Nichtlineare Gleichstromkreise (Dioden)

Als linearen Zweipol betrachten Sie einen Widerstand mit dem Wert .

a) Zeichnen Sie die maßstäbliche Strom-Spannungs-Kennlinie des Widerstandes.
b) Bestimmen Sie aus der Kennlinie den Strom, der bei einer Spannung von durch den Widerstand fließt.
Als nichtlinearen Zweipol betrachten Sie eine Germaniumdiode. Zur Bestimmung der StromSpannungs-Kennlinie haben Sie einige Messwerte aufgenommen, die in der folgenden Tabelle angegeben sind.

c) Zeichnen Sie die maßstäbliche Strom-Spannungs-Kennlinie der Diode.

Die in Bild a dargestellte Schaltung enthält eine Zener-Diode mit der in Bild b dargestellten Strom-Spannungs-Kennlinie.
Die vorhandene Spannungsquelle liefert eine Spannung von .
Der mit der Spannungsquelle in Reihe liegende Widerstand hat den Wert .
Ausgangsseitig ist ein Lastwiderstand angeschlossen, dessen Widerstandswert sich ändert.

Welchen Wert muss der Lastwiderstand mindestens haben, damit einen Wert von nicht unterschreitet (und damit in etwa konstant bleibt)?

Anmerkung:

Die in Bild a dargestellte Schaltung dient zur Stabilisierung (Konstanthaltung) der Spannung Das bedeutet, dass bei sich änderndem Lastwiderstand - oder auch bei sich ändernder Eingangsspannung - nahezu konstant bleibt.

An einem Vorschaltwiderstand soll bei einem Strom von 6 A ein Spannungsabfall von 1, 5 V auftreten. Die zulässige Stromdichte im Draht soll betragen. Der Widerstand soll aus Konstantan-Draht, mit dem spezifischen Widerstand hergestellt werden.

1. Berechnen Sie allgemein und zahlenmäßig den Mindestdurchmesser des Drahtes und die erforderliche Drahtlänge.
2. Welcher Mindestdurchmesser und welche Drahtlänge wären bei Kupferdraht erforderlich

Die Kennlinie einer Si-Diode sei bis zum Strom durch die Beziehung mit und gegeben.

1. Zeichnen Sie die Kennlinie im Maßstab und .
2. Berechnen Sie den Strom für die Spannungswerte .
3. Wie groß ist die Spannung für ?
4. Auf welchen Wert ist die Spannung zu erhöhen, damit sich dieser Stromwert verdoppelt?

Hinweis:
Für kann die Diodengleichung vereinfacht werden.

An einer Tunneldiode werden folgende U-I-Werte gemessen:

1. Zeichnen Sie die Kennlinie maßstäblich.
2. Ermitteln Sie näherungsweise den differentiellen Leitwert und stellen Sie ihn maßstäblich in Abhängigkeit von grafisch dar.

Gegeben sind die Diodenschaltungen 1 ) und 2). Die Dioden haben beide die angegebene Kennlinie.

1. Ermitteln Sie grafisch die resultierenden U-I-Kennlinien der beiden Zweipole AB.
2. Ermitteln Sie für beide Zweipole AB die Beziehung rechnerisch.

Durch die dargestellte Widerstands-Dioden-Schaltung wird ein elektronischer Verstärker mit einem Eingangswiderstand vor Überspannungen geschützt.

1. Zeichnen Sie die resultierende Kennlinie der antiparallel geschalteten Dioden.
2. Stellen Sie die Eingangsspannung des Verstärkers als Funktion der Eingangsspannung grafisch dar. Setzen Sie dabei die angegebene idealisierte Diodenkennlinie voraus.

Gegeben ist die folgende Diodenschaltung, für die Dioden gelte die vereinfachte Kennlinie.

1. Wie groß ist die Spannung für die Fälle:
   1)
   2)
   3)
   4)
2. Geben Sie die Spannung als Funktion der Eingangsspannungen und an und stellen Sie diese Funktion über der -Ebene perspektivisch dar.

Gegeben ist die Kennlinie einer Zener-Diode.

Diese Zener-Diode wird wahlweise gemäß Schaltung 1 oder 2 angeschlossen.

Schaltung 1	Schaltung 2

1. Ermitteln Sie den Strom und die Spannung in Schaltung 1 grafisch.
   Schaltung 2 zeigt das Prinzip der Spannungsstabilisierung mit Hilfe einer -Diode. Für Schaltungen mit geringer Leistungsaufnahme kann ein solcher Aufbau als Referenzspannungsquelle dienen.
2. Ermitteln Sie die Spannung, mit der nachfolgende Schaltungen versorgt werden könnten.

Der Akku besitzt eine Leerlaufspannung von und einen Innenwiderstand von .
Nehmen Sie vereinfachend an, dass die Diode im Durchlassbereich eine konstante Spannung von aufweist.

1. Welchen Zweck erfüllt die Diode in der Schaltung?
2. Bestimmen Sie grafisch die Spannung und den Strom , wenn der Akku wie im Schaltbild gezeigt angeschlossen wird.
3. Wie groß ist die von der Solarzelle abgegebene Leistung?
4. Wie groß ist die in den Akku eingespeiste Leistung?
5. Welche Leistung wird in der Diode umgesetzt?

1. Welches Zählpfeilsystem wird für den nichtlinearen Zweipol verwendet?
2. Ermitteln Sie grafisch den Strom und die Spannung .
3. Wie groß ist die Spannung über dem Widerstand ?

