Zenerdioden, Kondensatoren, und Schwingkreise

[stardust]

Hallo,


1. ich würde gerne verstehen wofür Zenerdioden eigentlich verwendet werden. Ich habe ja von E-technik eigentlich null Ahnung, aber wenn es heißt, dass sie ab einer gewissen Spannung „in Sperrrichtung durchlassen“, dann klingt das für mich wie ein Widerspruch in sich. Welchen Sinn und Nutzen hat denn so eine Zenerdiode. Wo werden sie am meisten eingesetzt und warum? Aus dem Fachbuch, das ich habe und aus Wikipedia werde ich net richtig schlau.

2. Und, ich hab mir mal einen sogenannten Spannungsregler angesehen, bzw. nur den Schaltplan dafür, und ich steig so gar nicht dahinter. Warum sind darin verschieden große Kondensatoren direkt parallel zur Spannungsquelle geschaltet? Sie sollen ja einen Impulsverlauf glätten oder abhobeln, aber warum reicht da nicht ein Kondensator?
Und verursacht das nicht ohne einen ohmschen Widerstand je nach Frequenz einen mehr oder weniger starken Kurzschluss?
Genauso bei Frequenzweichen, wo ja, um bestimmte Frequenzen herauszufiltern, Kondensatoren oder Spulen schlicht parallel zur Spannungsquelle geschaltet werden. Entstehen denn dabei keine Kurzschlüsse?

3. Ab wann spricht man überhaupt allgem. von einem Kurzschluss?


4. Wann und wo schaltet man Kondensatoren mit Spulen in Reihe (kommt sowas überhaupt vor), und wann parallel?



vielen dank

 

[volker1930]

Hallo stardust,

zu 1.
Der Mann, der den Effekt gefunden hat, hieß Zener. Oftmals werden sie auch als "Z-Dioden" (wegen der Z-förmigen Strom/Spannungskennlinie) bezeichnet.
Es ist in der Tat so, daß Z-Dioden in Sperrrichtung geschaltet werden und bei einer bestimmten Spannung (der Z-Spannung), je nach Typ, nicht mehr sperren, sondern Strom fließen lassen. Dieser Strom muß mittels Widerstand begrenzt werden, sonst sind sie überlastet.
Diese Z-Spannung ist in gewissen Grenzen recht stabil. D.h., bei einer Reihenschaltung von Widerstand und Z-Diode fällt am Widerstand bei schwankender Eingangsspannung eine unterschiedliche Teilspannung ab, die Spannung über der Z-Diode bleibt nahezu konstant.
Diese Spannung kann dann direkt als "stabilisierte Spannung" genutzt werden oder als Vergleichsspannung bei komplexeren Stabilisator-Schaltungen dienen.

Auch habe ich schon Sicherheitsschaltungen gesehen.
Hierbei wird, um nachfolgende Schaltungsteile vor Überspannungen zu schützen, eine Z-Dioden-Widerstandskombination mit höherer Spannung eingesetzt.
Beispiel:
Eine 10-V-Schaltung ist zu schützen.
Es wird eine 12V-Z-Diode mit Vorwiderstand hinter eine Schmelzsicherung geschaltet.
Bleibt die Versorgungsspannung <12V, passiert nichts.
Wird im Fehlerfall die Versorgungsspannung >12V, "zündet" die Z-Diode schlagartig und die Schmelzsicherung brennt durch. Ohne die Z-Diode wäre die Schmelzsicherung zu träge; die Nachfolgeschaltung könnte Schaden nehmen.

