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<!DOCTYPE html>

<title>Z-Diode</title>

</head>

<h1 id="firstHeading" class="firstHeading mw-first-heading"><span class="mw-page-title-main">Z-Diode</span></h1>

</header>

</div>

<p>Eine <b>Z-Diode</b>, auch als <b>Zener-Diode</b> bezeichnet, ist eine <a href="Diode" title="Diode">Diode</a>, die darauf ausgelegt ist, dauerhaft in Sperrrichtung im Bereich der <a href="Diode#Durchbruch" title="Diode">Durchbruchspannung</a> betrieben zu werden. Die Höhe dieser Durchbruchspannung U<sub>BR</sub> ist die Hauptkenngröße einer Z-Diode und ist im Datenblatt spezifiziert.

Erreicht wird das durch eine stark <a href="Dotierung#p-_und_n-Dotierung" title="Dotierung">dotierte</a> p<sup>+</sup>- und eine stark dotierte n<sup>+</sup>-Schicht. Die starke Rekombination beider Schichten führt zu einer sehr geringen <a href="P-n-%C3%9Cbergang" title="P-n-Übergang">Sperrschichtdicke</a> und damit zu hohen <a href="Elektrische_Feldst%C3%A4rke" title="Elektrische Feldstärke">Feldstärken</a> im Bereich der Sperrschicht.

</p><p>Früher wurden diese Dioden nach dem amerikanischen Physiker <a href="Clarence_Melvin_Zener" title="Clarence Melvin Zener">Clarence Melvin Zener</a>, dem Entdecker des <a href="Zener-Effekt" title="Zener-Effekt">Zener-Effekts</a> (Elektronen tunneln durch die Sperrschicht), benannt. Seit den 1970er Jahren wird der Name Z-Diode empfohlen, da nur für geringe Durchbruchspannungen der Zener-Effekt verantwortlich ist. In Durchlassrichtung verhalten sie sich wie normale Dioden. In Sperrrichtung sind Z-Dioden bei geringen Spannungen sperrend, genauso wie normale Dioden. Ab einer gewissen <a href="Sperrspannung" title="Sperrspannung">Sperrspannung</a>, der so genannten Durchbruchspannung steigt der Strom innerhalb weniger hundert Millivolt um viele Größenordnungen an. Dieser Prozess hängt nicht (z. B. im Gegensatz zum <a href="Diac" title="Diac">Diac</a>) von der Vorgeschichte ab, d. h., bei Spannungsverringerung verringert sich dieser Strom auch wieder. Daher sind Z-Dioden zur Spannungsstabilisierung (geringe Spannungsänderung bei großen Stromänderungen, eindeutige I(U)-Kennlinie) und zur Spannungsbegrenzung geeignet.

</p><p>Auf Grund der geringen Sperrschichtdicke haben Z-Dioden eine große Sperrschichtkapazität, sie haben viele Gemeinsamkeiten mit <a href="Kapazit%C3%A4tsdiode" title="Kapazitätsdiode">Kapazitätsdioden</a>.

</p>

<div class="mw-heading mw-heading2"><h2 id="Durchbrucheffekte">Durchbrucheffekte</h2></div>

<p>Die Durchbruchsspannung oder Z-Spannung (meist U<sub>BR</sub> von engl. <span lang="en"><i>br</i>eakdown voltage</span>, seltener auch U<sub>Z</sub>) liegt bei Z-Dioden im Bereich 2,4–200 <a href="Volt" title="Volt">V</a> (erweiterter Bereich: 1,8–300 V).

Beliebige höhere Spannungen sind durch Reihenschaltung erreichbar, bidirektionale Z-Dioden erhält man durch Anti-Reihenschaltung.

</p><p>Wird nun <i>U</i><sub>Z</sub> an die Diode in Sperrrichtung angelegt, so ergibt sich der Strom durch die Diode aus der Formel:

</p>

<msub>

</mrow>

</msub>

<msub>

</mrow>

</msub>

<msub>

</mrow>

</msub>

<msup>

<mfrac>

<mrow>

<msub>

</mrow>

</msub>

<msub>

</mrow>

</msub>

</mrow>

<mrow>

<msub>

</mrow>

</msub>

<msub>

</mrow>

</msub>

</mrow>

</mfrac>

</mrow>

</msup>

</mstyle>

</mrow>

<annotation encoding="application/x-tex">{\displaystyle I_{D}\approx I_{D,BR}=-I_{BR}\cdot e^{\frac {-U_{D}+U_{Z}}{n_{BR}\cdot U_{T}}}}</annotation>

</semantics>

</math></span><img src="./_assets_/eb734a37dd21ce173a46342d1cc64c92/9dc8f77c8530d9ce98f580d7a92da69f6eebb9fe.svg" class="mwe-math-fallback-image-inline mw-invert skin-invert" aria-hidden="true" style="vertical-align: -1.005ex; width:30.005ex; height:5.176ex;" alt="{\displaystyle I_{D}\approx I_{D,BR}=-I_{BR}\cdot e^{\frac {-U_{D}+U_{Z}}{n_{BR}\cdot U_{T}}}}" loading="lazy"></span></dd></dl>

