Zenerdiode belastings stroom

Schermafbeelding 2022-06-20 om 11.49.20.pdf

Beste allemaal,

In de opleiding die ik doe heb ik wat achterstand. Ik nog zeer weinig ervaring met elektronica. Ik doe mijn. best om alle componenten te begrijpen. De diode heb ik redelijk goed begrepen. Maar de zenderdiode heb ik wat moeite mee blijkt in de oefeningen.

Zouden jullie mij wat kunnen helpen?

Gegeven is er: UZ = 5,1V bij IZ = 49mA ; IZK = 1mA ; ZZ = 7ohm; IZM = 70 mA

Gevraagd is de minimale en de maximale belastingstroom.

Het eerste wat ik wil berekenen is de maximale belastingsstroom Imax.

Wat ik hier voor doe is het volgende:
1) bereken de maximale zenerspanning UZM. Dit doe ik door de formule te gebruiken die zegt dat de zenerepedamptie ZZ gelijk is aan het verschil in spanning over het verschil in stroom.
ZZ = delta(UZ) / delta(IZ)
7ohm= (U-5,1V)/(70mA-49mA)

hieruit volgt dat UZ = 5,247V - 5,1V = 0,147V. En dat UZM = 5,247V.

Dus nu heb ik de maximale spanning van de zenderdiode. Vanaf hier kom ik in de knoei.
Ik weet niet zo goed hoe ik hieruit verder moet. Als dit überhaupt al juist is.

Ik dacht om van hieruit Kirchhoff toe te passen. Dat zou dan betekenen dat er een spanning van -5,247V over staat. Maarja, dat zegt niets over de belastingstroom.
Zou iemand mij tip kunnen geven?

Vriendelijke groet, Sylvester.

Sylvester,

UZ kan ik nog wel gokken wat dat betekent in de omgeving van een zenerdiode, maar wat betekenen de andere symbolen die je gebruikt?

(Enerzijds zijn er idd mij onbekende symbolen gebruikt, maar anderzijds hoop ik dat het proces van het uitleggen jou tot een aha! moment brengt). :-)

four NANDS do make a NOR . Kijk ook eens in onze shop: http://www.bitwizard.nl/shop/

Iets wat ik nog bedacht is dat als er 5,247V doorheen de zenerdiode gaat, er 2,735V doorheen R1 gaat. Maar dan kom ik op een I1 van 125 mA. En aangezien er 70mA doorheen de zenerdiode gaat zou dat betekenen dat er 55 mA doorheen RL zou moeten gaan.

Ik heb zonet in het boek naar het antwoord gekeken. En dit is de minimum stroom door RL. Ik was van plan de maximum stroom door RL te berekenen. Nadat ik wat verder redeneer, Als er een maximum stroom loopt door de zenerdiode, loopt er natuurlijk een minimum stroom door RL. Dus ja ik heb nu RLmin berekent. oké, tot zover mijn basiskennis haha.

Nu door naar het berekenen van RLmax

Op 20 juni 2022 12:50:54 schreef rew:
Sylvester,

UZ kan ik nog wel gokken wat dat betekent in de omgeving van een zenerdiode, maar wat betekenen de andere symbolen die je gebruikt?

(Enerzijds zijn er idd mij onbekende symbolen gebruikt, maar anderzijds hoop ik dat het proces van het uitleggen jou tot een aha! moment brengt). :-)

Hej hoi, dankjewel voor de reactie. De rechtoekjes zijn weerstanden. De weerstand van 22 ohm is een gewone weerstand. De weerstand rechts met een pijl erdoorheen is een regelbare weerstand. Daarvan is de weerstands waarde onbekend.

De bronspanning links is 8V. En dat raar rechthoekje van onder is de GND.

Goed voor RLmax heb ik het volgende:

UZmin = 4,764V. Dit omdat: 7ohm = (5,1V-U)/(49mA-1mA).

