Aufgabenstellung:
Gegeben ist die Kennlinie einer Zener-Diode.
Diese Zener-Diode wird wahlweise gemäß Schaltung 1 oder 2 angeschlossen.
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Schaltung 1 |
Schaltung 2 |
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- Ermitteln Sie den Strom
und die Spannung in Schaltung 1 grafisch.
Schaltung 2 zeigt das Prinzip der Spannungsstabilisierung mit Hilfe einer-Diode. Für Schaltungen mit geringer Leistungsaufnahme kann ein solcher Aufbau als Referenzspannungsquelle dienen. - Ermitteln Sie die Spannung, mit der nachfolgende Schaltungen versorgt werden könnten.
Lösungsweg:
Allgemein
Für den linearen Teil der Schaltung, bestehend aus Spannungsquelle und Widerstand, gilt die Gleichung
Charakteristische Punkte der linearen Quelle sind die Leerlaufspannung sowie der Kurzschlussstrom.
a) Grafische Bestimmung von
In der ersten Schaltung entspricht der Strom durch die Zener-Diode dem Strom
An der Diode liegt die Spannung
Da beide Achsenabschnitte positiv sind, liegt die Gerade im ersten Quadranten.
Zum Zeichnen der Gerade müssen zwei neue Punkte berechnet werden, da die charakteristischen Werte nicht in das Diagramm eingetragen werden können.
Die Gleichung der linearen Quelle wird nach dem Strom
Mit
Für
Die Gerade kann eingezeichnet werden.
Aus dem Schnittpunkt resultiert die Lösung für den Arbeitspunkt.
b) Ermitteln der Spannung
In der zweiten Schaltung kann ebenso die Gleichung der linearen Quelle angegeben werden.
Aufgrund der unterschiedlichen Zählpfeilrichtungen gilt für den Strom:
und für die Spannung:
Durch diesen Zusammenhang können die Größen
Leerlaufspannung und Kurzschlussstrom betragen:
Damit die lineare Quelle in das Diagramm eingezeichnet werden kann, werden zwei Punkte berechnet.
Die Gleichung wird nach dem Strom
Mit
Die Gerade kann damit eingezeichnet werden.
Der Arbeitspunkt wird aus der Grafik bestimmt.
Schaltungen, die an die Schaltung zur Spannungsstabilisierung angeschlossen werden, können mit einer Spannung von