Schaltung mit Zenerdiode und Transistor als Konstantstromquelle

[avr_racer]

Habe es gestern Abend für mich mal durchgerechnet, mit realistischen Werten.

Ube mit 0,6V Uled mit 1,8V und naja wie soll ich sagen, so richtig funzen wird die Schaltung nicht, da Re und R1 zu hoch sind, der Rv der Led weg muss, der Iz mit 330µA zu klein ist so das die Z-Diode eher bescheiden arbeiten wird und R1 dann auf 38KOhm geändert werden müsste. Die Hfe habe ich auf 100 angenommen da hier auf dem Transistor gar nicht eingegangen wird. Unterm Strich ist das nur eine Symbolschaltung mit wahrscheinlich willkürlichen Werten die nicht wirklich zu einander passen.

[HaWe]

die 0,9V kamen mir auch komisch vor, die hat mal irgendwer hier gepostet, ich dachte einfach mal, das würde sitimmen, ich bin aber auch bislang eher von 0,7V BE-Spannung ausgegangen.
Gefragt hat mich bisher niemand nach dem Transistortyp, es handelt sich um einen BC817. Die Schaltung stammt aus irgendeinem Elektroniktutorial.

Die Schaltung zu zerpflücken versuche ich ja dauernd, nur kamen wir bisher in den Erklärungen nicht wirklich dazu.

Was ich schon immer erstmal trennen wollte ist (immer bei Durchsteuerung des Transistors durch ausreichend hohe Batteriespannung)
a) die Betrachtung des Stromflusses durch die Basis, die den Transistor ansteuert, und die über den Verstärkungsfaktor (~200x) einen max. Collektor-Emitterstrom hervorruft und
b) dann all das, was duch die Verstärkung und alle Widerstände etc.im Collektor-Emittestromkreis passiert.

(Das ganze ntl nur in den Fällen, in denen der Transistor durchgesteuert hat und auch die Batteriespannung deutlich über den Uz=3,9V liegt, damit die Spannungsbegrenzung durch die Zenerdiode aktiv werden kann.)

Aber dazu kommen wir erst später!

Bisher hat mir noch niemand den Basistrom ausgerechnet (oder ich muss es übersehen haben).
Eine Rückkopplung kann ich in der Schaltung nicht erkennen.
Wenn also die Regulierung über mehrere Stufen und Rückkopplung irgendwie erfolgt, müsste man das schrittweise rechnen und darlegen können, aber da erkenne ich nichts - für mich sind Basisspannung immer 3,9V, und der Basistrom errechnet sich für mich im obigen Fall ( wie in der geposteten Abbildung) ausschließlich
aus der Uz,
dem 100k Vorwiderstand,
dem Spannungsabfall UT im Transistor durch B-E-Strecke
und einem eventuell vorhandenen 1k Emitterwiderstand.

Wenn UT nicht 0,9V sondern 0,7V sind, komme ich dann auf
(3,9V-0,7V)/(100k+1k) = ca. 32µA (und zwar immer!)

Die Höhe dieses Basisstroms entscheidet nach meinem Transistorverständnis in Verbindung mit dem konstanten Verstärkungsfaktor (200x) über den max. Strom im Kollektor-Emitter-Stromkreis, so wie immer beim Transistor als Strom-Verstärker:
kleiner Basisstrom=> kleiner CE-Strom, großer B-Strom =>großer CE-Strom.
Dieser ist dann im Falle der 32µA max. (!) 32µA x 200 = 6,4mA (max.).
Soweit die 32µA konstant sind, sind dann auch die max. 6,4mA Kollektorstrom konstant (soll ja auch eine Konstantstromquelle sein, was diese Theorie stützen würde).

