Schaltung mit Zenerdiode und Transistor als Konstantstromquelle

[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)

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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)