Schaltung mit Zenerdiode und Transistor als Konstantstromquelle

[HaWe]

vielen Dank noch mal, die Abkürzungen sind jetzt klar, aber ganz verstanden habe ich den Rest der Erklärungen leider immer noch nicht...

Das mit der von mir erwähnten Zenerdiode und "Spannung zwichen Basis und Emitter" bezog ich ntl auf den Transistor:

(edit - uups - es sind ja 3,9, nicht 4.9!)

durch die Zenerspannung von 3,9V sind das als 3,9V - ok, minus Spannungsabfall im Transistor selber, also nochmal 0,9V (?) weniger (?),
insgesamt also Basis-Emitterspannung 3,9-0,9=3,0V (?) .

Wie hoch ist denn jetzt der Basisstrom nach deiner Rechnung? Der müsste doch konstant sein, aber wie hoch denn?

Auch wie du von 3V auf 3mA kommst, ist mir nicht klar.

Unklar ist auch immer noch, was ohne den Emitterwiderstand passiert,

und ebenfalls ist mir noch unklar, was mit einer 1N4001 oder 1N4148 Diode in Sperrrichtung statt Zenerdiode passiert, weil mir das Dioden- Verhalten in Sperrichtung völlig unklar ist - sind das die 1V, die du erwähnt hast, auf die sie dann begrenzen, statt 3,9V ?

[White_Fox]

Um mal auf deine Eingangsfrage zurückzukommn: Nein, es ist keine Stromquelle.
Die Schaltung ist eine reine Spannungsquelle. Die Kombination Transistor, Z-Diode und Widerstand ist die (zweit)einfachste Schaltung zur Spannungsstabilisierung und wurde früher gern in Traonetzteilen verwendet.

Ich will nicht behaupten daß 021aet04 mit seinem ersten Post falsch liegt, aber daß es richtig ist würde ich auch nicht bestätigen wollen. Für mich bleibt eine Spannungsquelle Spannungsquelle, auch wenn ich der LED einen Widerstand spendiere.

Eine Stromquelle mi Transistoren sieht so aus:
http://dieelektronikerseite.de/Lecti...%20Gleiche.htm

[HaWe]

ok, danke für den neuen Gesichtspunkt. Wie sieht es dann mit den anderen "inneren Eigenschaften" der Schaltung aus?

Das mit der von mir erwähnten Zenerdiode und "Spannung zwichen Basis und Emitter" bezog ich ntl auf den Transistor:

(edit - uups - es sind ja 3,9, nicht 4.9!)
durch die Zenerspannung von 3,9V sind das als 3,9V - ok, minus Spannungsabfall im Transistor selber, also nochmal 0,9V (?) weniger (?),
insgesamt also Basis-Emitterspannung 3,9-0,9=3,0V (?) .

Wie hoch ist denn jetzt der Basisstrom nach deiner Rechnung? Der müsste doch konstant sein, aber wie hoch denn?

Auch wie du von 3V auf 3mA kommst, ist mir nicht klar.

Unklar ist auch immer noch, was ohne den Emitterwiderstand passiert,

und ebenfalls ist mir noch unklar, was mit einer 1N4001 oder 1N4148 Diode in Sperrrichtung statt Zenerdiode passiert, weil mir das Dioden- Verhalten in Sperrichtung völlig unklar ist - sind das die 1V, die du erwähnt hast, auf die sie dann begrenzen, statt 3,9V ?

- und warum ist der Basistrom konstant?

[021aet04]

Du musst dir dringend die Grundlagen aneignen, auch auf elektronische Bauelemente und dessen Eigenschaften.

Ein NPN Transistor hat zwischen B und E eine PN Strecke (daher auch der Name PNP und NPN), das gleiche hast du bei einer Diode. Du kannst dir also die BE Strecke wie eine Diode vorstellen (und auch so mit einem Diodentester prüfen).
Die Zenerdiode hat eine Spannung von 3,9V (siehe Plan aus deinem ersten Post). Somit hast du am Verbindungspunkt 100k Widerstand, Zenerdiode, Basis eine Spannung von 3,9V (immer gegen Masse gemessen). Die BE Strecke ist eine Diode (Anode = Basis, Kathode ist Emitter), an dieser Diode fällt eine Spannung von ca. 0,9V ab. Und die 0,9V ist immer die Basis-Emitter Spannung und nicht die 3V (oder bei 4,9V Zenerspannung 4V).