WENN jetzt uneingeschränkt (!) Strom am Emitter zur Verfügung stünde, dann WÜRDEN bei 3,2V 3,2mA durch den 1k Emitterwiderstand fließen.
Alleine vom Basistrom her können es aber wegen des 100k Vorwiderstandes aus dieser Richtung nur max. 32µA werden.
Sind es aber mehr mA (z.B. 3,2 mA), die tasächlich durch den Emitterwiderstand fließen, können sie also nicht von der Basis kommen sondern nur vom Kollektor, und dann liegen sie auch tatsächlich noch innerhalb des 6,4mA Verstärkungs-Limits.


wenn das jemand anders rechnet, lasse ich mich sehr gerne klüger machen!


Doch wie gesagt: zum CE-Stromkreis kommen wir erst später, jetzt erst mal der 1. Schritt...

Also, wie hoch ist in den beiden genannten Fällen der Basistrom?
Zunächst für Batteriespannung 9V konstant und dann für 18V konstant.

Bitte Freiwillige vor!

[Ceos]

Ich hab gestern meine wilden GEdanken mal zusammen genommen und mir das Beispiel nochmal angesehen

Was deinen Basisstrom angeht:
Über deine Z-Diode fließen ohne Transistor 51µA bei 9V weil 9V - 3.9V(Z) = 5.1V(R) / 100k = 51µA (die Kennlinie der Diode vernachlässigen wir)

Sobald aber der Transistor mit offenem Kollektor angeschlossen wird bricht die Spannung zusammen, denn der Transistor verhält sich als nichts anderes als eine gewöhnliche Diode und du hast einen billigen Spannungsteiler 100k -> B-E Diode -> 1k (unter den Annahme von 0.7V Durchlassspannung) -> 82µA

Die Z-Diode macht jetzt erstmal garnichts mehr, die ist einfach gesperrt, denn solange der Strom durch den Transistor fließt fallen über den 100k mehr als 5.1V ab und die Z-Diode wird nicht leitend!

Der Schlüssel für die Strombegrenzung liegt jetzt im Verhältnis des Stromes der in SUMME durch dein Emitterwiderstand fließt!

1)Wenn jetzt neben dem Baisstrom (vernachlässigbar klein) auch noch der Verbraucherstrom durch deinen Emitterwiderstand fließt, steigt der Spannungsabfall am Emitterwiderstand und die B-E Spannung wird geringer!
2)Dadurch verringert sich der Strom durch den 100k Widerstand und der Spannungsabfall verringert sich.
3)Die Basisspannung steigt an bis sie 3.9V erreicht udn die Z-Diode leitet.
4)Vergrößert sich der Strom durch R(Emitter) jetzt weiter, steigt weiterhin die Spannung, aber dadurch dass die Z-Diode die Basisspannung begrenzt, wird unweigerlich deine B-E Spannung < 0.7V
5)der TRansistor fängt an zu sperren wenn B-E < 0.7V wird und entwickelt sich zu einem variablen Widerstand um das Gleichgewicht und die 0.7V B-E zu erhalten!


Das Bild ist mit Falstad simuliert und es gibt da wohl einige Kennlinienhintergründe die meine Rechung ein wenig aus der Bahn werfen

[HaWe]

Über deine Z-Diode fließen ohne Transistor 51µA bei 9V weil 9V - 3.9V(Z) = 5.1V(R) / 100k = 51µA

ja, da komme ich auch drauf. Aber der Strom, der durch die Z-Diode fließt, ist ja nicht entscheidend für den Transistor, hierdurch wird die Spannung wird ja nur auf 3,9V "abgeregelt".

Am Transistor liegen bei durchgeschalteter Z-Diode aber nur 3,9V an, und daher teilt sich der Strom auf, der durch die 100k fließt - in einen Nebenarm mit 3,2V/101k = 32µA, die durch den Transistor fließen, und weil die 3,9V konstant sind und die 0,7V ebenfalls, sind auch diese 32µA konstant -

Richtig?
(wie gesagt, wir reden ja nur über den Fall, dass der Transistor durchgeschaltet hat, was er ja bei ausreichender Basisspannung automatisch tut - und die Basisspannung wird von der Batterie geliefert und von der Z-Diode auf 3,9V konstant gehalten!)