Zu 2.
Es werden meist "großen" Elkos "kleine" Kondensatoren parallel geschaltet.
Der Elko dient der Stabilisierung/Glättung der Spannung, hat aber sehr schlechte HF-Eigenschaften.
Um von der Nachfolgeschaltung HF-Spannungen fern zu halten, wird der "kleine" Kondensator eingesetzt. Er hat keine Glättungswirkung, er schließt nur parasitäre HF-Spannungen kurz.

zu 3.
Von einem Kurzschluß spricht man allemein, wenn der fließende Strom zu hohe Werte annimmt. Das kann je nach Betriebsfall unterschiedlich sein.
Bei einem Auto-Akku-Ladegerät können 10 A der Regelfall sein, bei einer elektronischen Schaltung können 100 mA schon "zu viel" sein.
Hier Grenzen einzuziehen, ist schwer.

zu 4.
Es kommt schon vor, daß C und L in Reihe geschaltet werden. Dann spricht man von einem Reihenschwingkreis, auch "Saugkreis" genannt.
Sind C und L parallel, ist es ein Parallelschwingkreis.
Der Wechselstrom-Widerstand Z hat dabei frequenzabhängig unterschiedliche Werte. Aber das zu erklären, würde den Rahmen hier sprengen.
Vielleicht nimmst Du diese beiden Begriffe mal als Stichworte für weitere Literaturstudien.

Gruß Volker

 

[Octavian1977]

Zu 1

Zehnerdioden haben die Eigenschaft, daß über dieser Diode eine Maximale Spannung abfällt.
Das bedeutet hat man eine Zehnerdiode 10V fallen auch bei einer Spannung von 14V 10V ab.
Diese Diode läßt einen Strom durch der so hoch ist, das die Versorgungsspannung bis auf den gewünschten Wert zusammenbricht.
Eingesetzt werden diese Dioden zur Spannungsstabilisierung.
zu beachten ist natürlich, das bei zu großem Strom die Diode kaputt geht.

zu 2 theoretisch reicht da natürlich ein Kondensator mit entsprechend höherer Kapazität.
vermutlich sind die 2 ausgewählten aber Standart Ware und somit güstiger, oder ein Kondensator mit gewünschter Kapazität steht nicht zur Verfügung.
Edit: gilt Für die Gleichspannungsseite. Auf der Wechselspannungsseite hat das natürlich den Effekt des "kurzschließens" von kleinereren Störspannungen.

Ein Kondenstator verursacht bei Wechselstrom keinen Kurzschluß. Er hat einen Widerstand der von der Frequenz abhängig ist auch Blindwiderstand genannt.
Dieser Widerstand steigt mit abnehmender Frequenz.
Spulen haben auch einen solchen Widerstand nur daß dieser mit abnehmender Frequnz sinkt.
Reale Spulen und Kondensatoren haben allerdings immer auch einen Anteil "normalen" Widerstand (Ohmscher widerstand)

Zu 3
Ein Kurzschluß ist eine direkte leitende Verdingung zwischen Hin und Rückleiter

 

[R.B.]

Hallo,

zu 1. wurde schon alles gesagt.

zu 2. sollte man noch bemerken, daß die Kondensatoren ein Schwingen des Reglers verhindern sollen. Dazu wird die Wechselspannung gegen Masse kurzgeschlossen. Man verwendet vorzugsweise mehrere Kondensatoren, da diese unterschiedliche Eigenresonanzen aufweisen. Der Elko mit einer niedrigen Eigenresonanz eignet sich für niederfrequente "Störsignale", während der Keramikkondensator aufgrund seiner hohen Eigenresonanz für hochfrequente Anteile geeignet ist.

Weiterhin soll mit den Keramikkondensatoren verhindert werden, daß Störsignale die in der Schaltung erzeugt werden, über die Versorgung nach außen gelangen (Stichwort EMV, leitungsgeführte Emission)

zu 3. Der Begriff Kurzschluß wird verwendet, wenn 2 Leiter miteinander verbunden werden. Das kann eine galvanische Verbindung (Draht) oder eine kapazitive Verbindung (Kondensator) sein. Im 2. fall spricht man von einem Kurzschluß für Wechselspannung oder HF (Hochfrequenz)

zu 4. Wird ein L und C zusammengeschaltet, dann spricht man von einem Schwingkreis wie oben schon gesagt. Ein Schwingkreis hat eine Resonanzfrequenz, bei der in Reihenschaltung die Impedanz niederohmig, und in Parallelschaltung die Impedanz hochohmig wird.