<p>Bei niedrigen Z-Spannungen (unterhalb 3 V) ist für den Durchbruch der Zenereffekt mit seinem charakteristischen negativen Temperaturkoeffizienten (ca. −0,09 %/K) und seinem vergleichsweise flachen Durchbruch dominant. Bei höheren Z-Spannungen (oberhalb von 5 V) dominiert der <a href="Lawinendurchbruch" title="Lawinendurchbruch">Lawinendurchbruch</a>-Effekt (engl. <span lang="en"><i>avalanche effect</i></span>) mit seinem positiven Temperaturkoeffizienten (ca. +0,11 %/K) und dem wesentlich steileren Durchbruch. Bei Durchbruchspannungen zwischen 4,5 V und 5 V kompensieren sich die Temperaturkoeffizienten weitgehend. Auf Grund der unterschiedlichen Steilheit der Kennlinien beider Effekte ist die Kompensation stromabhängig und funktioniert für einen bestimmten Betriebsstrom weitgehend perfekt. Für höhere Ströme verlagert sich dieser Punkt zu niedrigeren Spannungen hin.

</p><p>Dieses Problem war schon Clarence Zener bekannt, er schlug deshalb vor, die zunächst allgemein als Zenerdioden genannten Dioden in Zener-Dioden (mit Durchbruchspannungen unter 5 V) und in Z-Dioden (mit mehr als 5 V) aufzuteilen. Im Alltagsgebrauch hat sich der Begriff Z-Diode als übergreifende Bezeichnung von Zener- und <a href="Avalanche-Diode" title="Avalanche-Diode">Avalanche-Diode</a> etabliert.

</p><p>Beim Zener-Effekt durchtunneln die Elektronen die extrem dünne Sperrschicht, obwohl eigentlich keine Ladungsträger vorhanden sind. Beim Lawinendurchbruch werden die wenigen vorhandenen Elektronen durch das elektrische Feld beschleunigt und lösen durch Kollisionen weitere Elektronen aus dem Kristallgitter heraus. In Folge ergibt sich eine lawinenartig ansteigende Ladungsträgerkonzentration und damit eine lawinenartig steigende Leitfähigkeit.

</p>

<div class="mw-heading mw-heading2"><h2 id="Temperaturabhängigkeit"><span id="Temperaturabh.C3.A4ngigkeit"></span>Temperaturabhängigkeit</h2></div>

<p>Die Angabe der Z-Spannung U<sub>Z</sub> bezieht sich im Regelfall auf 300 K. Der Temperaturkoeffizient <span class="mwe-math-element mwe-math-element-inline"><span class="mwe-math-mathml-inline mwe-math-mathml-a11y" style="display: none;"><math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" alttext="{\displaystyle k_{\vartheta }}">

<msub>

</mrow>

</msub>

</mstyle>

</mrow>

<annotation encoding="application/x-tex">{\displaystyle k_{\vartheta }}</annotation>

</semantics>

</math></span><img src="./_assets_/eb734a37dd21ce173a46342d1cc64c92/302bc0ce7806842a312571306733be73524508d6.svg" class="mwe-math-fallback-image-inline mw-invert skin-invert" aria-hidden="true" style="vertical-align: -0.671ex; width:2.415ex; height:2.509ex;" alt="{\displaystyle k_{\vartheta }}" loading="lazy"></span> oder TC gibt dafür die relative Änderung der Z-Spannung in Abhängigkeit von der Temperatur <i>T</i> an:

</p>

<msub>

</mrow>

</msub>

</mrow>

<mfrac>

<msub>

</mrow>

</msub>

</mfrac>

</mrow>

<mfrac>

<mrow>

<msub>

</mrow>

</msub>

</mrow>

<mrow>

</mrow>

</mfrac>

</mrow>

</mstyle>

</mrow>

<annotation encoding="application/x-tex">{\displaystyle k_{\vartheta }={TC}={\frac {1}{U_{Z}}}\cdot {\frac {\partial U_{Z}}{\partial T}}}</annotation>

</semantics>

</math></span><img src="./_assets_/eb734a37dd21ce173a46342d1cc64c92/720119dc62042c661f2b673cc4b31ccb3adcc310.svg" class="mwe-math-fallback-image-inline mw-invert skin-invert" aria-hidden="true" style="vertical-align: -2.171ex; width:22.7ex; height:5.676ex;" alt="{\displaystyle k_{\vartheta }={TC}={\frac {1}{U_{Z}}}\cdot {\frac {\partial U_{Z}}{\partial T}}}" loading="lazy"></span> bei <i>I</i><sub>D</sub> = const.</dd></dl>

<p>In Datenblättern erfolgt häufig die Angabe des Temperaturkoeffizienten bezogen auf die Spannung in Millivolt pro Kelvin. Die Umrechnung geschieht wie folgt:

</p>

<msub>

</mrow>

</msub>

<msub>

</mrow>

</msub>

<msub>

</mrow>

</msub>

</mstyle>

</mrow>

<annotation encoding="application/x-tex">{\displaystyle S_{Z}=k_{\vartheta }\cdot U_{Z}}</annotation>

