Skip to content
RFrftools.io
General

Spannungsregler-Rechner für Zener-Dioden

Berechnen Sie den Serienwiderstand, die Verlustleistung und den Laststrom für Spannungsregler von Zenerdioden

Loading calculator...

Formel

RS=(Vin−VZ)/(IL+IZmin),PZ=VZ×IZR_S = (V_in - V_Z) / (I_L + I_Zmin), P_Z = V_Z × I_Z
R_S— Serienwiderstand (Ω)
V_in— Eingangsspannung (V)
V_Z— Zener-Spannung (V)
I_L— Strom laden (A)
I_Zmin— Minimaler Zenerstrom (A)
P_Z— Zener-Verlustleistung (W)

Wie es funktioniert

Der Zener-Diodenregler-Rechner berechnet den Serienwiderstand und die Verlustleistung für Shunt-Spannungsreferenzen — unverzichtbar für Niederspannungsreferenzen, Überspannungsschutz und ein einfaches Stromversorgungsdesign. Analoge Konstrukteure, Stromversorgungstechniker und Bastler verwenden Zener-Regler für Lasten unter 100 mA, bei denen der Wirkungsgrad nicht entscheidend ist. Laut Horowitz & Hill 'Art of Electronics' (3. Aufl., S. 65) halten Zener-Dioden die konstante Spannung aufrecht, indem sie in umgekehrter Richtung arbeiten: Ein Lawinendurchbruch (5 V) <5V) has positive temperature coefficient (+2mV/°C), true Zener breakdown (> hat einen negativen Temperaturkoeffizienten (-2 mV/°C), und 5,1-V-Dioden haben eine Temperatur nahe Null, was sie zu idealen Referenzen macht. Die dynamische Impedanz Zz = 1-50 Ω bestimmt die Lastregulierung; ein niedrigerer Zz sorgt für eine bessere Regelung. Standardnennleistungen: 0,5 W (1N4728-Serie), 1 W (1N4749-Serie), 5 W (1N53333-Serie).

Bearbeitetes Beispiel

Entwerfen Sie eine 5,1-V-Referenz aus einer 12-V-Versorgung für eine 20-mA-Last mit 1N4733A (5,1 V, 1 W, Zz = 7 Ω). Minimaler Zenerstrom i_Z (min) = 1 mA für einen stabilen Ausfall. Gesamtstrom i_Total = I_Load + i_Z = 20 mA + 5 mA (Entwurfsrand) = 25 mA. Serienwiderstand: Rs = (Vin — Vz) /I_Total = (12 V — 5,1 V) /25 mA = 276 Ω — wählen Sie 270 Ω (E24). Zener-Leistung: P_z = Vz × (I_Total - I_load_min) = 5,1 V × 25 mA = 127,5 mW ohne Last (schlimmster Fall). Bei 270 Ω und variierender Last von 0 bis 20 mA: Vout variiert um ΔV = Zz × ΔI_Load = 7 Ω × 20 mA = 140 mV (2,7% Regelung). Verwenden Sie für eine strengere Regelung TL431 (0,2% Referenz) oder LM4040 (0,1% Referenz).

Praktische Tipps

  • ✓Wählen Sie die Zener-Spannung, die 5% unter der erforderlichen Spannung liegt, um die Toleranz zu berücksichtigen — 1N4733A entspricht 5,1 V ± 5% (4,85 V bis 5,35 V); verwenden Sie 5,0 V Zener als 5-V-Referenz
  • ✓Verwenden Sie für Präzisionsreferenzen (± 0,1%) Bandlückenreferenzen (TL431, LM4040) anstelle von Zener — sie erzielen eine 10-mal bessere Temperatur- und Anfangsgenauigkeit
  • ✓Fügen Sie einen Ausgangskonfiguration von 10—100 μF zur Regelung transienter Lasten hinzu — Die dynamische Zener-Impedanz begrenzt das Einschwingverhalten; der Kondensator liefert Momentanstrom

Häufige Fehler

  • ✗Betrieb des Zeners unter dem Kniestrom — unter i_Z (min) (typischerweise 1—5 mA), die Zener-Spannung sinkt und die Regelung schlägt fehl; auch bei maximaler Last muss immer der Mindeststrom aufrechterhalten werden
  • ✗Leistungsreduzierung wird ignoriert — 1N4733A hat eine Nennleistung von 1 W bei 25 °C, wird aber bei 150 °C auf 0 W reduziert; ausgelegt für eine Leistungsspanne von 50% in geschlossenen Räumen gemäß den JEDEC-Richtlinien
  • ✗Verwendung von Zener für Hochstromlasten — Wirkungsgrad = Vz/Vin = 5,1 V/12 V = bestenfalls 42,5%; für Lasten > 50 mA verwenden Sie einen Schaltregler (90% Wirkungsgrad) oder LDO

