Z-Dioden-Kennlinien

Die Durchlasskennlinie eine Z-Diode im Mikroamperebereich wird gerne außer Acht gelassen, aber diese ist wichtig für viele Anwendungen!

Jugend forscht

Der Stromverbrauch von Z-Dioden fällt bei Querreglern erheblich ins Gewicht und kann bedeutend größer sein als die Ruhestromaufnahme eines parallel geschalteten Mikrocontrollers! Mehr als 10 µA sollten diese bei akzeptabler Betriebsspannung nicht um den Mikrocontroller vorbeileiten. Um damit einen Elko zu laden, wären mindestens 3,5 V nicht schlecht. Der Telefon-Schleifenstrom beträgt 40 mA, auch gängige Kondensatornetzteile liefern in etwa diesen Strom. Deshalb habe ich ungefähr bis zu diesem Wert einige Exemplare durchgemessen. Der gewählte Strommessbereich des Universalmultimeters hat dabei einen kleinen aber sichtbaren Einfluss auf das Messergebnis (Zickzacklinie im Diagramm).

Messergebnisse bei stromrichtiger Messung
MessbereichStrom4T 2VLED 2VBZX85C3V9BZX85C4V7DZ4V7C5V1PHSMD 5,1VP5V6PHBZX55C5V6SZX19/5,6SZX21/6,2SZX19/6,2Vergleich ATtiny45 @ 5 V
20 µA 30 nA - - 0,43 V 0,82 V 1,1 V 1,5 V 1,7 V 2,56 V 3,85 V 1,05 V 2,64 V 3,45 V
100 nA - - 0,56 V 0,95 V 1,4 V 1,7 V 2,0 V 2,87 V 4,58 V 1,85 V 2,95 V 3,74 VSelbstentladung CR2032
300 nA - - 0,7 V 1,10 V 1,58 V 1,9 V 2,25 V 3,15 V 4,98 V 2,8 V 3,31 V 4,13 V
1 µA - - 0,85 V 1,28 V 1,85 V 2,12 V 2,5 V 3,5 V 5,4 V 3,5 V 3,7 V 4,57 VPowerDown: 500 nA
3 µA 1,25 V 1,78 V 1,1 V 1,5 V 2,1 V 2,4 V 2,8 V 3,8 V 5,6 V 4,1 V 4,15 V 4,98 V
10 µA 1,81 V 2,07 V 1,26 V 1,84 V 2,52 V 2,7 V 3,33 V 4,3 V 5,7 V 4,7 V 4,7 V 5,48 VWatchdog: 6 µA
200 µA 30 µA 1,81 V 2,04 V 1,35 V 2,0 V 2,81 V 3,2 V 3,6 V - 5,6 V - 5,0 V 5,70 VBrownOut-Detektor: 20 µA
100 µA 1,96 V 2,16 V 1,6 V 2,37 V 3,27 V 3,4 V 4,06 V - 5,67 V - 5,5 V 6,0 VMindeststrom TLV431: 80 µA, B589: 50 µA
2 mA 300 µA - 2,13 V - 2,65 V 3,66 V 3,7 V 4,4 V - - - 5,63 V 6,05 VA/D-Wandler: 150 µA
1 mA 1,98 V 2,21 V - 3,17 V 4,21 V 4,3 V 4,8 V - 5,6 V - 5,85 V 6,15 VCPU mit 1 MHz
20 mA 3 mA 2,08 V 2,2 V - 3,53 V 4,55 V 4,5 V 5,0 V - 5,67 V - 5,85 V 6,14 V
10 mA 2,23 V 2,33 V - 4,06 V 5,0 V 4,9 V 5,19 V - 5,85 V - 5,9 V 6,19 V
200 mA 30 mA 2,23 V 2,31 V 3,44 V 4,32 V 5,17 V 5,0 V 5,19 V 5,67 V 5,9 V 5,7 V 5,96 V 6,24 V

Wie man sieht nützen auch moderne integrierte Referenzelemente wie TLV431 nichts. Daraus ergeben sich folgende Konsequenzen: