Bagaimana dioda zener dan resistor mengatur tegangan?

Saya mengalami kesulitan memahami regulator tegangan sederhana yang dapat dibangun menggunakan dioda zener (dari bagian 2.04 di Seni Elektronik). Saya tahu bahwa akan lebih baik menggunakan amplifier, dan lain-lain, tetapi saya hanya mencoba memahami bagaimana rangkaian ini bekerja.

diagram catu daya resistor-dioda menggunakan zener / avalanche diode

Saya tidak benar-benar mengerti bagaimana rangkaian bekerja, tetapi saya menduga bahwa ketika beban diterapkan ke output, itu mengalirkan arus dari sumber (Vin) dan dengan demikian menyebabkan tegangan turun? Bagaimana dioda zener membantu menjaga tegangan dan dengan demikian menjadikan sirkuit ini bertindak sebagai regulator?

voltage-regulator diodes zener

— Watson
sumber

Jawaban:

Lihatlah kurva dioda Zener. Anda akan melihat bahwa perangkat rusak pada tegangan Zener ketika bias terbalik, dan melakukan. Properti itu akan memperbaiki tegangan keluaran pada tegangan tembus, pada rentang arus keluaran, bila digunakan dengan resistor, dengan perubahan tegangan yang relatif kecil. Ini juga akan menstabilkan output terhadap perubahan tegangan input.

Sebenarnya, dioda Zener adalah perangkat bertegangan rendah (hingga sekitar 5V6). Tegangan tinggi memiliki mode operasi yang berbeda dan disebut avalanche diode. Kedua tipe ini biasa disebut Zener.

— Leon Heller
sumber

Terima kasih, untuk beberapa alasan saya tidak melihat dioda sebagai bias balik, kesalahan saya. Jadi ketika V <Vz (breakdown), tidak ada regulasi, tetapi ketika V == Vz (breakdown), dioda zener kemudian menahan tegangan output pada Vz (breakdown)?

— Dr. Watson

Ya, mirip dengan dioda ideal maju-bias dengan sumber tegangan Vz di katoda.

— tyblu

@Leon Heller Saya tidak mengerti bagian "perubahan tegangan yang relatif kecil" ...... haruskah tegangan input selalu ditingkatkan setelah arus untuk kerusakan zener tercapai?

— Hydrous Caperilla

Zener breakdown disebabkan oleh tegangan, bukan arus.

— Leon Heller

@LeonHeller Maaf atas kesalahan ini, jadi kita harus mengubah voltase dengan nilai kecil setelah voltase breakdown tercapai

— Hydrous Caperilla

$\Omega$ $V_{OUT}$ $I = \frac{10V - 5V}{100\Omega } = 50mA$ $\Omega$ $I_L = \frac{5V}{500\Omega} = 10mA$ $V_{OUT}$ $R_L$ $\Omega$ $R/R_L$ $V_{OUT}$ $V_{OUT}$ akan turun di bawah 5V.
Sejauh ini untuk regulasi beban .

Regulasi saluran memberi tahu bagaimana regulator bereaksi terhadap variasi tegangan input. Mari kita ambil contoh kita dengan 500 $\Omega$ memuat, dan mengurangi tegangan input ke 9V. Tegangan output masih dijaga pada 5V oleh zener, sehingga arus melalui beban tetap 10mA, tetapi arus melalui R akan menjadi $I = \frac{9V - 5V}{100\Omega } = 40mA$ , dan oleh karena itu arus melalui 30mA zener. Sekali lagi tegangan input dapat berkurang ke titik di mana zener memiliki terlalu sedikit arus yang tersisa untuk beroperasi dengan benar. Batas atas dari tegangan input ditentukan oleh arus maksimum yang diizinkan melalui zener dan R.

Pengaturan tegangan jenis ini sangat sederhana, tetapi tidak terlalu baik. Regulasi saluran buruk , yang berarti bahwa tegangan keluaran masih sedikit bervariasi ketika tegangan input naik / turun. Sama dengan pengaturan beban : tegangan keluaran akan bervariasi dengan beban yang bervariasi. Dan dibandingkan dengan beban maksimum, ada kerugian yang cukup besar di zener, jadi tidak terlalu efisien . Regulator terintegrasi kecil seperti LM78Lxx selalu merupakan pilihan yang lebih baik.

— stevenvh
sumber

Saya berharap bahwa regulator Zener mungkin menguntungkan dalam kasus-kasus di mana tidak pernah ada banyak beban (mis. 250uA maks) dan tidak apa-apa jika tegangan output sangat bervariasi, tetapi di mana tegangan output tidak boleh diizinkan untuk naik di atas level tertentu. Sebagai contoh, beberapa resistor 100K yang layak secara seri dengan tegangan AC120 yang diperbaiki akan melewati arus rata-rata sedikit lebih dari seperempat miliamp tetapi seharusnya tidak memiliki masalah menahan 170 volt (masing-masing akan melihat daya puncak jauh di bawah 0,1 watt). Regulator 78Lxx tidak dapat menahan apa pun di dekat itu pada input mereka.

— supercat