Warum fällt die Spannung in einem einfachen Spannungsregler auf Zenerdiodenbasis ab?

Dieses Diagramm stammt von https://www.homemade-circuits.com/simple-voltage-regulator-circuits-using-transistor-and-zener-diode/

Der Artikel besagt, dass, wenn die Eingangsspannung die Nennleistung der Zenerdiode überschreitet, Strom durch die Zenerdiode fließt und dies irgendwie dazu führt, dass die Eingangsspannung abfällt und daher die Ausgangsspannung dasselbe tut.

Warum fällt die Spannung ab? Es gibt einen Strombegrenzungswiderstand, der verhindert, dass die Eingangsquelle überlastet wird, und wenn dies nicht der Fall wäre, wäre dies ein Kurzschluss.

Wie verhält sich diese Schaltung zu einer Chopper-Schaltung?

Irgendetwas stimmt nicht oder ich konnte es nicht verstehen, da mein Englisch schrecklich ist. Ich denke, dass der Artikel irgendwie davon ausgeht, dass es keinen Begrenzungswiderstand gibt. Wenn der Lastwiderstand null Ohm beträgt und die Eingangsspannungsquelle eine Ausgangsimpedanz ungleich null hat, dann ja, wenn die Eingangsspannung die Zenerspannung erreicht, fällt die Eingangsspannung ab.
Die Eingangsspannung fällt nie ab, eine zusätzliche Eingangsspannung wird über dem Widerstand gefunden. Dies ist ein linearer Regler, also bezieht er sich nicht direkt auf einen Chopper, der ein Schaltregler ist.
Der Artikel ist nicht sehr gut. Die Schaltpläne sind in Ordnung, aber die verbalen Beschreibungen sind ziemlich schlecht.
Kennen Sie das Ohmsche Gesetz?
@SpehroPefhany Scheint Sam Gibson erkannt zu haben , woher die Schaltpläne gestohlen wurden. Schade, dass die Autoren der Website nicht auch den Text gestohlen haben, es hätte weniger schreckliche, wilde Vermutungen gegeben.
@MarcusMüller Leider gibt es ein florierendes Geschäft mit dem „Erstellen von Inhalten“, indem bestehende Artikel für sehr wenig Geld umgeschrieben werden (um Urheberrechtsverletzungen technisch zu vermeiden). Das Englisch in der Schrift weist verräterische Merkmale des Englischen auf, wie es in bestimmten Ländern gesprochen wird, in denen dies wirtschaftlich sinnvoll ist. SEO-Methoden können verwendet werden, um den miesen „Inhalt“ zu fördern. Der glücklose Lernende hat Schwierigkeiten, den Unterschied zu erkennen, insbesondere wenn sein technisches Wissen begrenzt ist und seine Muttersprache nicht Englisch ist.
Ich kann die Quelle entfernen und versuchen, einen anderen Schaltplan zu finden? Ich habe diesen verwendet, weil der Kondensator mit meiner Interpretation übereinstimmte, dass diese Schaltung Rauschen erzeugen würde, und die Erklärung für mich einfacher zu verstehen war. Klingt, als müsste ich vielleicht etwas an einem Steckbrett basteln ... Ich muss mich besser darum kümmern.
Bei einem nicht trivialen Vorwiderstand bewirkt der Zener keinen wesentlichen Abfall der am Eingang gemessenen Spannung. Vielmehr "klemmt" der Zener die Spannung hinter dem Widerstand und verhindert, dass sie über den Zener-Triggerpegel ansteigt. Die Eingangsspannung "fällt" nur in dem Maße "ab", wie die Quellenimpedanz den Stromfluss begrenzt.
@Holden Sie müssen ehrlich gesagt weniger basteln und nützlichere Theorien betreiben. Wenn dir eines der vielen Einsteiger-Intros zur Elektronik gefallen hätte, hättest du das schneller verstanden, als hier eine Frage zu schreiben :) Oft scheint "basteln bis ich es verstehe" der einfachere Weg zu sein, aber in Wirklichkeit, "Lernen über die grundlegende Theorie" ist oft einfacher UND schneller.

Antworten (3)

Einfach zuerst:

Noch eine Frage: Wie verhält sich diese Schaltung zu einer Chopper-Schaltung?

Unabhängig. Der Chopper hackt , dh es gibt eine Art Steuerung, die einen Schalter (z. B. einen Transistor) ein- und ausschaltet. Hier ist nichts dergleichen drin, es ist kein Schaltnetzteil.

Ich verstehe nicht, warum die Spannung abfällt.

Der Strom durch eine Diode wächst sehr schnell, wenn Sie die Spannung erhöhen, nachdem Sie die Durchbruchspannung überschritten haben. Ein bisschen mehr Spannung, viel, viel, viel mehr Strom.

