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Author Topic: OT:Zener-Diode Widerstand berechnen  (Read 853 times)
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Hallo allerseits,
ich verstehe nicht wie man den Widerstand einer Zener-Diode berechnet, kann mir dabei jemand helfen ?

Folgende Ausgangssituation, Spannung messen.
Ich habe hier ca 13V (manchmal auch nur 12V) die ich messen möchte.
Ausgelegt sind die Widerstände für ca 15V.
R1 = 10KOhm (9,92), R2 4,7KOhm (4,66)

Dabei kommt genau das raus, was mein Mutlimeter anzeigt, ABER wenn ich nun eine Zener-Diode gegen Masse einsetzte,
zeigt mir der Arduino weniger Volt an, was ja logisch ist.
Aber wie berechne ich den Widerstand, damit wieder das richtiger Ergebnis rauskommt ?
Ich habe folgende Zener-Diode: Zener-Diode 0,5W 5,1V

Ich hoffe Ihr versteht was ich meine. Und habt bitte Nachsicht, ich bin sehr unerfahren auf dem Gebiet,
aber Lern und Wissbegierig  smiley-grin

Danke...
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Hallo Cetax,

was willst Du mit der Zenerdiode bezwecken?
Als Schutz des analogen Eingangs?

Dann musst Du aber den Spannungsteiler so dimensionieren, dass die Messspannung höchstens 4 V beträgt, da eine Zenerdiode bereits bei Spannungen unterhalb ihres Nennwertes zu leiten beginnt und so das Ergebnis verfälschen würde.
So eine Zenerdiode ist nun mal ein analoges und kein digitales Bauteil.


Gruß

Martin
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Hallo Martin,
Hallo Cetax,

was willst Du mit der Zenerdiode bezwecken?
Als Schutz des analogen Eingangs?

Ja, wurde mir zu geraten

Dann musst Du aber den Spannungsteiler so dimensionieren, dass die Messspannung höchstens 4 V beträgt, da eine Zenerdiode bereits bei Spannungen unterhalb ihres Nennwertes zu leiten beginnt und so das Ergebnis verfälschen würde.
So eine Zenerdiode ist nun mal ein analoges und kein digitales Bauteil.
Ok, verstehe. Aber wenn ich die geändert habe, besteht ja immer noch ein unterschied bei der Messung. Mit und ohne Z-Diode.
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 CeTax

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Schutz von digitalen Eingängen:
Eine Zenerdiode gibt da keine Probleme da alles zwischen 3V und 5V als H angesehen wird.

Schutz eines analogen Eingangs:
Vorschlag: ein Spannungsteiler bei dem zwischen Eingang und masse eine Zenerdiode geschaltet ist.

Woher kommt die Spannung die Du messen mußt? Welche auflösung solltest Du bei der Spannungsmessung haben?


Grüße Uwe
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Hallo Uwe,
also ich messe die Spannung einer Autobatterie (die ist nicht im Auto verbaut!).
Z.Zt. habe ich hier einen Nano mit einem Spannngsteiler. R1=10KOhm und R2=4,7KOhm

Du hattest mir mal geraten eine Z-Diode gegen Masse einzusetzten. Was ich auch gern machen möchte,
aber dazu muss ich den ja den Widerstand berechnen, um ein genaues Eergebnis zu bekommen.

Die Batterie hat z.Zt. 12,45 V
Und ich hätte gern eine Ausgabe mit 2 stellen nach dem Komma. Also so : 12,45

Hoffe ich habe nichts vergessen zu erwähnen...  smiley-red
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Eine Autobatterie ist eine sehr stabile Spannungsquelle die nur bei kaputten Ladegerät (Spannungsbegrenzung ist kaputt) selbst überladen wird und darum Wasser Elektrolysiert und auf Dauer kaputtgeht und eine höhere Spannung an ihren Polen anliegen kann. Ich würde sagen, ein Schutz ist nicht notwendig. Bei einem Schaden des Ladegerätes und der Batterie sind die 25€ für den Arduino keine großen Mehrkosten mehr.

