제너다이오드 회로 계산 - jeneodaiodeu hoelo gyesan

제너 다이오드 (발명자 인 Carl Zener 박사의 이름을 따서 명명 됨)는 기본적으로 정확한 전압 레퍼런스를 생성하기 위해 전자 회로에 사용됩니다. 이들은 회로 및 전압 상황의 변화에 ​​관계없이 실질적으로 일정한 전압을 생성 할 수있는 장치입니다.

외부 적으로는 1N4148과 같은 표준 다이오드와 매우 유사한 제너 다이오드를 찾을 수 있습니다. 제너 다이오드는 또한 기존 대안과 마찬가지로 AC를 맥동 DC로 정류하여 작동합니다. 그러나 표준 정류기 다이오드와 달리 제너 다이오드는 음극이 전원의 양극에 직접 연결되고 양극은 음극 전원으로 구성됩니다.

형질

표준 구성에서 제너 다이오드는 특정 임계 전압 (Zerrier 전압이라고 함) 아래에서 높은 저항을 나타냅니다. 이 특정 임계 전압을 초과하면 제너 다이오드의 활성 저항이 매우 낮은 수준으로 떨어집니다.

그리고이 낮은 저항 값에서 유효 정전압이 제너 양단에 유지되고이 정전압은 소스 전류의 변화에 ​​관계없이 유지 될 것으로 예상 할 수 있습니다.

간단히 말해서, 제너 다이오드 양단의 공급이 정격 제너 값을 초과 할 때마다 제너 다이오드는 초과 전압을 전도하고 접지합니다. 이로 인해 전압은 제너를 끄는 제너 전압 아래로 떨어지고 전원은 다시 제너 전압을 초과하려고 시도하여 제너를 다시 켭니다. 이 사이클은 빠르게 반복되어 궁극적으로 출력을 일정한 제너 전압 값으로 정확하게 안정화시킵니다.

이 특성은 아래 그림에서 그래픽으로 강조 표시되어 '제너 전압'이상에서 역방향 전류의 변화에도 역방향 전압이 거의 일정하게 계속 유지됨을 나타냅니다. 결과적으로 제너 다이오드는 내부 저항과 함께 일정한 전압 강하 또는 기준 전압을 얻는 데 자주 사용됩니다.

제너 다이오드는 2.7 볼트에서 200 볼트 범위의 정격 전압과 다양한 와트 정격으로 설계되었습니다. (그러나 대부분 30V 이상의 값을 가진 제너 다이오드는 거의 사용되지 않습니다.)

기본 제너 다이오드 회로 작동

단일 저항과 제너 다이오드를 사용하는 표준 전압 조정기 회로는 다음 이미지에서 확인할 수 있습니다. 여기에서 제너 다이오드의 값이 4.7V이고 공급 전압 Vin이 8.0V라고 가정합니다.

제너 다이오드의 기본 작동은 다음과 같이 설명 할 수 있습니다.

제너 다이오드의 출력에 부하가 없으면 제너 다이오드에서 4.7V가 떨어지고 저항 R에서 2.4V의 차단이 발생합니다.

이제 입력 전압이 변경된 경우 8.0V에서 9.0V로 제너 양단의 전압 강하로 인해 정격 4.7V를 계속 유지한다고 가정 해 보겠습니다.

그러나 저항 R 양단의 전압 강하는 2.4V에서 3.4V로 상승하는 것을 볼 수 있습니다.

이상적인 제너의 전압 강하는 매우 일정 할 것으로 예상 할 수 있습니다. 실제로 제너의 동적 저항으로 인해 제너 양단의 전압이 약간 증가하는 것을 알 수 있습니다.

제너 전압의 변화를 계산하는 절차는 제너 동적 저항에 제너 전류의 변화를 곱하는 것입니다.

위의 기본 레귤레이터 설계에서 저항 R1은 제너와 연결될 수있는 선호 부하를 상징합니다. 이 연결에서 R1은 제너를 통해 이동하는 일정량의 전류를 끌어옵니다.

Rs의 전류는 부하에 들어가는 전류보다 높기 때문에 전류의 양은 계속해서 제너를 통과하여 제너와 부하에서 완벽하게 일정한 전압을 가능하게합니다.

표시된 직렬 저항 Rs는 제너로 들어가는 최저 전류가 항상 제너의 안정적인 레귤레이션을 위해 지정된 최소 레벨보다 높도록 결정되어야합니다. 이 레벨은 위의 이전 그래픽 다이어그램에서 배운 것처럼 역 전압 / 역 전류 곡선의 '니'바로 아래에서 시작됩니다.

