Zenerdiode belastings stroom

Sylvester,

U_Z 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).

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 R_L zou moeten gaan.

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

Nu door naar het berekenen van R_Lmax

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

U_Z 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 R_Lmax heb ik het volgende:

U_Zmin = 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 I_R = I_Z/I_RL.
En dus I_RL = 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!

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

Op 20 juni 2022 13:23:22 schreef Arco:
Is wel een rare vraag, die niet klopt met de werkelijkheid...
(I_ZM 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.

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

Op 20 juni 2022 13:34:22 schreef Arco:
Als de I_ZM 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 R_L dan als gesloten schakelaar beschouwd worden (dus R_L = 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 U_Z, I_Z enz.

Re: vorige bericht: Open! Geen stroom!

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 R_L= ∞ 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).

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 U_Z, I_Z enz.

Ooh oké, in dat geval:
I_Z is de zener stroom.
I_ZK is de zenerknie stroom. Dit is de minimale stroom die er moet zijn om de zenerdiode in werking te zetten.
I_ZM is de maximale zenderstroom die er mag zijn.
Z_Z is de zener epedamptie? De interne weerstand van de zenerdiode.
U_Z 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 R_L= ∞ 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:
Z_Z = 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?

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 R_L 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 R_L?
Is daarmee een probleem (volgens de gegeven waarden in de opgave)?

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.

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

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 R_L 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 R_L?
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 R_L 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 R_L moeten gaan.
Hier it ik dan al fout. Want het antwoord mout 55mA zijn. Of 146 mA.

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.

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?

@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 R_L?

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

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 Z_Z.
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 R_L, dit is 145mA - 1 mA = 144mA
Dus gaat er 144mA door R_L

R_L = 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.

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:

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):