Und vergiss einmal den Basisstrom, wichtig ist die Spannung zwischen Emitter und Masse, also die Spannung die am Widerstand von 1k anliegt, nur diese ist ist für die Ledspannung ausschlaggebend. Du hast zwar einen Basisstrom, der ist aber im vergleich zum Ledstrom verschwindend gering, wirkt sich dadurch auch fast nicht aus.

Und eine Diode (1N400x bzw 1N4148 ) funktioniert nur in Flussrichtung (Anode an Basis), aber erst bei mindestens 2 Dioden in Serie. In Sperrrichtung funktioniert es nicht, du brauchst an der Basis eine konstante Spannung, Wenn sich die Versorgungsspannung ändert, ändert sich auch die Spannung oder besser der Strom an der Basis. Eine Zenerdiode ist ein spezielles Bauteil, in die eine Richtung funktioniert es wie eine normale Diode (ca. 1V Spannungsabfall), aber in Sperrrichtung wird die Spannung auf die Zenerspannung begrenzt.

Was ohne Emitterwiderstand bzw bei Einem Kurzschluss passiert lässt sich relativ leicht berechnen.
Als Beispiel Unterbrechung, zum Rechnen kannst du einen Wert über 1MOhm nehmen. Nehmen wir einen Wert von 10MOhm und eine Zenerspannung von 3,9V. Die Formel bzw Herleitung findest du im Post 4. 3V/10MOhm = 3V/10000000Ohm = 0,3µA => Led wird nicht leuchten
Bei einem Kurzschluss ist der Widerstand gering, zum Rechnen nehmen wir einen Widerstand von 0,1Ohm. 3V/0,1Ohm = 30A => Deine Schaltung wird nicht lange leben.


Zum Verständniss kannst du ein Simulationsprogramm herunterladen (ich verwende LTSpice) und kannst die Schaltung simulieren. Du kannst alle Spannungen, Ströme,... anzeigen lassen.

Edit: Es ist zwar keine gute KSQ, aber dennoch eine KSQ, für die Led. Grundsätzlich ist es eine Spannungsquelle, habe ich aber oben geschrieben. Diese konstante Spannung liegt am Widerstand zwischen Emitter und Masse. Da der Widerstand ebenfalls konstant ist, ist auch der Strom durch diesen Konstant. Somit hast du eine Konstantstromquelle. Die KSQ mit 2 Transistoren ist aber besser.

MfG Hannes

[HaWe]

wieso rechnest du bei kurzgeschlossenem Emitterwiderstand mit nur 0,1 Ohm? Im Stromkreis liegt doch auch der Kollektorteil mit 1kOhm plus LED, hier fließt doch der Hauptteil des Stromes?
Also hätte ich in der Strecke
Pluspol - 1kOhm - LED - Kollektor - Basis -Emitter - Masse
doch irgendwas von ein bisschen mehr als 1kOhm, und nicht 0,1 Ohm? (keine Ahnung, wieviel Ohm ne LED hat... )

Und bei 9V und etwas über 1kOhm kann der Strom doch nicht größer werden als max. 9V/1000 Ohm=9mA bzw 18V/1000 Ohm = 18mA...?!

Dieser Strom wird von der durchgeschalteten Basis verursacht, und dessen Höhe hängt wieder vom Basisstrom und dem Verstärkungsfaktor ab...!?

Auch sonst hat man doch bei Emitterschaltungen den Emitter direkt an Masse, ohne Emitterwiderstand dazwischen...?!

Oder wie oder was?

[021aet04]

Die 30A sind theoretisch, was möglich wäre wenn du sonst keine last hättest. Aber man kann sagen das der Transistor komplett offen ist. Den Strom kannst du ausrechnen indem du die (Versorgung - LED Spannung - CE-Spannung) / Vorwiderstand der LED rechnest.

