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VoltBase Bauteile Zenerdiode
Thema 32 Bauteile

Zenerdiode

Die Diode, die rückwärts arbeitet: wie eine Zenerdiode eine Spannung festhält und wie du den Vorwiderstand berechnest.

ca. 5 Minuten Einstieg Quiz mit 10 Fragen
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Worum geht es?

Eine normale Diode soll in Sperrrichtung immer dichthalten. Eine Zenerdiode (kurz Z-Diode) ist extra so gebaut, dass sie in Sperrrichtung bei einer ganz bestimmten Spannung anfängt zu leiten, ohne kaputtzugehen. Diese Spannung heißt Zenerspannung UZ.

Stell dir ein Überlaufrohr in einer Badewanne vor: Das Wasser steigt bis zu einer festen Höhe. Alles, was mehr ist, läuft durch das Rohr ab. Der Wasserstand bleibt immer gleich hoch. Genau so hält die Zenerdiode die Spannung auf ihrem Wert fest.

Darum baut man sie andersherum ein als eine normale Diode: Die Kathode (Ring) zeigt zum Pluspol. Im Schaltzeichen erkennst du sie am kleinen Knick am Kathodenstrich.

Spannung stabilisieren mit einer Zenerdiode Eine 12-Volt-Batterie speist über einen Vorwiderstand eine Zenerdiode. Parallel zur Zenerdiode hängt der Verbraucher. An ihm liegen immer etwa 5,1 Volt. + Batterie G112 V Vorwiderstand R1 Zenerdiode V1Kathode oben VerbraucherR2 5,1 V Am Verbraucher bleiben immer etwa 5,1 V
So hält eine Zenerdiode die Spannung fest: Die Zenerdiode V1 ist andersherum eingebaut, die Kathode zeigt zum Pluspol. Sie leitet erst, wenn mehr als 5,1 V anliegen, und nimmt den Überschuss auf. Der Vorwiderstand R1 begrenzt den Strom, damit die Zenerdiode nicht verbrennt.
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Die Kennlinie

Zenerdioden gibt es mit festen Spannungen, zum Beispiel 3,3 V, 5,1 V, 6,8 V, 12 V oder 24 V. Die Zahl steht auf dem Bauteil, oft mit einem „V“ statt Komma: 5V1 heißt 5,1 V.

Kennlinie einer Zenerdiode In Durchlassrichtung verhält sich die Zenerdiode wie eine normale Diode. In Sperrrichtung fließt bis zur Zenerspannung fast kein Strom, dann steigt der Strom steil an, während die Spannung fast gleich bleibt. etwa 0,7 V Zenerspannungz. B. 5,1 V Durchlassrichtungwie eine normale Diode Hier arbeitetdie ZenerdiodeStrom ändert sich,Spannung bleibtfast gleich UI
Kennlinie einer Zenerdiode (schematisch): Rechts die Durchlassrichtung, wie bei jeder Diode. Links die Sperrrichtung: Bis zur Zenerspannung fließt fast nichts. Dann knickt die Linie scharf nach unten. Der Strom kann sich stark ändern, die Spannung bleibt dabei fast gleich. Genau das nutzt man aus.

Wichtig sind zwei Werte aus dem Datenblatt: die Zenerspannung UZ und die höchste Leistung Pmax, zum Beispiel 0,5 W. Wird die Zenerdiode zu heiß, geht sie kaputt. Deshalb braucht sie immer einen Vorwiderstand.

Kleine Zenerdiode mit orangefarbenem Glasgehäuse und schwarzem Ring an einem Ende
Zenerdiode im Glasgehäuse: Sie sieht aus wie eine kleine normale Diode. Der schwarze Ring rechts markiert auch hier die Kathode. Welche Zenerspannung sie hat, steht als winziger Aufdruck auf dem Glas, zum Beispiel „5V1“ für 5,1 V.

Foto: Teravolt, „Zener Diode“, Lizenz: CC BY 3.0, Quelle: Wikimedia Commons, verkleinert.

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Formeln

Vorwiderstand
RV=U − UZI
U = Eingangsspannung · I = Strom durch RV
Leistung der Zenerdiode
PZ=UZ · IZ
muss kleiner sein als Pmax

Am Vorwiderstand fällt genau der Teil der Spannung ab, der „zu viel“ ist: Eingangsspannung minus Zenerspannung.

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Rechenbeispiele

01 Vorwiderstand berechnen

Aus 12 V sollen stabile 5,1 V werden. Durch den Vorwiderstand sollen 20 mA fließen. Wie groß muss er sein?

  1. Zu viel sind: 12 V − 5,1 V = 6,9 V
  2. RV = 6,9 V0,02 A = 345 Ω
  3. Ergebnis: 345 Ω, gewählt wird 330 Ω
02 Wird die Zenerdiode zu heiß?

Ohne Verbraucher fließen die ganzen 20 mA durch eine 5,1-V-Zenerdiode mit Pmax = 0,5 W.

  1. PZ = 5,1 V · 0,02 A = 0,102 W
  2. Ergebnis: 0,1 W, das ist sicher unter 0,5 W
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Typische Fehler

  • Wie eine normale Diode eingebaut: Dann leitet sie in Durchlassrichtung, und es bleiben nur 0,7 V übrig. Die Kathode muss zum Pluspol.
  • Vorwiderstand vergessen: Ohne ihn fließt viel zu viel Strom, und die Zenerdiode brennt durch.
  • Für große Ströme genutzt: Eine Zenerdiode ist für kleine Ströme gedacht, zum Beispiel für Messungen oder als Referenz. Für Netzteile mit mehr Strom nimmt man einen Spannungsregler.
Merke

Eine Zenerdiode wird in Sperrrichtung betrieben und hält die Spannung auf ihrer Zenerspannung UZ fest, wie ein Überlaufrohr. Sie braucht immer einen Vorwiderstand: RV = (U − UZ) geteilt durch I.

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Quiz: Teste dich

Zehn Fragen zum Thema Zenerdiode. Nach jeder Antwort bekommst du eine Erklärung. Dein Fortschritt wird auf diesem Gerät gespeichert.

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