Schaltung mit Zenerdiode und Transistor als Konstantstromquelle

[Peter(TOO)]

[QUOTE=HaWe;630820Das mit dem Verstärkungsfaktor sehe ich ja auch so, nur PeterTOO war der Meinung, er wäre mit 200x nicht groß genug und müsste sogar mindestens 590x oder was in der Art betragen.[/QUOTE]
Scheinbar habe ich doch Probleme mit der Hitze hier

Ich weiss nicht wieso 3.2V/1k bei mir 32mA ergeben haben, das war quatsch!!

Es müssen 3.2mA sein.
Entsprechend wird das minimale H_FE 60.

Mit der roten LED und dem 1k in Serie zur LED funktioniert die Schaltung erst an etwa 8.2V, das habe ich richtig geschrieben.

MfG Peter(TOO)

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PPS nein ich habe eine 3.9V ZDiode definiert, aber irgendwelche Kennlinien die sich meiner Kenntnis entziehen werden da mit eingerechnet, daher weichen die Werte minimal ab ... in elektronik ist halt nicht alles 1 und 0

U_Z gilt bei 5mA, bei 40 µA können die 3.6V schon stimmen.

Die LED ist etwas unüblich, da gilt die Spannung bei 1A.

MfG Peter(TOO)

[HaWe]

sieht doch ziemlich gut aus, oder?

Sowohl bei 9V als auch bei 18V
Basisspannung immer konstant 3,9V, wie von mir vermutet,
Basisstrom tatsächlich auch immer konstant, wie von mir vermutet (allerdings nur etwa 16µA, nicht 32µA wie ich dachte )
Collectorstrom ebenfalls immer konstant, egal welche Batteriespannung.


edit: min. 8,2V habe ich jetzt auch getestet, stimmt!


Dann könnte man jetzt mal meine Ausgangsfrage testen, was passiert, wenn man hier den Emitterwiderstand kurzschließt...

ahja: Transistor schaltet nicht durch, LED bleibt aus. Das hatte ich vorher nicht gedacht! Funktioniert (für mich ehrlich überraschend) auch nur in engem Bereich um 1k herum..!

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jap, stimmt, habe noch etwas die Werte hier und da verändert, es bleibt wie gerade beschrieben: 500 Ohm ist zu knapp als Re, und 2k auch schon zu groß.
Das muss ich mir jetzt noch mal etwas genauer reinziehen.

Vielen Dank an alle Teilnehmer fürs Mitmachen, Mitdenken, Mitrechnen und auch für die Testschaltungen!

[avr_racer]

really? so genau ließt du also meine Beiträge? tragisch!

Du hast mit deiner Z-Diode eine Festspannugnsquelle aber keine Stromquelle!
Strom nimmt den Weg des geringsten Widerstand und dein rechnerischer Widerstand deiner Z-Diode liegt bei 76,47 kOhm der Strom fließt also in erster Linie durch den Transistor und den Emitterwiderstand, das ERgebnis ist eine Basisspannung von < 3.9V die Z-Diode sperrt also (Widerstand extrem hoch)

naja nicht nur CEOS hat das schon geschrieben sondern auch andere das es in der idealen Vorstellung die Z-Diode eine Spannungstabiliesierung, natürlich auch in Realität. Es ging eher um den Z-Strom der mit ca 35/125µA einfach zu wenig ist. Bei kleinen Spannungen wird ein Iz von ca 10mA angegeben man kann auch auf 10mA runtergehen aber unter 1mA ist das schon ein wenig gewagt. Das ist der KasussKnaksuss.

Basisstrom tatsächlich auch immer konstant, wie von mir vermutet (allerdings nur etwa 16µA, nicht 32µA wie ich vermutete)

Jajaaa wenn man die Umgebungseinflüsse weg lässt bzw wenn die Schaltung nicht großartig reglen muss. Hast denn mal den Transistor erwärmt und UBE gemessen???

Der Strom ist deshalb falsch weil deine Gleichung bzw das Verständnis happert es ist keine einfache Reihenschaltung sonder eine ReihenParallelschaltung wenn man es mal ganz ganz ganz einfach betrachtet als erstes kommt R1=100kohm der in Reihe zur Z-Diode und der BE-Strecke + Re liegt. Wobei die Z-Diode parallel zur BE-Strecke und Re liegt und Re und die BE-Strecke in Reihe liegen.... Da wäre man wieder bei den Grundlagen.... und deshalb ist dein Strom falsch.

Ic ~ Ie =3,3mA mit Vi=200 ist Ib = 3,3mA/200 = 16,5µA

Dann könnte man jetzt mal meine Ausgangsfrage testen, was passiert, wenn man hier den Emitterwiderstand kurzschließt...

Nix passiert da alle R-Werte so hoch sind das nur sich die Spannungen verschieben werden über RVled, LED und Uce. Ube wird bis auf 0,6-0,7V gezogen und keine 3,9V werden erreicht. Kaputt wird nix gehen.

