Ein Nachteil eines Spannungsreglers (Spannungstellers) mit einer Z-Diode ist der geringe Strom, den eine solche
Schaltung liefern kann. Das Problem kann behoben werden, indem man der Schaltung einen Transistor hinzufügt. Dadurch wird der Vorwiderstand
Rs, der den Zenerstrom begrenzt, von dem Laststrom abgekoppelt. Der Transistor, angeschlossen in Kollektorschaltung, fungiert in der
Schaltung als Stromverstärker.
Der Wert der Ausgangsspannung entspricht jetzt nicht der Durchbruchspannung der Z-Diode, sondern wird um den Spannungsabfall
Ube verringert.
Ua = Uz - Ube
Schaltplan
Die folgende Schaltung soll eine Eingangsspannung, die zwischen 10 VDC und 20 VDC pendeln kann, mit einer Z-Diode und
Transistor runterregeln und auf einem festen Niveau möglichst stabil halten. Die Z-Diode wird bei 6,2 V leitend. Die Ausgangsspannung
wird um den Spannungsabfall Ube, der hier ca. 0,5 V (0,55 - 0,7 V Datenblatt), beträgt, verringert. Somit ist am Ausgang eine Spannung
von 5,7 VDC zu erwarten.
Wird am Ausgang eine andere Spannung benötigt, muss eine Z-Diode mit einer anderen Durchbruchspannung angewendet
werden.
Spannungsregler mit Z-Diode und Transistor: Testschaltung
Eine wichtige Rolle in der Schaltung spielt der Widerstand Rs. Er begrenzt den Strom der Z-Diode und schützt sie vor
der Zerstörung. Der maximale Strom, den die Z-Diode verträgt, hängt von ihrer Leistung ab. Die hier eingesetzte Z-Diode 1N4735 hat eine
Leistung von Pz = 1W. Daraus ergibt sich der maximale Strom des Bauteils:
Izmax = Pz / (Us – Uz) = 1 / (20 – 6,2) = 0,072 A
Der minimale Wert des Widerstandes Rs beträgt somit
Rs min = (Us – Uz) / 0,072 = 192 Ohm
In der Schaltung wurde als Rs ein Widerstand von 1 kOhm eingebaut.
Die Widerstände R1 - R3 begrenzen den Strom der Leuchtdioden LD1 – LD3. Sie betragen jeweils 330 Ohm. Bei einer stabilen Spannung
von 5,7 ergibt das pro Leuchtdiode einen Strom I in Höhe von:
I = 5,7 V / 330 Ohm = 17 mA.
Folglich wird der Transistor mit insgesamt 51 mA belastet. Das dürfte zu keinen Problemen führen, der hier eingesetzte BC172C verträgt
einen Strom bis zu 100 mA. Anstelle des Kleinsignaltransistors kann hier ein Leistungstransistor verwendet werden, der dann entsprechend
stärker belastet werden kann.
