Diode Klasse E

Kniff: Die Frage nennt vier Eigenschaften, und nur eine beschreibt, was ein Stromfluss nicht mehr kann. Sperren heißt: der Strom findet keinen Weg, und das ist ein hoher Widerstand. Sortiere danach aus, ob die angebotene Eigenschaft den Strom behindert oder ihn im Gegenteil erlaubt.

Warum die anderen nicht stimmen:

• eine hohe Induktivität. – Induktivität ist die Eigenschaft einer Spule, also eines gewickelten Leiters; an einer Diode gibt es nichts, was diese Größe bestimmt.
• eine geringe Impedanz. – Geringe Impedanz heißt gut leitend und beschreibt damit genau die andere Richtung, die Durchlassrichtung.
• eine hohe Kapazität. – Kapazität beschreibt das Speichern von Ladung, nicht das Verhindern von Strom; gefragt ist die Eigenschaft, die den Stromfluss unterbindet.

Mehr dazu: Die Diode und ihre Schwellspannung

Kniff: Zwei Anschlüsse, verschieden in den beiden Richtungen: daraus ergibt sich genau eine Verwendung, nämlich eine Polarität durchlassen und die andere abschneiden. Prüfe bei jeder Antwort, ob sie etwas verlangt, was zwei Anschlüsse leisten können.

Warum die anderen nicht stimmen:

• zur Speicherung von Wechselströmen – Speichern ist die Sache von Kondensator und Akku; eine Diode hält nichts fest, sie lässt durch oder sperrt.
• als Widerstand in Netzteilen – Ein Widerstand wirkt in beiden Richtungen gleich — die Diode tut gerade das Gegenteil, und darauf beruht ihr Nutzen.
• als Verstärker in Stromversorgungen – Verstärken heißt, dass ein kleines Signal ein großes steuert, und dazu gehört ein dritter, steuernder Anschluss; die Diode hat nur Anode und Kathode.

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Kniff: Nur zwei Zahlenpaare sind zu behalten: Germanium 0,2 bis 0,4 V, Silizium 0,6 bis 0,8 V. Halte die Reihenfolge fest, indem du dir merkst, dass Germanium der niedrigere der beiden Werte ist. Jede Antwort, in der Germanium über Silizium liegt, fällt damit sofort weg.

Warum die anderen nicht stimmen:

• Germanium zwischen 0,6–0,8 V, bei Silizium 1,4–1,6 V. – Germanium bekommt hier die Siliziumwerte, und für Silizium wird ein Bereich genannt, der zu einer Leuchtdiode gehört: 1,4 V ist deren Durchlassspannung, nicht die Schwelle einer Siliziumdiode.
• Germanium zwischen 0,6–0,8 V, bei Silizium zwischen 0,2–0,4 V. – Beide Bereiche sind schlicht getauscht; die Zahlen stimmen, die Zuordnung ist umgedreht.
• Germanium zwischen 1,4–1,6 V, bei Silizium 0,6–0,8 V. – Für Silizium steht der richtige Bereich, Germanium ist auf einen Wert hochgesetzt, der in die Gegend einer Leuchtdiode gehört — Germanium liegt unter Silizium und nicht darüber.

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Kniff: Die Schottkydiode ist in beiden genannten Punkten die günstigere Diode, und die Falle steckt darin, dass „günstig“ einmal niedrig und einmal hoch heißt: niedrige Durchlassspannung, hohe Schaltfrequenz. Suche also nicht das Antwortpaar mit zwei gleichen Wörtern, sondern das mit zwei Vorteilen.

Warum die anderen nicht stimmen:

• Sehr hohe Durchlassspannung und sehr hohe Schaltfrequenz. – Die Schaltfrequenz stimmt, die Durchlassspannung ist umgedreht: eine hohe Durchlassspannung wäre ein Nachteil, und an ihr würde mehr Leistung verloren gehen.
• Sehr hohe Durchlassspannung und sehr niedrige Schaltfrequenz. – Hier sind beide Angaben umgedreht, die Antwort beschreibt eine in jeder Hinsicht schlechtere Diode als eine gewöhnliche.
• Sehr niedrige Durchlassspannung und sehr niedrige Schaltfrequenz. – Die Durchlassspannung stimmt, die Schaltfrequenz ist umgedreht; wer zweimal „niedrig“ liest, findet die Antwort stimmig, verliert aber gerade die Schnelligkeit, für die dieser Diodentyp gebaut wird.

