit einer nicht perfekt passenden LED auf jeden Fall besser wird 
als mit zwei Dioden.

Aber der Temperaturgang war gar nicht das Problem des TO. Beantwortet 
wurde seine Frage bereits weit oben:

MaWin schrieb:
> Zu wenig Strom, die 47k sind zu gross.

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