</semantics>

</math></span><img src="./_assets_/eb734a37dd21ce173a46342d1cc64c92/c99e8013f6f518edcecf3c0a7a2b2255faa4355d.svg" class="mwe-math-fallback-image-inline mw-invert skin-invert" aria-hidden="true" style="vertical-align: -0.671ex; width:13.046ex; height:2.509ex;" alt="{\displaystyle S_{Z}=k_{\vartheta }\cdot U_{Z}}" loading="lazy"></span></dd></dl>

<p>Unterhalb von 7 V hängt der Temperaturkoeffizient deutlich vom Diodenstrom ab, weswegen immer die Angabe des Nennstroms erforderlich ist.

</p><p>Übliche Werte sind:

</p>

</th></tr>

<tr>

<msup>

</mrow>

</msup>

<msup>

</mrow>

</mrow>

</msup>

</mstyle>

</mrow>

<annotation encoding="application/x-tex">{\displaystyle \approx -6\cdot 10^{-4}\,\mathrm {K} ^{-1}}</annotation>

</semantics>

</math></span><img src="./_assets_/eb734a37dd21ce173a46342d1cc64c92/31dd3dbe17a900a4f89f194b2107f48af94c98fe.svg" class="mwe-math-fallback-image-inline mw-invert skin-invert" aria-hidden="true" style="vertical-align: -0.505ex; width:16.289ex; height:2.843ex;" alt="{\displaystyle \approx -6\cdot 10^{-4}\,\mathrm {K} ^{-1}}" loading="lazy"></span></td>

</mrow>

</mrow>

</mstyle>

</mrow>

<annotation encoding="application/x-tex">{\displaystyle 3{,}3\,\mathrm {V} }</annotation>

</semantics>

</math></span><img src="./_assets_/eb734a37dd21ce173a46342d1cc64c92/c9061bd9c608876cec4d7b49a8b272268abfd174.svg" class="mwe-math-fallback-image-inline mw-invert skin-invert" aria-hidden="true" style="vertical-align: -0.671ex; width:5.102ex; height:2.509ex;" alt="{\displaystyle 3{,}3\,\mathrm {V} }" loading="lazy"></span>

</td></tr>

<tr>

</mstyle>

</mrow>

<annotation encoding="application/x-tex">{\displaystyle \approx 0}</annotation>

</semantics>

</math></span><img src="./_assets_/eb734a37dd21ce173a46342d1cc64c92/0504789529c45fed676a02acac4fd6627de09f5a.svg" class="mwe-math-fallback-image-inline mw-invert skin-invert" aria-hidden="true" style="vertical-align: -0.338ex; width:3.616ex; height:2.176ex;" alt="{\displaystyle \approx 0}" loading="lazy"></span></td>

</mrow>

</mrow>

</mstyle>

</mrow>

<annotation encoding="application/x-tex">{\displaystyle 5{,}1\,\mathrm {V} }</annotation>

</semantics>

</math></span><img src="./_assets_/eb734a37dd21ce173a46342d1cc64c92/d1a8781431c813e61bca1799f0c7c62c42b73daf.svg" class="mwe-math-fallback-image-inline mw-invert skin-invert" aria-hidden="true" style="vertical-align: -0.671ex; width:5.102ex; height:2.509ex;" alt="{\displaystyle 5{,}1\,\mathrm {V} }" loading="lazy"></span>

</td></tr>

<tr>

<msup>

</mrow>

</msup>

<msup>

</mrow>

</mrow>

</msup>

<msup>

</mrow>

</msup>

<msup>

</mrow>

</mrow>

</msup>

</mstyle>

</mrow>

<annotation encoding="application/x-tex">{\displaystyle \approx +6\cdot 10^{-4}\,\mathrm {K} ^{-1}\cdots +10\cdot 10^{-4}\,\mathrm {K} ^{-1}}</annotation>

</semantics>

</math></span><img src="./_assets_/eb734a37dd21ce173a46342d1cc64c92/6738a235604f2d0f165068e5599b2c26acc863e5.svg" class="mwe-math-fallback-image-inline mw-invert skin-invert" aria-hidden="true" style="vertical-align: -0.505ex; width:35.429ex; height:2.843ex;" alt="{\displaystyle \approx +6\cdot 10^{-4}\,\mathrm {K} ^{-1}\cdots +10\cdot 10^{-4}\,\mathrm {K} ^{-1}}" loading="lazy"></span></td>

</mrow>

</mstyle>

</mrow>

<annotation encoding="application/x-tex">{\displaystyle 47\,\mathrm {V} }</annotation>

</semantics>

</math></span><img src="./_assets_/eb734a37dd21ce173a46342d1cc64c92/209cbb1490f751a1a860b6bb41e65c302cb3adec.svg" class="mwe-math-fallback-image-inline mw-invert skin-invert" aria-hidden="true" style="vertical-align: -0.338ex; width:4.455ex; height:2.176ex;" alt="{\displaystyle 47\,\mathrm {V} }" loading="lazy"></span>

