herzlichen Dank für deine ausführliche Erläuterung, ich arbeite mich dadurch.Ich wäre froh, wenn ich auch zukünftig bei Elektronik- Problemen dein Fachwissen in Anspruch nehmen dürfte.
Gruß
Hermann
Hallo Hermann,
>Danke Theo für deine Anrwort- Frage, ja, das ist eine Prüfungsaufgabe einer meiner Schüler,
> die ich als Ausboldungsbegleiter betreue und Elektronik nicht mein Fach ist. Also die Spannung an der leitenden LED ist 2,1 V, das ist dann die Sperrspannung der Diode R2.
"Diode R2" hört sich nicht richtig an. Meinst Du vielleicht "Diode D2" ?
> Aber wie gross ist der Strom und was bezweckt diese Schaltung überhaupt?
Der Strom ist -weil an Wechselspannung angeschlossen- zeitlich veränderlich.
Für den Zeitpunkt mit 0V (der Nulldurchgang) ist die Rechnung einfach: Spannung an R1 und LED 0V.
Im positiven Scheitelpunkt der Spannung, wir nehmen Durchfluß-Polung der LED an, liegt an der Schaltung 230V * √2̅ = ca. 325V.
Davon soll die LED 2.1V bekommen, bleiben 322,9V für den Widerstand. Hierbei addieren Sich die Spannugnen von LED und Widerstand nach Kirchhoffscher Maschenregel.
Die komplette Masche ist [ Spannungsquelle (Netz), Widerstand, LED ] und darin ist die Summe 0 Volt. Das passt wenn man den Richtungspfeil der Spannungsquelle richtig setzt und die Masche dann einmal in einer Richtung durchläuft. Nun zum Strom: Da sollen 20 mA fließen, bestimmend ist der Widerstand. Also R = U/I = 322.9V / 0.020 A = 16145 Ohm = 16.145 kOhm.
Bei entgegengesetzter Polung sperrt die LED, ab UR = 6V beginnt der Rückwärtsdurchbruch der LED. Rückwärts würden dann durch die LED I = U/R = (325-6) Volt / 16145 Ohm = 0.0197 = 19.7 mA fließen, was die LED in kurzer Zeit (ca. 1ms) zerstören würde weil sie dafür nicht gebaut ist.
Daher bietet man antiparallel zur LED eine Diode mit geringerer UF an, durch die dann der Rückwärtsstrom fließt. Dabei liegt im Sperrfall der LED dann nur noch UF der Schutzdiode an und die LED kann das sperren, weil ihr UR nicht überschritten wird. Diese Rückwärtsspannung will man so klein wie möglich halten, denn LED sind keine guten Sperrdioden. Deshalb würde ich aus der gegebenen Auswahl die 1N5817 wählen. Der Rückwärts-Strom -rechne selbst- liegt dann bei knapp über 20mA.
"Teuer" ist die Schaltung deshalb, weil im Dunkel-Zustand der LED sogar ein leicht höherer Strom als im Leuchtend-Zustand ggezogen wird. Das ist aber nicht die einzige Ineffizienz.
Am Widerstand liegen im Mittel ca. 230V-UF = ca. 227,9 V an, mit der Leistung P = U * I = 4,558 W. Also zum Mitschreiben: Viereinhalb Watt Verlustleistung für eine LED die selber nur P = 2.1 * 0.02 * 50% ED = ca. 0.021 W Leistung hat. Oder ein ca. zweihundert(!) mal größerer Verlust als Wirkarbeit.
Etwas besser wäre es eine ordentliche Sperrdiode in Serie zu schalten, die dann allerdings die 325V sperren können muß. Hier wäre die 1N4004 eine gute Wahl. Dann fällt die Verlustleistung auf die Hälfte, immerhin noch 2,28 W. Dir anitparallele Rückwärtsdiode kann man dann auch weglassen.
Man kann noch Tausendundeine weitere Designabwägung treffen, z.B. was passiert im Fehlerfalle der LED, darf die Schutzdiode dann sterben, falls nein kommt man ggf. auch im Originalfalle wieder bei der 1N4004 raus. Oder man kann -bei Kenntnis der thermischen Trägheit der LED- den Strom im Scheitelwert größer als 20mA ansetzen, denn in den Dunkelphasen kühlt sie ja wieder ab oder, oder, oder ...
Das sprengt aber vermutlich den Rahmen der Aufgabe.
Ich lasse den Kontext mal unten stehen, der Werte wegen:
-Theo
>> An eine Wechselspannung von 230V, 50 Hz sind ein Widerstand R1 und eine LED in Reihe geschaltet.
>> LED in Durchlassrichtung, UF=2,1V,IF=20mA,UR=6V.
>> Zur LED parallel in entgegengesetzter Richtung ist eine Diode R2 geschaltet.
Aua, die 'teuere' weil viel Strom verheizende Lösung.
>> Frage: Mit welcher Sperrspannung ist die Diode R2 belastet?
>... lösen wir hier Prüfungsaugfgaben ... ?
>Na, an der Diode liegt nur dann die Sperrspannung an, wenn sie sperrt, d.h. die LED leitet. Dann liegt an der LED designgemäß ... welche Spannung an ?
>>Weitere Frage: Wenn die Diode leitet, welcher Strom fließt dann durch sie ?
>> und welche Diode wird gewählt: 1N5817, IF=1A, URmax 20V oder 1N4004 IF=1A,URmax=400V oder 1N5404,IF=3A, URmax=400V, UF=jeweils 0,7V?
>Jede geht, aber alle drei sind zu teuer ;-) 1N4148 reicht. Aber warum ?
>-Theo
- Re: Diodenschaltung Theodor Wadelow 25.10.2017 18:14
(0)