또한 Rs를 선택하면 제너 다이오드를 통과하는 전류가 제너 전압 x 제너 전류와 동일 할 수있는 정격 전력을 초과하지 않는지 확인해야합니다. 부하 R1이 없을 때 제너 다이오드를 통과 할 수있는 최대 전류량입니다.

제너 다이오드를 계산하는 방법

기본 제너 회로를 설계하는 것은 실제로 간단하며 다음 지침을 통해 구현할 수 있습니다.

1. 최대 및 최소 부하 전류 (Li)를 결정합니다 (예 : 10mA 및 0mA).
2. 예를 들어 12V 레벨로 발전 할 수있는 최대 공급 전압을 결정하고 최소 공급 전압이 항상 = 1.5V + Vz (제너 전압 정격)인지 확인합니다.
3. 기본 레귤레이터 설계에 표시된대로 필요한 출력 전압은 동등한 제너 전압 Vz = 4.7V이며 선택한 가장 낮은 제너 전류는 100 마이크로 암페어입니다. . 이는 여기서 최대 의도 된 제너 전류가 100 마이크로 암페어 + 10 밀리 암페어, 즉 10.1 밀리 암페어임을 의미합니다.
4. 직렬 저항 Rs는 입력 공급이 지정된 최저 레벨 (선택한 제너 값 Vz보다 1.5V 높음) 인 경우에도 최소 전류량 10.1mA를 허용해야하며 옴 법칙을 사용하여 다음과 같이 계산할 수 있습니다. Rs = 1.5 / 10.1x10-삼= 148.5 옴. 가장 가까운 표준 값은 150 옴으로 보이므로 Rs는 150 옴일 수 있습니다.
5. 공급 전압이 12V로 상승하면 Rs 양단의 전압 강하는 Iz x Rs가됩니다. 여기서 Iz = 제너를 통과하는 전류입니다. 따라서 옴의 법칙을 적용하면 Iz = 12-4.7 / 150 = 48.66 mA가됩니다.
6. 위는 제너 다이오드를 통과 할 수있는 최대 전류입니다. 즉, 최대 출력 부하 또는 최대 지정된 공급 전압 입력 중에 흐를 수있는 최대 전류입니다. 이러한 조건에서 제너 다이오드는 Iz x Vz = 48.66 x 4.7 = 228mW의 전력을 소비합니다. 이를 충족하는 가장 가까운 표준 전력 정격 값은 400mW입니다.

제너 다이오드에 대한 온도의 영향

전압 및 부하 매개 변수와 함께 제너 다이오드는 주변의 온도 변화에 매우 강합니다. 그러나 어느 정도 온도는 아래 그래프에 표시된 것처럼 장치에 약간의 영향을 미칠 수 있습니다.

제너 다이오드 온도 계수 곡선을 보여줍니다. 더 높은 전압에서 계수 곡선은 섭씨 1 도당 약 0.1 %로 반응하지만 5V에서 0으로 이동 한 다음 낮은 전압 레벨에서는 음으로 바뀝니다. 결국 약 3.5V에서 섭씨 온도 당 -0.04 %에 도달합니다.

제너 다이오드를 온도 센서로 사용

온도 변화에 대한 제너 다이오드의 민감도를 잘 활용하는 방법 중 하나는 다음 다이어그램과 같이 장치를 온도 센서 장치로 적용하는 것입니다.

이 다이어그램은 한 쌍의 저항과 동일한 특성을 가진 한 쌍의 제너 다이오드를 사용하여 구축 된 브리지 네트워크를 보여줍니다. 제너 다이오드 중 하나는 기준 전압 발생기처럼 작동하는 반면 다른 제너 다이오드는 온도 수준의 변화를 감지하는 데 사용됩니다.

표준 10V 제너의 온도 계수는 + 0.07 % / ° C이며 이는 온도의 7mV / ° C 변화에 해당 할 수 있습니다. 이것은 온도의 모든 단일 섭씨 변화에 대해 다리의 두 암 사이에 약 7mV의 불균형을 생성합니다. 해당 온도 판독 값을 표시하기 위해 지정된 위치에서 50mV 전체 FSD 미터를 사용할 수 있습니다.

제너 다이오드 값 사용자 지정

일부 회로 애플리케이션의 경우 비표준 값이거나 쉽게 사용할 수없는 값일 수있는 정확한 제너 값이 필요할 수 있습니다.

