Schaltung mit Zenerdiode und Transistor als Konstantstromquelle

[HaWe]

es mag richtig sein, dass mir bestimmte Grundlagen fehlen, aber bevor ich hier im Forum eine Verständnis-Frage stelle, werde ich sicher keine 3 oder 4 Jahre Elektrotechnik und Elektronik studieren. Dass hier Anfänger in bestimmten Gebieten Fragen stellen, ist normal für ein Forum, und würden alle hier auf eine Frage mit "lern erst mal die Grundlagen" antworten, bräuchten wir nur dich als Mitglied, der alle Fragen dergestalt beantwortet - oder nicht mal das, denn für diese Antwort könnten wir einfach einen Roboter programmieren und keiner würde den Unterschied merken. Gelle?

Den 1k Widerstand vor der LED brauche ich allerdings doch, wenn ich die LED bei 9V-18V (oder mehr) vor zu hohen Strömen oder Spannungen schützen will.
Bei "normalen" Dioden rechne ich mit 0,7V, das reicht bei denen, die ich hier betrachte als Genauigkeit - es ist ja nur eine modellhafte Rechnung.
Dass die Schaltung bereits ab 0V arbeitet habe ich ebenfalls nicht behauptet, ich ging exemplarisch von 5V, 9V und 18V aus; bei 9V und 18V aber wird sie schon mit ziemlicher Sicherheit funktionieren.

Damit also ein IB entsteht und weil UB durch die Z-Diode auf 3.9V fixiert wird, muss am Emitter eine Spannung von UE = 3.9V - 0.9V = 3.0V anliegen.
Wird UE grösser, dann wird IB kleiner, wird UE kleiner, wird IB grösser.
Entsprechend verändert sich auch IC

Das verstehe ich nicht.


Fälle für Batteriespannung unter 3,9V brauchen wir hier sowieso nicht zu betrachten, ebensowenig Abweichungen der echten Zenerdioden von den hier theoretischen, das verwirrt nur.
5V, 9V und 18V waren meine Beispiel-Fälle.

Die von der Basis gespeiste Emitter-Spannung gegen GND ist doch hier IMMER 3V, weil die Zenerdiode IMMER 3,9V liefert und im Transistor (wie wir ihn hier vorraussetzen) IMMER 0,9V abfallen. Daher muss dafür doch keine weitere Bedingung "durch Ströme" erfüllt sein, denke ich.

Außerdem habe ich nicht gefunden, wo du schreibst, wie groß denn jetzt der Basis-Emitterstrom definitiv ist im Fall a) unter Berücksichtigung aller 3 Widerstände
a) LED+1k am Kollektor plus 1k am Emitter
plus 100k Basis-Vorwiderstand!

definitiv ist es für mich nicht einsichtig, wie der Basisstrom größer werden kann als 30µA, wegen des 100k Basiswiderstandes!
Wenn aber nur 30µA Basisstrom durchgelassen werden durch die 100k über die Basis bis zum Emitter, dann können am Emitterwiderstand NIEMALS 3mA Basisstrom durchfließen !

Auch deine allgemeinen Formeln sind für mich nicht einleuchtend, solange sie nicht mit konkreten Werten darlegen, wie bei wechselnden Batterie-Spanungen denn jetzt doch die LED gleich hell gehalten wird.


Bis jetzt habe ich zumindest keine entsprechende Erklärung verstanden und auch die theoretische Idee eines Transistors als Schalter und die Idee eines Regelkreises hilft mir hier ehrlich gesagt noch nicht weiter.


Also, dann werde ich jetzt nochmal verstehen versuchen, warum diese Schaltung
a) eine Konstantstromquelle auch für verschiedene Batteriespannungen ist,
b) was den Basisstrom konstant hält, damit auch der Kollektor-Emitterstrom konstant bleibt, wenn auch an der LED "oben" mal 5, mal 9, mal 18V etc anliegen.

Wodurch wird also die LED immer gleich hell gehalten bei wechselnder Batteriespannung?

[avr_racer]

Du der Hinweis ist nicht böse gemeint nur das Problem ist wenn die Grundlagen fehlen haben die meisten auch keinen Bock zu helfen da der Erklärungsaufwand übers Netz einfach mal bescheiden ist. Gemeint ist damit ob mein Gegenüber mir auch folgen kann....

Achso und zum "Studium" das ist nicht notwendig. Grundlagen über Ströme und Öhme sollten in der Schule gelegt worden sein und in der Berufsausbildung hat man sich den notwendigen Rest angeeignet UUUUUUUUUUUUUnd das war auch nicht immer einfach. Mal als nicht Studierter... mit nem 0815 Abschluss....

Den 1k Widerstand vor der LED brauche ich allerdings doch....

Wenn man es richtig macht brauch man ihn nicht, auch bei einer gewissen Änderung der Versorgungsspannung.