MfG Hannes

[HaWe]

für die LED nimm einfach irgendwas, rot oder grün oder gelb ist ja egal, 2V wären exemplarisch ok.
Als Batteriespannung könnte man einmal 5V, einmal 9V und einmal 18V rechnen, und man darf ruhig ein wenig runden. Nur: nach meinem Verständnis ist das alles gar nicht relevant...
denn wenn die Batteriespannung deutlich über der Zenerspannung liegt, wird sie ja auch in JEDEM Fall auf die Zenerspannung heruntergebrochen - einverstanden? :-/

ich rechne für a)
Fangen wir bei hypothetischen bei 9V Batteriespannung an, also deutlich größer als Uz=3,9V, dann wird die Basisspannung auf 3,9V = Uz begrenzt.
für den Basis-Emitter-Strom z.B. (Pluspol - 100k - Basis-Emitter - 1k - GND) gilt also:
Basistrom= I = (3,9V -0,9V)/(100k+1k) = 3/101000 = ca. 30µA.
bei 5V und für 18V: bekomme ich das gleiche raus, auch sie werden auf Uz heruntergebrochen, und der 100k Basis-Vorwiderstand zum Batterieplus begrenzt ja in JEDEM Fall quasi als "Nadelör" die Menge an "technischen positiven Ladungsträgern", oder nicht?

bei b), also ohne Emitterwiderstand: auch hier fließt der Strom den gleichen Weg, nur am Schluss fehlt ein 1k Widerstand, also
Basistrom= I = (3,9V -0,9V)/(100k) = 3/100000 = ca. 30µA.

für c) und d) ändert sich hier auch nach meiner Meinung nichts, da die LED mit Vorwiderstand in der Kollektorleitung den Basisstrom nicht beeinflusst, also auch nicht bei Open Collector. Ob ohne oder mit 1k Emitterwiderstand macht für den Gesamt-Widerstand für die Plus-Basis-Emitter-GND-Strecke (100k + x) höchsten 1% aus.

[Ceos]

okay, die 100k müssen mir wohl beim ersten Nachrechnen entgangen sein

zu a) bei 30µA B-E und einem geschätzten HFE eines "einfachen" Transistors von 150 wären das also 4.5mA maximal auf der K-E Strecke aber das wäre ein absoluter limit Wert!

Wenn ich jetzt von einer Vorwärtsspannung von 3V(blaue LED wenn ich mich nicht irre) ausgehe
9V-3V = 6V und 2x 1k Ohm in Serie verwende
und den K-E Übergang mal als ideal 0 betrachte bleiben also
6V/2k = 3mA über

mehr Strom wird da effektiv nicht fließen und es wird auch keine Begrenzung geben

nehmen wir mal 18V also 18-3 / 2k = 7mA > 4.5mA also werden maximal 4.5mA aufgrund der Funktionsweise des Transistors nur fließen können.

reduzieren wir mal den Widerstand vor deiner Z-Diode auf 10k um ein wenig Musik in deinen Basis zu bekommen und gehen mal von einem besseren HFE von 300 aus um diesen Faktor mal zu eliminieren und ie eigentliche Funktionsweise des SChaltkreis zu betrachten

TL;DR; Hier wirds interessant, wir ignorieren mal den internen Begrenzungsfall des Transistor


also I(BE) 275µA * 300 = 82,5mA hard limit

wir lassen auch mal den Vorwiderstand weg und nehmen uns die 9V als Basis

über deiner Diode fallen jetzt mind. 3V ab der Rest sind 6V bis GND und die müssen jetzt über den R(an E) und über deine geregelte K-E Strecke abfallen!

Jetzt befinden wir uns in einer Regelung, daher kann ich das nicht mathematisch abbilden aber ich versuche es zu Erläutern.