이러한 경우 아래에 표시된대로 원하는 맞춤형 제너 다이오드 값을 얻는 데 사용할 수있는 제너 다이오드 어레이를 생성 할 수 있습니다.

이 예에서는 다음 목록에 설명 된대로 다양한 터미널에서 많은 맞춤형 비표준 제너 값을 얻을 수 있습니다.

표시된 위치의 다른 값을 사용하여 다른 많은 맞춤형 제너 다이오드 출력 세트를 얻을 수 있습니다.

AC 전원 공급 장치가있는 제너 다이오드

제너 다이오드는 일반적으로 DC 공급 장치와 함께 사용되지만 이러한 장치는 AC 공급 장치와 함께 작동하도록 설계 할 수도 있습니다. 제너 다이오드의 몇 가지 AC 응용 분야에는 오디오, RF 회로 및 기타 형태의 AC 제어 시스템이 포함됩니다.

아래 예에서 볼 수 있듯이 제너 다이오드와 함께 AC 전원을 사용하는 경우 제너는 AC 신호가 0에서 사이클의 음의 절반으로 전달되는 즉시 전도됩니다. 신호가 음수이므로 AC가 양극을 통해 제너의 음극으로 단락되어 0V가 출력으로 나타납니다.

AC 전원이주기의 양의 절반을 가로 질러 이동하면 AC가 제너 전압 레벨까지 올라갈 때까지 제너가 전도되지 않습니다. AC 신호가 제너 전압을 통과하면 제너는 AC 사이클이 다시 0으로 떨어질 때까지 출력을 4.7V 수준으로 전도하고 안정화합니다.

AC 입력으로 제너를 사용하는 동안 Rs가 AC 피크 전압에 따라 계산되는지 확인하십시오.

위의 예에서 출력은 대칭이 아니라 맥동 4.7V DC입니다. 출력에서 대칭 4.7V AC를 얻기 위해 아래 다이어그램과 같이 두 개의 백투백 제너를 연결할 수 있습니다.

제너 다이오드 잡음 억제

제너 다이오드는 안정된 고정 전압 출력을 생성하는 빠르고 쉬운 방법을 제공하지만 전력 증폭기와 같은 민감한 오디오 회로에 영향을 미칠 수있는 한 가지 단점이 있습니다.

제너 다이오드는 10uV ~ 1mV 범위에서 스위칭하는 동안 접합 애벌랜치 효과로 인해 작동 중에 노이즈를 생성합니다. 이것은 아래 그림과 같이 제너 다이오드와 병렬로 커패시터를 추가하여 억제 할 수 있습니다.

커패시터의 값은 0.01uF에서 0.1uF 사이 일 수 있으며, 이는 10 배의 노이즈 억제를 허용하고 가능한 최상의 전압 안정화를 유지합니다.

다음 그래프는 제너 다이오드 노이즈를 줄이기위한 커패시터의 효과를 보여줍니다.

리플 전압 필터링에 제너 사용

제너 다이오드는 AC 전압 안정화에 사용되는 것처럼 효과적인 리플 전압 필터로도 적용될 수 있습니다.

매우 낮은 동적 임피던스로 인해 제너 다이오드는 필터 커패시터와 동일한 방식으로 리플 필터처럼 작동 할 수 있습니다.

DC 소스를 사용하여 부하 전체에 제너 다이오드를 연결하면 매우 인상적인 리플 필터링을 얻을 수 있습니다. 여기서 전압은 리플 최저 레벨과 같아야합니다.

대부분의 회로 애플리케이션에서 이것은 수천 마이크로 패럿 용량을 가진 일반적인 평활 커패시터만큼 효과적으로 작동 할 수 있으며, 그 결과 DC 출력에 중첩되는 리플 전압 수준이 크게 감소합니다.

제너 다이오드 전력 처리 용량을 늘리는 방법

제너 다이오드 전력 처리 용량을 늘리는 쉬운 방법은 아래와 같이 병렬로 연결하는 것입니다.

그러나 실제로 이것은보기만큼 간단하지 않을 수 있으며 의도 한대로 작동하지 않을 수 있습니다. 이것은 다른 반도체 장치와 마찬가지로 제너도 정확히 동일한 특성을 갖지 않기 때문에 제너 중 하나는 다른 하나가 전체 전류를 자체로 끌어 들이기 전에 전도하여 결국 파괴 될 수 있기 때문입니다.

