Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Hausaufgabe Spannungsstabilisierung


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von Martin G. (Gast)


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Hallo zusammen

Ich bin an einer weiteren Aufgabe dran und frage mich gerade, wie ich 
gerade auf RL komme.

Ich habe RV berechnet und die Leistung des Rv. Das ist einfach gewesen. 
Jedoch frage ich mich, ist der Gesamtstrom Iv auch 90mA?
Und was für ein Strom fliesst durch die Z-Diode?
Bzw. wo lese ich diese Daten Rz=1 Ohm und Iz_min aus dem Datenblatt 
heraus?

https://www.mouser.ch/datasheet/2/308/BZX85C3V3-D-1802770.pdf

von HildeK (Gast)


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Martin G. schrieb:
> Ich bin an einer weiteren Aufgabe dran und frage mich gerade, wie ich
> gerade auf RL komme.

RL so berechnen, dass ohne Z-Diode gerade mal 8.1V an RL liegen.

Martin G. schrieb:
> Jedoch frage ich mich, ist der Gesamtstrom Iv auch 90mA?
> Und was für ein Strom fliesst durch die Z-Diode?

Solange der oben berechnete RL nicht unterschritten wird: ja!
Durch die Z-Diode fließt immer der Differenzstrom zwischen den 90mA 
(hier in der Schaltung) und dem, was durch RL fließt. Evtl. noch den 
Mindeststrom durch die Z-Diode berücksichtigen.
Die Aufgabe der Schaltung ist es doch, bei wechselndem RL die Spannung 
konstant zu halten. Das geht nur, wenn die Z-Diode den Strom aufnimmt, 
denn der Lastwiderstand nicht haben will.

Martin G. schrieb:
> Bzw. wo lese ich diese Daten Rz=1 Ohm und Iz_min aus dem Datenblatt
> heraus?
Der Mindeststrom müsste drin stehen, bzw. es steht ein Strom drin, bei 
dem die Z-Diode schon ihre Nennspannung anliegen hat. Rz steht sicher 
nicht drin, das ist ein stark wechselnder Wert, der von Iz abhängt. Also 
ein differentieller Wert. Den kannst du für einen Arbeitspunkt 
bestimmen: Rz = ΔUz/ΔIz für kleine Änderungen von Iz, also eher noch Rz 
= dUz/dIz.

von Jörg W. (dl8dtl) (Moderator) Benutzerseite


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Martin G. schrieb:

> Jedoch frage ich mich, ist der Gesamtstrom Iv auch 90mA?

Durch den endlich kleinen dynamischen Innenwiderstand der Z-Diode bleibt 
der Gesamtstrom nicht völlig konstant (ideal wäre er es).

> Bzw. wo lese ich diese Daten Rz=1 Ohm und Iz_min aus dem Datenblatt
> heraus?

Gar nicht, denn dort steht ein Z_Z von 5 Ω, der allerdings für einen 
anderen Arbeitspunkt angegeben ist (25 mA).

Möglicherweise mein I_ZK (habe ich bislang noch nicht gelesen) das von 
dir gewünschte Iz_min.

Ich würde an deiner Stelle die Aufgabe so lösen, dass du diese Annahme 
über Iz_min dokumentierst und dann verwendest. Kann auch gut sein, dass 
die Aufgabenstellung eigentlich nur den minimalen Lastwiderstand meint, 
bei dem Iz = 0 wird, aber dann wäre noch die Frage, was man mit dem dort 
angegebenen dynamischen Innenwiderstand überhaupt anfangen sollte.

Sinnvoller wäre es als Aufgabenstellung gewesen, die Z-Spannungs-Kurve 
mit anzugeben und ein Toleranzband für die zu stabilisierende Spannung 
zu benennen.

von HildeK (Gast)


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Jörg W. schrieb:
> Durch den endlich kleinen dynamischen Innenwiderstand der Z-Diode bleibt
> der Gesamtstrom nicht völlig konstant (ideal wäre er es).

Ja, das Wort 'ideal' hatte ich in meinen Ausführungen vergessen.