Vervolgens kunnen we hieruit besluiten dat de spanning over R = 8V-4,76V = 3,24V.
De stroom door R is dan 3,24V/22ohm = 147mA.
Nu weten we dat IR = IZ/IRL.
En dus IRL = 147mA - 1mA = 146 mA.
Omg, ik ben nu zo blijk dat ik het juiste antwoord heb gevonden. Als je het eenmaal goed doorhebt is het eigenlijks best makkelijk.
Dankjewel!

Arco

Special Member

Is wel een rare vraag, die niet klopt met de werkelijkheid...
(IZM is voor een 1N4733 geen 70mA, maar 178mA...)

Arco - "Simplicity is a prerequisite for reliability" - hard-, firm-, en software ontwikkeling: www.arcovox.com

Op 20 juni 2022 13:23:22 schreef Arco:
Is wel een rare vraag, die niet klopt met de werkelijkheid...
(IZM is voor een 1N4733 geen 70mA, maar 178mA...)

Inderdaad een rare vraag. Het doel van het ontwerp is niet omschreven. Hoe kan een leerling dan beoordelen of het 'slecht' of 'goed' is?
Didaktisch is dit nogal bedroevend tenzij er nog veel meer gegeven wordt wat hier niet is vermeld.

Arco

Special Member

Als de IZM inderdaad 70mA zou zijn dan is het een slecht ontwerp: de stroom zonder load is dan 132mA door de diode...

Arco - "Simplicity is a prerequisite for reliability" - hard-, firm-, en software ontwikkeling: www.arcovox.com

Op 20 juni 2022 13:34:22 schreef Arco:
Als de IZM inderdaad 70mA zou zijn dan is het een slecht ontwerp: de stroom zonder load is dan 132mA door de diode...

Hoe komt u aan die 132 mA? Moet de RL dan als gesloten schakelaar beschouwd worden (dus RL = 0 ohm), of moet dat als open schakelaar beschouwd worden, alsof dat deel van het circuit er dan niet is?

Op 20 juni 2022 12:58:26 schreef student.Sylvester:
De rechtoekjes zijn weerstanden.

Sorry, 1) ik had je plaatje over het hoofd gezien of die stond er nog niet toen ik keek. 2) Ik bedoel met symbolen de lettercombinaties als UZ, IZ enz.

Re: vorige bericht: Open! Geen stroom!

four NANDS do make a NOR . Kijk ook eens in onze shop: http://www.bitwizard.nl/shop/
Frederick E. Terman

Honourable Member

Op 20 juni 2022 13:52:03 schreef student.Sylvester:
Hoe komt u aan die 132 mA?

'Zonder belasting' betekent hier: zonder dat er stroom van de schakeling naar buiten toen geleverd wordt. Alsof RL= ∞ dus.
De zenerstroom is dan echter geen 132 mA, maar ca. 112 mA; reken maar eens na.

Voor dit soort vragen, waar waarden voor een vervangschema worden gegeven, is het vaak nuttig dat vervangschema (hier dus van de zener) ook werkelijk te tekenen en te gebruiken.
De berekening wordt daardoor heel gemakkelijk.

Let intussen op je methoden. Ergens hierboven bijvoorbeeld deel je twee stromen op elkaar, om er dan... weer een stroom uit te krijgen. Dat kan natuurlijk niet.
Ook is het niet zinvol de nominale stroom te verminderen met de minimumstroom (doe dus niet 49 mA − 1 mA).

Keramisch, kalibratie, parasitair: woordenlijst.org

Op 20 juni 2022 14:02:03 schreef rew:
[...]Sorry, 1) ik had je plaatje over het hoofd gezien of die stond er nog niet toen ik keek. 2) Ik bedoel met symbolen de lettercombinaties als UZ, IZ enz.

