Was ist der maximale und minimale Strom durch die Zenerdiode?

Ein Zenerdioden-Spannungsregler ist stark vom Laststrom abhängig. Beim Entwerfen einer solchen Schaltung müssen Sie den Strom (oder Strombereich) kennen, den Sie aus dieser geregelten Spannung ziehen.

Für eine ordnungsgemäße Regelung möchten Sie, dass der Zenerdiodenstrom zwischen einem bestimmten Mindestwert liegt$I_{Z,min}$(siehe Datenblatt für eine Arbeitskurve, gehen wir hier von 5 mA aus), damit sich die Zenerspannung entwickelt hat. Sie möchten aber auch, dass der Zenerstrom unter seinem maximalen Arbeitsstrom liegt$I_{Z,max}$(sagen wir 133 mA), um die gesamte Wärme abführen zu können.

Angenommen, Ihre Schaltung zieht einen Strom$I_L$zwischen$I_{L,min} = 10$Und$I_{L,max} = 50 mA$. Die Stromdifferenz (50-10 = 40 mA) muss durch die Zenerdiode fließen. Wenn Sie also den Strombereich Ihres Lastkreises kennen, können Sie die Zenerdiode dimensionieren, die mindestens quellen können muss$I_{Z,min}+(I_{L,max}-I_{L,min}) = 5+(50-10) = 45 mA < I_{Z,max} = 133 mA$.

Wenn Sie diese Werte kennen, können Sie auch Größe$R_S$. Die jetzige$I_S$durch$R_S$sollte also gleich dem maximalen Laststrom plus dem minimalen Zenerstrom sein$I_S = I_{L,max} + I_{Z,min} = 50 + 5 = 55 mA$(und verwenden Sie das Ohmsche Gesetz, um den Widerstandswert zu finden).

In den meisten praktischen Fällen$R_L$wird nicht benötigt und wird als "Modelllast" angezeigt. Sie würden also einfach ersetzen$R_L$durch deine Schaltung.

Jack Ganssle schimpft und beklagt sich in seinen Newslettern The Embedded Muse 229 und 230 darüber, dass Datenblätter hilfreicher sein sollten.

Im Jahr 229, sagt er

Datenblatt Rant

Es dreht sich alles um den Code - leider. Wie oben erwähnt, ist es schwierig, konkrete Informationen über den Stromverbrauch der L-Serie von Kinetis zu erhalten. Aber das ist heutzutage ein häufiges Problem – Datenblättern fehlen zunehmend die elektrischen Informationen, die ein Konstrukteur benötigt, um sowohl ein Teil auszuwählen als auch richtig zu konstruieren.

Im Jahr 230, sagt er

Ein Leser, der für einen großen Halbleiterhersteller arbeitet, antwortete mit einer Herausforderung: Was sollte ein Datenhseet enthalten? Mit einem Augenzwinkern antwortete ich: "Ein komplettes Transistor-Level-Schema des Teils!" Eigentlich weiß ich zu schätzen, wie schwierig es ist, diese komplexen Geräte wirklich zu dokumentieren.

Aber es ist frustrierend, wenn elektrische Parameter nicht vollständig charakterisiert werden. Oft werden nur typische Werte angegeben, nicht Max und Min. Einige Anbieter behandeln diese Komponenten als logische Geräte, obwohl es in Wahrheit viele elektronische Probleme gibt (Spannungen, Ströme usw.).

Schauen Sie sich einfach die Konkurrenz an. Zusätzlich zu Ihrem Zener-Datenblatt von Nexperia (NXP) habe ich dieses von On Semiconductor und dieses von Vishay gefunden . Nur das On Semi-Zener-Datenblatt listet eine Spannung bei 37 mA Teststrom von Min = 6,46, Typisch = 6,8, Max = 7,14 auf -- Danke, On Semiconductor!

Es ist sehr teuer, Geräte vollständig zu charakterisieren! In gewisser Weise erhöht dies die Messlatte, die Eintrittsbarriere, und verringert die Anzahl der Konkurrenten eines Unternehmens, weil es einfach viel Arbeit, Geld und Zeit kostet …

Ich würde es begrüßen, wenn die „Maker“-Community oder ein großer IEEE-Club eine gemeinnützige Organisation gründen würde, um einfache Geräte wie diese für die breite Masse zu charakterisieren, da es sich um eine statistische Studie handelt und eine anständige Stichprobengröße erforderlich ist. Das können wir gemeinsam angehen, meinst du nicht? Anstelle von Crowdfunding mit KickStarter könnten wir CrowdCharacterization, CrowdPCB, CrowdPlacement und CrowdGrunt (Endmontage) haben.

Hier ist meine Punkt-für-Punkt-Antwort auf Ihre Frage:

Für einen einfachen elektronischen Spannungsregler mit Zenerdiode verwende ich die folgende Schaltung. (Zener-Shunt-Regler)

Dies ist eine Bausteinschaltung, und wenn Sie genauer hinsehen, steht im Abschnitt "Anwendungen" zwar "Spannungsregler", aber "Spannungsstabilisierung" - es ist nicht besonders genau. Aus Gründen der Genauigkeit möchten Sie eine Spannungsreferenz - unbelastet - verwenden und diese mit einer Art Verstärker (NPN, FET oder Operationsverstärker) verwenden, um Leistung bei einer bestimmten Spannung zu liefern.

Um Rs und RL zu bestimmen, muss ich Izmax und Izmin der Zenerdiode 1N4736A kennen.