Achso und die Stromgegenkopplung also Reglung ist damit nicht mehr existent.

[Manf]

Basisspannung immer konstant 3,9V, wie von mir vermutet,

Für die prinzipielle Analyse ist es gut, dass man sich so ein Ergebnis herleiten und auch mit Variaitonen überprüfen kann.

Für tatsächliche Bauelemente gibt es in Datenblättern weitere Hinweise.
http://www.alldatasheet.com/datashee...3.9-AE3-R.html
Dort ist angegeben, dass eine Zenerdiode ZD3.9 bei einem Strom von 100µA nur eine Spannung von etwa 2,3 oder 2,4V aufweist.
Beim Nennstrom von 5mA sind dort 3,9V +-2,5% angegeben.

Nur als Anmerkung, falls jemand eine solche Schaltung einsetzen möchte.

[HaWe]

mir reichte eigentlich ein grober Plan mit einer groben Richtung zum tendenziell richtigen Verständnis.
Und das bedeutete:

Ziemlich konstante Basisspannung von 3,9V (was teilw. bestritten wurde, aber doch stimmt),
zwischen 9 und 18V einen konstanten Basisstrom im µA Bereich zu erhalten (was ebenfalls teilw. bestritten wurde) , eben weil der 100k Vorwiderstand den Strom begrenzt und die Spannung konstant ist,
und dass in Folge dessen bei konstantem Verstärkungsfaktor, der den Collektorstrom in dem gewünschten Bereich begrenzt, eine gleichbleibend helle LED zur Folge hat (und die Verstärkung wichtig ist, was ebenfalls teilw. bestritten wurde).

Dass die Realität dann mit Kennlinien und Toleranzen anders aussieht als das idealisierte und vereinfachte Modell, ist mir aus der Statistik und Biomathematik ntl auch bekannt. Zuviel an Datenwust verwässert aber manchmal das Prinzip und trübt den Blick auf die wesentlichen Parameter.

Trotzdem gab es Effekte, die ich nicht verstanden habe, und wo ich mich wie andere auch geirrt oder verrechnet habe.
Aber es geht auch letztendlich nicht ums Irren oder Verrechnen oder Recht gehabt haben, sondern um die fruchtbare Diskussion und den Astausch von Argumenten untereinander auf Augenhöhe, ohne den Diskussionspartner zu bashen, ihn als blöd zu bezeichnen und ihm das Wissen oder die Kompetenz abzusprechen. Das demokratische Diskutieren dient allen Teilnehmern und nützt jedem mehr, als gar nicht zu diskutieren und im stillen Kämmerlein für sich allein von vornherein stillschweigend Recht gehabt zu haben.

[Manf]

Ich meine auch, dass eine erfolgreiche Diskussion vor allem daran gemessen werden kann, dass ein positives Ergebnis im Vordergrund steht und dass nicht darüber reflektiert wird über welche Fehler in einzelnen Beiträgen man dorthin gelangt ist. Auch solche Beiträge mit Fehlern sollen ja wieder riskiert werden, um zu einem positiven Ergebnis beizutragen.
Manchmal reicht es ja die richtige Lösung daneben zu stellen (oder eben die eigene Meinung die auch einen Fehler enthalten kann), die andere entschlossene Meinungsäußerung wird dadurch nicht immer gleich widerrufen aber im Fall von Einsicht eben auch nicht wierdeholt.
Es wäre ideal, die anderen Teilnehmer der Diskussion entspannt in diesem Sinn zu betrachten und zu behandeln.
Ganz ideal geht es natürlich nicht und das wäre wohl auch übertrieben.

[Unregistriert]

zwischen 9 und 18V einen konstanten Basisstrom im µA Bereich zu erhalten (was ebenfalls teilw. bestritten wurde) , eben weil der 100k Vorwiderstand den Strom begrenzt und die Spannung konstant ist,
und dass in Folge dessen bei konstantem Verstärkungsfaktor, der den Collektorstrom in dem gewünschten Bereich begrenzt, eine gleichbleibend helle LED zur Folge hat (und die Verstärkung wichtig ist, was ebenfalls teilw. bestritten wurde).

Die Lastseite besteht aus einer Reihenschaltung von
+9V zu dem 1k Vorwiderstand, LED, Kollektoranschluß, Emitteranschluß, 1k Emitterwiderstand und weiter nach GND.
Durch diese Reihenschaltung fließt ein Strom von 3,2mA.
Wird die Betriebsspannung von 9V auf 18V erhöht, müßte sich auch der Strom auf das Doppelte erhöhen.
Da er aber konstant bleibt, muß der Transistor als steuerbares Element den Strom auf der Kollektor-Emitterstrecke begrenzen.
Das tut er, indem der Basisstrom verringert wird und damit der Widerstand des Transistors auf der Kollektor-Emitterstrecke steigt.

Die Annahme, daß der Basisstrom von bei Betriebsspannungen von 9v bis 18V gleich bleibt, halte ich für falsch, wenn der Kollektorstrom tatsächlich bei verschiedenen Betriebsspannungen konstant blieb.

