Transistor als Zener-Diode

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Transistor als Zener-Diode

Beitrag von pingi66 » 07.01.2017, 18:03

Hallo liebe Philips-Freunde,

vor einiger Zeit hatte ich Euch den BC328 vorgestellt, wie seine Basis-Kollektorstrecke als Kapazitätsdiode verwendet werden kann. Doch das ich noch nicht alles! Die Basis-Emitterstrecke hat ebenfalls eine erstaunliche Eigenschaft, die sehr nützlich sein kann:

In Sperrichtung betrieben bietet sie eine hervorragende Zener-Diode!

Die Basis von den PNP-Transistoren gehört also (immer über einen Vorwiderstand von ca. 1k versteht sich...) an den Pluspol, die von den NPN-Transitoren entsprechend an Minus.

8 verschiedene Transistoren der Philips/Schuco-Baukästen habe ich mal kurz, das heißt auch mit einfachsten Mitteln, auf ihre Zener-Eigenschaften getestet. Beteiligt waren ein einstellbares Netzteil, ein Multimeter, ein 1k-Widerstand zur Strombegrenzung und ein 10k Widerstand im zweiten Durchlauf als Last. Da ich keine weiteren Messmittel besitze, habe ich Die Ergebnisse kurz zusammengefasst:
Zener.pdf
(34.25 KiB) 220-mal heruntergeladen
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Die Spanne erstreckt sich von 7,5V (BC158) und 9V (BC548) und es werden selbst namensgleiche Typen nicht genau die gleichen Zenerspannungen besitzen. Auch die Steilheit der verschiedenen Typen ist nicht bei allen gleich. So brauchen sich z.B der BC158 und BC328 hinter den "echten" Zenerdioden nicht zu verstecken :!:

Tipp für den Nachbau:
Da ich nicht weiß, wieviel Strom über die Basis-Emitterstrecke gejagt werden kann, habe ich einen Vorwiderstand von 1k zur Strombegrenzung benutzt. Dieser hat bei allen Transistoren ausgereicht, soll heißen: Es gab keine Rauchzeichen :D Vielleicht kann man ihn bei Bedarf auch etwas verkleinern oder auch vergrößern. Bei der Auswahl bin ich von zwei Bedingungen ausgegangen:
1.) Der Widerstand muss die volle Betriebsspannung aushalten (U*U/R), bei 15V sind das 225mW, passt also.
2.) Der Widerstand muss den Strom durch den Transistor begrenzen, dass dort nur maximal die Hälfte seiner Ptot umgesetzt wird. Die größte Leistung im Transistor wird bei maximaler Betriebsspannung im Leerlauf umgesetzt, weil dann der gesamte Strom durch den Transistor fließt bei konstanter Zener-Spannung. Macht beim BC548 (Zener 9V) 6mA * 9V = 54mW, passt also auch.

Ob der Betrieb eines Transistors als Zener-Diode das Bauteil schädigen kann, weiß ich nicht. Deswegen sollte auch der Vorwiderstand immer so groß wie möglich gewählt werden.

Vielleicht hat ja jemand mal die Zeit und Muße und misst die Zenerspannungen einiger Transistoren, die in der Wühlkiste liegen, nach. Ich würde mich wie immer über Rückmeldungen freuen

Grüße
Sven

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Re: Transistor als Zener-Diode

Beitrag von JeanLuc7 » 08.01.2017, 16:35

Ob der Betrieb eines Transistors als Zener-Diode das Bauteil schädigen kann, weiß ich nicht. Deswegen sollte auch der Vorwiderstand immer so groß wie möglich gewählt werden.
Coole Sache. Wenn man das kontrolliert macht und nicht zu viel Strom fließt, geht es ohne Schäden. Es gibt im EE2013 sogar eine Bauanleitung ("Automatisches Schlagzeug"), in der solch ein kontrollierter Durchbruch bei einem BF194 genutzt wird, um ein Rauschen wie mit einem Schlagbesen zu erzeugen. Mit den neuen BF494-Typen funktioniert diese Schaltung nicht mehr, weil deren Durchbruchspannung höher ist als die verfügbaren 9V.

