Schaltung mit Zenerdiode und Transistor als Konstantstromquelle

[HaWe]

aha, ok, vielen Dank, das Dunkel lichtet sich ein wenig. Von hinten aufgezäumt heißt das also: Mit normalen Dioden in Sperrichtung hat man unter diesen Umständen keinen Zener-Effekt, sie brechen nicht durch, sondern sie sperren total.
Vergessen wir sie also dann vorerst einmal.

Zurück zur Zener-Diode.
Mit Vorwiderstand zur Strombegrenzung (hier 100k) haben wir zwischen ihrer Anode und ihrer Kathode also 3,9V, der Rest, der von der Batterie kommt, wird durch sie hindurch nach GND durchgeleitet.
Ihre Kathode ist an GND, Anode ist an T-Basis, also auch hier dann 3,9V, dann fallen 0,9V zur Basis ab, dann sind wir beim Emitter gelandet, der liegt also bei 3V gegen GND.
Gesetzt den Fall, dann käme der 1kOhm Widerstand, fallen also auch daran jetzt 3V ab - WENN von "oben" nicht noch eine größe Spannung ankommt!!

Wieso aber konstanter Basistrom? Egal ob 4, 5, 9, oder 18V oben aus der Batterie kommen? (der Minuspol fehlt übrigens in der Zeichnung am Poti)

Gleichzeitig ist aber auch die Basis durchgeschaltet, wenn dort mindestens ca. 1V anliegen, in der Kollektorleitung liegt aber ebenfalls ein 1KOhm Widerstand plus die LED, und oben liegen meist mehr als 4 oder 5V, nämlich bis zu 9 oder 18V.
Also kriegt dann auch, je nach Batteriespannung, die LED verschieden hohe Spannungen ab (von Plus über den Widerstand durch die LED und Kollektor+Emitter nach GND ) - sie leuchet also verschieden hell, was sie aber doch nicht tun soll angeblich, denn hier ist doch angeblich eine Konstantstrom/spannungsquelle....?

Meine Fragen dazu also:

1.) Vorraussetzung für eine konstanten Strom im Kollektor-Emitter Stromkreis ist doch ein konstanter Basisstrom, nicht nur eine konstante Basispannung - wieso ist der Basisstrom konstant, wenn doch bei höherer Batteriespannung auch mehr Strom von Plus zur Basis, zum Emitter und dann nach GND durchfließt? Ist das etwa NICHT so, und warum dann nicht - Oder fließt hier gar kein Strom weil die Z-Diode alles nach GND ableitet, wie ein Kurzschluss (rethorische Frage, ist ja auch nicht möglich... :-/ ) ...?

2.) Wenn der Basisstrom allerdings recht klein und konstant ist, wie es ja sein soll, dann ist bei konstanter Verstärkung auch der Kollektor-Emitter-Strom konstant (und dann wäre es egal, ob außer dem Kollektorwiderstand noch ein Emitterwiderstand da ist oder nicht?) - sehe ich das richtig?

irgendwie ist mir der dreifache Stromkreis plus - Basis - Z-Diode-GND und Plus - Basis- Emitter- GND und Plus LED - Transistor - Emitter - GND ein Buch mit 7 Siegeln....

[Peter(TOO)]

Meine Fragen dazu also:

1.) Vorraussetzung für eine konstanten Strom im Kollektor-Emitter Stromkreis ist doch ein konstanter Basisstrom, nicht nur eine konstante Basispannung - wieso ist der Basisstrom konstant, wenn doch bei höherer Batteriespannung auch mehr Strom von Plus zur Basis, zum Emitter und dann nach GND durchfließt? Ist das etwa NICHT so, und warum dann nicht - Oder fließt hier gar kein Strom weil die Z-Diode alles nach GND ableitet, wie ein Kurzschluss (rethorische Frage, ist ja auch nicht möglich... :-/ ) ...?

2.) Wenn der Basisstrom allerdings recht klein und konstant ist, wie es ja sein soll, dann ist bei konstanter Verstärkung auch der Kollektor-Emitter-Strom konstant (und dann wäre es egal, ob außer dem Kollektorwiderstand noch ein Emitterwiderstand da ist oder nicht?) - sehe ich das richtig?

irgendwie ist mir der dreifache Stromkreis plus - Basis - Z-Diode-GND und Plus - Basis- Emitter- GND und Plus LED - Transistor - Emitter - GND ein Buch mit 7 Siegeln....