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Kniff: Abgelesen wird am Fuß der Kurve, dort wo sie die Nulllinie verlässt — das ist die Schwellspannung. Oben im Bild rücken die Kurven dicht zusammen, wer dort schaut, verwechselt sie. Kurve 1 hat den niedrigsten Fuß von allen vier und knickt zugleich am schärfsten ab. Beides gehört zur Schottkydiode (etwa 0,2 bis 0,3 V). Germanium liegt ähnlich niedrig, hat aber den weichen, lang gezogenen Knick.

Warum die anderen nicht stimmen:

• Germaniumdiode – Germanium liegt mit etwa 0,3 V tatsächlich ähnlich niedrig und ist darum die nächstliegende Verwechslung. Unterschieden wird an der Form: Germanium knickt weich ab und braucht bis etwa 0,6 V, um voll zu leiten — das ist Kurve 2. Kurve 1 knickt scharf bei 0,2 V ab.
• Siliziumdiode – Silizium leitet erst ab 0,6 bis 0,7 V; das ist Kurve 3. Kurve 1 führt schon bei 0,2 V Strom, das kann eine Siliziumdiode nicht.
• Leuchtdiode – Eine Leuchtdiode braucht 1,5 V und mehr. Das ist die weit rechts liegende Kurve 4, nicht Kurve 1 bei 0,2 V.

Kniff: Kurve 2 beginnt niedrig, bei etwa 0,25 V — genauso niedrig wie Schottky. Der Unterschied steckt in der Form: Kurve 2 knickt weich ab und braucht bis etwa 0,6 V, bis sie steil steht. Dieser lang gezogene, weiche Knick bei niedriger Schwelle ist das Kennzeichen der Germaniumdiode. Und nicht am oberen Bildrand schauen: dort enden Kurve 2 und Kurve 3 dicht nebeneinander, obwohl ihre Füße 0,35 V auseinanderliegen.

Warum die anderen nicht stimmen:

• Schottkydiode – Die Schottkydiode hat eine ähnlich niedrige Schwelle, aber einen scharfen Knick: sie geht bei 0,2 V fast senkrecht hoch, das ist Kurve 1. Kurve 2 steigt über einen ganzen Viertelvolt hinweg allmählich an.
• Siliziumdiode – Silizium beginnt erst bei 0,6 bis 0,7 V zu leiten, das ist Kurve 3. Die Verwechslung entsteht am oberen Bildrand, wo Kurve 2 und Kurve 3 fast zusammenlaufen. Entscheidend ist der Fuß der Kurve.
• Leuchtdiode – Eine Leuchtdiode braucht etwa 1,5 V und mehr, das ist Kurve 4 weit rechts.

Kniff: Kurve 3 verlässt die Nulllinie bei 0,6 V und steht bei 0,7 V schon steil — genau die Zahlen, die man für Silizium im Kopf haben muss. Die Falle liegt oben im Bild: dort enden Kurve 2 und Kurve 3 dicht beieinander, und auch die Ziffern 2 und 3 stehen fast aneinander. Gelesen wird am Fuß der Kurve, nicht am Kopf.

Warum die anderen nicht stimmen:

• Germaniumdiode – Germanium leitet schon ab etwa 0,3 V; das ist Kurve 2, die weit links mit dem weichen Knick beginnt. Oben im Bild laufen 2 und 3 dicht nebeneinander, daher die Verwechslung — am Fuß liegen sie 0,35 V auseinander.
• Schottkydiode – Die Schottkydiode hat die niedrigste Schwelle von allen vier, etwa 0,2 V. Das ist Kurve 1 ganz links.
• Leuchtdiode – Eine Leuchtdiode braucht etwa 1,5 V und mehr, das ist Kurve 4 weit rechts. Bei 0,6 V würde sie noch gar nicht leuchten.