Der 100K ergibt sich aus den
Iz+Ib
Ib = Ic/Hfe
Ie = Ic + Ib
und Ic musst du festlegen wieviel fließen soll... da du weist das Ie = Ib + Ic ist

Nein !! der 100k ergibt sich allein daraus, dass ein R=100k vor der Basis liegt !!


Und wir sind immer noch nicht beim CE-Teil, sondern immer noch beim Basisstrom!

(und @avr_racer: behalte endlich mal deine Sprüche wie "das kannst du selber tun" etc für dich, wir sind hier, um Thesen zu diskutieren und Rechnungen zu vergleichen, und nicht um den anderen Totschlagargumente um die Ohren zu hauen!!)

[Ceos]

Am Transistor liegen bei durchgeschalteter Z-Diode aber nur 3,9V an, und daher teilt sich der Strom auf, der durch die 100k fließt - in einen Nebenarm mit 3,2V/101k = 32µA, die durch den Transistor fließen, und weil die 3,9V konstant sind und die 0,7V ebenfalls, sind auch diese 32µA konstant -

Richtig?

Nein, Falsch!

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)

Und wir sind immer noch nicht beim CE-Teil, sondern immer noch beim Basisstrom!

Deine Art und Weise zu denken lässt dich mal wieder an Details auflaufen die absolut unwichtig sind!

Der Kern des Regelkreises ist (Abfall)Spannung und nicht Strom!
Der Verstärkungsfaktor des Transistors wird ziwschen 100 und 600 angegeben, das nennt man Fertigungsschwankung und die ist gefährlich breit wenn man diesen Faktor als Regelquelle nimmt! Daher betreibt man den Transistor nicht als Verstärker sondern als Begrenzer in dem Fall.

WOW, das Datenblatt sagt sogar eine Durchlassspannung V(B-E) von 1.2V bei Sättigung, leider keine Details für "normalen" Basisstrom ...

[HaWe]

Du hast mit deiner Z-Diode eine Festspannugnsquelle aber keine Stromquelle!

Habe ich auch nicht behauptet -
Die Spannung an der Basis ist aber konstant 3,9V, weil alles, was von der Batterie kommt, durch die Z-Diode auf 3,9V abgeregelt und dadurch konstant gehalten wird -
aber der Strom, der ebenfalls von der Batterie kommt, muss vorher durch einen 100k Widerstand, bevor er zur Basis fließen kann !
Wenn also konstant 3,9V anliegen, und im Stromkreis ein 100k Widerstand in Serie liegt, wird der Strom dadurch auf 3,9V/100k = 39µA limitiert (liegen noch mehr Widerstände oder "Verbraucher" in Serie, sinkt der Widerstand ntl insg. noch weiter)

- wieso soll das falsch sein?


ps zur modellhaften Rehnung: lass uns weiter mit Faktor 200 und BE von 0,7V rechnen !

[Ceos]

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)

[avr_racer]

Der 100K ergibt sich aus den
Iz+Ib
Ib = Ic/Hfe
Ie = Ic + Ib
und Ic musst du festlegen wieviel fließen soll... da du weist das Ie = Ib + Ic ist Nein !! der 100k ergibt sich allein daraus, dass ein R=100k vor der Basis liegt !!

Nein !! der 100k ergibt sich allein daraus, dass ein R=100k vor der Basis liegt !!

NEIN Grütze sry für den Ausdruck.