Vergiss mal den 1k in Serie zur LED, dieser ist theoretisch überflüssig!

Das ganze ist ein Regelkreis.

Bei 3mA beträgt der Spannungsabfall am 1k Emitter-Widerstand 3V.

Wird der Strom durch den Emitter-Widerstand grösser, wird auch der Spannungsabfall grösser und deshalb der Basis-Strom kleiner. Der Kollektor-Strom nimmt ab.

Wird der Strom kleiner, sinkt der Spannungsabfall am Widerstand und der Basis-Strom nimmt zu.

Der Emitter-Widerstand ist der Sensor, welche eine Spannung, proportional zum Strom, liefert.
Ersetzt du den Emitter-Widerstand mit 100 Ohm liefert die Stromquelle 30mA und mit 10k 0.3mA.
Was bei 4.75k raus kommt, kannst du selber ausrechen.


Ersetzt du den Emitter-Widerstand mit einem Kurzschluss, würde theoretisch die Stromquelle einen Strom von unendlich erzeugen.

Praktisch liegen dann aber an der Basis noch 0.9V an, die Z-Diode sperrt aber bei dieser Spannung und hat keinen Effekt (Den Leckstrom unterschlage ich mal).
Der Basistrom beträgt dann (U_B-0.9V)/100k.
Der Transistor verstärkt dann diesen Strom so gut er kann, du hast mal den Faktor 100 angenommen.
Allerdings ist der Strom nun nicht konstant, sondern eine Funktion von U_B.
Ziel verfehlt, setzen und eine 6 im Zeugnis!

Praktisch sieht die Welt natürlich noch etwas komplizierter aus:
Reale Transistoren haben z.B. einen Verstärkungs-Faktor von 200-450 (BC546B). Welchen Wert dein Exemplar hat, musst du ausmessen.
Da die Basis noch einen Serien-Widerstand hat, ändert sich die Basis-Emitter-Spannung mit dem Basisstrom. Dieser Widerstand unterliegt aber auch Streuungen bei der Herstellung.
Dann ändert sich die Basis-Emitter-Spannung um etwa -2.5mV/K.
Die Z-Diode hat auch eine Streuung der Spannung und diese ändert sich auch mit der Temperatur.

Des Basis-Strom ist also nicht wirklich konstant, aber regelt sich auf einen bestimmten Wert ein.

MfG Peter(TOO)

[HaWe]

Ersetzt du den Emitter-Widerstand mit einem Kurzschluss, würde theoretisch die Stromquelle einen Strom von unendlich erzeugen.

warum würde ohne Emitterwiderstand (aber mit LED und 1k Serienwiderstand am Kollektor) ein Stromfluss von unendlich entstehen?
das kann doch nicht stimmen, bei Emitterschaltungen ist doch auch sonst LED+Widerstand am Kollektor und der Emitter ist direkt an GND ?!

Dass ich nicht alle Bauteile aus dem Kollektor-Emitter-Stromkreis raus nehmen darf, ist mir doch klar. Ich will nur den Unterschied verstehen zwischen
LED+1k am Kollektor plus 1k am Emitter
LED+1k am Kollektor ohne 1k am Emitter
LED am Kollektor plus 1k am Emitter

was die Funktion dieser Schaltung als Konstantstrom/spannungsquelle angeht.


und dann:

Bei 3mA beträgt der Spannungsabfall am 1k Emitter-Widerstand 3V.

woher kommen die 3mA ?


und weiter:

Wird der Strom kleiner, sinkt der Spannungsabfall am Widerstand und der Basis-Strom nimmt zu.

warum sinkt ein Spannungsabfall, wenn ein STROM kleiner wird?
Wenn die SPANNUNG kleiner wird, dann sinkt auch der Spannungsabfall, aber was hat das mit welchem Strom zu tun?

[Peter(TOO)]

woher kommen die 3mA ?

Die kommen von Herrn Ohm!

[HaWe]

mann nun werd mal nicht komisch!
wo hast du die her, wo fließen die, wie hast du die unter welchen Vorraussetzungen ausgerechnet?

es liegt ja schließlich oben am Kollektor noch eine viel größere, variable Spannung an (bis 18V), die auch noch auf den Emitterwiderstand (falls vorhanden) durchgeleitet wird und dort abfällt, und nicht nur der Miniteil, der aus der Basis reinfließt.