Kniff: Kurve 4 liegt als einzige jenseits von 1 V: sie beginnt erst bei etwa 1,5 V. Eine so hohe Schwellspannung hat von den vier genannten Bauteilen nur die Leuchtdiode — ihr Wert hängt von der Farbe ab und reicht von etwa 1,5 V (rot) bis über 3 V (blau und weiß). Die drei Dioden zum Gleichrichten bleiben alle deutlich unter 1 V.

Warum die anderen nicht stimmen:

• Siliziumdiode – Silizium leitet ab 0,6 bis 0,7 V, das ist Kurve 3. Die etwa 1,5 V von Kurve 4 sind mehr als das Doppelte davon.
• Schottkydiode – Die Schottkydiode hat von allen vier die niedrigste Schwelle, etwa 0,2 V — Kurve 1 ganz links. Sie ist genau das Gegenstück zu Kurve 4.
• Germaniumdiode – Germanium leitet ab etwa 0,3 V; das ist die weich einsetzende Kurve 2. Von 1,5 V ist sie weit entfernt.

Richtig ist C:

Der Arbeitspunkt ist das Paar aus Spannung und Strom, das sich an einem Bauteil in der Schaltung gerade einstellt, also ein bestimmter Punkt auf seiner Kennlinie. Die Kennlinie einer Siliziumdiode ist sehr ungleichmäßig: liegt die Spannung von der Anode zur Kathode unter etwa 0,6 bis 0,7 V oder gar negativ, fließt praktisch kein Strom und die Diode sperrt. Oberhalb dieser Schwelle steigt der Strom steil an, während die Spannung fast stehen bleibt, und ein Arbeitspunkt dort bedeutet eine leitende Diode. Maßgeblich ist allein die Differenz Anodenpotential minus Kathodenpotential; welche absoluten Werte gegen Masse an den beiden Anschlüssen stehen, spielt keine Rolle. Im Schaltzeichen ist die Anode die Seite mit dem Dreieck und die Kathode die Seite mit dem Querstrich, auf den die Dreiecksspitze zeigt.

Kniff: Suche in jedem Bild erst den Querstrich, also die Kathode, und rechne dann Anodenpotential minus Kathodenpotential. Nur ein positives Ergebnis in der Größenordnung von 0,6 bis 0,7 V bedeutet eine leitende Diode. Die Falle ist die Richtung des Zeichens: die Zahlen unterscheiden sich kaum, und weil das Dreieck in manchen Bildern gespiegelt ist, bedeutet derselbe Abstand von 0,7 V einmal Durchlass und einmal Sperrung. Negative Zahlen sind kein Hinweis auf Sperrung, denn auch zwei negative Potentiale können die richtige Differenz ergeben.

Richtig ist C:

Der Arbeitspunkt ist das Paar aus Spannung und Strom, das sich an einem Bauteil in der Schaltung gerade einstellt, also ein bestimmter Punkt auf seiner Kennlinie. Die Kennlinie einer Siliziumdiode ist sehr ungleichmäßig: liegt die Spannung von der Anode zur Kathode unter etwa 0,6 bis 0,7 V oder gar negativ, fließt praktisch kein Strom und die Diode sperrt. Oberhalb dieser Schwelle steigt der Strom steil an, während die Spannung fast stehen bleibt, und ein Arbeitspunkt dort bedeutet eine leitende Diode. Maßgeblich ist allein die Differenz Anodenpotential minus Kathodenpotential; welche absoluten Werte gegen Masse an den beiden Anschlüssen stehen, spielt keine Rolle. Im Schaltzeichen ist die Anode die Seite mit dem Dreieck und die Kathode die Seite mit dem Querstrich, auf den die Dreiecksspitze zeigt.

