Spannungsregler-Experiment mit 12-V-Zenerdiode

Bauteile & Materialien

• Vier 6-V-Batterien (insgesamt 24 V in Reihe geschaltet)
• 12-V-Zenerdiode (z. B. 1N4742, Radio Shack #276-563 oder gleichwertig)
• 10-kΩ-Widerstand

Für dieses Experiment funktioniert jede Niederspannungs-Zenerdiode. Wir empfehlen eine Diode, deren Zener-Spannung die Spannung einer einzelnen Batterie übersteigt, damit Sie ihr Verhalten unterhalb der Durchbruchspannung beobachten können.

Querverweise

Lessons In Electric Circuits, Band 3, Kapitel 3: „Diodes and Rectifiers“

Lernziele

• Verstehen, wie eine Zenerdiode Spannung regelt
• Rolle eines Vorwiderstands in einer Zener-Schaltung erkennen
• Spannungsfälle an Bauteilen bei verschiedenen Versorgungsspannungen analysieren

Schaltplan

 

 

Aufbauillustration

 

 

Anleitung

Bauen Sie die oben gezeigte Schaltung auf, wobei die Zenerdiode in Sperrrichtung geschaltet ist (Kathode an Plus, Anode an Minus). Nutzen Sie eine einzelne 6-V-Batterie als Spannungsquelle und messen Sie die Spannung an der Diode. Notieren Sie diesen Basiswert.

Fügen Sie als Nächstes eine zweite 6-V-Batterie in Reihe hinzu, um eine 12-V-Versorgung zu erzeugen. Messen Sie erneut den Spannungsfall an der Diode und am Widerstand mit einem Multimeter.

Fahren Sie fort, indem Sie eine dritte und vierte Batterie hinzufügen, um 18 V bzw. 24 V zu erzeugen. Notieren Sie für jede Versorgungsstufe die Spannung an der Zenerdiode und am Widerstand. Beobachten Sie, dass die Zener-Spannung niemals ihren Durchbruchwert (≈12 V) überschreitet, während der Widerstand die Überschussspannung abfängt.

Kernaussagen:

• Die Zenerdiode begrenzt (klemmt) die Spannung an sich selbst auf ihren Nennwert.
• Sie kann keine Spannung erzeugen; liegt die Versorgung unter der Zener-Spannung, entspricht der Diodenfall der Versorgungsspannung.
• Der Vorwiderstand begrenzt den Strom und nimmt die Überspannung auf.

Computersimulation

Schaltplan mit SPICE-Knotennummern:

 

 

Netlist (kopieren Sie Folgendes in eine Textdatei):

Zener diode
v1 1 0
r1 1 2 10k
d1 0 2 mod1
.model mod1 d bv=12
.dc v1 18 18 1
.print dc v(2,0)
.end

Ein SPICE-Modell nutzt eine Standarddiode mit dem Rückwärtsdurchbruch-Parameter (bv=12) auf die gewünschte Zener-Spannung gesetzt.

 

Zugehörige Arbeitsblätter

• Zener Diodes Worksheet
• Regulated Power Sources Worksheet