Überhaupt ist aber doch nicht die SPANNUNG an der Basis für den Kollektor-Emitterstrom massgeblich, sondern der Basis-STROM, und der muss konstant sein, damit über die Verstärkung auch der Kollektor-Emitterstrom konstant ist.

Anders rum:
An der LED fallen immer 0,7V ab, egal wieviel anliegt:
damit sie gleich hell bleibt, muss ihre Helligkeit über einen konstanten STROM konstant gehalten werden, und der wird über einen konstanten Basistrom konstant gehalten.

Warum oder wodurch wird also der Basistrom konstant gehalten, wenn verschieden hohe Spannungen durch den 100k Widerstand an die Basis geraten? Offenbar wird ja doch durch die Z-Diode die Spannung auf 3,9V heruntergeregelt. Aber welcher Strom fließt dann durch, wenn ein 100k Widerstand vor der Basis liegt? Keine 3V/100k = 30 µA ? Wieviel dann, bei wechselnden oder fehlenden Emitterwiderständen, denn der 100k Basis-Vorwiderstand bleibt ja...? Und der Basis-Vorwiderstand hat doch sicher einen limitierenden Einfluss auf den Basisstrom, oder nicht? Und dauch dann kann hier ja bei weitem keine Kurschlusssituation entstehen, oder etwa doch? Und wenn nicht, wo liegt also das Limit für den Basistrom unter diesen Umständen?

Gesetzt den Fall, dass der Basistrom aber konstant ist, dann bleibt auch der Kollektor-Emitterstrom konstant, egal ob ein zusätzlicher Emitterwiderstand mit dabei ist und an einem Emitterwiderstand was abfällt (und insgesamt kein Kurzschluss vorliegt bei den 1k+LED am Kollektor), oder nicht?

[Ceos]

warum sinkt ein Spannungsabfall, wenn ein STROM kleiner wird?
Wenn die SPANNUNG kleiner wird, dann sinkt auch der Spannungsabfall, aber was hat das mit welchem Strom zu tun?

R = U(Spanunngsabfall) / I -> U = R * I -> wenn I sinkt, sinkt proportional auch U

wenn du keinen Verbraucher hinter dem Widerstand hast ist U(Spannungsabfall) = U(Versorgung)

Wenn die Versorgungsspannung sinkt, sinkt durch einen konstanten Widerstand der Strom und damit proportional der Spannungsabfall über dem Widerstand.
Die SChlussfolgerung durch senken der Spannung fällt auch der Spannungsabfall ist also falsch. Insbesondere wenn du z.B. einen Spannungswandler dazwischen hast, dann steigt dein Strom sogar wenn du die Spannung verringerst und dein Spannungsabfall über einen vorgeschalteten KOnstanten Widerstand wird sogar größer!

[Peter(TOO)]

mann nun werd mal nicht komisch!
wo hast du die her, wo fließen die, wie hast du die unter welchen Vorraussetzungen ausgerechnet?

es liegt ja schließlich oben am Kollektor noch eine viel größere, variable Spannung an (bis 18V), die auch noch auf den Emitterwiderstand (falls vorhanden) durchgeleitet wird und dort abfällt, und nicht nur der Miniteil, der aus der Basis reinfließt.

Überhaupt ist aber doch nicht die SPANNUNG an der Basis für den Kollektor-Emitterstrom massgeblich, sondern der Basis-STROM, und der muss konstant sein, damit über die Verstärkung auch der Kollektor-Emitterstrom konstant ist.

Anders rum:
An der LED fallen immer 0,7V ab, egal wieviel anliegt:
damit sie gleich hell bleibt, muss ihre Helligkeit über einen konstanten STROM konstant gehalten werden, und der wird über einen konstanten Basistrom konstant gehalten.

Du bist gerade auch nicht einfach.
Wenn du ALLES durchliest, steht da die Antwort mehrfach!

Neben Herrn Ohm musst du auch noch Herrn Kirchhoff beachten!
Und die Annahme, dass alles konstant ist, ist falsch!
Auch wenn nur 2 aktive Bauteile verwendet werden, bilden diese einen Regelkreis! Ein Regelkreis hat die Eigenschaft, dass wenn er eingeschwungen ist und keinerlei Störsignale vorhanden sind, sich feste Werte einstellen. Sobald sich aber irgendwelche Signale verändern steuert der Regelkreis dagegen an und die Stellgrössen ändern sich.