Ich empfehle, sich umzusehen und zu studieren, wie Zener in anderen Schaltungen verwendet werden. Als Bastler habe ich selbst eine alte Ausgabe von "The Art of Electronics" bekommen, die einen guten Abschnitt über Leistungselektronik und Linearregler enthält, so wie Sie versuchen, diesen Zener zu verwenden, für den dieser Zener jedoch nicht bestimmt ist . Wenn Ihre Anwendung besonders stromsparend und nicht wählerisch in Bezug auf die Eingangsspannung ist, könnte es funktionieren. Aber Sie möchten vielleicht trotzdem 100 (oder 1.000) bekommen und die Ergebnisse grafisch darstellen und die statistische Studie durchführen, wenn dies schließlich in ein echtes Produkt einfließen wird.

Aus diesem [Datenblatt] sind verschiedene aktuelle Spezifikationen verfügbar. Der maximale Arbeitsstrom wird mit 133mA angegeben. Der Prüfstrom bei Betriebsspannung beträgt 37 mA. (Irgendwo habe ich gefunden) Der Zener wird beschädigt, wenn er kontinuierlich mit maximalem Arbeitsstrom arbeitet.

Der Ingenieur muss häufig mit Impulsen und kurzen Dauern hoher Leistung umgehen, und die maximale Zahl gilt für diese Verwendungen. Es ist wirklich nur eine vage Vorstellung davon, wozu das Gerät in der Lage ist, und ein Teil der Eliminierung von Teilen, die für die Anwendung niemals funktionieren werden, „weil das Maximum einfach zu niedrig ist“. Sie sind dafür verantwortlich, dass das Teil für Ihre Anwendung funktioniert.

Zur Berechnung des minimalen Zenerstroms sagt eine Quelle, dass es 10% des maximalen Stromwerts ist, und eine andere Quelle sagt, dass es der Kniestrom (1 mA) ist, bei dem die Impedanz getestet wird. Welche ist die richtige Wahl?

Hersteller testen ihre Teile oft anders als andere Hersteller. Dies macht es zumindest beim Einkaufen unmöglich, Teile richtig zu vergleichen. Sie sind derjenige, der das Teil testen muss, um zu sehen, wie es sich verhält. Sie haben mein Mitgefühl. Und wie Sie oben gesehen haben, liegt es mir am Herzen, dass sich einige Leute zusammenschließen, die groß genug sind, um dem kleinen Kerl etwas davon zu ermöglichen.

(aus einem Kommentar) Dies dient eigentlich zu Demonstrationszwecken zum Arbeiten der Schaltung vom minimal möglichen Lastwiderstand (max. Last) bis zum Zustand ohne Last. (Mindestlast)

Bevor Sie jemand anderen unterrichten (außer vielleicht einem Anfänger-Elektronikclub für Kinder), möchten Sie wahrscheinlich viel in das Studium und das Testen dieser Schaltung und in anspruchsvollere (und nützlichere) Zener- / Spannungsreferenzschaltungen stecken. Sie möchten sich nicht schämen, wenn Ihr Zener in Rauch aufgeht (es sei denn, Sie haben es inszeniert, um ihn zu „lehren“) oder wenn er Fragen stellt, die Sie nicht beantworten können.

Ich überlasse Ihnen eine Schaltung aus The Art of Electronics, zweite Auflage, Seite 319. Dies ist ein "Active Power Zener", eine Art aktive Klemme. Die Idee ist, wenn die eingehende Stromversorgung zu viel Spannung erzeugt, einen Kurzschluss hart und schnell zu machen, um so eine Sicherung durchzubrennen oder einen Leistungsschalter umzuwerfen und die langsamere Zerstörung des Stromkreises, der an diesem vorbei ist, zu verhindern und möglicherweise zu verhindern auch Brandgefahr. Überspannung = Kurzschluss. Einfach und zuverlässig und schützt den Rest der Schaltung.

Sie können sehen, dass diese virtuelle Komponente, obwohl sie sich bei 6,8 Volt "einschalten" soll, eher so ist, als würde sie "aufgleiten" und bei ihren nominalen 6,8 Volt bereits mehr als drei Ampere sinken. Jetzt hängt die Kurve stark davon ab, welchen Transistor ich anschließe - ein 2N3055 kann wahrscheinlich mehr Verlustleistung verarbeiten, hat aber ein deutlich niedrigeres Beta (Verstärkung) - und eignet sich wahrscheinlich besser für eine aktive Klemme bei 6,8 Volt. Aber ich würde wahrscheinlich zuerst den Leistungstransistor wählen und eine binäre Suche nach dem Zener durchführen.

Mit binärer Suche meine ich das kontinuierliche Teilen des Suchraums jedes Mal in zwei Hälften, wodurch ich die Antwort schnell finden kann. Viel Glück für Sie.

Übrigens, wenn Sie eine Demo machen, lieben sie es immer, "den magischen Rauch" zu sehen. Zeigen Sie ihnen zuerst, was sie nicht tun sollen. Es ist der beste Weg, um sofort ihre Aufmerksamkeit zu erlangen. Mein (großartiger) Highschool-Lehrer hat immer gefragt: „Kann Wasser explodieren?“. Dann würde er mit seiner Klasse nach hinten gehen, etwas Natrium oder Kalium in etwas Wasser tropfen und einen kleinen Krater machen. Die Kinder liebten seinen Unterricht!

Warum eine Zenerdiode nicht mit ihrem Laststrom betreiben? Dann wird seine Spannung spezifiziert.