Wenn Du eine Maximalspannung von 14V mit der Genauigkeit von zehntel-Volt haben willst dann ist der ADC des Arduino nicht geeignet. Du brauchst dann mindesten 11 besser 12 Bit auflösung. Du kannst einen Externen ADC nehmen.

Mein Vorschag hatte einen Fehler daß die Zdiode bereits bei einer kleineren Spannung zu leiten anfängt.
Damit Du mit Arduino richtig mißt und eine Zdiode den Eingang schützt mußt Du mit der Meßspannung am Arduinoeingang bedeutend tiefer als 5V bleiben.

Grüe Uwe
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Cologne
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Wenn Du eine Maximalspannung von 14V mit der Genauigkeit von zehntel-Volt haben willst dann ist der ADC des Arduino nicht geeignet.
Wieso? 14Volt auf 10Bit macht 0,013V / Bit Auflösung.
Mein Vorschlag: nutze die interne 1,1V Referenz und dimensioniere den Spannungsteiler so, dass bei 14V Eingang am Analogengang 1,1V anliegen.
z.B R1=15k, R2=1.2k, parallel zu R2 eine Z-Diode mit 5.1V dann als Schutz für den Eingang, falls notwendig.

Gruß
Reinhard
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Für mehr Auflösung: 12 Bit: http://www.adafruit.com/products/1083 oder 16 bit: http://www.adafruit.com/products/1085

Grüße Uwe
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Wenn Du eine Maximalspannung von 14V mit der Genauigkeit von zehntel-Volt haben willst dann ist der ADC des Arduino nicht geeignet.
Wieso? 14Volt auf 10Bit macht 0,013V / Bit Auflösung.
Mein Vorschlag: nutze die interne 1,1V Referenz und dimensioniere den Spannungsteiler so, dass bei 14V Eingang am Analogengang 1,1V anliegen.
z.B R1=15k, R2=1.2k, parallel zu R2 eine Z-Diode mit 5.1V dann als Schutz für den Eingang, falls notwendig.

Gruß
Reinhard

Beibt die Frage offen, wie man den Widerstand für die Z_Diode berechnet.

In diesem Fall ist die Sache einfach. Wir wollen nicht, daß die Z-Diode eine Spannung stabilisiert sondern die Spannung begrenzt. Die Wahl des Spannungsteilers erfolgt in Funktion des Arduino-Einganges: nicht zu hochohmig damit der Eingangsstrom den Spannungsteiler belastet und darum den Wert verfälscht, nicht zu niederohmig damit nicht zuviel Strom durch den Spannungsteiler fließt.
Bezüglich der Z-Diode mußt Du kontrollieren, daß die Verlustleistung bei Überspannung nicht zu groß wird.
Bei der von erni-berni vorgeschlagenen Schaltung ist eine Überspannung  (über 5V am Arduino-Eingang) fast unmöglich.

Betrachten wir den Fall, daß die 230V an den Akku kommen funktioniert  und daß der Akku kaput ist. Dies ist sehr Unwahrscheinlich, da die Stabilisierungselektronik des Netzteils diese Spannung nicht aushält und Bauteile durchschlagen würden und darum die Sicherung des Netzteils oder der Elektrischen Anlage auslösen würde.

Aber schauen wir mal trotzdem:
Da fließt durch die Diode der Strom von ca (230V-5V)/15kOhm = 21mA  Effektivwert. Verlustleistung an der Diode für die positive Halbwelle ist ca 5V*21mA: 0,105W. Die Z-Dioden findet man in 0,5W und 1W Ausführung. Bei der negativen Halbwelle verhält sich die Z-Diode wie eine normale Diode in Durchlaßrichtung. Die Verlustleistung ist dann ca 0,7V * 22mA = 15,4mW. Der Mittelwert der Verlustleistung ist um die 60mW (geschätzt).

Bei der von erni-berni vorgeschlagenen Schaltung würde ich paralell zu R2 einen 0,1µF Kondensator schalten, da der analoge Eingang durch die Sample and Hold-Schaltung kurzzeitig relativ hohe Ströme braucht damit die Messung nicht verfälscht wird. der 15kOhm Widerstand würde den Ladestrom der Sample and Hold-Schaltung egrenzen.

Grüße Uwe
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