Die 0.7V an der LED sind auch falsch, je nach Farbe sind es 1.5V bis etwa 4.5V, aber das spielt bei der Schaltung grundsätzlich auch keine Rolle.

Zuerst einmal:
Der Strom durch den 100k teilt sich in zwei Ströme I_Z und I_B auf.

Bei einer idealen Z-Diode wäre I_Z unterhalb 3.9V = 0, bei 3.9V wird er unendlich.
Hier wird der Strom durch die 100k begrenzt.
Zudem hat eine reale Z-Diode keinen so schönen Knick:
http://www.elektronik-kompendium.de/...au/0201211.htm
real wird U_Z minimal kleiner, da I_Z um I_B verkleinert wird.

Jemand hat U_BE mit 0.9V angenommen, weil sich damit besser rechnen lässt, real wären es 0.6-0.7V aber der genaue Wert ist für die Funktion egal!
Ich rechne jetzt weiter mit den 0.9V, das geht dann mit Kopfrechnen, du kannst ja alles mit den krummen Werten selber nachrechnen.

Den 1k in Serie zur LED lassen wir auch mal weg, der hat auf die Funktion der Schaltung auch keinen Einfluss. Er dient nur dazu, die Verlustleistung der Schaltung auf den Transistor und den 1k zu verteilen, wodurch der Transistor weniger warm wird.

Der Transistor ist ein Stromverstärker und I_C = I_B * k
Die B-E-Strecke ist eine Diode und ich nehme an, dass diese erst ab 0.9V leitet, solange diese Strecke nicht leitet fliesst auch kein I_B.

Durch den Emitter-Widerstand R_E fliesst der Strom I_B + I_C
Damit also ein I_B entsteht und weil U_B durch die Z-Diode auf 3.9V fixiert wird, muss am Emitter eine Spannung von U_E = 3.9V - 0.9V = 3.0V anliegen.
Wird U_E grösser, dann wird I_B kleiner, wird U_E kleiner, wird I_B grösser.
Entsprechend verändert sich auch I_C

Nun ist U_E = (I_B + I_C) * R_E

Da R_E 1k hat und U_RE 3.0V ist, fliessen durch R_E 3mA (I_B + I_C = I_B + I_B * k).

Beim Transistor ist nun aber U_C unabhängig von I_C, U_C stellt sich so ein, dass I_C fliesst.

Das ist natürlich nur möglich wenn die Schaltung dies zulässt.
Die Schaltung funktioniert keinesfalls mit einer Betriebsspannung zwischen 0 und 18V!
Unter 3.9V geht mal gar nichts, weil dann die Z-Diode nicht arbeitet.
Allerdings fliesst bei 3.9V auch kein Strom durch die 100k.
Eine weitere Bedingung ist, dass die Betriebsspannung grösser sein muss als U_RE + U_CESAT + U_LED + 3V (diese fallen bei 3mA am 1k in Serie zur LED ab.).

Für eine rote LED sind dies etwa 3V + 1.7V + 0.2V + 3V = 7.9V, bei einer blauen oder weissen LED muss man mit mindestens 10.2-10.7V rechnen.


Verwendet man den Transistor als Schalter, wählt man I_B so gross, dass I_{C = IB * k} gar nicht erfüllt werden kann, typisch wählt man I_B etwa 10x zu gross. Der Transistor geht dann in die Sättigung und U_CE nimmt einen Wert von etwa 0.2V an.

MfG Peter(TOO)

- - - Aktualisiert - - -

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.

Das ist falsch!

Den Emitter hast du direkt auf Masse geklemmt.
Folglich liegen die B-E-Diode und die Z-Diode parallel.
Da die B-E-Diode bei 0.9V leitet, kann die Spannung an der Z-Diode nicht grösser sein!

MfG Peter(TOO)

[avr_racer]

An den Postersteller es fehlen dir, sehr viele Grundlagen die du dir mal als erstes aneignen musst!!!!
Wenn du mit so einer Schaltung anfängst bist du, auf Grund des fehlenden Wissens, überfordert.

Hier mal eine Seite http://elektroniktutor.de/index.html auf der einige Grundlagen erklärt sind und genauso wichtig, wie die Theorie, ist es auch im praktischen Maße dies mal aufzubauen, Messungen durchzuführen damit man ein Gefühl bekommt wie man diese Einheiten und Verhältnisse zu verstehn hat.