Häufig gestellte Fragen

Begrenzt durch die Zener-Nennleistung und den minimalen Zener-Strom. Bei Rs = 270 Ω und 20 mA Last: VIN_max = Vz + Rs× (I_Z_max + I_Load) = 5,1 V + 270 Ω × (196 mA + 20 mA) = 63 V (begrenzt auf 1 W Nennleistung). Vin_min = Vz + Rs× (I_Z_min + I_load) = 5,1 V + 270 Ω × (1 mA + 20 mA) = 10,8 V. Betriebsbereich: 10,8 V bis 63 V für dieses Design.
Nicht effizient — Zener-Regler leiten P = (Vin-Vz) × I_total als Wärme ab. Bei 100 mA zwischen 12 V und 5 V: P_Loss = 6,9 V × 100 mA = 690 mW (57,5% verschwendet). Verwenden Sie für Lasten > 50 mA LDO-Regler (LM7805:1A, 85% Wirkungsgrad) oder Abwärtswandler (TPS563200:3A, 92% Wirkungsgrad).
Die Zener-Spannung driftet mit der Temperatur: 6 V <5V: +2 to +3mV/°C (avalanche), >: -2 bis -4 mV/°C (Zenerausfall), 5,1 V: Temperatur nahe Null (±0,5 mV/°C). Ein 12-V-Zener (1N4742A) driftet um -4 mV/°C — im Bereich von 50 °C ändert sich die Spannung um 200 mV (1,7%). Bandlückenreferenzen (TL431) erreichen 50 ppm/°C = 0,25% über 50 °C.
Der Zenerstrom fällt unter i_Z (min), wodurch die Spannung zusammenbricht. Wenn I_Load > (Vin - Vz) /Rs ausfällt der Zener vollständig. Bei Rs = 270 Ω, 12 V-Eingang: max. I_total = 25,6 mA, max. I_load = 20,6 mA (bei I_Z_min = 5 mA). Wird dieser Wert überschritten, sinkt Vout von 5,1 V auf 0 V, wenn der Lastwiderstand abnimmt.
Nein — Wirkungsgrad im schlimmsten Fall = Vz/Vin (5,1 V/12 V = 42,5% für dieses Beispiel). Ohne Last wird die gesamte Leistung in Rs und Zener abgeführt. Bei Volllast verbessert sich der Wirkungsgrad leicht, bleibt aber bei typischen Vin >> Vz-Anwendungen unter 50%. Verwenden Sie Schaltregler für effizienzkritische Designs. Reservieren Sie Zener-Regler für Referenz- und Schutzzwecke.

Shop Components

As an Amazon Associate we earn from qualifying purchases.

Resistor Kit (1%, E24)

Precision 1% thin-film SMD resistor assortment, 0402 package

Amazon →

Ceramic Capacitor Kit

MLCC ceramic capacitor assortment in 0402 package

Amazon →

Solderless Breadboard

Full-size breadboard for circuit prototyping

Amazon →

Verwandte Taschenrechner

Power

Spannungsteiler

Berechnen Sie die Ausgangsspannung, den Strom, die Thévenin-Impedanz und die Verlustleistung des Spannungsteilers aus Vin, R1 und R2. Ideal für Bias-Netzwerke und Level-Shifting.

Power

LED-Widerstand

Berechnen Sie den richtigen Strombegrenzungswiderstand für eine LED. Zeigt den exakten Wert, den nächstgelegenen E24-Standard, den tatsächlichen Strom und die Verlustleistung an.

Power

LDO Thermal

Berechnen Sie die Verlustleistung des LDO-Reglers, die Sperrschichttemperatur, den thermischen Spielraum und die minimale Ausfallspannung für die Validierung des thermischen Designs.

General

Ohm

Berechnen Sie Spannung, Strom, Widerstand und Leistung mithilfe des Ohmschen Gesetzes. Geben Sie zwei bekannte Größen ein und erhalten Sie sofort alle anderen Werte — kostenlos und ohne Anmeldung.