Kniff: Lege den Finger auf den Querstrich, das ist die Kathode, und bilde Anode minus Kathode. Ein Ergebnis von etwa plus 0,7 V heißt leitend, minus 0,7 V heißt sperrend. Verwechseln kann man vor allem die Bilder mit ähnlichen Zahlenpaaren, in denen das Dreieck aber in verschiedene Richtungen zeigt, denn das Vorzeichen der Differenz hängt allein davon ab. Lass dich von negativen Potentialen nicht täuschen; entscheidend ist nur, welcher Anschluss der höhere ist und ob dort die Anode liegt.

Richtig ist C:

Der Arbeitspunkt ist das Paar aus Spannung und Strom, das sich an einem Bauteil in der Schaltung gerade einstellt, also ein bestimmter Punkt auf seiner Kennlinie. Die Kennlinie einer Siliziumdiode ist sehr ungleichmäßig: liegt die Spannung von der Anode zur Kathode unter etwa 0,6 bis 0,7 V oder gar negativ, fließt praktisch kein Strom und die Diode sperrt. Oberhalb dieser Schwelle steigt der Strom steil an, während die Spannung fast stehen bleibt, und ein Arbeitspunkt dort bedeutet eine leitende Diode. Maßgeblich ist allein die Differenz Anodenpotential minus Kathodenpotential; welche absoluten Werte gegen Masse an den beiden Anschlüssen stehen, spielt keine Rolle. Im Schaltzeichen ist die Anode die Seite mit dem Dreieck und die Kathode die Seite mit dem Querstrich, auf den die Dreiecksspitze zeigt.

Kniff: Bestimme in jedem Bild zuerst, auf welcher Seite der Querstrich sitzt, und rechne dann Anodenpotential minus Kathodenpotential. Gesucht ist das Bild mit etwa plus 0,7 V. Am leichtesten verwechselt man die beiden Bilder, in denen minus 1,3 V vorkommt, denn dieselbe Zahl steht einmal an der Anode und einmal an der Kathode. Es kommt nicht auf die Größe der Zahlen und nicht auf ihr Vorzeichen gegen Masse an, sondern nur darauf, ob die Dreiecksseite die höhere Spannung hat.

Richtig ist D:

Der Arbeitspunkt ist das Paar aus Spannung und Strom, das sich an einem Bauteil in der Schaltung gerade einstellt, also ein bestimmter Punkt auf seiner Kennlinie. Die Kennlinie einer Siliziumdiode ist sehr ungleichmäßig: liegt die Spannung von der Anode zur Kathode unter etwa 0,6 bis 0,7 V oder gar negativ, fließt praktisch kein Strom und die Diode sperrt. Oberhalb dieser Schwelle steigt der Strom steil an, während die Spannung fast stehen bleibt, und ein Arbeitspunkt dort bedeutet eine leitende Diode. Maßgeblich ist allein die Differenz Anodenpotential minus Kathodenpotential; welche absoluten Werte gegen Masse an den beiden Anschlüssen stehen, spielt keine Rolle. Im Schaltzeichen ist die Anode die Seite mit dem Dreieck und die Kathode die Seite mit dem Querstrich, auf den die Dreiecksspitze zeigt.

Kniff: Erst die Kathode am Querstrich suchen, dann Anode minus Kathode rechnen, und nur ein Ergebnis um plus 0,7 V zählt. Hohe Zahlenwerte an beiden Anschlüssen sagen für sich nichts, denn die Diode sieht nur ihre Differenz. Die Falle sind die negativen Werte im richtigen Bild: minus 3,0 V ist trotz des Minuszeichens die höhere Spannung gegenüber minus 3,7 V, und weil dort die Anode liegt, leitet die Diode.

