Schaltung mit Zenerdiode und Transistor als Konstantstromquelle

[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

[Peter(TOO)]

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 brennen sie dennoch nicht durch.

1. Dein Problem ist, dass du Bedingungen vorgibst unter welchen die Schaltung nicht funktioniert!

So wie die Schaltung dimensioniert ist, funktioniert sie mit 18V und einem Verstärkungsfaktor (h_FE)des Transistors >213 gerade mal eben.
Bei grösserem h_FE funktioniert sie auch mit einer etwas kleineren Spannung.

Damit die Z-Diode funktioniert, benötigt sie einige mA (Siehe Datenblatt), der 100k ist also viel zu gross und sollte im Bereich von 1k bis 10k liegen.

2. Du kannst I_B nicht ohne I_C berechnen, da der Spannungsabfall an R_E durch beide Ströme bestimmt wird!
U_E = (I_B+I_C)*R_E

Du versuchst krampfhaft eine Theorie für falsche Annahmen zu erstellen, was nicht wirklich zum Ziel führt.
Beweisen kannst du so nur, dass die Schaltung unter deinen Annahmen nicht funktioniert!

I_C = ((U_Z-U_BE)/R_E)-I_B

I_B = I_C / h_FE

Der Strom durch R_Z (da wo der 100k sitzt)
I_RZ= I_Z+I_B
Diese Bedingung wird aber bei deinen Annahmen nicht erfüllt!

Ohne etwas Algebra geht Elektronik nun mal nicht.

Die konkreten Werte kannst du ja selber einsetzen.

MfG Peter(TOO)

[HaWe]

wieso "gebe ich Bedingungen vor, unter den sie nicht funktioniert"?
Woher nimmst du diese verwegene Behauptung?
Sie funktioniert einwandfrei, von ein bisschen weniger als 9V bis 18V, und 9V und 18V sind auch genau die Batterie-Spannungen, unter denen ich sie selber durchgerechnet habe.

Sollte allerdings der vermutete Verstärkungsfaktor tatsächlich höher liegen als 200 (was ich nicht weiß), kann man auch einen hypothetischen Verstärkungsfaktor von 300 annehmen, aber sowohl 200 als auch 300 liegen im Bereich nach Datenblatt, oder etwa nicht?

Mit euren Formeln allerdings kann ich nichts anfangen, wenn ihr keine konkreten Werte einsetzt, also rechnet sie doch bitte mal mit Werten durch, damit man Ergebnisse bekommt, die man vergleichen kann!