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.
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.
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.
Foto: Teravolt, „Zener Diode“, Lizenz: CC BY 3.0, Quelle: Wikimedia Commons, verkleinert.
Formeln
Am Vorwiderstand fällt genau der Teil der Spannung ab, der „zu viel“ ist: Eingangsspannung minus Zenerspannung.
Rechenbeispiele
Aus 12 V sollen stabile 5,1 V werden. Durch den Vorwiderstand sollen 20 mA fließen. Wie groß muss er sein?
- Zu viel sind: 12 V − 5,1 V = 6,9 V
- RV = 6,9 V0,02 A = 345 Ω
- Ergebnis: 345 Ω, gewählt wird 330 Ω
Ohne Verbraucher fließen die ganzen 20 mA durch eine 5,1-V-Zenerdiode mit Pmax = 0,5 W.
- PZ = 5,1 V · 0,02 A = 0,102 W
- Ergebnis: 0,1 W, das ist sicher unter 0,5 W
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.
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.
Quiz: Teste dich
Zehn Fragen zum Thema Zenerdiode. Nach jeder Antwort bekommst du eine Erklärung. Dein Fortschritt wird auf diesem Gerät gespeichert.