Das liegt eher am praktischen Umgang mit solchen Schaltungen. Man weiß, 
dass da nichts ideal ist, aber innerhalb einer Toleranz ist das halt 
konstant und betrachtet es der Einfachheit halt auch so. Es ist eine 
Spannungsstabilisierung, die halt keine wirklich stabile Spannung 
liefert.
Für Hausaufgaben mag das anders sein ... 😀

von Martin G. (Gast)


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Vielen Dank euch allen

Wenn Iz= gerade 0 werden soll müsste ich also
ist IL=Iv=90mA
UL=Uz

Uz/IL=8.1V/90mA = 90Ohm, da bin ich mit der Lösung aber um 0.5Ohm 
daneben

Wenn ich I_min = 0.5mA nehme, müssen dann 89.5mA durch RL.
Damit wäre RL dann RL=Uz/89.5mA = 90.5 Ohm, bin ich 1 Ohm daneben??

Wie rechnet man das also?
Die Lösungen sind im Anhang

von Yalu X. (yalu) (Moderator)


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Martin G. schrieb:
> Wenn Iz= gerade 0 werden soll müsste ich also
> ist IL=Iv

Ja.

> =90mA

Nein.

Iv errechnet sich aus Uq, Uz und Rv.

von Martin G. (Gast)


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Entschuldigt mich nochmals. Ich habe die vorherige Aufgabe übersprungen.
Bei der letzten stelle ich fest, dass ich es immer noch irgendwie nicht 
begriffen habe, was ich genau für Überlegungen anstellen muss, wenn es 
um den Arbeitspunkt geht.

Bei der Aufgabe oben im Bild muss ich doch nun eine Ersatzschaltung mit 
dem Innenwiderstand ermitteln. Wenn ich die Ersatzschaltung mit dem 
Innenwiderstand habe, kann ich an dessen Ausgang die Diode anschliessen.

Wenn ich nun die Diode wegnehme und Uq kurzschliesse, erhalte ich Ri 
gemäss Bild.
Ist das der richtige Vorgang?

von hinz (Gast)


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Martin G. schrieb:
> Wenn ich nun die Diode wegnehme und Uq kurzschliesse, erhalte ich Ri
> gemäss Bild.
> Ist das der richtige Vorgang?

Ja.

von Martin G. (Gast)


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Yalu X. schrieb:
> Martin G. schrieb:
>> Wenn Iz= gerade 0 werden soll müsste ich also
>> ist IL=Iv
>
> Ja.
>
>> =90mA
>
> Nein.
>
> Iv errechnet sich aus Uq, Uz und Rv.


Danke Yalu
Mit deinem Tipp habe ich die Aufgabe lösen können.

Vielen Dank

von Martin G. (Gast)


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hinz schrieb:
> Martin G. schrieb:
>> Wenn ich nun die Diode wegnehme und Uq kurzschliesse, erhalte ich Ri
>> gemäss Bild.
>> Ist das der richtige Vorgang?
>
> Ja.

Irgendwie bekomme ich so aber nicht den richtigen Strom heraus. Laut 
Lösung sind es I5= 38.24mA

von hinz (Gast)


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Martin G. schrieb:
> hinz schrieb:
>> Martin G. schrieb:
>>> Wenn ich nun die Diode wegnehme und Uq kurzschliesse, erhalte ich Ri
>>> gemäss Bild.
>>> Ist das der richtige Vorgang?
>>
>> Ja.
>
> Irgendwie bekomme ich so aber nicht den richtigen Strom heraus. Laut
> Lösung sind es I5= 38.24mA

Wieder bei der Ersatzspannungsquelle nicht beachtet, dass es sich auch 
um einen Spannungsteiler handelt.

von Karl B. (gustav)


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Zastrow Seite 158 ff
ISBN 3-87234-111-1
mit ohne Lösungsheft.
Aähm BTW: Auf welchen Namen hört die süße Katze?

ciao
gustav

von Martin G. (Gast)


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hinz schrieb:
> Martin G. schrieb:
>> hinz schrieb:
>>> Martin G. schrieb:
>>>> Wenn ich nun die Diode wegnehme und Uq kurzschliesse, erhalte ich Ri
>>>> gemäss Bild.
>>>> Ist das der richtige Vorgang?
>>>
>>> Ja.
>>
>> Irgendwie bekomme ich so aber nicht den richtigen Strom heraus. Laut
>> Lösung sind es I5= 38.24mA
>
> Wieder bei der Ersatzspannungsquelle nicht beachtet, dass es sich auch
> um einen Spannungsteiler handelt.

