Wie kann eine Zenerdiode eine konstante Spannung aufrechterhalten?

Eine Zener-Diode in Sperrrichtung mehr als Durchbruch beginnt zu leiten. Wenn Sie die Rückwärtsvorspannung erhöhen:

  1. Es leitet mehr, dh der Strom darin steigt
  2. Die Spannung darüber bleibt gleich

Ich glaube, ich bekomme alle außer 2 oben. Warum bleibt die Spannung darüber konstant, selbst wenn die Sperrvorspannung erhöht wird?

es verwandelt einfach die zusätzliche Spannung in Wärme.
Der Widerstand des Zeners sinkt, wenn der Strom durch ihn zunimmt.
Ich denke nicht, dass Sie eine Antwort verdienen, da Sie weder auf die Kommentare reagieren noch irgendwelche Antworten anerkennen, die diese Community bisher auf Ihre Fragen gegeben hat.

Antworten (2)

Warum bleibt die Spannung darüber konstant, auch wenn die Sperrspannung erhöht wird?

Das tut es nicht. Die Spannung steigt sehr leicht an, wenn der Strom erhöht wird.

Um eine hydraulische Analogie zu verwenden, ist es wie ein Wehr über einem Fluss. Solange das Wasser unterhalb der Wehrkrone steht, fließt kein Wasser darüber. Sobald das Wasser den Kamm überschreitet, fließt Wasser. Wenn Sie eine viel größere Strömung flussabwärts schicken, steigt die Wasserhöhe über dem Wehr nur geringfügig an.

Die Rate, mit der die Spannung bei zunehmendem Strom ansteigt, wird verschiedentlich als Steigungswiderstand oder dynamischer Widerstand oder inkrementeller Widerstand bezeichnet. Dieser wird normalerweise in den Datenblättern von Zenerdioden bei einem bestimmten Strom aufgeführt und liegt oft im Ohm-Bereich. Die 6,2-V-Diode 1N4278A hat beispielsweise typischerweise einen Flankenwiderstand von 2 Ohm bei 41 mA und garantiert weniger als 700 Ohm bei 1 mA.

Ich mag die Idee eines Wehrs. Es ist vielseitig. Es veranschaulicht, warum große Stromänderungen nur sehr bescheidene, geringfügige Änderungen der "Höhe" anzeigen können. (Oder beobachtete Höhenänderungen weisen auf einen so großen Strömungsunterschied hin.) Was fehlt, ist der Rest der Umgebung , der auch auf die Strömung reagiert und mit dem Wehr selbst interagiert. Der Widerstand fungiert beispielsweise als Strombegrenzer für einen Zener. Die beiden existieren nicht isoliert. Es ist das gemeinsame Verhalten. Ich denke also, dass die Analogie erweitert werden muss, um beide Elemente als Ganzes einzubeziehen. Lässt sich die Analogie so erweitern?
+1 sowieso. Mir gefiel der Ansatz.
@jonk Vielleicht ein überlaufender Becher oder eines dieser Geräte mit konstantem Kopf, die wir früher in der Physik in der Schule verwendet haben, wobei der Eingangswiderstand ein dünnes Rohr ist, das den Becher mit einer begrenzten Durchflussrate füllt. Potential wie Höhe und maximaler Ausgangsstrom des Shunt-Reglers werden originalgetreu nachgebildet. Zenerdioden sind bekanntermaßen unter ihrer Zenerspannung undicht, daher wäre idealerweise auch das Wehr oder der Becher undicht, sodass ein sehr niedriger Eingangsstrom ihre Zenerhöhe nicht erreichen würde. Eine weiße LED ist um Größenordnungen besser als ein 3-V-Zener in Bezug auf Steigungswiderstand und geringen Stromverlust.
@jonk - electronic.stackexchange.com/questions/394152/… Ich verweise oft auf dieses Diagramm als Beweis dafür, dass LEDs besser sind als Zener, jedenfalls auf dem 3-V-Pegel
Hehe. Danke für die LED-Kurve! Interessant.

Frage von OP

Du hast die Frage gestellt:

Warum bleibt die Spannung darüber konstant, selbst wenn die Sperrvorspannung erhöht wird?