</td></tr></tbody></table>

<p>Die Z-Spannung und deren Änderung in Abhängigkeit von der Temperatur berechnet sich nach folgenden Formeln:

</p>

<msub>

</mrow>

</msub>

<msub>

</mrow>

</msub>

<msub>

</mrow>

</msub>

<mrow>

<mrow>

</mrow>

</mrow>

</mstyle>

</mrow>

<annotation encoding="application/x-tex">{\displaystyle \Delta U_{Z}(T)=k_{\vartheta }\cdot U_{Z}\cdot \left(T-300\,\mathrm {K} \right)}</annotation>

</semantics>

</math></span><img src="./_assets_/eb734a37dd21ce173a46342d1cc64c92/b6577b70777a41f978c454a9a792188635b59b00.svg" class="mwe-math-fallback-image-inline mw-invert skin-invert" aria-hidden="true" style="vertical-align: -0.838ex; width:32.238ex; height:2.843ex;" alt="{\displaystyle \Delta U_{Z}(T)=k_{\vartheta }\cdot U_{Z}\cdot \left(T-300\,\mathrm {K} \right)}" loading="lazy"></span></dd></dl>

<msub>

</mrow>

</msub>

<msub>

</mrow>

</msub>

<msub>

</mrow>

</msub>

<msub>

</mrow>

</msub>

<mrow>

<mrow>

<msub>

</mrow>

</msub>

<mrow>

<mrow>

</mrow>

</mrow>

</mrow>

</mstyle>

</mrow>

<annotation encoding="application/x-tex">{\displaystyle U_{Z}(T)=U_{Z}+\Delta U_{Z}(T)=U_{Z}\cdot \left[1+k_{\vartheta }\cdot \left(T-300\,\mathrm {K} \right)\right]}</annotation>

</semantics>

</math></span><img src="./_assets_/eb734a37dd21ce173a46342d1cc64c92/2e908e7129ac493e15265b30521e126d1cd30d8b.svg" class="mwe-math-fallback-image-inline mw-invert skin-invert" aria-hidden="true" style="vertical-align: -0.838ex; width:52.934ex; height:2.843ex;" alt="{\displaystyle U_{Z}(T)=U_{Z}+\Delta U_{Z}(T)=U_{Z}\cdot \left[1+k_{\vartheta }\cdot \left(T-300\,\mathrm {K} \right)\right]}" loading="lazy"></span></dd></dl>

<p>Der Zener-Effekt hat einen negativen Temperaturkoeffizienten, der Lawineneffekt einen positiven. Bei ca. 5 V sind beide Koeffizienten etwa gleich groß und heben sich gegenseitig auf. Für besonders langzeitstabile Referenzen wurde alternativ eine Serienschaltung einer Z-Diode mit 6,2 bis 6,3 V und einem Temperaturkoeffizienten von +2 mV/K und einer normalen Siliziumdiode (oder Basis-Emitterstrecke eines Transistors) in Durchlassrichtung mit −2 mV/K auf demselben Chip verwendet, wodurch sich die Temperaturkoeffizienten aufheben<sup id="cite_ref-1" class="reference"><a href="#cite_note-1"><span class="cite-bracket">[</span>1<span class="cite-bracket">]</span></a></sup>. Als Referenzspannungsquellen in integrierten Schaltungen werden allerdings keine Z-Dioden, sondern <a href="Bandgap-Referenz" class="mw-redirect" title="Bandgap-Referenz">Bandgap-Referenzen</a> benutzt, da diese wesentlich preiswerter auf dem Chip zu integrieren sind (Z-Dioden würden viele zusätzliche Prozessschritte erfordern), wesentlich genauer und langzeitstabiler sind und vor allem bei geringen Spannungen (z. B. bei 3 V) arbeiten.

</p><p>In Datenblättern werden gelegentlich <a href="Strom-Spannungs-Kennlinie" title="Strom-Spannungs-Kennlinie">Strom-Spannungs-Kennlinien</a> angegeben, d. h. die Kennlinien der Dioden bei 25 °C und 125 °C.

</p>

<div class="mw-heading mw-heading2"><h2 id="Ersatzschaltbild">Ersatzschaltbild</h2></div>

<p>In der <a href="Ersatzschaltung" class="mw-redirect" title="Ersatzschaltung">Ersatzschaltung</a> ist <span class="mwe-math-element mwe-math-element-inline"><span class="mwe-math-mathml-inline mwe-math-mathml-a11y" style="display: none;"><math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" alttext="{\displaystyle r_{z}}">