Lösungsweg:

1. Maßgeblich ist die Spannung an der Diode selbst, also Anode minus Kathode
2. Silizium leitet erst über 0,6 bis 0,8 V, und nur bei positiver Differenz
3. 5,7 V minus 6,4 V = minus 0,7 V, 5,0 V minus 5,1 V = minus 0,1 V, 5,0 V minus 5,7 V = minus 0,7 V — alle drei sperren
4. 5,7 V minus 5,0 V = 0,7 V, positiv und im Siliziumbereich: bei Anode 5,7 V und Kathode 5,0 V leitet die Diode

Kniff: Lies nicht die einzelnen Werte, sondern bilde jedes Mal die Differenz Anode minus Kathode. Nur wenn diese Differenz positiv ist und bei Silizium 0,6 bis 0,8 V erreicht, leitet die Diode. Bei drei der vier Antworten ist die Differenz negativ, und damit ist die Frage schon entschieden.

Warum die anderen nicht stimmen:

• An der Anode liegen 5,7 V, an der Kathode 6,4 V an. – 5,7 V minus 6,4 V ergibt minus 0,7 V: die Kathode liegt um 0,7 V höher, die Diode ist damit in Sperrrichtung und sperrt, so groß die beiden Werte auch sind.
• An der Anode liegen 5,0 V, an der Kathode 5,1 V an. – 5,0 V minus 5,1 V ergibt minus 0,1 V: die Kathode liegt höher, also Sperrrichtung, und selbst dem Betrag nach läge 0,1 V weit unter der Schwelle.
• An der Anode liegen 5,0 V, an der Kathode 5,7 V an. – 5,0 V minus 5,7 V ergibt minus 0,7 V, das ist die richtige Antwort mit vertauschten Anschlüssen; wer nur nach den Zahlen 5,0 und 5,7 greift, landet in der Sperrrichtung.

Mehr dazu: Die Diode und ihre Schwellspannung

Kniff: Alles steht im Diodensymbol. Die beiden Pfeile zeigen vom Bauteil weg: es gibt Licht ab, ist also eine Leuchtdiode. Zeigten sie darauf zu, wäre es eine Fotodiode, die Licht aufnimmt. Der Widerstand in Reihe ist kein Bauteil mit eigener Aufgabe, sondern begrenzt nur den Strom, damit die Diode nicht durchbrennt. Mehr als Anzeigen kann diese Schaltung nicht: es gibt keinen Messzweig und keine Quelle.

Warum die anderen nicht stimmen:

• Stromgewinnung – Die Schaltung braucht Strom von außen, sie liefert keinen. Strom aus Licht käme aus einer Fotodiode oder Solarzelle — deren Pfeile zeigen zum Bauteil hin, hier zeigen sie weg.
• Leistungsüberwachung – Für eine Leistung müsste man Strom und Spannung erfassen und miteinander verrechnen. Hier gibt es kein Messgerät und keinen Messwiderstand mit Abgriff; die Diode leuchtet oder leuchtet nicht.
• Spannungserhöhung – Kein Bauteil in der Schaltung kann Spannung heraufsetzen. Der Widerstand baut Spannung ab, die Diode hält ihre feste Durchlassspannung. Zum Heraufsetzen bräuchte man einen Wandler, Transformator oder eine Diodenkaskade.

Lösungsweg:

1. Am Vorwiderstand liegt die Differenz: 5,0 V − 1,4 V = 3,6 V
2. Den Strom in Ampere bringen: 20 mA = 0,02 A
3. Ohmsches Gesetz auf den Widerstand anwenden: R = U / I
4. Einsetzen: 3,6 V / 0,02 A = 180 Ω

Kniff: Die Leuchtdiode behält ihre 1,4 V, der Rest der Quellenspannung muss am Vorwiderstand abfallen: 5,0 V minus 1,4 V sind 3,6 V. Diese 3,6 V, nicht die 5,0 V, werden durch den Strom geteilt, und der Strom muss vorher von Milliampere in Ampere umgerechnet werden. 3,6 V geteilt durch 0,02 A ergibt 180 Ω.

