In dem Versuch konstruieren wir ein einfaches Netzteil, in dem die Hauptrolle eine einfache Zenerdiode übernimmt. Als Beispiel soll unser
Netzteil an seinem Ausgang eine Spannung von 9VDC liefern.
Eine Zenerdiode wird in einer Schaltung, anders als eine Gleichrichterdiode, in ihrer Sperrrichtung betrieben. Die charakteristische Eigenschaft einer
Zenerdiode, die auch als Z-Diode bezeichnet wird, ist die Tatsache, dass sie bei Überschreitung ihrer Sperrspannung (Zenerspannung) leitend wird. Diese Eigenschaft
wird häufig zur Stabilisierung von Spannungen verwendet.
Die Zenerdiode ist nicht die einzige Diode, die in der Schaltung ihren Auftritt hat. Abgesehen von einigen Leuchtdioden spielen in der Schaltung eine wichtige
Rolle vier Gleichrichterdioden. Durch ihre spezielle Verschaltung (genannt Brückengleichrichter oder Graetz-Schaltung) bilden sie eine Verbindungsschnittelle zwischen
dem Transformator, der die Eingangsspannung von 230V auf 24V transformiert, und der restlichen Schaltung.
Weitere Komponenten der Schaltung sind zwei Transistoren und drei Kondensatoren.
Bei der Dimensionierung der Schaltung ist darauf zu achten, dass der Kurzschlussstrom, der über die Z-Diode fließt, sie nicht zerstört. Er wird mit dem
Vorwiderstand R1 begrenzt. Der Transistor T2 muss an die Lastgröße angepasst werden. Bei größeren Ausgangsströmen muss er ggf.
gekühlt werden.
Schaltplan
Z-Diode
Die hier eingesetzte Z-Diode ZD1 (BZX55) hat eine Zenerspannung von 10V. Sie wird, wie oben erwähnt, in Sperrrichtung betrieben. Ihre Leistung liegt bei
500 mW. Es ist wichtig, den Vorwiderstand R1 so zu wählen, dass ihre maximale Nennleistung nicht überschritten und sie beim Durchbruch nicht zerstört wird. Die
Testschaltung liefert am Ausgang eine Spannung von 9VDC. Durch Einsetzen von Z-Dioden mit anderen Zener-Spannungen kann am Ausgang eine andere Spannung
generiert werden.
Transformator
Der am Anfang der Schaltung eingebaute Transformator wird primär mit 230V Wechselspannung eingespeist. Er wandelt die Spannung in eine Spannung von 24V, die
auf der sekundären Seite abgegriffen wird. Die zur Verfügung stehende Leistung beträgt 5,0 VA. Damit kann unser Netzteil maximal einen Strom von
ca. 200mA liefern.
Der Transistor TIP31C (Schaltplan T2) ist ein bipolarer NPN-Leistungstransistor im TO-220 Kunststoffgehäuse. Er ist für Spannungen von maximal 100V
ausgelegt. Der Transistor kann Ströme bis zu 3A (Ptot 40W) leiten, womit er für unsere Testschaltung stark
überdimensioniert ist.
Gleichrichterdiode
Die vier Dioden D1, D2, D3 und D4 sind Gleichrichterdioden, die in unserer Schaltung als Brückengleichrichter verschaltet sind. Sie bilden so die erste
Stufe bei der Umwandlung der Wechselspannung in Gleichspannung. Dabei handelt es sich um die Gleichrichterdioden mit der Bezeichnung 1N4007. Charakteristisch für
die Dioden ist ihre sehr hohe Spannungsfestigkeit, die bis zu 1000V beträgt. Sie können einen Strom von 1A führen. Damit können sie bedenklos in unserem Netzteil,
der maximal 200 mA liefern kann, eingebaut werden.
Spannungsverlauf
Spannungsverlauf direkt hinter dem Transformator. Messpunkte A/B.
Spannungsverlauf hinter dem Brückengleichrichter. Messpunkt C, ohne Kondensatoren.
Spannungsverlauf an der Z-Diode. Messpunkt D, ohne Kondensatoren.
Spannungsverlauf Ausgang. Messpunkt E, ohne Kondensatoren.
Spannungsverlauf Ausgang mit Kondensatoren C1, C2 und C3.
