Dlaczego 5,1 V to standardowe napięcie Zenera, a nie 5 V?

15

Patrząc na Digikey, jest około 1300 wyników dla diod Zenera 5,1 V w porównaniu do 6 dla diod 5 V.

Czy ma to jakiś powód związany z fizyką, czy może jest to coś innego?

Vintila
źródło
31
Otrzymujesz bonus 100 mV za tę samą cenę.
Olin Lathrop,
2
Diody lawinowe mają dodatni współczynnik temperaturowy napięcia, diody Zenera mają ujemny współczynnik. Blisko 5,1 V efekt Zenera i efekt rozpadu lawiny są prawie równe, a współczynniki temperatury nieco się znoszą.
Dietrich Epp,
@OlinLathrop: Tak, ale w zamian za 2% wzrost napięcia, bierzesz 2% trafienia na zdolność do obsługi prądu przy danym rozproszeniu mocy.
Dave Tweed
3
@DietrichEpp: Miałem wrażenie, że anulowanie nastąpiło bliżej 5,6 V, co jest przypadkowe, ponieważ taki zener, a za nim podążający emiter dostarcza prawie dokładnie 5,0 V. Może to być nawet jeden z powodów, dla których 5 V wybrano jako standardowe napięcie zasilania dla logiki cyfrowej wiele lat temu.
Dave Tweed

Odpowiedzi:

17

Napięcia diody Zenera w dużej mierze odpowiadają przedziałom wartości rezystora E24, zakresowi przedziałów określonym z dokładnością +/- 5%.

Diody Zenera nie zostały specjalnie opracowane jako technologia, a zamiast nich zastosowano dokładne odniesienia napięcia za pomocą technik pasmowo-szczelinowych. Interwały pozostają takie same od wielu lat.

Nawiasem mówiąc, diody Zenera są mniej powszechne w obwodach, niż można się spodziewać po nowicjuszach elektroniki, którzy czasami uważają je za atrakcyjne „magiczne spadki napięcia”. Ich połączenie podstawowej niedokładności, zauważalnej wariancji z temperaturą i prądem oraz dość dużego prądu roboczego dla stabilności zmniejsza ich użyteczność w porównaniu z innymi podejściami projektowymi i komponentami.

TonyM
źródło
7
Być może warto zauważyć, że chociaż absolutna dokładność zenera jest znacznie mniejsza niż dokładność pasma, ogólnie, ich długoterminowa stabilność i taka jest znacznie lepsza, co czyni je doskonałym urządzeniem do systemów o wysokiej dokładności, które polegają na przycinaniu aby uzyskać prawidłową początkową dokładność (LM199 / LM399 / LTZ1000).
Joren Vaes,
13

Podobnie jak rezystory i kondensatory, wartości napięcia diody Zenera mają tendencję do podążania w zakresie preferowanych liczb, takich jak:

wprowadź opis zdjęcia tutaj

Więc dość często znajdziesz 4,3 V, 4,7 V, 5,1 V, 5,6 V diody Zenera itp.

Nawiasem mówiąc, 5,1-woltowa dioda Zenera w kilku zakresach dostawców ma najniższy współczynnik zmiany napięcia wraz z temperaturą: -

wprowadź opis zdjęcia tutaj

Więc jeśli zapytałeś, dlaczego wiele projektów używa zenerów 5,1 V, powiedziałbym, że to zależy od fizyki.

