Zenerdioden - Die etwas anderen Dioden

 

Materialbedarf

 

Anz. Bezeichnung Datenblatt
1 Batterie/Spannungsquelle 9V  
1 Zenerdiode 5,6 V/1,3 W
1 Widerstand 100 Ohm  
1 Widerstand 470 Ohm  
1 Standard-Leuchtdiode 3mm oder 5mm 3mm, 5mm
1 Multimeter  

 

 

Grundlagen

 

Oft ist es vonnöten, dass eine Spannung an einem Verbraucher ziemlich konstant sein muss. Als Beispiel sei nur die Mikroelektronik genannt. Dort liegt die erlaubte Betriebsspannung meist zwischen 4,75 und 5,25 Volt. Dieser recht enge Bereich kann man nicht mit einfachen Netzteilen erreichen. Es muss eine geregelte Spannung her. Dafür kann man recht gut Zenerdioden verwenden.

 

Der so genannte Zener-Effekt wurde 1934 von Clarence Malvin Zener entdeckt. Er hat herausgefunden, dass Dioden, wenn diese in Sperrichtung betrieben werden ab einer gewissen Spannung 'durchbrechen' und diese Durchbruchsspannung dabei ziemlich konstant halten. In Durchflussrichtung arbeiten Zener-Dioden genau wie normale Dioden und in Sperrichtung ebenso.

 

Das Schaltsymbol einer Zenerdiode, sieht dem einer normalen Diode ziemlich ähnlich. Beide unterscheiden sich nur durch einen kleinen Haken, an der Katode. Auf dem Bauteil wird dieser Anschluss ebenso durch einen Ring gekennzeichnet.

Vom Gehäuse kann man die Zenerdioden nicht von normalen Dioden unterscheiden. Erst die Bezeichnung macht die Funktion der Zenerdiode deutlich.

 

 

Grundschaltung der Zenerdiode

 

 

Um eine Zenerdiode zu betreiben muss dafür gesorgt werden, dass der Strom durch die Diode nicht zu groß wird. Diese Eigenschaft gleicht sich mit den Leuchtdioden. Wie groß der entsprechende Widerstand sein muss, hängt von der Leistung der Zenerdiode ab und der benötigte Strom der Last. In unseren ersten Versuchen, wird die Diode noch ohne Last betrieben. Also wählen wir einen Widerstand mit einen recht hohen Wert.

Die Zenerdiode sorgt hier in der Schaltung dafür, dass die Spannung über die Diode relativ Konstant auf den angegebenen Wert, hier sind es 5,6 V, bleibt. Dies wollen wir einmal nachmessen.

 

Unser Messgerät beweist uns, dass dieser Wert ziemlich genau eingehalten wird. Wird ein Wert gemessen, der +/- 20% abweicht, ist dies auch noch in Ordnung. Dieser Wert entspricht der üblichen Toleranz.

Verhält sich die Zenerdiode in 'Normalbetrieb' denn wie eine normale Diode? Messen wir es doch einfach mal nach.

 

Um dies zu überprüfen, wird die Diode einfach gedreht. Nun ist sie in Durchflussrichtung geschaltet wie eine normale Diode. Wie die Messung zeigt, ergibt sich nun eine Spannung von 0,7-0,8V an der Diode. Diese Eigenschaft entspricht genau dem einer normalen Diode.

 

 

Spannungsregelung mit der Zenerdiode

 

 

Bei der nebenstehenden Schaltung nutzen wir die Spannung an der Zenerdiode um damit eine konstante Betriebsspannung für die Leuchtdiode zu haben. Diese Kombination hat den Vorteil, dass man eine relativ verlässliche Spannung hat, mit der man rechnen kann.

Selbst bei schwankender Eingangsspannung bleibt die Spannung an der Leuchtdiode ziemlich konstant. Dieser Effekt wird bei den meisten geregelten Netzteilen ausgenutzt. Die konstante Spannung, die die Zenerdiode liefert wird mit Transistoren oder Operationsverstärkern verstärkt und somit kann die Schaltung dann einen ziemlichen großen Strom mit konstanter Spannung liefern.

 

Wer die Spannung an der Diode noch einmal überprüfen möchte, kann dieses ja noch einmal nachmessen. Man wird feststellen, das die Spannung in etwa dem entspricht, welche die Diode schon ohne Last geliefert hat.

Wer in der glücklichen Lage ist ein regelbares Netzteil zu besitzen, kann gerne mal den Versuch wagen und die Gesamtbetriebsspannung auf z.B. 12V erhöhen. Man wird dabei feststellen, dass die Spannung an der Zenerdiode sich fast nicht ändert.

 

Es gibt aber auch Anwendungen bei dem die Spannung einer Zenerdiode zu ungenau sind. Dafür gibt es eigens Referenzdioden, die eine auf mV genaue Spannung liefern. Dieses ist z.B. wichtig bei Messgeräten, die eine Vergleichsspannung benötigen. Eine solche Referenzdiode ist z.B. die LM385.

 

 

Zurück zur Auswahlseite            Zur Hauptseite