Schaltung mit Zenerdiode und Transistor als Konstantstromquelle

HaWe · 30.08.2016, 13:26

ich kann dazu nur sagen, dass die Schaltung praktisch mit den Bauteilen funktioniert, und nachdem die Bauteile mehrfach in die ganzen Bastelsets verteit wird, muss sie auch innerhalb gängiger Schwankungen oder Genauigkeiten funktionieren. Wenn damit die Rechnung nicht stimmt, liegt es also nicht an den Bauteilen und nicht an der Schaltung.

Zum Basisstrom und der Funktionsweise als Konstantstromquelle stehr in der knappen Erklärung:

Die Z-Diode stabilisiert den Spannungsabfall zwischen Basis- und Emitterkontakt. Da der Verstärkungsfaktor des Transistors und der Basisstrom konstant ist, ist es der Kollektorstrom ebenfalls. Wenn an der Basis die anliegende Spannung mindestens 3,9V erreicht hat, ist der Basisstrom unabhängig von der Versorgungsspannung. die LED leuchtet immer mit derselben Intensität.

Also i.P. genau das, was ich auchmit meinen obigen eigenen Erklärungsmodellen so verstanden und ausgerechnet habe .

**Ceos** · 30.08.2016, 13:26

http://www.falstad.com/circuit/circuitjs.html

da habe ich mal alle 4 Setups zum Verständnis aufgebaut,
von links nach rechts:
- zener dioden pfad ohne transistor
- transistorpfad
- transistorpfad mit (wirklungsloser) zenerdiode ... als beweis!
- vollständige schaltung

ich habe den HFE auf 300 gedreht damit die Transistoren nicht vorzeitig anfangen zu sperren
rechts kann man mit dem Voltage REgler zwischen 9 und 18V beliebig hoch und runter drehen, der eingetellte Strom weicht nur um 0.1mA ab weil der Basisstrom ein wenig größer wird und die Gleichung leicht verzerrt

erreicht hat, ist der Basisstrom unabhängig von der Versorgungsspannung

da offenbart sich mal wieder deine Problematik mit dem verstehenden lesen, wenn die Spannung die über R(e) abfällt durch den Verbraucherstrom größer wird, steigt auch die Basisspannung, bis zu den 3.9V und ab da fängt der TRansistor an zu sperren und das hat nicht die Bohne mit dem Verstärkungswert zu tun

HaWe · 30.08.2016, 13:28

hat sich jetzt mit deinem Post überschnitten...

ist bei deiner Schaltung ein 1k vor der LED?
2 deiner Schaltungen sehen übrigens gleich aus, stimmt das?

verstehen tu ich allerdings nicht, was da gezeigt werden soll, gebe ich zu....

ach ja, deinen Seitenhieb mi dem verstehenden Lesen verstehe ich auch nicht, das Zitat sagt doch nur genau das, was ich auch immer geschrieben habe:
dass es unabhängig von der Batteriespannung ab 3,9V immer bei einer konstanten Basisspannung und einem konstanten Basisstrom bleibt.
Nichts anderes habe ich auch geschrieben.
Allerdings wurde genau das mit dem immer konstanten Basisstrom von vielen hier angezweifelt, aber es scheint ja doch zu stimmen, oder?

**Ceos** · 30.08.2016, 13:55

der Basisstrom wird nur dann konstant, wenn dein Verbraucherstrom über C-E und dem Emitterwiderstand den Regelwert erreichen!
Wenn dein Strom aber kleiner bleibt (zu großer Vorwiderstand oer Kollektor offen z.B.) dann ist dein Basisstrom größer und eben nicht mehr konstant! Der Transistor verhält sich dann einfach nur wie eine Diode und lässt über B-E nur die Diodenspannung abfallen.

Zu keiner Zeit ist der Verstärkungsfaktor hier in irgendeiner weise entscheidend, solange er nur groß genug ist um den C-E Strom nicht ungewollt einzuschränken!

Es kommt bei der Schaltung einzigst auf die Rückkopplung des Emitterwiderstand an und diese Rückkopplung entsteht wenn der Strom des Verbauchers über diesen Widerstand fließt.

Auch der Vorwiderstand ist hier völlig nutzlos, weil der Transistor als Regler funktioniert und den Strom begrenzt, ein zusätzlicher Widerstand kann nur im schlimmsten Fall wie oben beschrieben den Strom unnötig hemmen und dne Transistor nutzlos machen. (er kann im besten Fall einfach nur einen Teil der Energie in WÄrme umsetzen um den Transistor zu entlasten ... bei den gegebenen Werten aber nicht weiter wichtig!)

die 2te und 3te Schaltung sehen ähnlich aus, weil ich dir damit sagen wollte, das der Strom über die Diode fließt und deine Zener Diode da nicht ins gewicht fällt, deine Rechung auf Basis von 3.9V über 101k ist völlig falsch! Der Strom fließt von der Quelle 9V über 100k über die B-E und über 1k nach GRound und nicht von einem virtuellen 3.9V level das nicht existiert!

http://www.falstad.com

ich hab als 5te Schaltung mal ein vereinfachendes Ersatzschaltbild genommen für dich! Die Diode steht einfach für die B-E Strecke hoffentlich versteht manes dann leichter

HaWe · 30.08.2016, 14:37

bitte bau die Schaltung genau so auf, wie ich sie gepostet habe, das heißt 1k vor der LED und 1k am Emitter.
Nur so gehen wir von denselben Vorraussetzungen aus, und auch dann stimmen wirklich alle Teil-Ströme, wenn man sie mal nachmisst.

