Halbleiterdiode

Kontakt 1 muss an den Pluspol des Solarmoduls angeschlossen werden, der Kontakt 2 an den Minuspol. Damit ist die LED in Durchlassrichtung und die Zenerdiode in Sperrrichtung gepolt - wie es sein muss.

Der Widerstand ist als Strombegrenzung notwendig, wenn beide Dioden durchgeschaltet sind.

Die Schaltung funktioniert als Überwachungsschaltung, wenn der Widerstand mit dem Wert \(R\) so dimensioniert ist, dass bei \(15\,\rm{V}\) Batteriespannung an der Zenerdiode die Spannung \(12\,\rm{V}\) (Durchbruchsspannung) liegt und an der Diode \(2{,}1\,\rm{V}\) (Schwellenspannung bei der die LED grün leuchtet). Steigt die Batteriespannung auf \(16\,\rm{V}\) an, so bleiben die an den beiden Dioden abfallenden Spannungen konstant, während die Spannung \(U_{R}\) am Widerstand aufgrund des zunehmenden Stromes ansteigt.

Für die maximale am Widerstand abfallende Spannung gilt: \[{U_{R,\max}} = {U_{0,\max }} - {U_{\rm{Z}}} - {U_{\rm{LED}}} \Rightarrow {U_{R,\max }} = 16\,\rm{V} - 12\,\rm{V} - 2{,}1\,\rm{V} = 1{,}9\,\rm{V}\]

Nun berechnen wir die maximal zulässigen Ströme durch die Dioden:

Zenerdiode: \[{I_{\rm{Z,\max}}} = \frac{{{P_{\rm{Verlust}}}}}{{{U_Z}}} \Rightarrow {I_{\rm{Z,\max}}} = \frac{300 \cdot 10^{-3}\,\rm{W}}{{12\,\rm{V}}}=25\,\rm{mA}\]

Leuchtdiode: \[{I_{\rm{LED,\max}}} = \frac{{{P_{\rm{Verlust}}}}}{{{U_{\rm{LED}}}}} \Rightarrow {I_{\rm{LED,\max}}} = \frac{300 \cdot 10^{-3}\,\rm{W}}{{2{,}1}\,\rm{A}} = 143\,\rm{mA}\]

Der Widerstand muss so dimensioniert werden, dass die kleinere Maximalstromstärke nicht überschritten wird: \[R = \frac{{{U_{\rm{R,\max}}}}}{{{I_{\rm{Z,\max}}}}} \Rightarrow R = \frac{{1{,}9}\,\rm{V}}{25 \cdot 10^{ - 3}\,\rm{A}} = 76\,\Omega\]