Die Emitter-Spannung gegen GND ist doch hier IMMER 3V, weil die Zenerdiode IMMER 3,9V liefert und im Transistor (wie wir ihn hier vorraussetzen) IMMER 0,9V abfallen. Daher muss dafür doch keine weitere Bedingung "durch Ströme" erfüllt sein, denke ich.

Ja die 3V von Peter sind schon richtig abbbbeeerrrr wenn der Strom (am Remitter,Re) sich ändert, ändert sich die Spannung am Re das hat zur Folge DAS die Ube sich auch ändert. Nehmen wir mal an URe wird größer weil die Transe sich erwärmt (zB Sonne usw) >>
somit werden mehr Elektronen frei >> (...hat was mit der Eigenschaft des Silizium zu tun...)
die alle durch den Re wollen >>
somit erhöht sich der Spannungsabfall an Re >>
Ube wird kleiner, bezogen auf die 3,9V heißt es das die Spannung am Emitter steigt und die Differenz, also das was als Ube(nur der Spannungsabfall drüber)* übrig bleibt, sinkt >>
somit sinkt der Ibe der in die Basis der Transe fließt >>
bis sich ein Gleichgewicht einstellt. Das ganze ist eine Stromgegenkopplung

*Die Z-Diode hält bis zum Erbrechen die 3,9V an der Basis fest und über den Re wird quasi, wie ein Poti, die Spannung auf Grund der Umwelteinflüsse oder Betriebszustände, verändert.

Normalzustand ZDiode = 3,9V, URe = 3V, Ube = 0,9V
dynamisch plus ZDiode = 3,9V, URe = 3,5V, Ube = 0,4V
dynamisch minus ZDiode = 3,9V, URe = 2,5V, Ube = 1,4V


Wenn man das für einen Spannungsbereich berechnen will musst du 2 mal rechnen. Untersten und obersten Wert den die Betriebspannung annhemen kann/soll und die Schlußfolgerung daraus ziehen ob es die erwünschten Parameter einhält. Sonst neue Werte neu durchrechnen

Also, dann werde ich jetzt nochmal verstehen versuchen, warum diese Schaltung
a) eine Konstantstromquelle auch für verschiedene Batteriespannungen ist,
b) was den Basisstrom konstant hält, damit auch der Kollektor-Emitterstrom konstant bleibt, wenn auch an der LED "oben" mal 5, mal 9, mal 18V etc anliegen.

Zu a) schau dir mal den Stromspiegel an in aller einfachster Form und du wirst feststellen das der selbe Mechanismus greift bezogen auf den Re
Zu b) der Basisstrom wird NICHT konstant gehalten!!!!!!!!!!!!!!!!!

[HaWe]

danke für deine Mühe, aber ich kann dir tatsächlich nicht folgen. Schon diese Aussage

wenn der Strom (am Remitter,Re) sich ändert, ändert sich die Spannung am Re

ist für mich unlogisch:

für mich ist (bei Batteriespannung deutlich über 4V) die Spannung an Emitter gegen Grund IMMER 3V, da die Z-Diode konstant auf 3,9V abregelt (also liegen an der Basis genau diese 3,9V an), und beim Übergang auf den Emitter gehen nochmal 0,9V verloren, also bleiben IMMER 3V übrig, egal ob mit oder ohne Widerstand zwischen Emitter und GND,
Wie da ein Srom durch einen Widerstand diese Spannung, die am Emitter rauskommt, ändern kann, ist mir nicht ersichtlich.
Temperaturschwankungen durch die Sonne sind übrigens jetzt ebenfalls verwirrend.

Also nochmal auch an dich die Bitte: rechne mir doch bitte mal vor, wie hoch der Strom ist, der bis an die Basis und durch die Basis bis an den Emitter fließt, wenn ein 1k Emitterwiderstand vorhanden ist, und das bei 9V und bei 18V. Eine ganz einfache Rechnung, denn alle Widerstände und alle Spannungen sind ja bekannt, und dann zeige mir btte, warum und wo meine Rechnung oben mit den 30µA falsch ist.

[avr_racer]

ist für mich unlogisch:

Mit nichten. Das Problem liegt in deinem Verständnis! Die Stromgegenkopplung wirkt sofort für menschlische Zeitverhältnisse. Vom Verständnis her musst du quasi eine Zeitdehung einsetzen um es dir selbst begreiflich zu machen so dumm es sich auch anhört. Die Wirkung setzt ja sofort um, auch wenns nur ein Elektron mehr ist was sich in diesem Strompfad befindet. In Volt wäre das eine Änderung von 0,000000000000000001V und noch weit weniger aber eine Änderung aber dies führt hier zu weit...

für mich (bei Batteriespannung deutlich über 4V) ist die Spannung an Emitter gegen Grund IMMER 3V

Sie ist immer aktiv also die Stromgegenkopplung.

