Mengapa 5.1V adalah tegangan Zener standar dan bukan 5V?

15

Melihat Digikey ada ~ 1300 hasil untuk diode 5.1V Zener dibandingkan dengan 6 untuk yang 5V.

Apakah ada alasan yang berhubungan dengan fisika untuk ini atau itu sesuatu yang lain?

zener materials

— Vintila
sumber

31

Anda mendapatkan bonus 100 mV untuk harga yang sama.

— Olin Lathrop

2

Dioda longsoran memiliki koefisien suhu tegangan positif, dioda zener memiliki koefisien negatif. Dekat 5.1V efek zener dan efek longsoran salju hampir sama, dan koefisien suhu agak membatalkan.

— Dietrich Epp

@ OlinLathrop: Ya, tetapi sebagai gantinya untuk meningkatkan tegangan 2%, Anda menerima 2% hit pada kemampuan penanganan saat ini pada disipasi daya yang diberikan.

— Dave Tweed

3

@DietrichEpp: Saya mendapat kesan bahwa pembatalan terjadi lebih dekat ke 5.6V, yang kebetulan, karena zener seperti itu diikuti oleh pengikut emitor kemudian memberikan hampir persis 5.0V. Ini bahkan mungkin menjadi salah satu alasan mengapa 5V dipilih sebagai tegangan suplai standar untuk logika digital beberapa dekade yang lalu.

— Dave Tweed

17

Tegangan dioda zener sebagian besar mengikuti interval nilai resistor E24, kisaran interval yang ditentukan dengan akurasi +/- 5%.

Dioda zener belum secara khusus dikembangkan sebagai teknologi, dengan referensi tegangan yang akurat menggunakan teknik celah pita sebagai gantinya. Intervalnya tetap sama selama bertahun-tahun.

Selain itu, dioda Zener kurang umum di sirkuit daripada yang mungkin diharapkan untuk pendatang baru elektronik, yang kadang-kadang dapat menganggapnya sebagai 'penurunan tegangan ajaib' yang menarik. Kombinasi ketidaktelitian dasar, varian penting dengan suhu dan arus dan arus kerja yang cukup besar untuk stabilitas mengurangi kegunaannya dibandingkan dengan pendekatan desain dan komponen lainnya.

— TonyM
sumber

7

Mungkin perlu dicatat bahwa meskipun akurasi absolut zener jauh lebih kecil daripada celah pita, secara umum, stabilitas jangka panjangnya dan semacamnya jauh lebih unggul, menjadikannya perangkat pilihan untuk sistem akurasi tinggi yang mengandalkan pemangkasan. untuk mendapatkan akurasi awal yang benar (LM199 / LM399 / LTZ1000).

— Joren Vaes

13

Nah, seperti resistor dan kapasitor, nilai tegangan dioda zener cenderung mengikuti serangkaian angka pilihan seperti: -

Jadi, cukup sering Anda akan menemukan 4.3 volt, 4.7 volt, 5.1 volt, dioda zener 5.6 volt dll.

Selain itu, dioda zener 5,1 volt di beberapa rentang pemasok memiliki koefisien suhu terendah dari perubahan tegangan dengan suhu: -

Jadi, jika Anda bertanya mengapa banyak desain menggunakan zener 5,1 volt saya akan mengatakan itu ke fisika.

— Andy alias
sumber

8

Seperti yang dikatakan Andy, zener yang tersedia dipaksa masuk ke seri E24, seperti komponen lainnya. Ini dilakukan dengan mengutak-atik fisika-tegangan lebih rendah (kurang dari sekitar 5V) sebenarnya adalah dioda Zener, dan dioda tegangan yang lebih tinggi adalah dioda longsoran. Dioda longsoran bekerja jauh lebih baik (dalam hal memiliki 'lutut' tegangan-arus tajam). Berikut adalah beberapa kurva karakteristik dari Onsemi yang menunjukkan variasi karakteristik dengan tegangan zener (yang ditunjukkan sebagai variabel kontinu):

Perhatikan bahwa zener impedans diplot pada grafik banyak-log - impedansi zener ~ 3V pada 5mA adalah sekitar 80 ohm, sedangkan zener 10V lebih seperti 8 ohm. Jadi jika kita menggunakan resistor 400 ohm pada bekas (dari pasokan 5V). Jika kita juga menggunakan suplai 16.7V dan zener 10V dengan seri 1.33K, regulasi persentase lebih dari 25x lebih baik dengan yang terakhir. Jadi zener tegangan rendah sangat tidak berguna.

Ada satu ceruk di mana tegangan zener yang diambil didasarkan pada fisika, dan pada karakteristik di atas - dan itu adalah untuk referensi tegangan. Untuk banyak aplikasi, referensi celah-pita telah menggantikan zener - mereka memiliki banyak keuntungan, terutama untuk aplikasi yang tidak penting - daya rendah dan operasi tegangan rendah dll.

Beberapa referensi komponen terbaik adalah dioda zener dengan dioda seri terintegrasi untuk secara efektif menghilangkan koefisien suhu tegangan. Kombinasi ini hanya bekerja pada kombinasi tegangan / arus tunggal - sekitar 6.2V atau 6.55V, sehingga zener + 2mV / derajat C yang mendasarinya adalah sekitar 600mV kurang dari itu. Contoh dari bagian ini adalah 1N829 .

Perangkat tersebut, walaupun sangat stabil, saat ini kurang populer, sebagian karena tidak dapat dipangkas sehingga toleransi voltase tidak dapat dibuat sangat ketat. Referensi celah pita modern dengan resistor yang dipangkas dapat dibuat dengan toleransi yang sangat ketat. Stabilitas mungkin tidak sebagus zener.

Beberapa referensi terbaik yang tersedia masih terintegrasi dioda Zener (di bawah permukaan zener "dikubur" dengan tambahan kompensasi suhu dan pemangkasan, sering dalam bentuk oven). Contohnya adalah LTZ1000, mungkin referensi terbaik yang tersedia secara umum dalam hal tempco dan stabilitas (meskipun mahal, haus daya, dan sedikit membutuhkan di daerah lain).

— Spehro Pefhany
sumber

1

Suatu hari saya akan menggunakan salah satu perangkat LTZ1000A itu. Mereka hanya perlu mengutak-atik dalam hal tegangan output mentah tidak secara khusus bersekutu dengan jumlah yang konsisten dan masuk akal. TempCo juga luar biasa.

— Andy alias

1

@Andyaka Mereka cukup mengagumkan tetapi Anda membutuhkan banyak resistor $ 15 dll untuk melakukan keadilan.

— Spehro Pefhany

Ya, itu sebabnya saya masih menggunakan LTC6655 - semuanya ada di sana dan tidak ada quibbles!

— Andy alias

@Andyaka Ada alasan lain untuk menggunakan LTC6655 dalam beberapa keadaan tapi saya tidak bisa membahasnya di forum publik.

— Spehro Pefhany

2

Zener Diodes cenderung mengikuti seri E24 seperti yang dikatakan Andy alias disebutkan. Perangkat yang disebutkan untuk toleransi taman varietas Zeners adalah 5%. Ketika variasi suhu dan arus Zener diperhitungkan dalam berbagai hal, bisa jauh lebih buruk daripada 5%. Perbedaan antara 5V dan 5v1 hanya 2%. Jika Anda menguji dua kantong katakanlah 10 zener yang merupakan tas A 5V dan tas B 5V1 Anda mungkin tidak dapat mengetahui tas mana yang. Alasan yang sama berlaku dengan resistor 5%.

— Autis
sumber