Schau mal hier: http://de.wikipedia.org/wiki/Thomsonsch ... sgleichung

Schalte ich beispielsweise so eine Reihenschaltung zwischen eine Versorgungsspannung und Masse, dann wird nur die Wechselspannung gegen Masse abgeleitet die der Resonanzfrequenz entspricht, denn nur für diese Frequenz ist der Kreis niederohmig.

Die LC Schaltung verhält sich also wie ein Filter. Ob dieses Filter nun zum Sperrkreis oder Bandpaß wird, hängt davon ab wie ich das Filter in meiner Schaltung platziere.

Gruß
Ralf

 

[stardust]

hey hallo, vielen vielen dank an euch!

ich hatte nicht gedacht, dass ich so viel hilfe erhalten würde. finde ich wirklich klasse, dass hier so hilfsbereite und erklärungsfreudige mitglieder sind.

ihr habt mir ziemlich weit geholfen, besonders auch Ralf, der scheinbar genau wusste, welche art von schaltung ich meinte, zu der ich übrigens eigentlich noch ein bild anhängen wollte.

bei dieser gelegenheit kann ich ja vielleicht noch eine frage stellen, die mir bei euren antworten noch in den sinn gekommen ist. und zwar das prinzip mit der masse:
wenn irgendwo in einen schaltkreis eine masse eingebaut wird, wie funktioniert dann eigentlich der stromkreislauf, wenn die masse nicht irgenwo wieder zur spannungsquelle zurückführt? der strom, bzw. die elektronen fließen dann doch eigentlich nicht mehr zum minuspol, und somit dürfte doch dann auch kein strom fliessen. ich weiß natürlich, dass man sich überall im alltag vom gegenteil überzeugen kann und dass diese frage sicherlich in den physikunterricht der mittelstufe gehört, aber wie funktioniert das prinzip mit der masse? wie kann dort ein strom fließen?



http://www.postimage.org/aVTc6fi.jpg

 

[R.B.]

Hallo,

der Begriff "Masse" ist an sich ein blöder Ausdruck, wird aber umgangssprachlich gerne verwendet. Vermutlich stammt das aus der KFZ-Elektronik, wo der Minuspol der Batterie mit der Karosserie (eben Masse) verbunden wird. Alle el. Baugruppen beziehen sich dann auf dieses, ich nenne es mal Minuspotenzial, wobei ein direkter Anschluß an die Autobatterie natürlich auch möglich ist.

Zur "Masse" in einer elektronischen Schaltung wäre zu sagen, daß damit fast immer der Minuspol der Gleichspannungsversorgung gemeint ist.
d.h. es muß eine galvanische Verbindung zum Minuspol (der meist als Referenz dient) vorhanden sein.

Man kann aber auch andere Potenziale auf einer Leiterplatte "flächig" ausführen, dann spricht man aber nicht mehr von "Masse".
Ein Beispiel wäre eine Multilayer-Leiterplatte bei der auch das 5V Potenzial (nur als Beispiel) flächig ausgebildet wird. Nun bildet diese Fläche mit der Fläche der "Masse" (Minuspotenzial) eine Kondensator und unterstützt somit die Abblockkondensatoren an den verschiedensten Bauteilen. Dadurch kann das EMV Verhalten verbessert werden.

Dann gibt es noch Sonderkonstruktionen, wie beispielsweise die "HF-Masse", die getrennt von der DC-Masse geführt wird und nur an einem einzigen Punkt mit dieser verbunden wird. Diese galvanische Verbindung kann auch durch eine Drossel oder einen Ferrit (galv. leitfähig, auch mit integriertem Draht) realisiert werden.