Warum die anderen nicht stimmen:

• 320 Ω. – Addiert statt subtrahiert: 5,0 V plus 1,4 V sind 6,4 V, und 6,4 V geteilt durch 0,02 A ergeben genau diese 320 Ω.
• 250 Ω. – Hier ist die Durchlassspannung der Leuchtdiode weggelassen und die ganze Quellenspannung geteilt worden: 5,0 V / 0,02 A = 250 Ω.
• 70 Ω. – Hier ist nur mit der Diodenspannung gerechnet worden statt mit der Differenz: 1,4 V / 0,02 A = 70 Ω, also mit dem Spannungsanteil, der gerade nicht am Widerstand liegt.

Mehr dazu: Die Diode und ihre Schwellspannung

Lösungsweg:

1. Spannung am Widerstand: U_R = 5,5 V − 1,75 V = 3,75 V
2. R = U_R / I = 3,75 V / 0,025 A = 150 Ω
3. P = U_R · I = 3,75 V · 0,025 A = 0,094 W
4. Nächste ausreichende Klasse: 150 Ω / 0,1 W

Kniff: Weil die beiden Bauteile in Reihe liegen, fließt durch beide derselbe Strom von 25 mA, und die Betriebsspannung teilt sich auf. Für den Widerstand bleibt nur der Rest übrig: 5,5 V minus die 1,75 V der Diode. Mit diesen 3,75 V wird gerechnet, nicht mit der ganzen Spannung und nicht mit der Diodenspannung. Beim zweiten Teil, der Belastbarkeit, gilt dasselbe: die Verlustleistung entsteht nur am Widerstand, also aus seinen 3,75 V. Das Ergebnis wird aufgerundet auf die nächste lieferbare Klasse — ein Bauteil darf mehr aushalten als nötig, nie weniger.

Warum die anderen nicht stimmen:

• 150 Ω/0,06 W – Der Widerstandswert stimmt, die Belastbarkeit ist zu klein gewählt. Am Widerstand fallen 3,75 V · 0,025 A gleich 0,094 W an; 0,06 W ist die nächstkleinere gängige Klasse (ein Sechzehntel Watt) und wäre damit überlastet.
• 70 Ω/0,06 W – Die 70 Ω entstehen, wenn man mit der Durchlassspannung der Diode rechnet statt mit dem Rest am Widerstand: 1,75 V / 0,025 A = 70 Ω. An diesem Widerstand fielen übrigens nur 0,044 W ab, auch die 0,06 W passen dazu nicht.
• 70 Ω/0,1 W – Derselbe Fehler beim Widerstand — 1,75 V / 0,025 A statt 3,75 V / 0,025 A. Die Leistungsangabe ist von der richtigen Antwort übernommen, aber mit 70 Ω liegt die Verlustleistung bei nur 0,044 W. Mit diesem Widerstand flössen an 5,5 V weit mehr als 25 mA.

Kniff: Alle Dioden werden als Dreieck mit Querstrich gezeichnet; unterschieden werden die Bauarten allein durch die Zutat am Querstrich. Der einseitig abgeknickte Strich — wie ein kleines Fähnchen — ist das Zeichen der Z-Diode. Sie wird verkehrt herum betrieben und hält in Sperrrichtung ihre Durchbruchspannung fest, daher die Verwendung zum Stabilisieren. Wichtig: Dreieck und Strich sagen nur, wo Anode und Kathode sind; ob eine Diode Freilaufdiode heißt, hängt von ihrer Aufgabe in der Schaltung ab und nicht vom Symbol.

Warum die anderen nicht stimmen:

• Leuchtdiode – Die hat dieselbe Grundform, aber statt des Knicks zwei kleine Pfeile, die vom Symbol nach außen weisen — das abgestrahlte Licht. Im Bild sind keine Pfeile zu sehen.
• Freilaufdiode – Das ist keine Bauart, sondern eine Aufgabe: eine gewöhnliche Diode parallel zu einer Spule, die den Abschaltstrom weiterlaufen lässt. Ihr Symbol ist die schmucklose Diode, der Querstrich ohne Knick.
• Kapazitätsdiode – Bei ihr wird die Kathode als Doppelstrich gezeichnet, wie die zwei Platten eines Kondensators. Im Bild steht nur ein Strich, dafür mit abgeknicktem Ende.

