Mengapa dioda Zener dalam konfigurasi linggis menjatuhkan tegangan input?

skema

^{mensimulasikan rangkaian ini - Skema dibuat menggunakan CircuitLab}

Saya mencoba untuk menghubungkan dioda Zener untuk menambahkan beberapa ukuran perlindungan (menyatu "linggis") ke sirkuit yang mencakup sensor oksigen bertenaga loop dengan output dibaca oleh GHI Cobra ADC / Analog In. Idenya adalah bahwa jika ada kekurangan pada sensor yang menyebabkan 12V pada outputnya, Zener dengan 4,7 V kerusakan antara output sensor (dan input ADC) dan ground akan menjaga arus 12V menjauh dari ADC cukup lama untuk sekering meledak karena batas pada pin Cobra adalah 5V.

Namun, saya menemukan bahwa ketika saya memasukkan dioda Zener, ia menjatuhkan tegangan yang sedang dibaca oleh ADC (volt meter sekarang), misalnya, dari 4,38 volt menjadi 3,98 volt. Ketika saya mengganti Zener dengan dioda biasa hanya untuk menguji, tegangan tidak turun. Apa yang menyebabkannya? Dapatkah Zener digunakan untuk "linggis" sehingga tidak mengubah tegangan pada sisi output sensor? Zener dipasang dengan cincin ke arah sisi ADC. Toko elektronik mengatakan memiliki kerusakan 4.7V, tapi saya tidak yakin bagaimana mengujinya.

zener

— Mat
sumber

Dioda biasa biasanya tidak menampilkan penguraian Zener yang sangat baik seperti dioda Zener (karena itu ada dioda Zener khusus), jadi wajar jika dioda biasa tidak melakukan apa-apa. Dioda zener dapat membocorkan sejumlah kecil arus dan dengan cara itu mempengaruhi pengukuran. Peralatan uji apa saja yang tersedia? Bisakah Anda mendapatkan dioda penekan tegangan transien (TVS diode)? Mereka harus memiliki arus bocor lebih rendah daripada dioda Zener.

— AndrejaKo

Agak sulit untuk mendapatkan dioda TVS sekarang (di pulau kecil.) Penurunan tegangan 10% - tampaknya tinggi untuk kebocoran. Tidak ada kebocoran yang dapat diukur dengan dioda biasa.

— Matt

Itu bukan linggis, itu penjepit. Linggis menyingkat input pada kondisi tegangan lebih; sebuah penjepit hanya membatasi ke tegangan yang ditentukan.

— marcelm

Jawaban:

Tegangan balik dari dioda zener tidak menunjukkan lutut yang tajam dengan meningkatnya arus, sehingga zener akan melakukan beberapa miliampere pada tegangan jauh di bawah tegangan pengenalnya. Tidak perlu sekering dalam hal ini dengan asumsi bahwa impedansi input mikrokontroler Anda tinggi. Ngomong-ngomong, apa itu "GHI Cobra"?

Saya sarankan mengganti sekering dengan resistor 4.7k dan menggunakan zener 5.1V atau 5.6V. Akan lebih baik jika Anda dapat mengurangi rentang operasi normal input ADC sehingga tegangan maksimum yang diharapkan adalah sekitar 4V ... mungkin dengan mengubah resistor 250 ohm menjadi 200 ohm. Maka lutut lunak zener tidak akan mempengaruhi pengukuran Anda dan Anda memberi zener sedikit ruang untuk mulai melakukan.

— Joe Hass
sumber

GHI Cobra adalah mikrokontroler (pikirkan Arduino) hanya dengan clock lebih cepat dan 10x RAM. Pengontrol GHI dan Netduino berbasis .NET dan menggunakan MS Visual Studio untuk dikembangkan. Daftar kecil di situs mereka: goo.gl/xDU7m5

— Chris K

Jika zener bocor "beberapa milliamps", maka, ya, itu pasti akan menjadi masalah. Saya terkejut ada kebocoran seperti itu. Tidak mengerti mengganti sekring dengan resistor 4.7k. Jika saya tetap w / diagram, maka ADC tidak akan membaca tegangan yang benar, benar?

— Matt

Sebenarnya, saya mungkin akan menggunakan resistor 165 ohm untuk menjatuhkan tegangan maks ke 3.3V, batas pada Cobra (Cobra II, sebenarnya) ADC. Itu akan aman meskipun saya berencana untuk menjaga konsentrasi oksigen bahwa sensor akan terkena di bawah 5%, sehingga sensor akan menghasilkan arus yang rendah bahkan dengan resistor besar.

— Matt

Jadi jika kebocoran disebabkan oleh lutut yang tidak tajam pada tegangan tembus, maka kebocoran mungkin tidak signifikan ketika output sensor rendah yang merupakan tempat ia akan beroperasi dalam kasus saya. Misalnya, jika konsentrasi oksigen dijaga di bawah 5%, output sensor akan (kira-kira) di bawah 7mA. Hmm. Akan menguji tingkat akurasi dengan dan tanpa zener pada konsentrasi / output sensor tersebut.

— Matt

Mengenai sekering: zener yang Anda tentukan adalah perangkat 1W sehingga arus maksimumnya sekitar 200mA. Sulit untuk menemukan sekering yang murah dan sangat cepat yang akan meledak pada level saat ini. Skenario yang lebih mungkin adalah bahwa zener akan dihancurkan dan input ADC dikenakan output 12V penuh dari sensor Anda. Menggunakan resistor (katakanlah 4.7k) membatasi arus yang akan melewati zener sehingga Anda tidak menghancurkannya. Ya, tujuannya adalah agar operasi normal berada pada tegangan di mana kebocoran zener dapat diabaikan.

— Joe Hass

Meskipun sepertinya tidak ada tegangan lebih pada pin ADC menurut hukum Ohm, tapi, kasus apa yang perlu kita hindari?

Dioda TVS adalah pilihan yang baik. setiap jenis MCU memiliki tegangan suplai maksimal, tegangan aktif terbaik lebih rendah daripada voltase maksimal dan lebih tinggi dari voltase kerja. tetapi jika kita mempertimbangkan polaritas tegangan lonjakan, dua seri dioda TVS dalam arah yang berlawanan.

Ada metode lain untuk melakukan ini, Anda dapat menggunakan dua dioda untuk melindungi port ADC, misalnya 1N4148.satu dioda menghubungkan antara VCC dan pin ADC, yang lain menghubungkan pin ADC dan GND. yang terbaik adalah menggunakan resistor yang menghubungkan antara pin ADC dan persimpangan dua dioda. sebenarnya, ini adalah metode umum untuk melindungi port di dalam MCU, Ini merupakan peningkatan yang diperluas.

Jika itu dapat diterima, menggunakan isolasi optocoupler adalah pilihan terbaik. tetapi sangat kompleks.

— DreamCat
sumber

Terima kasih, DreamCat. Sebenarnya, menggunakan dioda biasa antara VCC dan output sensor adalah skema perlindungan default saya, saya mencoba memahami bagaimana saya bisa menggunakan dioda zener dan jika ada keuntungan. Saya tidak pernah berpikir untuk mencoba melindungi polaritas terbalik. Tidak mengerti apa yang Anda maksud dengan, "yang terbaik adalah menggunakan penghubung penghubung antara pin ADC dan persimpangan dua dioda." Dioda TVS (baru bagi saya) terdengar ideal.

— Matt