Oder beispielsweise die "Masse" einer Antenne, wie bei einer Lambda/4 Groundplane. Diese muß nicht galvanisch mit der DC-Masse des Radioa verbunden werden, hier kann auch ein für HF wirksamer Kurzschluß (Kondensator) eingesetzt werden.

Fazit: Der Begriff "Masse" ist ziemlich schwer zu definieren, man meint jedoch meist das Referenzpotenzial.

Gruß
Ralf

 

[stardust]

vielen herzlichen dank!!!

die beschreibungen hier sind ja echt klasse. ich denke mit diesem von euch erworbenen grundverständnis kann ich nun mit der fortführenden literatur weiterarbeiten.

ich danke euch, especially Ralf, für eure wirkliche ausführliche hilfe.

thanks thanks thanks!

 

[R.B.]

Literaturstudium ist gut. Man kann hier in einem Forum nur einige Punkte ansprechen, ohne einen thread zu sprengen.

Wenn´s noch Fragen gibt, dann einfach hier einstellen. Manchmal wissen wir auch was.. :lol:

Gruß
Ralf

 

[sepp_s]

Zehnerdiode

Hallo R.B.Im Zusammenhang mit Zehnerdioden habe ich eine Frage, bekanntlich sollen Akkus ehe man diese wieder auflät "entleert" werden.Dies ist etwa bei Akkuschraubern etwas problematisch. Hat man diesen Zb. noch nicht ganz leergfahren aber grössere schraubarbeiten vor benötigt dazu eine vollen Akku, diesen so aufladen ist schlecht entladen also den Schrauber so lange betätigen bis der Akku leer ist auch nicht gerade sinnvoll.Ich habe einmal einem Elektroniker gefragt ob dies möglich ist einen solchen mittels einer Zehnerdiode zu entladen,dieser zeigte von einer solchen Idee aber nicht gerade begeistert .Was sagst du zu so etwas? Die Akkus um welche es geht haben eine Spannung von 18V und 1800 mA . Könntest du dir vorstellen diesen mittels einer Zehnerdiode und eines Widerstandes zu entladen .Wie wäre es mit einer solchen mit 15 Volt und eines Widerstandes von??? Ohm wieviel Watt müste eine solche haben um den Entladevorgang zeitlich sinnvoll zu ereichen ,oder wie kann man das sonst machen? Dies mit einem Widerstand alleine zu machen führt ja ohne "Aufsicht" zu einer schädlichen Totalentladung / oder gar zur Zerstörung des Akkus.
mfg sepp

 

[R.B.]

Hallo,

wenn ich das richtig verstanden habe, dann möchtest Du eine Zener in Serie schalten um eine Tiefentladung zu vermeiden. Dafür braucht´s aber schon eine "dicke" Diode, vermutlich auf einem Kühlkörper. Am Lastwiderstand bleibt dann nur das Delta U hängen, also die Differenz zwischen Zener und Akkuspannung. Den Widerstand kann man über den Laststrom und das Delta U berechnen. Dabei beachten, daß der Akku nicht überlastet wird.

Problematisch daran ist, daß man bei einer kontinuierlichen Belastung des Akku die Wärmeentwicklung beachten muß. Weiterhin ist es damit schwer den richtigen Abschaltpunkt zu bestimmen. Unter permananenter Last und bei Wärmeentwicklung sinkt die Spannung schnell unter die Grenze, obwohl der Akku noch nicht entladen ist.

Es gibt Entladeschaltungen, die den Akku nur mit pulsastiger Entladung belasten. Da dauert die Entladung etwas länger, man kann jedoch durch Messen von U und I den Ladezustand des Akku ermitteln.

Je nach Akkutyp ist das Thema Memory-Effekt zweitrangig. NiMH sind da bei weitem robuster als NiCd.