Ausgangssituation:
- K-E voll offen U(K/E) 6V (K=E weil wir von ideal offen ausgehen)
- U(B-E) = -2.1V damit zu klein um den Transistor offen zu halten
-> Transistor sperrt K-E teilweise

Übersteuerung:
- K-E geht zu weit zu und über den Transistor fallen 4.5V ab
- über den Widerstand fallen jetzt nur theoretisch 1.5V ab
- über U(B-E) = 3.9-1.5 > 0.9V kann wieder ein Strom fließen und der Transistor öffnet sich wieder

Equilibrium:
- K-E ist so weit geschlossen, dass ca. 3V über K-E abfallen
- die restlichen 3V fallen über den Widerstand ab (ich ignorier hier mal den winzigen Strom über die Basis im Verhältnis zum Laststrom)
- U B-E beträgt jetzt 0.9V was dem ausgeglichenen Zustand des Transistors bewirkt


Für den Strom sind das dann 3x 3V Spannungsabfall also sind alle 3 Rs identisch 1k in dem Fall R = U / I -> 3mA

bei 18V wären das dann U(In) 18V - U(LED) 3V - U(Ref) 3V = U(K-E) 12V aber immernoch 3mA
denn dein Strom errechnet sich aus deinem Emitterwiderstand und der Basis Vorspannung abzüglich Diodenspannung I(reg) = U(B) - U(B-E) / R(E)

[HaWe]

deine Erklärung ist nicht schlüssig, du rechnest auch nirgends einen konkreten Wert für den Basisstrom nach deiner Theorie vor (bei 9 und 18V) , und außerdem zeigt auch die Simulation, dass der Basisstrom konstant ist.


Auch hast gerade du mehrfach bestritten, dass auch die Basisspannung konstant auf 3,9V bleibt, was sie aber klar erkennbar doch tut (siehe Simulation von avr_racer),genau wie vorhergesagt von mir und dem Tutorial.

Also dann rechne doch mal bitte vor, wenn du anderer Meinung bist, und zwar mit richtigen Zahlen!
Bin gespannt, ob du dann auch auf 16µA kommst, warum auch immer, wie die Simulation, oder was sonst.

- - - Aktualisiert - - -

was heißt (nach deiner Änderung) wenn die Last nicht groß genug wird?


Die Schaltung steht fest, so wie ich sie gepostet habe, nur darum geht es zunächst, d.h. mit 1k + LED am Kollektor und 1k am Emitter, und einmal bei 9V und einmal bei 18V. Nichts anderes.
Die Simulationsschaltung von avr_racer ist da doch völlig richtig und völlig eindeutig


https://www.roboternetz.de/community...l=1#post630826


ps,
außerdem zeigt auch deine Schaltung interessanterweise für Poti-Werte zwischen 0 und 2,5k, dass der Basisstrom konstant bleibt, und zwar interessanterweise 31,5µA, was ziemlich exakt sogar den von mir vorrausgesagten 30-32µA entspricht (im Gegensatz zu avr_racers Schaltung, hier werden 16µA angezeigt, warum auch immer, aber immerhin auch konstant).

[Ceos]

ich rede schon die ganze zeit davon dass im geregelten Zustand die Basisspannung von der Z-Diode auf 3.9V gehalten wird!

was ich dir schon die ganze zeit versuche zu erklären ist wie genau die regelung über die rückkopplung abläuft und warum der emitterwiderstand deine regelgröße ist und der basisstrom absolut unwichtig ist bei der berechnung

außerdem zeigt auch deine Schaltung interessanterweise für Poti-Werte zwischen 0 und 2,5k, dass der Basisstrom konstant bleibt, und zwar interessanterweise 31,5µA

ja weil dann die schaltung dann im regelzustand ist

(im Gegensatz zu avr_racers Schaltung, hier werden 16µA angezeigt, warum auch immer, aber immerhin auch konstant)

weil der Basisstrom abhängig vom HFE ist und wir unterschiedliche HFE benutzen

im ungeregelten zustand, also wenn der laststrom KLEINER ist als der einstell/regelstrom ist der basistrom aber nicht konstant sondern fällt mit wachsendem laststrom bis es in den regelbereich geht und dann wird der transistor zu einem variablen widerstand

streng genommen ist der basisstrom nicht fest, er verändert sich um einige dutzend nA aber das liegt daran dass der transistor einen sehr sehr engen regelbereich hat!

PS wenn ich jetzt aber mal thermisches verhalten noch einbeziehe ist das bisschen eh egal, wichtig ist die gegenkopplung