Kniff: Alle vier Antworten enden auf „stabilisierung“, entschieden wird also allein durch das vordere Wort. Die Z-Diode hält in Sperrrichtung ihre Durchbruchspannung fest, und festgehalten wird damit eine Spannung.

Warum die anderen nicht stimmen:

• Zur Stromstabilisierung – Verwechselt die Größe: die Z-Diode legt die Spannung fest, der Strom durch sie stellt sich danach ein und wird vom Vorwiderstand begrenzt.
• Zur Zweiwegstabilisierung – „Zweiweg“ gehört zur Gleichrichtung und beschreibt, wie viele Halbwellen genutzt werden; als Bezeichnung einer Stabilisierung gibt es das Wort nicht.
• Zur Leistungsstabilisierung – Leistung ist Spannung mal Strom, also von zwei Größen abhängig; die Z-Diode hält nur eine davon fest.

Mehr dazu: Die Diode und ihre Schwellspannung

Kniff: Zwei Bildmerkmale zusammen ergeben die Antwort. Erstens: der abgeknickte Katodenstrich sagt Z-Diode. Zweitens: ihre Katode hängt an der Plusleitung, sie ist also in Sperrrichtung eingebaut. Eine Z-Diode in Sperrrichtung hält von ihrer Durchbruchspannung an die Spannung an ihren Anschlüssen fast konstant, auch wenn der Strom durch sie stark schwankt. Der Widerstand davor nimmt den Rest der Eingangsspannung auf und begrenzt den Strom. Der Ausgang liegt parallel zur Z-Diode und bekommt damit die stabile Spannung.

Warum die anderen nicht stimmen:

• Spannungserhöhung – Das einzige Bauteil im Längszweig ist ein Widerstand, und ein Widerstand kann Spannung nur abbauen. Die Ausgangsspannung ist hier immer kleiner als die Eingangsspannung. Zum Erhöhen bräuchte es einen Transformator, eine Ladungspumpe oder einen Schaltwandler — nichts davon ist gezeichnet.
• Stromgewinnung – Strom wird nicht gewonnen, er wird geliefert — von der Quelle, die links außerhalb der Zeichnung an den Eingangsklemmen hängt. Der Widerstand im Bild begrenzt den Strom sogar.
• Leuchtanzeige – Hier wird das Zeichen der Z-Diode mit dem einer Leuchtdiode verwechselt. Die Leuchtdiode trägt zwei kleine schräge Pfeile, die vom Symbol wegzeigen (das abgestrahlte Licht); die Z-Diode hat statt dessen den abgeknickten Katodenstrich, wie hier. Außerdem ist die Diode in Sperrrichtung eingebaut — eine Leuchtdiode müsste in Durchlassrichtung liegen, sonst leuchtet sie nicht.

Richtig ist A:

Eine Z-Diode wird bewusst in Sperrrichtung betrieben. Oberhalb ihrer Z-Spannung bricht sie definiert durch und hält diese Spannung fest, fast unabhängig vom Strom. Damit sie das kann, braucht sie zwei Dinge: einen Vorwiderstand in der Zuleitung, der die Differenz zur Eingangsspannung aufnimmt und den Strom begrenzt, und einen Platz parallel zum Verbraucher, dessen Spannung stabil bleiben soll. Die Kathode zeigt dabei immer zu dem Pol mit der höheren Spannung, bei positiver Ausgangsspannung also zum Ausgang und bei negativer Ausgangsspannung zum Bezugspunkt. Liegt die Diode in Durchlassrichtung, bleiben nur einige Zehntel Volt übrig, und ohne Vorwiderstand fehlt jede Strombegrenzung.