Eine intelligente Lade-/Entladeschaltung ist schon etwas aufwändig, aber nur so kann man den Akku bis an seine Grenzen betreiben. Ohne Kontrolle (intelligente Schaltung) bleibt nur mit viel Reserve zu arbeiten. Man müßte also eine einfache Schaltung auch experimentell ermitteln.

Bsp.: Z-Diode 15V, 10W und Widerstand 10 Ohm min. 5W (besser größer). Der Entladestrom sollte dann irgenwo bei 0,5A liegen. Dann messen was in der Praxis passiert, zumal die exakten Daten (Kennlinie) des Akku meist unbekannt sind. Erwärmt sich der Akku kaum, dann kann man den Strom auch erhöhen. Bei den ersten Tests sollte man U und I öfter messen damit man ein Gefühl für den Akku bekommt.

Gruß
Ralf

 

[sepp_s]

Zehnerdiode

Hallo R.B besten Dank für die Hinweise die Frage kam deshalb weil ich im Internet Bei e.B Zehnerdoioden mit 15 V /12,5 Watt entdeckt habe welche kostengünstig ? 1,5 € Stück zu haben sind allerdings das Porto ist mit 11 € nach Österreich ist wohl kein Schnäpchen mfg sepp

 

[stardust]

hallooo,


hab hier noch eins zwei Fragen gefunden, die mir hier bei der vorletzten Antwort noch aufgekommen sind:

1. wann spricht man von "Überlastung" eines Akkus?

2. wofür ist die Watt-angabe bei z-dioden? oder ist die auch für standard dioden von bedeutung?



und 3. (anderes Gebiet: Schwingkreise) kann mir jemand allgemein etwas zu den Schwingungsverhalten von, ich sag mal "einfacheren" Schwingkreisen sagen (auch wenn diese für mich schon komplex genug sind)?

z.B. was macht es für einen Unterschied, wenn ich in einen Reihenschwingkreis aus einem Kondensator und einer Spule einen Wirkwiderstand schalte, und zwar a) einmal genau zwischen die beiden, und b) einmal hinter die beiden, oder davor schalte, so dass Spule und Kondensator direkt hintereinanderliegen? ich hab jetzt in einem Buch (Grundwissen Elektrotechnik - Franzis Verlag) die bzw. das betreffende Kapitel durch, aber noch nicht wirklich durchschaut, wie die Konstellation bzw. Reihenfolgen von wirk- und blindwiderständen das ganze System bei Bandpaßfilter und Siebglied beeinflussen? Die Wirkung der Reihenfolge erschließt sich mir hier noch nicht.
Also: Wenn ich einen Ohmschen Widerstand genau zwischen Spule und Kondensator baue, inwiefern ändert das die Spannungsfälle der beiden Blindwiderstände (etwa bei Resonanzfrequenz)?

Kennt sich dazu jemand aus?


hmm, vielleicht hätte ich aus der letzten Frage einen neuen Thread eröffnen sollen.


-

 

[R.B.]

Jetzt wird´s kompliziert... :lol:

1. Von Überlastung spricht man bei einem Akku wenn die Stromentnahme zu hoch ist und zu einer übermäßigen Erwärmung führt. Extremfall wäre der Kurzschluß.

Nicht zu verwechseln mit "überladen", wenn der Akku geladen wird, und obwohl er schon voll ist, das Ladegerät weiterhin Strom liefert.

2. Die Leistungsangabe [W] bei Dioden bezieht sich auf die maximale Leistung die die Diode noch verkraftet ohne zerstört zu werden.
Die Leistung ergibt sich aus der Schwellspannung und dem Vorwärtsstrom. Die Schwellspannung liegt bei "normalen" Si-Diode bei 0,6-0,8V. Schau Dir mal ein paar Kennlinien zu Dioden an, dann wird das klar.