Andy aka
źródło
8

Jak powiedział Andy, dostępne zenery są wtłaczane do serii E24, podobnie jak inne komponenty. Odbywa się to poprzez manipulowanie fizycznym - niższe napięcie (mniej niż około 5 V) to w rzeczywistości diody Zenera, a diody o wyższym napięciu są diodami lawinowymi. Diody lawinowe działają znacznie lepiej (pod względem ostrego „prądu kolana” napięciowo-prądowego). Oto kilka charakterystycznych krzywych z Onsemi, które pokazują zmienność charakterystyk z napięciem Zenera (które pokazują jako zmienną ciągłą): wprowadź opis zdjęcia tutaj

Należy zauważyć, że impedancja Zenera jest narysowana na wykresie logarytmicznym - impedancja ~ 3 V zenera przy 5 mA wynosi około 80 omów, podczas gdy impedancja zenera 10 V jest bardziej zbliżona do 8 omów. Więc jeśli użyjemy rezystora 400 omów na pierwszym (z zasilania 5V). Jeśli podobnie użyjemy zasilania 16,7 V i 10 V zenera z 1,33 K szeregowo, regulacja procentowa jest ponad 25 razy lepsza w przypadku tego drugiego. Zenery o niższym napięciu są więc bezużyteczne.


Istnieje jedna nisza, w której dobrane napięcie Zenera opiera się na fizyce i powyższych właściwościach - a mianowicie na wartościach odniesienia napięcia. W wielu zastosowaniach odniesienia do pasma zastępują zenery - mają wiele zalet, szczególnie w zastosowaniach niekrytycznych - praca przy niskim poborze mocy i niskim napięciu itp. Są głośne i mają inne wady, jednak stopniowo zostały one rozwiązane.

Niektóre z najlepszych referencji komponentów to dioda Zenera ze zintegrowaną diodą szeregową, która skutecznie zeruje współczynnik temperaturowy napięcia. Ta kombinacja działa tylko przy pojedynczej kombinacji napięcie / prąd - około 6,2 V lub 6,55 V, więc leżący u podstaw + 2 mV / stopień C zenera jest o około 600 mV mniejszy. Przykładem tych części jest 1N829 .

Te urządzenia, choć bardzo stabilne, są obecnie mniej popularne, częściowo dlatego, że nie można ich przyciąć, więc tolerancja napięcia nie może być zbyt wąska. Nowoczesne odniesienia pasmowe z przyciętymi rezystorami mogą być wykonane z bardzo wąskimi tolerancjami. Jednak stabilność może nie być tak dobra jak zenera.

Niektóre z najlepszych dostępnych referencji to nadal zintegrowane diody Zenera (podpowierzchniowe „zakopane” zenery z dodatkową kompensacją temperatury i przycinaniem, często w formie piekarnika). Przykładem tego jest LTZ1000, prawdopodobnie najlepsza powszechnie dostępna referencja pod względem tempco i stabilności (choć droga, wymagająca dużej mocy i nieco potrzebna w innych obszarach).

wprowadź opis zdjęcia tutaj

Spehro Pefhany
źródło
1
Pewnego dnia użyję jednego z tych urządzeń LTZ1000A. Potrzebują tylko majstrowania przy surowym napięciu wyjściowym, które nie są szczególnie powiązane ze stałą i rozsądną liczbą. TempCo jest jednak niesamowity.
Andy alias
1
@Andyaka Są całkiem niesamowite, ale potrzebujesz kilku rezystorów 15 USD itp., Aby zapewnić im sprawiedliwość.
Spehro Pefhany
Tak, właśnie dlatego wciąż używam LTC6655 - jest praktycznie wszędzie i nie ma żadnych sprzeczek!
Andy alias
@Andyaka Jest inny powód, aby korzystać z LTC6655 w niektórych okolicznościach, ale nie mogę dyskutować na forum publicznym.
Spehro Pefhany
2

Diody Zenera mają tendencję do podążania za serią E24, jak stwierdzono Andy aka. Podana tolerancja urządzenia na urządzenie odmiany ogrodowej Zeners wynosi 5%. Gdy różnice temperatur i prądu Zenera są uwzględnione w rzeczach, mogą być znacznie gorsze niż 5%. Różnica między 5 V a 5v1 to tylko 2%. Jeśli przetestowałeś dwie torby, powiedzmy 10 zenerów, które były torbą A 5V i torbą B 5V1, możesz nie być w stanie stwierdzić, która torba była która. To samo rozumowanie dotyczy 5% rezystorów.

Autystyczny
źródło