Altbausanierung und Energiepolitik

Faching., Dipl.-Ing.oec., Dipl.-Betrw.(FH), Ing. Peter Rauch Ph.D.
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    Informatives über Zenerdioden

    Posted by retep11 on Mai 5th, 2014

    Physikern und Elektrikern sollte sie eigentlich ein Begriff sein, die Zenerdiode. Doch warum genau handelt es sich bei dieser Einrichtung eigentlich, wofür ist sie gut und in welchem Fall kann sie verwendet werden? Die Zenerdiode, deren Kurzform Z-Diode ebenfalls oftmals verwendet wird, ist eine speziell dotierte Silizium-Diode, die über eine besonders geringe Sperrschicht verfügt. Benannt wurde sie nach dem amerikanischen Physiker Clarence Melvin Zener, der 1934 den so genannten Zener-Effekt entdeckte.

    Beim Zener-Effekt spricht man von einem Strom in Sperrichtung, der bei einer hoch dotierten Halbleitersperrschicht durch freie Ladungsträger auftritt. Eingesetzt wird die Zenerdiode somit in verschiedenen Schaltungen, wo sie unter anderem für die Stabilisierung und Begrenzung elektrischer Spannungen zuständig ist. Selbst wenn der Strom zunimmt, wird das Ansteigen der Spannung vermindert. Das ist darauf zurückzuführen, dass sich in Sperrrichtung oberhalb einer bestimmten Sperrspannung der differentielle Widerstand deutlich verringert, was in manchen Fällen allerdings zu einer thermischen Überbelastung führen kann.

    Damit ab einer bestimmten Spannung der Strom schlagartig zunehmen kann, wird der Zener-Effekt benötigt, der genau für dieses Phänomen (schlagartig zunehmender Strom) sorgt. Der Grund dafür, dass Zenerdioden als etwas andere Dioden bezeichnet werden, ist zum Beispiel in diesem Text genau und übersichtlich zu verfolgen. Hierbei wird deutlich, dass Zenerdioden besonders dann gut verwendet werden können, wenn die Spannung an einem Verbraucher konstant bleiben muss, beispielsweise in der Mikroelektronik, wo die erlaubte Betriebsspannung zwischen 4,75 und 5,25 Volt bemessen wird.

    Angewendet werden Zenerdioden beispielsweise im Bereich der Spannungsbegrenzung, wenn ein Überlastschutz benötigt wird oder in der Spannungsstabilisierung. Besonders in der Mess- und Regeltechnik sind diese stabilisierenden Komponenten bei geeigneter Zenerspannung durchaus wichtig, ebenso immer dann, wenn Bezugsspannungen nötig sind. Wenn beispielsweise eine Parallelregelung einer Spannung für weitere elektronische Schaltungsteile, die auf eine stabile Versorgungs- und Eingangsspannung angewiesen sind, benötigt wird, dann kommt die Zenerdiode zum Einsatz.

    Für den Bereich des weißen Rauschens wird die Zenerdiode als Generator verwendet. Das weiße Rauschen wird durch den Lawineneffekt hervorgerufen. Hier entsteht eine weitere Verbindung zur Zenerdiode, die ja auch als Lawinendiode bezeichnet wird. Wenn sich bei der Z-Diode der Zener-Effekt und der so genannte Lawineneffekt überlagern, spricht man von einem Zenerdurchbruch. Die so entstandene plötzliche Leitfähigkeit sorgt dafür, dass es zu extrem hohen Strom in Sperrrichtung kommt.

    Die Z-Diode wird allerdings dann zerstört, wenn der Strom zu groß ist, weshalb ein maximal zulässiger Sperrstrom für jede Z-Diode angegeben werden muss, ebenso wie eine maximal zulässige Verlustleistung. Es sollte in jedem Fall darauf geachtet werden, dass keiner der zwei Grenzwerte überschritten wird.

    Was als Nachteil der Z-Diode bezeichnet werden kann, ist ihre Temperaturabhängigkeit, die vor allem in der Mess- und Regeltechnik lästig werden kann, da hier in den meisten Fällen eine exakte Spannung benötigt wird. Kann diese nicht gewährleistet werden, kommt es möglicherweise zu verfälschten Ergebnissen. Um diesem entgegenzuwirken, kann die Z-Diode zum Beispiel mit einem positiven und negativen Temperaturkoeffizienten in Reihe geschaltet werden, da dieser die Temperaturabhängigkeit angibt. In manchen speziellen Z-Dioden, die als temperaturkompensiert gelten, wird jedoch bereits vom Hersteller darauf geachtet, dass eine solche Zusammenschaltung gewährleistet wird.

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