Bsp.: Ich schließe einen Verbraucher an eine Batterie an, und dazwischen eine Diode in Durchflußrichtung. Der Verbraucher benötigt einen Strom von 1A und über der Diode fallen 0,8V ab.
Dann mit P=U*I -> 0,8W die an der Diode in Wärme umgesetzt werden.

3. Schwingkreis ist ein sehr komplexes Thema.

Prinzipell ist es egal ob der ohmsche Widerstand zwischen L und C, oder danach geschaltet wird. Es bleibt eine Serienschaltung aus L, C und R, oder im ersten Fall L, R und C.

Gehen wir mal von "idealen" Bauteilen aus. Da der ohmsche Widerstand (quasi) frequenzunabhängig ist, wird die Impedanz bei Resonanz nicht 0 Ohm betragen, sondern R.

Bei einer Parallelschaltung ist es genau umgekehrt. Während ein LC "parallel" bei Resonanz extrem hochohmig ist, würde durch einen Parallelwiderstand Zges begrenzt.

Dies verwendet man beispielsweise dazu, um einen Kreis der eine zu hohe Güte aufweist künstlich zu verschlechtern. Durch die schlechtere Güte wird auch die Bandbreite größer.

Ist der Kreis Bestandteil einer aktiven Schaltung (Bsp.: Sperrkreis in der Gegenkopplung mit OP´s), dann kann damit ein Schwingen der Schaltung vermieden werden.

Gruß
Ralf

 

[trekmann]

Hallo,

in einem Reihenschwingkreis ist es egal wo du die Bauelemente hinsetzt, wenn du sie nicht grade als Filter betreiben willst. Am spannungsfall ändert sich nichts, wie auch? Der Widerstand bleibt gleich und der Strom auch. Hier ist nur die größe wichtig. Bei der Güte z.b. und der damit verbundenen Spannungsüberhöhung an den Blindwiderständen.
Lediglich bei dem Betrieb als Filter ist die größe der Widerstandes wichtig, diese sollte hier auch so klein sein wie möglich um eine hohe Güte zu erreichen. Hier ist es auch wichtig wo du die Spannung abgreifst, aber was dann vor dem abgriff passiert ist egal.
Biepiel: Spannung wird über C abgegriffen. Kreis hat eine hohe Güte, ist also ein Bandpass. Ob nun L R oder R L vor dem Kondesator sind, ist für ihn egal.

MFg MArcell

PS. Scan deine Aufgaben doch mal ein

 

[R.B.]

Lediglich bei dem Betrieb als Filter ist die größe der Widerstandes wichtig, diese sollte hier auch so klein sein wie möglich um eine hohe Güte zu erreichen. Hier ist es auch wichtig wo du die Spannung abgreifst, aber was dann vor dem abgriff passiert ist egal.

Gilt aber nur für den Reihenkreis.

Was das mit dem Abgriff soll entzieht sich meiner Kenntnis. Ein Reihenkreis hat doch keinen Abgriff.
Denkbar wäre beim Parallelkreis nur ein Abgriff an der Spule wenn man eine Impedanztranformation durchführen möchte, oder wenn man das C aufteilt, könnte man auch das als Abgriff definieren.

Gruß
Ralf

 

[stardust]

okay,


ich sehe schon, die e-technik is tatsächlich viel komplexer als ich befürchtet habe. aber für den anfang ist mir eure hilfe echt nützlich.

VIELEN DANK dafür, dass ihr so ausführliche erklärungen postet. ich weiß eure antworten wirklich zu schätzen, vielen dank.

 

[R.B.]

okay,
ich sehe schon, die e-technik is tatsächlich viel komplexer als ich befürchtet habe. aber für den anfang ist mir eure hilfe echt nützlich.

Was ist schon einfach auf dieser Welt. Aber hat man die Grundlagen erst einmal verstanden, dann wird´s klarer.

Abgesehen davon, wenn man sich über viele Jahre täglich mit so Zeug beschäftigt, dann bleibt zwangweise was hängen... :lol:

Gruß
Ralf