Untersuchungen an einer Z-Diode

Untersuchungen an einer Z-Diode
Z-Dioden verhalten sich in Durchlassrichtung wie gewöhnliche Siliziumdioden. Ihr
spezielles Verhalten beruht auf dem elektrischen Durchbruch in Sperrrichtung.
Im folgenden Versuch soll das Verhalten einer Z-Diode näher untersucht werden.
1. Aufnahme der Sperrkennlinie einer Z-Diode.
2. Untersuchung der Abhängigkeit der Ausgangsspannung einer
Spannungsstabilisierungsschaltung mit Z-Diode von der Eingangsspannung.
3. Untersuchung der Abhängigkeit der Ausgangsspannung einer
Spannungsstabilisierungsschaltung mit Z-Diode vom Laststrom.
→ Versuchsaufbau für die Aufnahme der Sperrkennlinie
Messergebnisse
IZ/mA 0 0,01 0,05 0,1 0,5
UZ/V 0 4,7 5,2 5,4 5,9
1
6
5
10
25
50
6,1 6,13 6,2 6,23
Sperrkennlinie
50
45
40
35
Iz/mA
30
Δi
AP
25
ZX6,2
20
15
10
5
0
0
1
2
3
4
Uz/V
5
6
7
Δu
→ Berechnung des Gleichstrom- und des differentiellen Widerstands
U
I
- RF= =
- r F=
6,2V
=248 
25mA
 u 0,02 V
=
=0,4 
 i 50mA
→ Abhängigkeit der Ausgangsspannung einer Spannungsstabilisierungsschaltung mit
Z-Diode von der Eingangsspannung
Versuchsaufbau
Messergebnisse
U1/V
U2/V
0 1 2 3 4 5 6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
0 1 2 3 4 5 6 6,2 6,2 6,2 6,2 6,2 6,2 6,2 6,3 6,3
Ausgangsspannung
7
Die Spannung steigt bis
zum Knick an, dann ist die
Z-Spannung erreicht
6
5
U2/V
4
3
2
1
0
0
2
4
6
8
U1/V
10
12
14
→ Abhängigkeit der Ausgangsspannung einer Spannungsstabilisierungsschaltung mit
Z-Diode vom Laststrom
Versuchsaufbau
Messergebnisse
RL/Ω
U2/V
6,25
6,25
6,25
6,25
6,25
IL/mA
0
0,63
1,3
2,75
6,3
∞
10000 4700 2200 1000
470
220
100
67
6,25 6,24
6,2
5,9 4,7 2,51 1,42
61
85
13
27
47
96
20
120
10
130
Ausgangsspannung
Optimaler Verlauf
Ab dem Knick reicht die
Eingangsspannung nicht für
die Stabilisierung aus
7
6
5
Ul/V
4
3
2
1
0
0
20
40
60
80
100
120
140
Il/mA
Rechenbeispiel:
a) Wie groß ist bei einer Schaltung mit V1 = ZX6,2 und U1 = 15 V der Widerstand R1 zu
wählen, wenn die Spannung bis zu einem Strom IL = 500mA konstant bleiben soll?
b) Bei welchem Lastwiderstand wird in den nachstehen aufgeführten Bauteilen die
maximale elektrische Leistung umgesetzt?
Z-Diode
Vorwiderstand R1
Lastwiderstand RL
a)
Rvmax =
U 1min −U 2 15V −6,2 V
=
=17,6 
I ZminI Zmax
500mA
Rvmin=
U 1max−U 2 15V−6,2 V
=
=17,6 
I Zmax I Zmin
500mA
b)
Z-Diode
Vorwiderstand
→ RL = ∞
→ RL = 0 Ω
Lastwiderstand
→ R L=
U Zmax∗R1
U 1−U Zmax
Rechenbeispiel 2: Kurzarbeit 2008
Skizzieren sie die Messschaltung, mit der die Kennlinie I=f(U) einer Z-Diode ZX4,7 mit
dem Oszilloskop aufgenommen werden kann.
Es steht ein Wechselspannungsnetzteil (15V/50Hz) und ein Gleichspannungsnetzteil (15V)
zur Verfügung.
Die Bauteile sind so zu dimensionieren, das der durch die Diode fließende Strom auf einen
Maximalwert von 10 mA begrenzt wird.
Lösung:
X
U
→ V2, V3 = 1N4007
→ R3, R4 = 10 k Ω
→ Rm = 100 Ω → u Rm =i x∗Rm=5V

V
→ UG = 15V/50Hz → u=21,2
_
Y
u R2= u R4= u −0,7V =20,5 V =u R1 / R2u V1u Rm  u R1/ R2 u V1=15,5 V
u
−Durchlassrichtung : u R1=14,8 V  R1 = R1 =296
i F
u
−Sperrrichtung :
u R2=10,8 V  R2 = R2 =216 
i R
© Wagner 2008