<msub>

</mrow>

</msub>

</mstyle>

</mrow>

<annotation encoding="application/x-tex">{\displaystyle r_{z}}</annotation>

</semantics>

</math></span><img src="./_assets_/eb734a37dd21ce173a46342d1cc64c92/e07006192648caeccd5ad603f234b1f11e2e40b9.svg" class="mwe-math-fallback-image-inline mw-invert skin-invert" aria-hidden="true" style="vertical-align: -0.671ex; width:2.05ex; height:2.009ex;" alt="{\displaystyle r_{z}}" loading="lazy"></span> der <a href="Differentieller_Widerstand" title="Differentieller Widerstand">differentielle Widerstand</a> der Zener-Diode; sein Wert liegt typischerweise im Bereich einiger <a href="Ohm_(Einheit)" class="mw-redirect" title="Ohm (Einheit)">Ohm</a>. Die Spannungsquelle <span class="mwe-math-element mwe-math-element-inline"><span class="mwe-math-mathml-inline mwe-math-mathml-a11y" style="display: none;"><math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" alttext="{\displaystyle U_{z0}}">

<msub>

</mrow>

</msub>

</mstyle>

</mrow>

<annotation encoding="application/x-tex">{\displaystyle U_{z0}}</annotation>

</semantics>

</math></span><img src="./_assets_/eb734a37dd21ce173a46342d1cc64c92/b5870914adf3db2cbb3397ee1e4c8b16040535b1.svg" class="mwe-math-fallback-image-inline mw-invert skin-invert" aria-hidden="true" style="vertical-align: -0.671ex; width:3.411ex; height:2.509ex;" alt="{\displaystyle U_{z0}}" loading="lazy"></span> repräsentiert die Zener-Spannung der Diode.

</p>

<div class="mw-heading mw-heading2"><h2 id="Arbeitspunkt">Arbeitspunkt</h2></div>

<p> Der <a href="Arbeitspunkt" title="Arbeitspunkt">Arbeitspunkt</a> der Diode ist das Wertepaar aus Spannung und Stromstärke, das aufgrund der äußeren Beschaltung eingenommen wird. Der Arbeitspunkt einer Z-Diode befindet sich im Schnittpunkt der Diodenkennlinie und der Lastwiderstandskennlinie.

</p><p>Im nebenstehenden Diagramm ist die Kennlinie mit einer lastabhängigen Versorgungsspannung dargestellt.

Abhängig von der Belastung stellen sich Arbeitspunkte mit unterschiedlichen Spannungen ein – bei Volllast die niedrigste, bei Leerlauf die höchste Spannung an der Z-Diode.

Der Arbeitspunkt bewegt sich dabei zwischen den Punkten 1 und 2 (Regelbereich), wodurch auch eine entsprechende Schwankung des Zener-Stromes <i>I</i><sub>Z</sub> hervorgerufen wird.

</p><p>Die untere Grenze des Regelbereiches ist durch den Knick der Kennlinie festgelegt und beträgt ca. 10 % von <i>I</i><sub>max</sub>. Mit einem veränderlichen Lastwiderstand kann der gesamte Regelbereich zwischen den Punkten 1 und 3 genutzt werden.

</p>

<div class="mw-heading mw-heading2"><h2 id="Anwendung">Anwendung</h2></div>

<p>In der Regel werden Z-Dioden in Sperrrichtung betrieben. Anwendung finden sie bei der Spannungsbegrenzung, beim Überlastschutz und, der häufigste Anwendungsbereich, bei der Spannungsstabilisierung.

Gebräuchlich ist z. B. die <a href="Spannungsregler" title="Spannungsregler">Parallelregelung</a> einer Spannung für weitere elektronische Schaltungsteile, die eine stabile Versorgungs- oder Eingangsspannung benötigen. Ein weiteres Beispiel ist die <a href="Zenerbarriere" title="Zenerbarriere">Zenerbarriere</a>.

Weiterhin lassen sich Z-Dioden sehr gut als Generator für <a href="Wei%C3%9Fes_Rauschen_(Physik)" class="mw-redirect" title="Weißes Rauschen (Physik)">weißes Rauschen</a> nutzen, das durch den Lawineneffekt hervorgerufen wird.

</p>

<div class="gallerytext">Spannungsbegrenzung mit Z-Diode</div>

</li>

<div class="gallerytext">Spannungsstabilisierung mit Z-Diode</div>

</li>

<div class="gallerytext">Symmetrische Spannungsbegrenzung mit <a href="Reihenschaltung" title="Reihenschaltung">antiseriellen</a> Z-Dioden</div>

</li>

</ul>

<p>Bei der Schaltung zur Spannungsbegrenzung sperrt die Z-Diode für Spannungen von <span class="mwe-math-element mwe-math-element-inline"><span class="mwe-math-mathml-inline mwe-math-mathml-a11y" style="display: none;"><math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" alttext="{\displaystyle 0\leq U_{e}<U_{Z}}">

<msub>

</mrow>

</msub>

<msub>

</mrow>

</msub>

</mstyle>

</mrow>

<annotation encoding="application/x-tex">{\displaystyle 0\leq U_{e}<U_{Z}}</annotation>

</semantics>

</math></span><img src="./_assets_/eb734a37dd21ce173a46342d1cc64c92/9620755f3a4df8802507de67e3af397c45fb9845.svg" class="mwe-math-fallback-image-inline mw-invert skin-invert" aria-hidden="true" style="vertical-align: -0.671ex; width:12.953ex; height:2.509ex;" alt="{\displaystyle 0\leq U_{e}<U_{Z}}" loading="lazy"></span>. Die Ausgangsspannung <span class="mwe-math-element mwe-math-element-inline"><span class="mwe-math-mathml-inline mwe-math-mathml-a11y" style="display: none;"><math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" alttext="{\displaystyle U_{a}}">