Ooh oké, in dat geval:
IZ is de zener stroom.
IZK is de zenerknie stroom. Dit is de minimale stroom die er moet zijn om de zenerdiode in werking te zetten.
IZM is de maximale zenderstroom die er mag zijn.
ZZ is de zener epedamptie? De interne weerstand van de zenerdiode.
UZ is de zener spanning.

Op 20 juni 2022 14:09:33 schreef Frederick E. Terman:
[...]'Zonder belasting' betekent hier: zonder dat er stroom van de schakeling naar buiten toen geleverd wordt. Alsof RL= ∞ dus.
De zenerstroom is dan echter geen 132 mA, maar ca. 112 mA; reken maar eens na.

Voor dit soort vragen, waar waarden voor een vervangschema worden gegeven, is het vaak nuttig dat vervangschema (hier dus van de zener) ook werkelijk te tekenen en te gebruiken.
De berekening wordt daardoor heel gemakkelijk.

Let intussen op je methoden. Ergens hierboven bijvoorbeeld deel je twee stromen op elkaar, om er dan... weer een stroom uit te krijgen. Dat kan natuurlijk niet.
Ook is het niet zinvol de nominale stroom te verminderen met de minimumstroom (49 mA − 1 mA)

Oké dankjulliewel.
Inderdaad kan er geen stroom gedeeld worden door een stroom. Die '/' moest een '+' zijn.
Maar hoe bedoeld u

Op 20 juni 2022 14:09:33 schreef Frederick E. Terman:
[...]Ook is het niet zinvol de nominale stroom te verminderen met de minimumstroom (49 mA − 1 mA)

? Want ik heb in de theorie gezien dat:
ZZ = het verschil tussen de spanningen gedeeld door het verschil tussen de stromen.
En het verschil tussen de stromen toch 48mA?

Als ik die 1 mA niet zou meenemen in de berekeningen kom ik na afronding nogsteesds het juiste antwoord uit.
Is het ook echt fout of gewoon nutteloos om te doen?

Frederick E. Terman

Honourable Member

Je probeert daar de 'inwendige spanning', zeg maar, van de zener te berekenen. Dat doe je door uit te gaan van de nominale spanning (5,1 V) en de stroom waarbij die gespecificeerd is (49 mA). Die 1 mA heeft in die berekening niets te zoeken.

--
Maar teken nu eerst het vervangschema. Controleer of alles klopt voor die 49 mA. Krijg je inderdaad 5,1 V uitgangsspanning? Bij welke RL is dat trouwens?

Kijk daarna bij de grenswaarden voor de zener. Wat zijn de omstandigheden waarbij er 1 mA door de zener loopt? Wat is dan blijkbaar de belastingsstroom? Wat is dus de belastingsweerstand?
En idem voor 70 mA.

Wat is de maximale stroom die door de zener kan lopen; bij welke RL?
Is daarmee een probleem (volgens de gegeven waarden in de opgave)?

Keramisch, kalibratie, parasitair: woordenlijst.org

1. Als je nu RL even buiten beschouwing laat. Hoeveel stroom loopt er dan door de zener?
2. Hoeveel stroom moet er dus minimaal door RL lopen zodat er maximaal 70mA door de zener loopt?
3. Welke spanning staat er over RL?
4. Tussen welke 2 waarden moet RL blijven zodat er minimaal (pt2) aan stroom door de weerstand loopt.

@FET hieronder, Whoops, die had ik even gemist.

PE2BAS
Frederick E. Terman

Honourable Member

@hardbass: Let op; de som van de stromen door RL en de zener is niet constant.

Keramisch, kalibratie, parasitair: woordenlijst.org

Op 20 juni 2022 15:14:51 schreef Frederick E. Terman:
Je probeert daar de 'inwendige spanning', zeg maar, van de zener te berekenen. Dat doe je door uit te gaan van de nominale spanning (5,1 V) en de stroom waarbij die gespecificeerd is (49 mA). Die 1 mA heeft in die berekening niets te zoeken.