Wurde der Kollektorstrom nur anhand der Helligleit der LED beurteilt oder auch nachgemessen?

[avr_racer]

..zwischen 9 und 18V einen konstanten Basisstrom im µA Bereich zu erhalten (was ebenfalls teilw. bestritten wurde) , eben weil der 100k Vorwiderstand den Strom begrenzt und die Spannung konstant ist,

Nein das ist nicht richtig. Schau dir mal bitte an warum der Basisstrom konstant, also wer dem entgegen steht, bleibt und wo sich die Ströme ändern wenn du die Spannungen wechselst.

und dass in Folge dessen bei konstantem Verstärkungsfaktor, der den Collektorstrom in dem gewünschten Bereich begrenzt, eine gleichbleibend helle LED zur Folge hat (und die Verstärkung wichtig ist, was ebenfalls teilw. bestritten wurde).

Beim Verstärkungsfaktor, zumindest das er recht konstant ist und Strom bin ich bei dir, eher würde ich es als Arbeitsbereich bezeichnen..... Aber das nur dadurch die LED gleichbleibend hell bleibt ist falsch. Das wird in Kombination durch den Emitterwiderstand und der Z-Diode geregelt. Die Z-Diode Stellt zusammen mit dem Transistor eine Konstantspannungsquelle da. Die Konstantspannungsquelle speist dann den Transistor, welcher in Verbindung mit Re den zu regelnden Laststrom einstellt. Beides sorgt dafür das die LED gleich hell bleibt bei verschiedenen Eingangspannungen und gleichen Basisstrom aber gucken wo sich die Spannungen ändern.

http://www.falstad.com/circuit/circu...8+472+288+0%0A

Der rechte Teil soll noch mal verdeutlichen das die Stromgegenkopplung nur gegen schwankende Umwelteinflüsse vorgeht aber nicht gegen sehr große Eingangspannungsänderungen. Bei Schwankungen um die 0,1V fällts nicht auf, >0,1V ändert sich auch der LED-Strom.

[Peter(TOO)]

Da er aber konstant bleibt, muß der Transistor als steuerbares Element den Strom auf der Kollektor-Emitterstrecke begrenzen.
Das tut er, indem der Basisstrom verringert wird und damit der Widerstand des Transistors auf der Kollektor-Emitterstrecke steigt.

Die Annahme, daß der Basisstrom von bei Betriebsspannungen von 9v bis 18V gleich bleibt, halte ich für falsch, wenn der Kollektorstrom tatsächlich bei verschiedenen Betriebsspannungen konstant blieb.

Jain, kommt drauf an was man alles einbezieht!

I_C = I_B*h_FE
Da spielt die Spannung an C keine Rolle.

Allerdings ist die BC-Strecke eine gesperrte Diode und diese hat einen Leckstrom, welcher zu der Sperrspannung an der Diode proportional ist.
Dieser Sperrstrom kann dann aber nur über die BE-Strecke abfliessen.
Insofern verringert sich der externe Basisstrom etwas mit einer zunehmenden Spannung.
Allerdings ist der Leckstrom etwa 4 Zehnerpotenzen kleiner als der Basisstrom.

[HaWe]

also müssen wir tasächlich noch mal von vorn anfangen?
nach meinem Tutorial (oben zitiert) bleibt der Basistrom bei 9-18V Batterie konstant wegen konstanter Uz= Basisspannung und konstantem Vorwiderstand von 100k,
nach meiner eigenen Rechnung bleibt er auch konstant bei 9-18V Batterie, aus denselben Gründen,
nach der Simulationsschaltung von avr_racer tut er das auch.

in welcher Weise hier eine Rückkopplung von der Lastseite auf die Basis-Seite erfolgen soll, ist nicht ersichtlich, denn die Spannung an der Basis bleibt ja mit 3,9V konstant, und der Strom zur Basis ist ebenfalls durch die 100k zur Batterie konstant begrenzt. Keine Rückkoplung, keine Spannungsänderung, nichts in der Art.
Da sich an diesen Konstanten (Spannung und Widerstand) nichts ändert, bleibt auch der Rest, also auch der Basistrom, konstant, nichts ändert sich bei wechselnder Batteriespannung im 9-18V Bereich bei durchgeschaltetem Transistor, und das ist ja genau der Effekt, der letzlich auf die Z-Diode als Konstantspannungsquelle zurückzuführen ist.

wer jetzt also tatsächlich der Meinung ist, dass der Basisstrom nicht konstant ist, möge das bitte doch mal mit Zahlen (!) vorrechnen und dann seine Ergebnisse mit der Simulation hier gemeinsam zum Vergleich einstellen.
Nach dieser Berechnung mit konkreten Zahlen hatte ich ja in der Tat schon seit 7 Forumsseiten gefragt, doch da kam nie eine konkrete Antwort -
- außer die Simulation, und die sagt: 16µA konstant.



Ich bin da wirklich sehr gespannt...