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2.15.6 Berechnungen zu Z-Dioden → Grundlagen

Bild 2.15.6.1
Gegeben sind in der Regel die Eingangsspannung mit den Schwankungen U1min und U1max und die überlagerte Brummspannung uBr1ss. Außerdem weiß man die geforderte Ausgangsspannung U2 und den maximalen und minimalen Belastungsstrom ILmax und ILmin. Die Z-Spannung der Diode entspricht der Ausgangsspannung U2. Zu berechnen sind bei einer Stabilisierschaltung der Vorwiderstand Rv nach Ohmwert und Belastbarkeit. Und es ist zu prüfen, ob die Verlustleistung der gewählten Z-Diode ausreicht. Der Z-Strom sollte im Bereich des mittleren Laststromes sein. Außerdem sollte der Z-Strom etwa in der Mitte des maximalen Z-Stromes liegen.
Es gilt:
z.B.
400mW / 8,2V =
= 49mA
Der minimale Z-Strom ist der Wert, der mindestens fließen muss, damit die Diode noch sauber durchgebrochen ist.
In der Praxis gilt:
z.B.
49mA / 10 = 4,9mA

Der mittlere Laststrom IL sollte im Bereich des mittleren Z-Stromes sein, also hier bei ca. 30mA. Daraus errechnen sich ein mittlerer Lastwiderstand von 8,2V / 30mA ≈ 270Ω ,
ein minimaler Lastwiderstand von 8,2V / 49mA ≈ 170Ω und
ein maximaler Lastwiderstand von 8,2V / 4,9mA ≈ 1700Ω

      Berechnung des Vorwiderstandes für konstante Eingangsspannung U1 und konstanten Lastwiderstand RL:

z.B. Rv = (12V - 8,2V) / (30mA + 30mA) = 63,3Ω → 68Ω
Pv = (12V - 8,2V) * (30mA + 30mA) = 228mW → 1/4W

      Berechnung des Vorwiderstandes für variable Eingangsspannung U1 und für variablen Lastwiderstand RL:

      Dabei müssen bekannt sein:     →     U1min, U1max und ILmin, ILmax oder RLmax, RLmin .
Der Vorwiderstand muss minimal so groß sein, dass bei maximaler Eingangsspannung U1max und bei minimalem Laststrom ILmin der maximal zulässige Z-Strom Izmax nicht überschritten wird.
Der Vorwiderstand darf maximal so groß sein, dass bei minimaler Eingangsspannung U1min und bei maximalem Laststrom ILmax der minimal zulässige Z-Strom Izmin nicht unterschritten wird.
     Anmerkungen:
     - Bei variablem Laststrom ILmin bis ILmax verändert sich der Z-Strom immer gegenläufig mit, d.h.
       erhöht sich der Laststrom um 10mA, so sinkt der Z-Strom um 10mA und umgekehrt. Begründung:
     - Steigt der Laststrom, so fällt an Rv mehr Spannung ab. Der Z-Strom sinkt.
       Der Arbeitspunkt der Z-Diode rutscht auf der Kennlinie nach oben. Die Z-Spannung wird kleiner.
     - Der Leistungswert für Rv wird mit dem mittleren Laststrom und mit dem mittleren Z-Strom und
       für die maximale Eingangsspannung berechnet.

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