Kniff: Prüfe zwei Dinge in dieser Reihenfolge: Liegt der Widerstand in der Zuleitung vor der Diode, und sperrt die Diode für die angegebene Eingangsspannung. Bei positiver Spannung muss der Kathodenstrich oben zum Ausgang zeigen, bei negativer Spannung nach unten zum Bezugspunkt. Am leichtesten verwechselt man die beiden Bilder mit richtiger Bauteilfolge und verschiedener Diodenrichtung; die falsche liegt in Durchlassrichtung und ließe die Ausgangsspannung auf einige Zehntel Volt zusammenbrechen. Ein Bild ohne Vorwiderstand vor der Diode scheidet in jedem Fall aus.

Lösungsweg:

1. Spannung am Vorwiderstand: U_RV = 13,8 V − 5 V = 8,8 V
2. Strom: unbelasteter Ausgang, also I = I_Z = 30 mA = 0,03 A
3. R_V = 8,8 V / 0,03 A = 293,3 Ω, also ca. 293 Ω

Kniff: Die Zeichnung zeigt einen Spannungsteiler aus zwei Teilen: R_V und die Z-Diode liegen in Reihe. Die Diode hält an ihren Klemmen die 5 V fest, also bleibt für den Widerstand die Differenz übrig — 13,8 V minus 5 V. Genau hier fällt man herein und rechnet mit 13,8 V oder mit 5 V. Der Strom ist einfach, weil der Ausgang unbelastet ist: es gibt nur einen Weg, der Strom durch R_V ist derselbe wie der Strom durch die Diode, nämlich 30 mA. Wäre am Ausgang etwas angeschlossen, müsste man dessen Strom noch addieren.

Warum die anderen nicht stimmen:

• ca. 3,41 mΩ – Hier wurde der Bruch verkehrt herum gebildet: 0,03 A / 8,8 V = 0,00341 statt 8,8 V / 0,03 A. Das Ergebnis wurde dann als 3,41 Milliohm gelesen. Bei Ohms Gesetz steht die Spannung oben.
• ca. 167 Ω – Gerechnet mit der Z-Spannung: 5 V / 0,03 A = 167 Ω. Die 5 V liegen aber an der Diode, nicht am Vorwiderstand.
• ca. 460 Ω – Gerechnet mit der ganzen Betriebsspannung: 13,8 V / 0,03 A = 460 Ω. Der Abzug der 5 V, die die Diode selbst übernimmt, fehlt.

Lösungsweg:

1. Spannung über R_V: 13,8 V - 4,7 V = 9,1 V
2. Strom durch R_V: I_Z + I_L = 25 mA + 20 mA = 45 mA = 0,045 A
3. R_V = 9,1 V / 0,045 A = 202,2 Ω, also ca. 202 Ω

Kniff: Zwei Fragen, in dieser Reihenfolge. Welche Spannung liegt über R_V? Nicht die 13,8 V und nicht die 4,7 V, sondern die Differenz: die Z-Diode klemmt den Knoten auf 4,7 V, also bleiben für den Vorwiderstand 13,8 V - 4,7 V = 9,1 V. Und welcher Strom fließt durch R_V? Der Knoten teilt den Strom erst hinter dem Widerstand auf, durch R_V muss deshalb die Summe von Diodenstrom und Laststrom fließen: 25 mA + 20 mA = 45 mA. Wer nur einen der beiden Ströme nimmt oder mit der falschen Spannung rechnet, landet genau auf den anderen Antworten.

Warum die anderen nicht stimmen:

• ca. 235 Ω. – Das ist der Lastwiderstand, nicht der Vorwiderstand: R_L = 4,7 V / 20 mA = 235 Ω. Gerechnet wurde mit der Diodenspannung und dem Laststrom, also mit den Werten des anderen Zweigs.
• ca. 364 Ω. – Die Spannung stimmt, der Strom nicht: 9,1 V / 25 mA = 364 Ω. Der Laststrom von 20 mA fließt aber ebenfalls durch R_V und ist hier vergessen.
• ca. 188 Ω. – Falsche Spannung zur falschen Stromangabe: 4,7 V / 25 mA = 188 Ω. Das ist der Widerstand, den die Z-Diode selbst darstellt, nicht der Widerstand, der die restlichen 9,1 V aufnehmen muss.