Hinweis:
Die linearen Teile der Schaltung können durch eine Ersatzspannungsquelle beschrieben werden.

Eine Siliziumdiode mit der in Bild b dargestellten Strom-Spannungs-Kennlinie (1) wird nach Bild a über den Widerstand an eine Spannungsquelle mit der Spannung angeschlossen.

Welcher Strom fließt im Kreis, und wie groß sind die Teilspannungen und ?

Zwei nach Bild a parallel liegende Germaniumdioden ( 1 und 2) mit den in Bild (c) angegebenen Strom-Spannungs-Kennlinien (Kennlinien 1 und 2 ) werden zusammen von dem Strom durchflossen.

1. Wie groß sind die in den einzelnen Dioden fließenden Teilströme und ?
2. Welcher Widerstand ist nach Bild b in Reihe mit der Diode 2 zu schalten, damit der Gesamtstrom sich gleichmäßig auf beide Dioden verteilt?

Die in Bild a dargestellte Spannungs-Stabilisierungsschaltung enthält eine Zener-Diode mit der in Bild c dargestellten Strom-Spannungs-Kennlinie (Kennlinie 1). Der mit der Spannungsquelle in Reihe liegende Widerstand hat den Wert . Ausgangsseitig ist ein Lastwiderstand von angeschlossen. Die Eingangsspannung sei nicht konstant, sondern möge sich zwischen den Werten und ändern.

Zwischen welchen Werten und ändert sich hierdurch die Ausgangsspannung ?

Die in Bild a dargestellte Spannungs-Stabilisierungsschaltung enthält eine Zener-Diode mit der in Bild b dargestellten Strom-Spannungs-Kennlinie (Kennlinie 1). Die Eingangsspannung beträgt . Der mit der Spannungsquelle in Reihe liegende Widerstand hat den Wert . Der angeschlossene Lastwiderstand möge sich ändern.

1. Wie groß ist die Ausgangsspannung im Leerlauf, wenn also unendlich groß ist (bzw. entfernt wird)?
2. Welchen Wert muss mindestens haben, damit die Ausgangsspannung um höchstens gegenüber dem Leerlauffall ( ) abnimmt?

Die Kennlinie einer Si-Diode sei bis zum Strom durch die Beziehung mit und gegeben.

1. Zeichnen Sie die Kennlinie im Maßstab und .
2. Berechnen Sie den Strom für die Spannungswerte .
3. Wie groß ist die Spannung für ?
4. Auf welchen Wert ist die Spannung zu erhöhen, damit sich dieser Stromwert verdoppelt?

Hinweis:
Für kann die Diodengleichung vereinfacht werden.

Gegeben sind die Diodenschaltungen 1 ) und 2). Die Dioden haben beide die angegebene Kennlinie.

1. Ermitteln Sie die resultierenden U-I-Kennlinien der beiden Zweipole AB grafisch.
2. Ermitteln Sie für beide Zweipole AB die Beziehung rechnerisch.

Gegeben ist die im Bild dargestellte Diodenschaltung. Die Diode habe im Fall 1 die angegebene idealisierte Kennlinie, im Fall 2 eine reale Kennlinie.

1. Ermitteln Sie für beide Fälle, in welchem Betriebszustand sich die Diode für die Spannungen und befindet und verdeutlichen Sie die Ergebnisse grafisch.
2. Berechnen Sie für beide Fälle die Spannung und den Strom für .

Als Referenzspannung in einem Messgerät wird eine Spannung benötigt. Durch die Z-Diode soll ein Strom von fließen. Diodenmodell: für

a) Zeichnen Sie die gegebene Schaltung mit der Ersatzschaltung für die Diode.
b) Wie ist der Widerstand bei einer Spannung zu bemessen?

c) Die Spannung ändert sich um

Die Ausgangsspannung darf sich höchstens um ändern. Untersuchen Sie, ob die Schaltung dieser Anforderung genügt.

d) Wie ändert sich bei einer Z-Diodenkennlinie mit der Strom bei Anschluss eines Lastwiderstandes an die Klemmen AB?

Die gegebene Schaltung soll die Spannung gegen Lastschwankungen im Bereich stabilisieren. Die verwendete -Diode hat die Daten:

,

1. Berechnen Sie allgemein und zahlenmäßig den Widerstandsbereich für den die Schaltung zuverlässig arbeitet.
2. Berechnen Sie die Ausgangsspannung die Verlustleistung in der ZDiode und den Strom durch die ZDiode in Abhängigkeit vom Laststrom

Stellen Sie diese Abhängigkeiten für und maßstäblich grafisch dar.

Die Kennlinie der in der gegebenen Schaltung vorhandenen Dioden ist durch die angegebene stückweise lineare Funktion angenähert.

1. Ersetzen Sie die Dioden durch ihre lineare Ersatzschaltung und überführen Sie die Schaltung in ein stückweise lineares Netzwerk.
2. Berechnen Sie die Spannung und die Ströme und allgemein und zahlenmäßig.
3. Überprüfen Sie die Ergebnisse für und durch eine grafische Schaltungsanalyse.

Die Z-Diode wird zur Stabilisierung und Begrenzung von Spannungen verwendet. Ihre vereinfachte Kennlinie ist angegeben.

1. In welchen Grenzen variiert die Spannung , wenn die Spannung um von abweicht?
2. Berechnen Sie den Stabilisierungsfaktor .