<msub>

</mrow>

</msub>

</mstyle>

</mrow>

<annotation encoding="application/x-tex">{\displaystyle U_{a}}</annotation>

</semantics>

</math></span><img src="./_assets_/eb734a37dd21ce173a46342d1cc64c92/9565fd4c69f836f3389927436673abb8ef229985.svg" class="mwe-math-fallback-image-inline mw-invert skin-invert" aria-hidden="true" style="vertical-align: -0.671ex; width:2.689ex; height:2.509ex;" alt="{\displaystyle U_{a}}" loading="lazy"></span> ergibt sich in diesem Bereich nur aus dem Vorwiderstand <span class="mwe-math-element mwe-math-element-inline"><span class="mwe-math-mathml-inline mwe-math-mathml-a11y" style="display: none;"><math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" alttext="{\displaystyle R_{V}}">

<msub>

</mrow>

</msub>

</mstyle>

</mrow>

<annotation encoding="application/x-tex">{\displaystyle R_{V}}</annotation>

</semantics>

</math></span><img src="./_assets_/eb734a37dd21ce173a46342d1cc64c92/79b45c2ca7520ed889360c1eb41d8398f142030b.svg" class="mwe-math-fallback-image-inline mw-invert skin-invert" aria-hidden="true" style="vertical-align: -0.671ex; width:3.26ex; height:2.509ex;" alt="{\displaystyle R_{V}}" loading="lazy"></span> und – im Falle der Spannungsstabilisierung – dem Lastwiderstand <span class="mwe-math-element mwe-math-element-inline"><span class="mwe-math-mathml-inline mwe-math-mathml-a11y" style="display: none;"><math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" alttext="{\displaystyle R_{L}}">

<msub>

</mrow>

</msub>

</mstyle>

</mrow>

<annotation encoding="application/x-tex">{\displaystyle R_{L}}</annotation>

</semantics>

</math></span><img src="./_assets_/eb734a37dd21ce173a46342d1cc64c92/51f4e411d3795354e8a787a6e62886dab56329e6.svg" class="mwe-math-fallback-image-inline mw-invert skin-invert" aria-hidden="true" style="vertical-align: -0.671ex; width:3.116ex; height:2.509ex;" alt="{\displaystyle R_{L}}" loading="lazy"></span>.

</p><p>Wenn die Z-Diode bei <span class="mwe-math-element mwe-math-element-inline"><span class="mwe-math-mathml-inline mwe-math-mathml-a11y" style="display: none;"><math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" alttext="{\displaystyle U_{e}\geq U_{Z}}">

<msub>

</mrow>

</msub>

<msub>

</mrow>

</msub>

</mstyle>

</mrow>

<annotation encoding="application/x-tex">{\displaystyle U_{e}\geq U_{Z}}</annotation>

</semantics>

</math></span><img src="./_assets_/eb734a37dd21ce173a46342d1cc64c92/71d23c6e8e86a8c06d43de00050d1ab20ceeeef3.svg" class="mwe-math-fallback-image-inline mw-invert skin-invert" aria-hidden="true" style="vertical-align: -0.671ex; width:8.692ex; height:2.509ex;" alt="{\displaystyle U_{e}\geq U_{Z}}" loading="lazy"></span> leitet, liegt am Lastwiderstand maximal die Z-Spannung <span class="mwe-math-element mwe-math-element-inline"><span class="mwe-math-mathml-inline mwe-math-mathml-a11y" style="display: none;"><math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" alttext="{\displaystyle U_{Z}}">

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</mrow>

</msub>

</mstyle>

</mrow>

<annotation encoding="application/x-tex">{\displaystyle U_{Z}}</annotation>

</semantics>

</math></span><img src="./_assets_/eb734a37dd21ce173a46342d1cc64c92/570e764977a7c102ff1e1e86ccb08ab16e6e66ce.svg" class="mwe-math-fallback-image-inline mw-invert skin-invert" aria-hidden="true" style="vertical-align: -0.671ex; width:3.008ex; height:2.509ex;" alt="{\displaystyle U_{Z}}" loading="lazy"></span> an.