Irgendwo muss viel, viel, viel mehr Strom herkommen: Er muss durch Ihren orangefarbenen Widerstand fließen. Das bedeutet viel, viel, viel mehr Spannungsabfall über diesem Widerstand, so dass die Spannung über dem Zener nicht sehr stark ansteigt. Das ist die "geregelte Spannung".

(Es ist kein großartiger Regler. Wenn ich ein Design sehe, bei dem jemand dies verwendet, es sei denn, es handelt sich um einen ganz besonderen Fall , ist es wahrscheinlich ein sehr schlechtes Design. Machen Sie das nicht in freier Wildbahn, es gibt immer einen besseren Weg. Alle Schaltkreise eingeschaltet Die Seite, auf die Sie verlinkt haben, ist seit ca. Anfang der 1970er Jahre veraltet. Außerdem handelt es sich um kolorierte gescannte Fotokopien von Fotokopien von Kopien von Kopien ... vielleicht finden Sie ehrlich gesagt eine bessere Quelle für Schaltpläne.)

Es gibt einen Strombegrenzungswiderstand, der verhindert, dass die Eingangsquelle überlastet wird, und wenn dies nicht der Fall wäre, wäre dies ein Kurzschluss.

Nun, dieser Widerstand ist die Hälfte der Regelmechanik, die andere Hälfte ist die Zenerdiode.

Ein Linearregler kann in Ordnung sein, wenn Sie wissen, dass die Eingangsspannung sehr nahe an der Ausgangsspannung liegt. Ein offensichtliches Beispiel: Wenn Sie eine Schaltung haben, die an ihrer Stromversorgung rauschempfindlich ist, kann eine Schaltversorgung, gefolgt von einem Linearregler, recht gut funktionieren (und obwohl ich das als Sonderfall kaufen könnte, kommt es mir nicht so vor selten genug, um als "ganz besonders" bezeichnet zu werden).
@JerryCoffin: Ein Linearregler, der einem Schaltregler folgt, um das Rauschen zu reduzieren, ist nur "besonders", nicht "sehr speziell". Ein Zener-Diodenregler ist verschwenderischer als ein normaler Linearregler und hat eine wirklich miese Regulierung. Jeder Umstand, der einen Zener-Regler vorzuziehen macht zu einem regulären Linearregler wird als „sehr speziell“ bezeichnet.
@JerryCoffin Ich stimme JRE voll und ganz zu. Die grundlegende Zener + Widerstandsschaltung ist aus Gründen der Lastabhängigkeit im Allgemeinen für größere Ströme ungeeignet und für kleinere Ströme im Allgemeinen ungeeignet, denn wenn Sie diese regeln, möchten Sie wahrscheinlich nicht, dass Ihr Regler so extrem empfindlich auf Temperaturschwankungen reagiert. zum Beispiel (es gibt mehr Gründe, insbesondere dynamische). Auch die restlichen Schaltungen dort sind nicht gut temperaturkompensiert, und besonders die auf der verlinkten Seite gezeigten Multitransistor-Verstärker sind wirklich nicht Low-Dropout-tauglich – das können sie einfach nicht sein.
@jre: Fair genug (und ja, ich denke, ich habe die genaue gezeigte Schaltung ohne viel Nachdenken verworfen und dachte nur an einen Linearregler im Allgemeinen).
Ich habe nicht über den Spannungsabfall am Widerstand nachgedacht, aber nach meinem Verständnis ist dieser Abfall I * R. I wird durch V / R bestimmt, was bedeuten würde, dass der Spannungsabfall nur von der Eingangsspannung abhängt. Wie kann also die Zenerdiode den Spannungsabfall des Widerstands beeinflussen, indem sie den Strom verwaltet?
@Holden genau wie ich es beschrieben habe! Der Strom steigt sehr schnell durch die Diode. Suchen Sie nach "I / V-Kurve der Diode". Finden Sie wieder besseres Lernmaterial. Gutes Material hätte das erklärt.
Wie ist diese Schaltung im Vergleich zu einem Spannungsteiler? Gibt es konzeptionelle Parallelen/Ähnlichkeiten?
Korrektur: "Viel mehr Stromabfall über diesem Widerstand" sollte "viel mehr Spannungsabfall über diesem Widerstand" sein, richtig?
@RJR genau richtig, danke.
@Holden es ist ein Spannungsteiler, aber nicht einer, der nur aus Widerständen besteht. Vielleicht finden Sie noch einmal eine andere Informationsquelle. Ihre Website ist in vielerlei Hinsicht wirklich schlecht.
@MarcusMüller - Hallo, bezüglich: " Alle Schaltungen auf der Seite, auf die Sie verlinkt haben [...] sind kolorierte gescannte Fotokopien von Fotokopien [...] ". In der Tat. Nur zu Ihrer Information, ich erkenne, dass fast alle Schaltpläne auf der vom OP verlinkten Webseite (bevor sie koloriert und mit einer Website-URL versehen wurden) aus dem Buch kopiert wurden: "Power Supply Projects" von RA Penfold, zuerst veröffentlicht in Taschenbuch von Bernard Babani 1980 (ISBN 0 900162 96 1).
@SamGibson und das Problem des "Nachahmers" / des geistigen Eigentums hier beiseite, es wäre besser, wenn die Autoren der Websites diese Veröffentlichung von 1980 vermutlich tatsächlich verstehen würden.
@Holden In der Gleichung I = V / R ist V die Spannung über dem Widerstand. Es liegt nicht an der Eingangsspannung. Woher weiß der Widerstand, wie viel Spannung abfallen soll? Es tut nicht wirklich. Es fällt die Spannung entsprechend dem Strom durch es ab. So auch der Zener. Sie finden ein Gleichgewicht, bei dem der Strom genau richtig ist, so dass die gesamte abfallende Spannung gleich der Eingangsspannung ist. Stellen Sie es sich als ein System simultan zu lösender Gleichungen vor. Der Widerstand sagt dies und die Diode sagt das , was sind die Spannung und der Strom, die dafür sorgen, dass alles funktioniert?