Ich hol mal weiter aus:

ALSO nehmen wir an das im Kollektorkreis und Emitterkreis, wobei der Emitter offen ist, keine Bauteile vorhanden sind und der Transistor nur die R1/Zdioden Kombo hat.
Das ist eine Spannungsstabilisierung. Nun wird eine Last in den Emitterkreis gepackt und der Ib beträgt 20mA * 200 = 4A. Ic=4A könnten bei entsprechender Last fließen, soweit ist der Transistor geöffnet. Wenn nun aber der Querstrom durch die Kombo schon nur 51µA sind wird die Z-Diode nicht die 3,9V erreichen. Aber spinnen wir mal weiter und lassen deine 32µA in die Basis fließen, dass ergibt einen Icmax von 6,4mA. Und durch die Z-Diode fließen dann nur 51µA-32µA=19µA. Damit wird die Diode niemals zum Durchbruch auf die 3,9V kommen.

Schaue dir es an von wo du auch die Schaltung hast http://www.hobby-bastelecke.de/halbl...berechnung.htm. Hoffe das dir auffällt von wo angefangen wird die Stufe zu berechnen.

Die Kombo aus R1 und Z-Diode sind ein BELASTETER SPANNUNSGTEILER. Da ergeben sich absolut andere Werte. Rate mal warum Iq ca 5-10mal Höher sein sollte!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
Damit der Basis Strom so gering wie möglich ins Gewicht fällt.

Und wir sind immer noch nicht beim CE-Teil, sondern immer noch beim Basisstrom!

(und @avr_racer: behalte endlich mal deine Sprüche wie "das kannst du selber tun" etc für dich, wir sind hier, um Thesen zu diskutieren und Rechnungen zu vergleichen, und nicht um den anderen Totschlagargumente um die Ohren zu hauen!!)

Jajajaja Basisstrom aber versuch doch mal zu verstehen von wo man beginnt die Parameter festzulegen und wie man dazu kommt. In der Elektronik ist es manchmal, das man die Berechnung von "hinten" anfangen muss.

Na die Werte einzusetzen und dann in den Rechner einzutippen ist doch nicht so schwierig???? Warum Thesen ??? Für solche Grundlagen sind es fest erwiesene Sachen.

Hast du denn mal ansatzweise versucht es praktisch aufzubauen???

[HaWe]

das verstehe ich eben nicht, auch wenn ich es versuche zu verstehen.
Noch habe ich noch nichtmal Werte für den Basisstrom für 9V und 18V in der Schaltung (au0er meiner eigenen Rechnung mit 32µA).

meine Theorie ist nach wie vor:
der Basisstrom ist konstant (nach meinem Verständnis mit 3,9V bei 100k Vorwiderstand, aber das sagt auch das Tutorial),
dadurch wird der Strom im Leistungs-Teil über den Verstärkungsfaktor erhöht, aber auch begrenzt, und dadurch kann die LED zwar mit wechselnden Spannungen betrieben werden, wegen des konstanten C- Stroms aber sie kann dennoch nicht durchbrennen.

[Ceos]

wie gesagt, deine Theorie ist falsch und daran ändert sich auch nichts wenn du daran Festhälst!
Es handelt sich bei dem Schaltkreis wie bereits schon viel früher erwähnt (nicht von mir) um eine Rückkopplung! Also einen Regelkreis und nicht um eine Profane Verstärkung! Der HFE des Transistor ist hier absolut unwichtig, entferne dich bitte mal für wenigstens einen Augenblock von dem Gedanken und schau dir deine Schaltung an!

Lass es uns doch mal Schritt für Schritt rechnen und ich bitte dich diesmal selber die Rechnung nach der Vorgabe durzuführen und werde dich korrigieren falls du Falsch liegst.

Betrachte einmal nur den Pfad über die Z-Diode:
Ub -1> 100k -2> ZDiode -3> GND
und gib mir bitte mal deiner Meinung nach die Ergebnisse für die Spannungen an den Übergängen 1, 2 und 3

Jetzt betrachten wir nur den Pfad über den Transistor:
Ub -1> 100k -2> B-E -3> 1k -4> GND
und teil mir deine Meinung zu den Spannungswerten an den Übergängen 1, 2, 3 und 4 mit