Angesichts der Streuung würde ich allerdings doch eher auf echte Zenerdioden setzen ;)

Grüße, Frank

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Re: Transistor als Zener-Diode

Beitrag von pingi66 » 08.01.2017, 18:01

Hi Frank,
Es gibt im EE2013 sogar eine Bauanleitung ("Automatisches Schlagzeug"), in der solch ein kontrollierter Durchbruch bei einem BF194 genutzt wird, um ein Rauschen wie mit einem Schlagbesen zu erzeugen.
Stimmt! Ist mir noch nie aufgefallen! Habe ich doch gleich mal durchlesen müssen. Es wird zur Rauscherzeugung die Grundschaltung vom Versuch 4.1.2. "Elektronischer Schlagbesen" benutzt. Dort steht in der Schaltungsbeschreibung, dass der BF194 eine Durchbruchspannung von etwa 10 Volt hat (mein BF194 hatte 8,2 V...). Über das Umschalten des auf ca. 3,5 V geladenen Kondensators C1 in Reihe zur Betriebsspannung von 9V wird kurzzeitig die benötigte Durchbuchspannung erzeugt, hier also ca. 12,5 V.
Mit den neuen BF494-Typen funktioniert diese Schaltung nicht mehr, weil deren Durchbruchspannung höher ist als die verfügbaren 9V.
Mit vollen Batterien sollte die Schaltung also auch mit den BF494 gehen, auch wenn die Durchbruchspannung bei dem höher liegt, was ich nicht weiß.
Angesichts der Streuung würde ich allerdings doch eher auf echte Zenerdioden setzen
Da stimme ich Dir zu! Zwar kann ich nur schwer einschätzen, wie groß die Streungen sind, aber sie werden wohl erheblich sein. Deswegen sollte man die Durchbruchspannung auch vorher kurz ermitteln. Ist ja wirklich kein großer Aufwand. Allerdings haben auch die echten Zenerdioden eine gewisse Toleranz, es sind eben auch nur reale Bauteile :D
Da jedoch die 2000er-Serie nicht so üppig bestückt ist mit Zenerdioden, finde ich, dass ein derartig betriebener Transistor doch eine echte Alternative darstellt :!:


Grüße und viel Spaß beim Basteln!
Sven

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Re: Transistor als Zener-Diode

Beitrag von pingi66 » 10.01.2017, 23:31

Hallo,

die Frage nach der Streuung der Durchbruchspannung hat mir keine Ruhe gelassen, deswegen habe ich mal alle mir gerade zur Verfügung stehenden Transistoren durchgemessen. Zwei 9V-Batterien, 22k-Vorwiderstand und dann ging es los.

Die Unterschiede bei den Philips-Bauteilen sind sichtbar aber dennoch nicht so deutlich, wie ich es erwartet hätte. Erstaunlich aber fand ich die äußerst geringen Abweichungen bei den neuen Transistoren BC548A und BC558A vom großen blauen C, die sich erst in der zweiten Nachkommastelle bemerkbar machen.
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Die Angaben von Philips in der Anleitung zum Versuch 4.1.2. "Elektronischer Schlagbesen", dass die Durchbruchspannung vom BF194 bei 10V liegt, kann ich nicht nachvollziehen. Bei mir kam ein Durchschnittswert von rund 8 V raus. Auch die neuen BF494 liegen mit ca. 8,5 V nicht weit darüber. Die These von Frank, dass aufgrund der deutlich höheren Durchbruchspannung des BF494 zum BF194 der elektronische Schlagbesen nicht funktioniert, kann ich so erstmal nicht bestätigen. Ich habe aber auch keinen originalen BF494 auf roter Platine :( Aber vielleicht hat ja jemand Lust und Laune, so ein Exemplar mal nachzumessen.

Grüße
Sven

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Re: Transistor als Zener-Diode

Beitrag von JeanLuc7 » 11.01.2017, 19:40

Salut Sven,

ich hab damals etwas von "kontrolliertem Durchbruch" gelesen und deshalb einen 194er Transistor benutzt, dem schon das Kollektorbeinchen fehlte. Ich denke, mit einigermaßen "unbegrenzten" Mitteln zum Ersatz von BF494 kann ich mich jetzt trauen, die Schaltung nochmal aufzubauen. Letztlich solltest Du Recht haben: Philips hat ja ab Anfang der 80er nur noch BF494 ausgeliefert.

Deine Beobachtung bezüglich der geringen Abweichung neuer Transistoren könnte ein Hinweis darauf sein, dass die heutigen Fertigungsmethoden so perfektioniert sind, dass Bauteilestreuungen weitgehend unterbleiben.

Grüße, Frank

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Re: Transistor als Zener-Diode

Beitrag von ortholing » 11.01.2017, 19:51

Hallo !
Könnte ich also in meinem Videorekorder z.B. eine ZPD 7.2V durch einen BC328 oder anderen Transistor Typ mit gleicher Durchbruchsspannung dauerhaft ersetzen?
Ich glaube ich würde einer richtigen ZPD oder ZD eher mein Vertrauen schenken.

Gruß
Helmut
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Re: Transistor als Zener-Diode

Beitrag von JeanLuc7 » 11.01.2017, 20:03

Salut Helmut, Sven,

ich denke, genau das ist es, was Sven uns sagen wollte. Sicher ist der Einsatz einer echten ZPD mit aufgedruckten Werten sicherer, aber nach dem Einsatz als Kapazitätsdiode passt dies doch schön in die Versuchsreihe.

