Ein Spannungsregler (Spannungsteller) mit einer Zenerdiode kann leicht erweitert werden. Durch Zusammenschaltung von
mehreren Zenerdioden können mehrere stabilisierte Spannungsausgangs generiert werden. Die entsprechenden Rechenaufgaben gestalten sich
ähnlich wie bei einem Regler mit nur einer Z-Diode. Die an einer solchen Schaltung teilnehmenden Z-Dioden werden in Reihe geschaltet.
In der folgenden Schaltung werden drei Zenerdioden hintereinander geschaltet.
Bei den Bauteilen handelt es sich um die Z-Dioden 1N4731 (4,3V), 1N4735 (6,2V) und 1N4737 (7,5V). Alle Dioden weisen eine Leistung
von 1W auf. Ihre Toleranzen betragen jeweils 10%.
Die Verschaltung führt dazu, dass drei verschiedene Referenzspannungen (Spannungsquellen) entstehen. An jede von ihnen wird eine
Leuchtdiode mit einem Vorwiderstand angeschlossen. Die Widerstände sind so berechnet, dass die Leuchtdioden annähernd 5 mA von dem
Gesamtstrom in Anspruch nehmen. Zusätzlich wird die Schaltung um drei Schalter S1-S3 erweitert. An diese Schalter ist ein Multimeter
angeschlossen. Durch Umschaltung der Schalter können die Spannungen an Punkten P1 bis P3 gemessen werden. Die Verschaltung der
Komponenten sieht wie folgt aus:
Schaltplan
Die Spannungen an den Punkten P1 bis P3 ergeben sich durch Addition der Zenerspannungen der jeweiligen Z-Dioden.
Die Spannungen betragen dann:
P1: 4,3 V
P2: 4,3 V + 6,2 V = 10,5 V
P3: 4,3 V + 6,2 V + 7,5 V = 18 V
Die Eingangsspannung beträgt 24 VDC.
Die maximalen Ströme der Zenerdioden sind unterschiedlich, obwohl alle die gleiche Leistung haben.
IZD1 = 1 W / 4,3 V = 232 mA
IZD2 = 1 W / 6,2 V = 161 mA
IZD3 = 1 W / 7,5 V = 130 mA
Damit darf der maximale Strom, der durch den Verbund der Z-Dioden fließt, den Wert von 130 mA nicht überschreiten. Der minimale
Widerstand, der den Z-Dioden vorgeschaltet werden muss, muss mindestens den Wert von 46 Ohm aufweisen.
R1min = (24 V – (4,3 + 10,5 + 7,5 )) / 130 mA = 46 Ohm
Seine Leistung würde dann ca. 6 W betragen müssen.
In der Schaltung wird den Z-Dioden ein Widerstand von 200 Ohm vorgeschaltet. Der maximale Strom beträgt dann
IR1 = (24 V – (4,3 + 10,5 + 7,5 )) / 200 Ohm = 30 mA.
Entsprechend die Leistung des Widerstands PR1 = (24 V – (4,3 + 10,5 + 7,5 )) * IR1 = 0,18 W.
Testschaltung
In dem kurzen Video werden die Spannungen an den Punkten P1 – P3 gemessen. Die Werte weichen ein wenig von den
berechneten Werten ab. Das liegt an der Toleranz der Bauteile. In dem Beispiel werden die Toleranzen eingehalten:
3,87 V < UP1< 4,73 V
9,45 V < UP2< 11,55 V
16,2 V < UP3< 19,8 V
