Z-Diode (Zenerdiode)

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Allgemeines:

Zenerdioden sind Si-Dioden, welche in Sperrrichtung die Durchbruchsspannung (=Zenerspannung Uz) überschreiten können, ohne dabei zerstört zu werden. Diesen Effekt macht man sich sogar zunutze: Da die Zenerspannung charakteristisch für das jeweilige Bauteil ist, wird die Z-Diode verwendet, um Spannungen exakt einzustellen bzw. sie zu begrenzen. Durch sehr hohe Dotierung erreicht man Durchbruchsspannungen von <50V (bei Gleichrichterdioden: 50V-1000V).

Es kommen 2 Effekte zum Tragen:

1. Uz<5V: In diesem Bereich überwiegt der Zenereffekt. Diese Dioden besitzen einen positiven Temperaturkoeffizienten.

2. Uz>5V: Hier überwiegt der Lawineneffekt. Die Dioden besitzen einen negativen Temperaturkoeffizienten.

In Durchlassrichtung verhalten sich Z-Dioden genau wie normale Dioden.

Kennlinie einer Z-Diode

Anwendungen:

• Spannungsstabilisierung in Spannungsversorgungen
• Schutzbeschaltung von elektrischen Baugruppen (durch Spannungsbegrenzung)

Berechnung des Vorwiderstandes einer Z-Diode:

Damit die Zenerdiode in Sperrichtung nicht zerstört wird, wird ein Vorwiderstand benötigt, auf dem die überschüssige Spannung abfallen kann.

Um den Vorwiderstand zu dimensionieren, muss man einen Betriebsstrom (Zenerstrom) Iz festlegen. Eine Faustregel besagt, dass der normale Zenerstrom ein Zehntel des maximalen Zenerstroms betragen soll.

Der maximale Zenerstrom Izmax berechnet sich aus der maximalen Verlustleistung Ptot des Bauteils durch die Zenerspannung Uz.

Um den Widerstand berechnen zu können muss sein Spannungsabfall bekannt sein. Er berechnet sich aus der Differenz der maximalen Eingangsspannung Umax zur Zenerspannung Uz.

Beispiel:

Eine Spannung von 14V soll mithilfe einer Zenerdiode auf 10V begrenzt werden!

Bauteil: Zenerdiode BZX79 10V 0,5W

gewählt: 820Ω (E-12 Reihe)


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