@Sven: Hast Du eigentlich immer nur die B-E-Strecke gemessen oder auch die B-C-Strecke? Grundsätzlich müsste der Effekt ja auf beiden Strecken funktionieren...

Grüße, Frank

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Re: Transistor als Zener-Diode

Beitrag von pingi66 » 11.01.2017, 22:06

Hallo Frank, Helmut,

Deine Beobachtung bezüglich der geringen Abweichung neuer Transistoren könnte ein Hinweis darauf sein, dass die heutigen Fertigungsmethoden so perfektioniert sind, dass Bauteilestreuungen weitgehend unterbleiben.


Das denke ich auch. Dennoch war ich sehr überrascht, dass die Streuung erst in der zweiten Nachkommastelle stattfand :!:


@Helmut

Könnte ich also in meinem Videorekorder z.B. eine ZPD 7.2V durch einen BC328 oder anderen Transistor Typ mit gleicher Durchbruchsspannung dauerhaft ersetzen?


Ja, genau das meine ich. Habe einfach Mut zur Lücke! Mehr als Rauchzeichen kann es nicht geben :D


@Frank

Hast Du eigentlich immer nur die B-E-Strecke gemessen oder auch die B-C-Strecke? Grundsätzlich müsste der Effekt ja auf beiden Strecken funktionieren...


Ich kann mich erinnern, dass ich die B-C-Strecke vom BC328 beim Test als Kapazitätsdiode bis 20 Volt betrieben habe, ohne dass es zu einem Durchbruch kam. Das ist ja auch der Grund, warum die B-C-Strecke sich so gut als Kapazitätsdiode eignet.
Ich könnte morgen mal einen BC560 quälen, heute passiert nix mehr :wink:


Grüße
Sven

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Re: Transistor als Zener-Diode

Beitrag von pingi66 » 12.01.2017, 16:22

Hallo Frank,

habe gerade einen BC560B mit 10 k Vorwiderstand gemessen:

Strecke B-E: 10,1 Volt Durchbruchspannung

Strecke B-C: Bis 65 Volt hochgedreht, kein Durchbruch in Sicht :!:


Fazit:

Die Strecke B-C eines Transistors in Sperrichtung betrieben eignet sich in einem weitem Spannungsbereich als Kapazitätsdiode, wenn auch der Kapazitätsbereich nicht besonders groß ist (ca. 10 - 20 pF). Für das UKW-Rundfunkband reicht das aber aus!
Die Strecke B-E ebenfalls in Sperrichtung betrieben kann durchaus brauchbar als Zener-Diode eingesetzt werden. Die Durchbruchspannungen liegen bei ca. zwischen 7 und 10 Volt, das ist aber schnell mit wenig Aufwand durchgemessen.


Viel Spaß beim Basteln!

Sven

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Re: Transistor als Zener-Diode

Beitrag von JeanLuc7 » 12.01.2017, 17:37

Super, danke für die Info. Ich hätte nicht gedacht, dass die beiden Strecken wirklich so unterschiedlich sind. Aber vielleicht bin ich auch bloß JFET-verwöhnt - da ist es ja tatsächlich weitgehend egal, ob man Drain und Source vertauscht.

Viele Grüße
Frank

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Re: Transistor als Zener-Diode

Beitrag von Ingo63 » 13.01.2017, 16:44

Hallo Sven,
wieder mal ein super Beitrag :D
Hatte zu diesem Thema schon mal einen Beitrag gefunden.
Schau mal hier: http://www.elektronik-labor.de/Notizen/NPNkipp.html
MfG
Ingo
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Re: Transistor als Zener-Diode

Beitrag von pingi66 » 14.01.2017, 12:20

Hallo Ingo,

das ist ja ein super interessanter Bericht. Der Verfasser hat auch noch zusätzlich einige ungewöhliche Schaltungsbeispiele vorgestellt, die ich in naher Zukunft unbedingt mal nachbauen muss. Ich finde gerade Aufbauten genial, die mit wenig Aufwand dennoch alltagstauglich funktionieren.

Grüße und schönes Wochenende
Sven

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Re: Transistor als Zener-Diode

Beitrag von pingi66 » 19.01.2017, 21:56

Hallo ins Forum,

habe heute ein wenig im ee-wiki gestöbert und bin dabei auf folgende (ja leider) Kosmos-Schaltung gestoßen:

http://rigert.com/bk-wiki/index.php?tit ... bb-102.jpg

Hier wird die Spannung für die Abstimmung auch bereits mit einem Transistor stabilisiert. Es mag also durchaus üblich gewesen zu sein, einen Transistor derart einzusetzen :!:


Grüße
Sven

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