Also nochmal auch an dich die Bitte: rechne mir doch bitte mal vor, wie hoch der Strom ist, der bis an die Basis und durch die Basis bis an den Emitter fließt, wenn ein 1k Emitterwiderstand vorhanden ist, und das bei 9V und bei 18V. Eine ganz einfache Rechnung, denn alle Widerstände und alle Spannungen sind ja bekannt, und dann zeige mir btte, warum und wo meine Rechnung oben mit den 30µA falsch ist.

Beantwortest du mir die folgende Frage unter folgender Bedingung:

Nährungsweise kann man sagen das der Strom vom Emitter ähnlich dem im Kollektor ist für das erste.
Nehmen wir an, Aufgrund dieser Annahme, dass der Strom durch Rv und der LED 5mA betragen. Wieviel ist dann der Strom im Kollektorkreis (ca.) und welche Spannung fällt am Rv der Led ab ???

Die Sache ist wenn man es dir komplett vorrechnet hast du zwar DAS Ergebniss aber das heißt nicht das du es auch verstanden hast....

Würde mich mal interessieren wo du die Schaltung her hast ?

[wkrug]

Ihr geht hier immer von einer B-E Spannung von 0,9V aus.
Das würde schon mal auf einen Darlington Transistor hindeuten und der hat schon mal ein Stromverstärkung von um die 1000.
"Normale" Transistoren haben hier eher 0,6V
@HaWe
Zerpflück doch erstmal die Schaltung auf ihre einzelnen Komponenten.
Zuerst hast Du mal eine Z-Diode mit Vorwiderstand.
Wenn die Spannung vor dem Widerstand über deren Z-Spannung liegt und auch etwas Strom fließt wird sich dort eine Spannung von 3,9V einstellen.
Diese 3,9V liegen nun an der Basis des Transistors.
Durch einen Strom in die Basis wird der Transistor nun aufgesteuert.
Wenn der Basisstrom groß genug ist wird sich am Emitter der Transistors eine Spannung von 3V einstellen.
Denn wenn die Spannung hier höher wäre würde der Transistor sperren.
Dadurch würde aber der Strom am Emitter wieder kleiner -> Die Spannung am Emitter somit kleiner und der Transistor würde wieder besser leiten usw.
Das Ganze ist also ein Regelkreis.
Da am Emitter nun 3V anliegen, werden durch den Widerstand 3V/1kOhm = 3mA fließen.
Am Kollektor werden es etwas weniger als 3mA sein ( Basisstrom fehlt ja hier ), aber das geht ja bereits in den Bauteiletoleranzen ( 5% ) unter.

Das bedeutet, den Strom im Kollektorkreis kann man über den Wert des Emitterwiderstandes einstellen.

Der 1 k Widerstand vor der LED ist im Prinzip nicht nötig, wenn man die Verlustleistung ausser Betracht lässt.

An einem 1k Widerstand werden 3V abfallen. Also an den beiden miteinander 6V. Für die LED rechne ich mal 2V. An der CE Strecke müssen es mindestens auch noch mal 0,2V sein.
Also wird die Schaltung erst ab ca. 8,2V anfangen zu regeln, wenn da der Basisstron schon reicht.
Bei 18V werden am Transistor 10V abfallen (18-3-3-2=10).
Am Transistor hat man dann eine Verlustleistung von 10V x 0,003A = 30mW.
Würde der eine Widerstand vor der Diode fehlen hätte man 13 x 0,003 = 39mW.
Das ist hier zwar nun auch nicht wirklich viel, aber bei höheren Strömen ( anderer Emitterwiderstand ) durchaus relevant.

Ich persönlich halte den Vorwiderstand an der Z-Diode 100k für zu hoch.
Bei kleinen Versorgungsspannungen fließt kaum Strom durch die Z-Diode und man ist da voll noch vor dem Knick der Z-Spannung.
Ausserdem muß der Transistor eine sehr hohe Stromverstärkung haben um hier sauber funktionieren zu können.
Deshalb und wegen der hohen B/E Spannung vermute ich hier einen Darlington Typ.

[Peter(TOO)]

Hallo wkrug,

Ihr geht hier immer von einer B-E Spannung von 0,9V aus.
Das würde schon mal auf einen Darlington Transistor hindeuten und der hat schon mal ein Stromverstärkung von um die 1000.
"Normale" Transistoren haben hier eher 0,6V

Ein normaler Si-Transistor liegt um 0.6V bis 0.7V, hängt von I_B und R_BE ab. Bei Leistungstransistoren kann es wesentlich mehr sein, weil da I_B sehr gross wird und die Verstärkung schnell mal nur noch bei 30 liegt.

Bei Ge-Transistoren sind es 0.2V bis 0.3V bei kleiner Leistung.

Nein, die 0.9V kommen nur daher, dass sich mit diesem Wert bei dieser Schaltung besser rechnen lässt:
3.9V-0.9V=3.0V
3.9V-0.6V=3.3V

Ein Darlington hat zwei BE-Strecken in Serie, also 1.2 bis 1.4V.

MfG Peter(TOO)

[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.