Schaltung mit Z-Diode

Z-Dioden werden zur Spannungs­begren­zung und Spannungs­stabili­sierung eingesetzt. In diesen Versuchen wird die U-I-Kennlinie der Z-Diode untersucht und eine Schaltung zur Spannungsstabilisierung und Spannungsbegrenzung. Dazu werden ein Netzgerät bis 30 V, Z-Dioden, Widerstände und zwei digitale Spannungsmeßgeräte benötigt, da der Strom indirekt über den Spannungsfall an einem Widerstand bestimmt wird.

Schaltung Z-Diode

1 Z-Diode in Vorwärtsrichtung

Schaltung Z-Diode in Vorwärtsrichtung

Für die Schaltung wird eine Gleichspannungsquelle mit U1 = 0 - 15 V und eine Z-Diode mit UZ0 = 7,5 V verwendet.

  1. Wie kann man mit Hilfe von URv den Strom IF bestimmen?

  2. Bestimme bei einer Spannung von U0 = 12 V den maximalen Diodenstrom.

  3. Messe die Kennlinie UF = f(If) und stelle die Daten in einem Diagramm dar.

UF in V 0 0,2 0,4 0,6
URv in V
IF in mA
UF in V 0,65 0,7 0,75 0,8
URv in V
IF in mA

2 Z-Diode in Rückwärtsrichtung

Schaltung Z-Diode in Rückwärtsrichtung

Für die Schaltung wird eine Gleichspannungsquelle mit U1 = 0 - 15 V und eine Z-Diode mit UZ0 = 7,5 V sowie UZ0 = 2,7 V verwendet.

  1. Bestimme den Umrechnungsfaktor zwischen URv und dem Strom IF.

  2. Messe die Kennlinie UZ = f(IZ) für beide Dioden und stelle die Daten in einem gemein­sam­men Diagramm dar. Hinweis: Achte auf ausreichend viele Meßwerte im Bereich von UZ0.

    Diskutiere die Ergebnisse: Entspricht die gemessene Durchbruchspannung UZ0 der Angabe, wie hoch sollte mindestens der Strom für eine stabile Ausgangsspannung sein und wie hoch ist hier die Verlustleistung? Bewerte die Verluste im Vergleich zu einem 60 W Leuchtmittel.

UZ in V 0
IZ7.5 in mA
IZ2.7 in mA
UZ in V
IZ7.5 in mA
IF in mA
  1. Wähle U1 = 4 V und belaste die Schaltung mit 1 kΩ, 220 Ω und 100Ω. Messe die Spannungen und bestimme IRv, IZ und den Laststrom IL.

    Bei welcher Last bricht die Spannung zusammen? Worauf ist aus diesem Grund bei der Dimensionierung einer Schaltung zur Spannungsstablilisierung zu achten?

3 Spannung teilen und begrenzen

Schaltung Z-Diode mit Spannungsteiler und Spannungsbegrenzung

Für die Schaltung wird eine Gleichspannungsquelle von 0 - 30 V und eine Z-Diode mit UZ0 = 7,5 V verwendet.

  1. Wie berechnet man den Widerstand R2, wenn R1, und die Spannungen U1, U2 gegeben sind? Leite die Formel her.

    Die Widerstände verhalten sich wie die Spannungen:$$\frac{U_1}{U_2}=\frac{R_1+R_2}{R_2}$$

  2. Wie berechnet man die Verlustleistung PV an den Widerständen R1 und R2.

    Der Strom wird mit Hilfe des Ohmschen Gesetzes aus Spannungs- und Widerstandswert berechnet.

  3. Vervollständige durch Rechnung und Messung die folgende Tabelle.

U1 in V 24 24 24 30
U2 in V 7,5 7,2 7,2 7,2
R1 in kΩ 4,7 4,7 10 10
R2 in kΩ
U2 ist in V
PV in mW
  1. Bewerte die Ergebnisse.

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