</p><p>Daraus ergibt sich die folgende Formel:

</p>

<dl><dd><span class="mwe-math-element mwe-math-element-inline"><span class="mwe-math-mathml-inline mwe-math-mathml-a11y" style="display: none;"><math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" alttext="{\displaystyle U_{a}\approx \left\{{\begin{matrix}{U_{a}=U_{e}{\frac {R_{L}}{R_{V}+R_{L}}}}&{\text{wenn}}&{U_{e}<U_{Z}\cdot \left(1+{\frac {R_{V}}{R_{L}}}\right)}\\{U_{Z}}&{\text{wenn}}&{U_{e}>U_{Z}\cdot \left(1+{\frac {R_{V}}{R_{L}}}\right)}\end{matrix}}\right.}">

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</mstyle>

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<annotation encoding="application/x-tex">{\displaystyle U_{a}\approx \left\{{\begin{matrix}{U_{a}=U_{e}{\frac {R_{L}}{R_{V}+R_{L}}}}&{\text{wenn}}&{U_{e}<U_{Z}\cdot \left(1+{\frac {R_{V}}{R_{L}}}\right)}\\{U_{Z}}&{\text{wenn}}&{U_{e}>U_{Z}\cdot \left(1+{\frac {R_{V}}{R_{L}}}\right)}\end{matrix}}\right.}</annotation>

</semantics>

</math></span><img src="./_assets_/eb734a37dd21ce173a46342d1cc64c92/c6a0dc58630e6c27025fc6ee432821932a9cc876.svg" class="mwe-math-fallback-image-inline mw-invert skin-invert" aria-hidden="true" style="vertical-align: -4.338ex; width:54.216ex; height:9.843ex;" alt="{\displaystyle U_{a}\approx \left\{{\begin{matrix}{U_{a}=U_{e}{\frac {R_{L}}{R_{V}+R_{L}}}}&{\text{wenn}}&{U_{e}<U_{Z}\cdot \left(1+{\frac {R_{V}}{R_{L}}}\right)}\\{U_{Z}}&{\text{wenn}}&{U_{e}>U_{Z}\cdot \left(1+{\frac {R_{V}}{R_{L}}}\right)}\end{matrix}}\right.}" loading="lazy"></span></dd></dl>

<p>Am Beispiel einer Z-Diode mit einer Z-Spannung von U<sub>Z</sub> = 10 V würde das in etwa wie folgt aussehen:

</p><p><span class="mw-default-size" typeof="mw:File"></span>

</p><p>Daraus ergibt sich eine Glättung (Begrenzung) der eigentlichen Eingangsspannung und damit eine Stabilisierung der Ausgangsspannung. Diese werden über den Glättungsfaktor <i>G</i> und den Stabilisierungsfaktor <i>S</i> beschrieben, die sich aus den folgenden Formeln ergeben:

</p>

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</mstyle>

</mrow>

<annotation encoding="application/x-tex">{\displaystyle G={\frac {\partial U_{e}}{\partial U_{a}}}=1+{\frac {R_{V}}{r_{Z}}}+{\frac {R_{V}}{R_{L}}}{\stackrel {\,(r_{Z}\ll R_{V},R_{L})\,}{=}}{\frac {R_{V}}{r_{Z}}}}</annotation>

</semantics>

</math></span><img src="./_assets_/eb734a37dd21ce173a46342d1cc64c92/d0839013f1e91992bb502171ba91b02f9c625b8d.svg" class="mwe-math-fallback-image-inline mw-invert skin-invert" aria-hidden="true" style="vertical-align: -2.338ex; width:42.781ex; height:5.843ex;" alt="{\displaystyle G={\frac {\partial U_{e}}{\partial U_{a}}}=1+{\frac {R_{V}}{r_{Z}}}+{\frac {R_{V}}{R_{L}}}{\stackrel {\,(r_{Z}\ll R_{V},R_{L})\,}{=}}{\frac {R_{V}}{r_{Z}}}}" loading="lazy"></span></dd></dl>

<p><i>r</i><sub>z</sub> ist der <a href="Differentieller_Widerstand" title="Differentieller Widerstand">differentielle Widerstand</a> der Z-Diode, der möglichst klein sein soll. Mit den typischen Werten <i>r</i><sub>z</sub> = 5 Ω und <i>R</i><sub>v</sub> = 1000 Ω werden Schwankungen der Eingangsspannung (auch die <a href="Restwelligkeit" title="Restwelligkeit">Restwelligkeit</a>) auf 0,5 % reduziert.

</p><p>Relativer Stabilisierungsfaktor <i>S</i>:

</p>

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</mstyle>

</mrow>

<annotation encoding="application/x-tex">{\displaystyle S={\frac {\frac {\partial U_{e}}{U_{e}}}{\frac {\partial U_{a}}{U_{a}}}}={\frac {U_{a}}{U_{e}}}{\frac {\partial U_{e}}{\partial U_{a}}}={\frac {U_{a}}{U_{e}}}G\approx {\frac {U_{a}R_{V}}{U_{e}r_{Z}}}}</annotation>

</semantics>

</math></span><img src="./_assets_/eb734a37dd21ce173a46342d1cc64c92/afae8aed1d74a07e7c4b4c1c3540eb89a158d59e.svg" class="mwe-math-fallback-image-inline mw-invert skin-invert" aria-hidden="true" style="vertical-align: -4.005ex; width:38.997ex; height:9.176ex;" alt="{\displaystyle S={\frac {\frac {\partial U_{e}}{U_{e}}}{\frac {\partial U_{a}}{U_{a}}}}={\frac {U_{a}}{U_{e}}}{\frac {\partial U_{e}}{\partial U_{a}}}={\frac {U_{a}}{U_{e}}}G\approx {\frac {U_{a}R_{V}}{U_{e}r_{Z}}}}" loading="lazy"></span></dd></dl>