hallo Hinz

deshalb habe ich ja die Ersatzschaltung berechnet. Was meinst du jetzt 
mit dem Spannungsteiler bzw. wo liegt mein Fehler genau?
Ich sehe es einfach nicht.
Oder andersrum gefragt, wie berücksichtige ich bei dem Vorgang der 
Ersatzschaltungsermittlung den Spannungsteiler?

von hinz (Gast)


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Uq'= Uq * R3 / (R2+R3)

von Martin G. (Gast)


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hinz schrieb:
> Uq'= Uq * R3 / (R2+R3)

Danke Hinz, mit 9V komme ich auf die Lösung.
Du bist mir was das Rechnen betrifft meilenweit voraus. Kannst du mir 
bitte schrittweise erklären, warum Uq' gerade
 Uq xR3/(R2+R3) ist?
Ich denke, dann hab ich alles zusammen.

von hinz (Gast)


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Martin G. schrieb:
> hinz schrieb:
>> Uq'= Uq * R3 / (R2+R3)
>
> Danke Hinz, mit 9V komme ich auf die Lösung.
> Du bist mir was das Rechnen betrifft meilenweit voraus. Kannst du mir
> bitte schrittweise erklären, warum Uq' gerade
>  Uq xR3/(R2+R3) ist?
> Ich denke, dann hab ich alles zusammen.

Spannungsquelle dran lassen, nur Z-Diode entfernen. Welche Spannung 
misst du dann dort wo vorher die Z-Diode war?

von Martin G. (Gast)


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hinz schrieb:
> Martin G. schrieb:
>> hinz schrieb:
>>> Uq'= Uq * R3 / (R2+R3)
>>
>> Danke Hinz, mit 9V komme ich auf die Lösung.
>> Du bist mir was das Rechnen betrifft meilenweit voraus. Kannst du mir
>> bitte schrittweise erklären, warum Uq' gerade
>>  Uq xR3/(R2+R3) ist?
>> Ich denke, dann hab ich alles zusammen.
>
> Spannungsquelle dran lassen, nur Z-Diode entfernen. Welche Spannung
> misst du dann dort wo vorher die Z-Diode war?

Achso ok, wenn ich die Ersatzschaltung ermittle, sprich zuerst Ri 
berechne und dann Uq eintrage, muss diese Spannung derjenigen 
entsprechen, welche dann über der Diode zu liegen kommt.

Also R4 liegt dann in der Luft
über R1 liegt Uq an, also ist dann Uq' gleich dem Spannungsteiler
Uq'= Uq* R3/(R2+R3)

Vielen Dank

von Harald W. (wilhelms)


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HildeK schrieb:

> Es ist eine Spannungsstabilisierung, die halt keine wirklich stabile
> Spannung liefert.

Aus dem Grund heraus werden Z-Dioden heutzutage kaum noch verwendet.
Man nimmt stattdessen Referenzelemente wie z.B. TL431.

> Für Hausaufgaben mag das anders sein ... 😀

Hausaufgaben entsprechen fast nie der Wirlichkeit. :-)

von Manfred (Gast)


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Harald W. schrieb:
>> Für Hausaufgaben mag das anders sein ... 😀
>
> Hausaufgaben entsprechen fast nie der Wirlichkeit. :-)

Es soll nicht schaden, Grundlagen zu lernen! Dazu gehört nun mal, zu 
wissen, dass (Z-)Dioden einen differentiellen Widerstand haben.

In die Hausaufgabe bin ich nicht eingestiegen, aber vergleichbaren Kram 
musste ich in der Berufsschule rechnen, lange ist's her. Das damals 
Erlernte gilt heute noch, und sei es nur für UF einer LED bei variablem 
Strom.

von Karl B. (gustav)


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Harald W. schrieb:
> Hausaufgaben entsprechen fast nie der Wirlichkeit. :-)
Hi,
der "Zastrow" ist aber ziemlich wirklichkeitsnah.
Sowohl für Azubis als auch Meisterschüler nach Schwierigkeitsgrad 
gestaffeltes Aufgabenangebot.
Beitrag "Re: Hausaufgabe Spannungsstabilisierung"

ciao
gustav

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