--
Maar teken nu eerst het vervangschema. Controleer of alles klopt voor die 49 mA. Krijg je inderdaad 5,1 V uitgangsspanning? Bij welke RL is dat trouwens?

Kijk daarna bij de grenswaarden voor de zener. Wat zijn de omstandigheden waarbij er 1 mA door de zener loopt? Wat is dan blijkbaar de belastingsstroom? Wat is dus de belastingsweerstand?
En idem voor 70 mA.

Wat is de maximale stroom die door de zener kan lopen; bij welke RL?
Is daarmee een probleem (volgens de gegeven waarden in de opgave)?

Ik ben echt helemaal de kluts kwijt.

Even opnieuw. Ik begrijp dus dat ik die waarden van 55 mA en 146 mA verkeerd heb berekend.

Om die omstandigheden te berekenen moet ik dus eerst de inwendige spanning van de zener berekenen.

Als ik dat vervangschema teken. En. ik heb nog geen andere waardes berekend. Hoe kan ik dan een uitgangsspanning berekenen?

Op 20 juni 2022 15:24:23 schreef hardbass:
1. Als je nu RL even buiten beschouwing laat. Hoeveel stroom loopt er dan door de zener?
2. Hoeveel stroom moet er dus minimaal door RL lopen zodat er maximaal 70mA door de zener loopt?
3. Welke spanning staat er over RL?
4. Tussen welke 2 waarden moet RL blijven zodat er minimaal (pt2) aan stroom door de weerstand loopt.

1. Als ik RL buiten beschouwing laat, dan kom ik een stroom van 132 mA uit. Doordat ik 8V-5.1V doe, en dat deel door 22 ohm.

2. Dus er loopt 132 mA door de zener en om dat te verlagen naar 70mA moeten we een weerstand RL toevoegen, klopt deze redenatie?

In dat geval is er 132 mA - 70 mA = 62mA door RL moeten gaan.
Hier it ik dan al fout. Want het antwoord mout 55mA zijn. Of 146 mA.

Arco

Special Member

1. Als ik RL buiten beschouwing laat, dan kom ik een stroom van 132 mA uit. Doordat ik 8V-5.1V doe, en dat deel door 22 ohm.

Bij een ideale zenerdiode wel, maar in werkelijkheid wordt de spanning over de weerstand lager als de stroom door de zener hoger wordt.

Arco - "Simplicity is a prerequisite for reliability" - hard-, firm-, en software ontwikkeling: www.arcovox.com

Op 20 juni 2022 16:30:24 schreef Arco:
[...]
Bij een ideale zenerdiode wel, maar in werkelijkheid wordt de spanning over de weerstand lager als de stroom door de zener hoger wordt.

Dus dan zou ik die inwendige weerstand ook moeten meerekenen en kom ik uit op 276 mA? Dat lijkt me eigenlijks ook niet goed.
Ik maak er een aardig potje van

[Bericht gewijzigd door student.Sylvester op maandag 20 juni 2022 16:33:43 (10%)

Wat is de max belastingstroom waarbij de zener nog zijn werk doet?
Denk eens goed na... de zenerstroom met RL= ∞ is (Vin-Vout)/220 = 132mA zoals je al berekend hebt.
Hoeveel mag er dan max door de belasting vloeien zonder de werking van de (ideale) zener te beinvloeden?

LDmicro user.
Frederick E. Terman

Honourable Member

@MGP, ook jij berekent I∞ niet goed.

Op 20 juni 2022 16:32:43 schreef student.Sylvester:
Ik maak er een aardig potje van

:)
Nu haal je toch weer bij de situatie met nominale stroom (49 mA voor 5,1 V), die minimale stroom (1 mA) erbij. Niet doen! Heeft er niets mee te maken.

Nu goed, deze stroomwaarde doen we dan voor. Een beetje voorzeggen, maar tot nog toe leiden alle adviezen 'pijlsnel tot niets', dus we moeten wát.
De opgave zegt: bij de nominale stroom van 49 mA is de ('uitwendige') zenerspanning 5,1 V.
De opgave zegt ook: de inwendige weerstand van de zener is 7 ohm.