<p>Die <i>Symmetrische Spannungsbegrenzung</i> funktioniert ähnlich wie die hier beschriebene Spannungsbegrenzung mit nur einer Z-Diode. Allerdings begrenzt sie auch negative Eingangsspannungen auf -<i>U</i><sub>Z</sub>. Dazu kommt allerdings ein <a href="Spannungsabfall" title="Spannungsabfall">Spannungsabfall</a> <i>U</i><sub>D</sub> an der zweiten Z-Diode, die in diesem Fall leitend ist. Dieser verhält sich analog zum Spannungsabfall einer herkömmlichen <a href="Diode" title="Diode">Diode</a>.

</p><p>Eine bessere Möglichkeit zur Spannungsstabilisierung liefern <a href="Spannungsregler" title="Spannungsregler">Spannungsregler</a>, welche die Spannung wesentlich präziser regeln können.

</p>

<div class="mw-heading mw-heading2"><h2 id="Kennzeichnung">Kennzeichnung</h2></div>

<p>Das Gehäuse von Zener-Dioden trägt an der Kathodenseite in der Regel einen Ring. Die Kennzeichnung entspricht damit den Konventionen anderer Dioden.

</p>

<div class="mw-heading mw-heading2"><h2 id="Siehe_auch">Siehe auch</h2></div>

<ul><li><a href="Pin-Diode" title="Pin-Diode">pin-Diode</a></li></ul>

<div class="mw-heading mw-heading2"><h2 id="Literatur">Literatur</h2></div>

<ul><li><a href="Ulrich_Tietze" title="Ulrich Tietze">Ulrich Tietze</a>, Christoph Schenk, Eberhard Gamm: <i>Halbleiter-Schaltungstechnik</i>. 12. Aufl. Springer, 2002, ISBN 3-540-42849-6.</li>

<li>Stefan Goßner: <i>Grundlagen der Elektronik</i>. 11. Auflage, Shaker, 2019, ISBN 978-3-8440-6784-2, Kapitel 5: <i>Stabilisierungsschaltung mit Z-Diode</i>.</li></ul>

<div class="mw-heading mw-heading2"><h2 id="Weblinks">Weblinks</h2></div>

<div class="sisterproject" style="margin:0.1em 0 0 0;"><div class="noresize noviewer" style="display:inline-block; line-height:10px; min-width:1.6em; text-align:center;" aria-hidden="true" role="presentation"><span class="mw-default-size" typeof="mw:File"><span title="Commons"></span></span></div><b><span class=""><a class="external text" href="https://commons.wikimedia.org/wiki/Category:Zener_diodes?uselang=de"><span lang="en">Commons</span>: Zener diodes</a></span></b> – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien</div>

<ul><li><a rel="nofollow" class="external text" href="http://www.elektronik-kompendium.de/public/schaerer/zbandgp.htm">Z-Diode-Erweiterungskurs und die Bandgap-Referenz</a> elektronik-kompendium.de</li>

<li><a rel="nofollow" class="external text" href="http://www.elektronik-kompendium.de/public/schaerer/powzen.htm">Die Power-Zenerdiode aus Z-Diode und Transistor</a> elektronik-kompendium.de</li></ul>

<div class="mw-heading mw-heading2"><h2 id="Einzelnachweise">Einzelnachweise</h2></div>

<li id="cite_note-1"><span class="mw-cite-backlink"><a href="#cite_ref-1">↑</a></span> <span class="reference-text">Fluke Corporation (Hrsg.): <cite style="font-style:italic">Calibration: Philosophy in Practice</cite>. Everett, Washington 1994, ISBN 0-9638650-0-5.<span class="Z3988" title="ctx_ver=Z39.88-2004&rft_val_fmt=info%3Aofi%2Ffmt%3Akev%3Amtx%3Abook&rfr_id=info:sid/de.wikipedia.org:Z-Diode&rft.btitle=Calibration%3A+Philosophy+in+Practice&rft.date=1994&rft.genre=book&rft.isbn=0963865005&rft.place=Everett%2C+Washington" style="display:none"> </span></span>

</li>

</ol>

<div>

Normdaten (Sachbegriff): <a href="Gemeinsame_Normdatei" title="Gemeinsame Normdatei">GND</a>: <span class="-print"><a rel="nofollow" class="external text" href="https://d-nb.info/gnd/4190693-7">4190693-7</a></span> </div>

</div></div></div><div><div class="zim-footer">

Dieser Artikel wurde von <a class="external text" title="Zuletzt bearbeitet am 2025-10-30" href="https://de.wikipedia.org/wiki/?title=Z-Diode&oldid=261072814">Wikipedia</a> herausgegeben. Der Text ist unter <a class="external text" href="https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0/deed.de">Creative Commons Attribution-Share Alike 4.0</a> verfügbar, sofern nicht anders angegeben. Für die Mediendateien können zusätzliche Bedingungen gelten.

</div>

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</body></html>