... und dann hast du fast (2 von 3) darauf geantwortet:

  1. Es leitet mehr, dh der Strom darin steigt
  1. Die Spannung bleibt gleich...

Sie müssen nur erwähnen, was der Widerstand dafür tut:

  1. ... da der Widerstand im gleichen Maße abnimmt wie der Strom ansteigt.

Ich bin sicher, das haben Sie schon erraten.

Elektrische Erklärung

Die nächste und natürliche Analogie zu einer Zenerdiode ist also ein variabler Widerstand (Rheostat) oder genauer gesagt ein "selbstvariierender" oder "dynamischer" Widerstand, der die Eigenschaft hat, seinen sofortigen Widerstand R zu verringern, wenn der Strom I ansteigt und vv um die Spannung V konstant zu halten:

V = Iink.Rdec = Idec.Rink = const

(ein extrem einfacher arithmetischer Trick, bei dem wir einen Multiplikator in die entgegengesetzte Richtung des anderen ändern, um das Produkt konstant zu halten).

Diese elektrische Analogie ist nicht nur einfach und offensichtlich, sondern kann auch leicht implementiert werden - wir müssen nur die Viper des Rheostats angemessen bewegen. Nur müssen wir einige Überlegungen im Hinterkopf behalten:

Stromversorgung. Sie haben gesagt "wenn die Sperrvorspannung erhöht wird", dh Sie meinen, eine Spannung wird an die Zenerdiode angelegt und dann wird die Spannung erhöht. Die Diode verhält sich jedoch wie ein Spannungsstabilisator, der alles tut, um seine Spannung aufrechtzuerhalten ... und wie wir oben gesehen haben, kann er im Namen dessen seinen Widerstand enorm verringern, indem er schließlich die Spannungsquelle kurzschließt. Die Schlussfolgerung ist, dass wir, um den Konflikt zu vermeiden, die Diode über eine Stromquelle und nicht über eine Spannungsquelle versorgen müssen ... oder zumindest über einen Widerstand.

Dioden "Widerstand". Es ist für manche Leute peinlich, eine Diode als "Widerstand" zu betrachten, aber das ist nur eine Analogie. Es hat "Widerstand" im weitesten Sinne des Wortes als etwas, das verhindert, dass Strom durch es fließt, wenn Spannung angelegt wird. Genauer gesagt hat es einen "nichtlinearen Widerstand".

Wie man es erklärt

Der zweite Teil meiner Antwort richtet sich an meine Kollegen, die versuchen, die Frage bestmöglich zu beantworten, insbesondere an @Neil_UK.

Grund Idee. Die Kunst des Erklärens besteht darin, zuerst die allgemeinste Idee (das Konzept) aufzudecken und dann ihre konkreten Umsetzungen zu betrachten. Somit können die Menschen nicht nur die spezifische (Zenerdioden-)Schaltung verstehen, sondern auch alle verwandten (Dioden-)Schaltungen, die auf derselben Idee (dynamischer Widerstand) basieren.

Ideales Gerät. Konzepte sollten durch ideale Geräte erklärt werden. In diesem Stadium sind Details unnötig; sie lenken nur von der Idee ab. Die "ideale" Zenerdiode hat also eine vertikale IV-Kurve und es macht keinen Sinn zu spezifizieren, dass sie nicht so vertikal ist, sondern eine leichte Neigung hat, da dies nichts zur Erklärung der Grundidee beiträgt.

Analogien. Alle Analogien mit wohlbekannten Phänomenen (elektrisch, mechanisch, pneumatisch, hydraulisch, biologisch, sozial usw.) helfen, die Idee zu verstehen, aber die elektrische Analogie kommt ihr am nächsten. Elektronische Schaltungen basieren auf elementareren elektrischen Schaltungen und lassen sich daher auf natürliche Weise durch sie erklären.

the diode behaves like a voltage stabilizer that does everything possible to maintain its voltageDas ist die Art von Erklärung, die wir für Operationsverstärker mit geschlossenem Regelkreis geben, und ein Zener ist das nicht (ein mit Zener verbundener TLV431 ist es jedoch). Es tut nicht alles, was es kann, der Lawinendurchbruch hat nur eine sehr steile I/V-Kurve.
@Neil_UK, Dies ist eine funktionale Erklärung des Diodenbetriebs. Siehe meine Bearbeitung.
Wie kann eine Zenerdiode eine konstante Spannung aufrechterhalten?
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