Wel, dan loopt dus die 49 mA door de 7 ohm, waardoor daarover 0,343 V valt. Kennelijk is de 'inwendige' spanning van de zener 4,757 V.
Het vervangschema van de zener is dus: een spanningsbron van 4,757 V, in serie met een weerstand van 7 ohm.
(Let op: die spanningsbron kan natuurlijk geen stroom leveren; alleen opnemen. Met andere woorden: het schema geldt alleen zolang er stroom door de zener loopt.)

Nu andersom: ALS er door de zener 1 mA loopt, wat wordt dan de spanning over de inwendige weerstand? Wat wordt de 'uitwendige' zenerspanning dan?
Wat wordt daardoor de spanning over R, en hoeveel loopt er daar door?
Waar blijft het verschil in stroom? Hoe groot is blijkbaar RL?

Idem voor 70 mA zenerstroom, omdat dat (volgens de opgave) een grenswaarde voor de zener is. Wat wordt RL?
Wat gebeurt, als RL nog groter wordt?

Keramisch, kalibratie, parasitair: woordenlijst.org

Oké, ik ben jullie allemaal enorm dankbaar om mij zo goed te helpen <3.
Ik snap nu al het verschil tussen de inwendige en de uitwendige zenerspanning. En wat die Zz ermee te maken heeft.

Dus in stapjes:

Op 20 juni 2022 17:07:35 schreef Frederick E. Terman:
Nu andersom: ALS er door de zener 1 mA loopt, wat wordt dan de spanning over de inwendige weerstand?

Als er 1 mA doorheen loopt, staat er een spanning van: 1mA * 7ohm = 0,007V over ZZ.
Dit samen met de inwendige zenerspanning is: 0,007V + 4,8 = 4,807V

Op 20 juni 2022 17:07:35 schreef Frederick E. Terman:
Wat wordt daardoor de spanning over R, en hoeveel loopt er daar door?

De spanning over R is dan 8V - 4,807V = 3,193V.
De stroom door R is dan 3,193V/22ohm = 0,145A

Op 20 juni 2022 17:07:35 schreef Frederick E. Terman:
Waar blijft het verschil in stroom? Hoe groot is blijkbaar RL?

Het verschil aan stroom zit bij RL, dit is 145mA - 1 mA = 144mA
Dus gaat er 144mA door RL

RL = 5,1V/144mA = 35,4 ohm?

Als ik dezelfde stappen herhaal voor 70mA dan kom ik uit op 53mA door RL. En RL = 95,9ohm.

Frederick E. Terman

Honourable Member

Voilà, daar komen we er.
Je hebt alleen wel nog wat grof afgerond. Als je 4,757 afrondt tot 4,8, dan heeft het niet zoveel zin meer daar nog 0,007 bij op te tellen. Je rekent daarom best met wat meer decimalen; afronden kan aan het einde altijd nog.
Probeer nog eens of je bij 49 mA ook echt 5,100 V krijgt over de zener.

Voor de rest echter lijkt alles te kloppen. De tabel:

code:

Uin	8		I(Z)	U(Ri)	Uz	U(R)	I(R)	I(RL)	RL
R	22		0.001	0.007	4.764	3.236	0.147	0.146	32.6
Ui(Z)	4.757		0.049	0.343	5.100	2.900	0.132	0.083	61.6
Zz	7		0.070	0.490	5.247	2.753	0.125	0.055	95.2

De benadering van de zener door een combinatie van spanningsbron en weerstand is, hoewel eenvoudig, lang niet slecht. Voor een echte zener van dat type komt er - in het werkingsgebied van de vraag - praktisch hetzelfde uit.
In een grafiek zou je dit krijgen (klik= groter):

Keramisch, kalibratie, parasitair: woordenlijst.org