Über Varianten können wir später reden.

Das mit dem Verstärkungsfaktor sehe ich ja auch so, nur PeterTOO war der Meinung, er wäre mit 200x nicht groß genug und müsste sogar mindestens 590x oder was in der Art betragen.

D.h., du würdest behaupten, dass die Zenerdiode nicht die Basisspannung auf 3,9V konstant hält?

ps,
im Original-Schaltbild ist eine rote Standard-LED.

- - - Aktualisiert - - -

Kann es sein, dass du eine Z-Diode mit mehr als 3,9V Vz eingesetzt hast ???

**Ceos** · 30.08.2016, 14:51

solange über den Kollektor kein Strom fließt, ist die Spannung an der Basis kleiner als 3.9V, erst wenn der Strom über den Kollektor groß genug wird und sich der Regelgrenze nähert, steigt die Basisspannung auf 3.9V

Ab dann begrenzt die Zener Diode den die Spannung. Die Spannung über dem Transistor nähert sich der Sperrschwelle, wo der Strom über den Transistor zusammenbricht, genauso wie der Strom über eine Diode unterhalb der Durchlasspannung zusammenbricht.
Dadurch wird der Transistor zum Regler, denn es kann nicht mehr Strom fließen da sonst der Basisstrom zusammenbricht und dadurch der strom über den Kollektor begrenzt wird.

PS du kannst gerne selber die Schaltung ergänzen, das ist ein Online Tool und du wirst merken wie es sich auf deine Schaltung auswirkt wenn du einen kleineren oder größeren Widerstand einbaust (Rechtsklick -> passiv -> resistor)

PPS nein ich habe eine 3.9V ZDiode definiert, aber irgendwelche Kennlinien die sich meiner Kenntnis entziehen werden da mit eingerechnet, daher weichen die Werte minimal ab ... in elektronik ist halt nicht alles 1 und 0

HaWe · 30.08.2016, 15:05

also dann bestätigst du jetzt meine Theorie (und die vom Tutorial) zumindest grob, dass die Schaltung (ab 9V Batterie) die Basisspannung und den Basisstrom konstant hält und damit auch den Kollektorstrom, was zu einer Strombegrenzung an LED führt, wodurch sie immer gleich hell leuchtet?
(ich hatte auf die Z-Diode geklickt und da stand was von 5,6V Vz)

ps, es waren tatsächlich teilweise mal 3,9V als auch mal 5,6V ZDs drin.

mit dem editieren kam ich aber nicht klar, jetzt sind Bauteile versehentlich rausgelöscht, veränderte Schaltung daher dann unbrauchbar.
Vor die LED müssen also noch 1k, damit es stimmt.

**Peter(TOO)** · 30.08.2016, 16:56

Zitat von Ceos

http://www.falstad.com/circuit/circuitjs.html

da habe ich mal alle 4 Setups zum Verständnis aufgebaut,
von links nach rechts:
- zener dioden pfad ohne transistor
- transistorpfad
- transistorpfad mit (wirklungsloser) zenerdiode ... als beweis!
- vollständige schaltung

Ganz rechts in der Darstellung (4) kann die Basis-Spannung (5.3V) nicht stimmen, das kann nur sein, wenn du die Z-Diode gekillt hast.
Was für eine Z-Diode hast du eingesetzt?
Wenn 3.9V, dann zeigt schon 1, dass der Z-Strom viel zu klein ist!

Und bei 3 zeigt sich, dass der 100k viel zu gross ist!
Die Z-Diode kommt nicht annähernd in den Bereich wo sie arbeitet (da liegen nur ca. 0.7V an).

Aber das habe ich schon geschrieben, der 100k sollte 1-10k haben.
MfG Peter(TOO)

HaWe · 30.08.2016, 17:13

hast du das hier nicht gelesen?

also dann bestätigst du jetzt meine Theorie (und die vom Tutorial) zumindest grob, dass die Schaltung (ab 9V Batterie) die Basisspannung und den Basisstrom konstant hält und damit auch den Kollektorstrom, was zu einer Strombegrenzung an LED führt, wodurch sie immer gleich hell leuchtet?
(ich hatte auf die Z-Diode geklickt und da stand was von 5,6V Vz)

ps, es waren tatsächlich teilweise mal 3,9V als auch mal 5,6V ZDs drin.

die Schaltung aber bleibt wie sie ist, das ist ja das Original, und das Original funktioniert ja auch, samt 1k vor der LED, auch der muss mit rein, damit die Schaltungs- und Datenbasis überall gleich ist.