Der Artikel enthält eine falsche Beschreibung der Funktionsweise eines Zeners. Die gezeigte Schaltung ist ein einfacher Potentialteiler, dessen unterer Zweig die Zenerdiode ist.

Unterhalb der Zenerspannung ist die dynamische Impedanz des Zeners hoch und die Ausgangsspannung gleicht nahezu der Eingangsspannung. Oberhalb der Zenerspannung fällt sein dynamischer Widerstand so ab, dass die Spannung über dem Zener nahezu konstant ist. Der Strom durch den Zener variiert daher, so dass der Ausgang des Potentialteilers gleich der Zenerspannung ist. Es gibt keine schnelle Auf- und Abbewegung der Spannung, wie der Artikel andeutet. Daher hat es keine Beziehung zu einer Zerhackerschaltung.

Angesichts der Frage, die von einem Anfänger gestellt wird, ist es möglicherweise klarer, Ihre Begriffe zu definieren, was der Unterschied zwischen V / I und dynamischem Widerstand ist und warum der Artikel das falsch versteht.
Ich war mir nicht sicher, ob das OP ein Anfänger ist. Obwohl ich es für das Beste hielt, den richtigen Begriff zu verwenden, um das OP zu ermutigen, ihn selbst zu recherchieren, wollte ich nur klarstellen, dass die gegebene Erklärung falsch war.

Wie ist diese Schaltung im Vergleich zu einem Spannungsteiler? Gibt es konzeptionelle Parallelen/Ähnlichkeiten?

Richtige Beobachtung ... Ja, es gibt konzeptionelle Ähnlichkeiten. Genauer gesagt sind beide Schaltungen spezifische Implementierungen einer allgemeineren Anordnung, die aus zwei in Reihe geschalteten Elementen besteht (ich weiß es nicht genau, aber vielleicht basieren 90% der elektronischen Schaltungen auf dieser Verbindung).

Während der gewöhnliche Spannungsteiler linear ist, handelt es sich hier um einen "dynamischen Spannungsteiler", der durch einen mit Masse verbundenen "dynamischen Widerstand" (Zenerdiode) implementiert wird.

Der gewöhnliche Spannungsteiler hat ein konstantes Übertragungsverhältnis von R1/(R1 + R2). Das Verhältnis dieses "dynamischen Spannungsteilers" K = Rdyn/(Rdyn + R2) ist dynamisch - es ändert sich bei Eingangsspannungsänderungen in entgegengesetzter Richtung so, dass seine Ausgangsspannung konstant bleibt.

Als Beispiel, wenn Vin steigt, Rdyn sinkt -> K sinkt -> Vout bleibt unverändert... und v v., , wenn Vin sinkt, Rdyn steigt -> K steigt -> Vout bleibt wieder unverändert.

Sie können die Funktionsweise dieser elektronischen Schaltung demonstrieren, indem Sie die Zenerdiode durch einen variablen Widerstand (Rheostat) ersetzen. Wenn Sie seinen Widerstand ändern, wenn sich die Eingangsspannung ändert, um eine konstante Ausgangsspannung aufrechtzuerhalten, fungiert der variable Widerstand (und Sie:) als "Zenerdiode".

Warum fällt die Spannung in einem einfachen Spannungsregler auf Zenerdiodenbasis ab?
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