이 문제를 해결하는 빠른 방법은 아래와 같이 각 제너 다이오드에 낮은 값의 직렬 저항을 추가하는 것입니다. 그러면 각 제너 다이오드가 저항 R1 및 R2에 의해 생성 된 전압 강하를 보상하여 전류를 균일하게 공유 할 수 있습니다.

제너 다이오드를 병렬로 연결하여 전력 처리 용량을 늘릴 수 있지만 훨씬 개선 된 접근 방식은 기준 소스로 구성된 제너 다이오드와 함께 션트 BJT를 추가하는 것입니다. 동일한 내용에 대해서는 다음 예제 회로도를 참조하십시오.

션트 트랜지스터를 추가하면 제너 전력 처리 용량이 10 배 향상 될뿐만 아니라 출력의 전압 레귤레이션 레벨이 더욱 향상되어 트랜지스터의 지정된 전류 이득만큼 높을 수 있습니다.

이 유형의 션트 트랜지스터 제너 레귤레이터는 회로가 100 % 단락 방지 기능을 갖추고 있기 때문에 실험 목적으로 사용할 수 있습니다. 즉, 트랜지스터가 부하가 없을 때 상당한 양의 전류를 분산시킬 수 있기 때문에 설계는 다소 비효율적입니다.

더 나은 결과를 위해 직렬 패스 트랜지스터 아래 그림과 같이 레귤레이터 유형이 더 나은 옵션이고 선호됩니다.

이 회로에서 제너 다이오드는 직렬 패스 트랜지스터에 대한 기준 전압을 생성합니다. 이미 터 추종자 . 결과적으로 이미 터 전압은 제너 다이오드에 의해 생성 된 트랜지스터 기본 전압의 10 분의 몇 볼트 사이에서 유지됩니다. 결과적으로 트랜지스터는 직렬 구성 요소처럼 작동하며 공급 전압 변동을 효과적으로 제어 할 수 있습니다.

이제 전체 부하 전류가이 직렬 트랜지스터를 통해 실행됩니다. 이러한 구성 유형의 전력 처리 용량은 전적으로 트랜지스터의 값과 사양에 의해 설정되며 사용되는 히트 싱크의 효율성과 품질에 따라 달라집니다.

1k 직렬 저항을 사용하여 위의 설계에서 우수한 레귤레이션을 달성 할 수 있습니다. 일반 제너를 1N1589와 같은 특수 저 동적 제너 다이오드로 교체하면 10 배로 조절을 늘릴 수 있습니다.

위의 회로가 가변 전압 조정 출력을 제공하기를 원하는 경우 제너 다이오드에 걸쳐 1K 전위차계를 사용하여 쉽게 달성 할 수 있습니다. 이를 통해 직렬 트랜지스터의베이스에서 가변 기준 전압을 조정할 수 있습니다.

그러나 이러한 수정은 전위차계에 의해 생성 된 일부 션팅 효과로 인해 조정 효율이 낮아질 수 있습니다.

정전류 제너 다이오드 회로

간단한 제너 조절 정전류 공급 장치는 단일 트랜지스터를 통해 가변 직렬 저항으로 설계 할 수 있습니다. 아래 그림은 기본 회로도를 보여줍니다.

여기서 두 개의 회로 통로를 볼 수 있습니다. 하나는 바이어스 저항과 직렬로 연결된 제너 다이오드를 통해 이루어지고 다른 하나는 저항 R1, R2 및 직렬 트랜지스터를 통해 연결됩니다.

전류가 원래 범위에서 벗어나면 R3의 바이어스 레벨에 비례적인 변화가 발생하여 직렬 트랜지스터 저항이 비례 적으로 증가하거나 감소합니다.

트랜지스터의 저항을 조정하면 출력 전류가 원하는 수준으로 자동 수정됩니다. 이 설계에서 전류 제어의 정확도는 단락과 최대 400 Ohm의 부하 사이에있을 수있는 출력 조건에 대한 응답으로 약 +/- 10 %입니다.

제너 다이오드를 사용한 순차 릴레이 스위칭 회로

릴레이 세트가 전원 스위치에서 모두 함께 활성화되는 대신 차례로 차례로 전환되어야하는 애플리케이션이있는 경우 다음 설계가 매우 편리 할 수 ​​있습니다.

여기에서 순차적으로 증가하는 제너 다이오드는 개별 저값 직렬 저항과 함께 릴레이 그룹과 직렬로 설치됩니다. 전원이 켜지면 제너 다이오드는 제너 값이 증가하는 순서대로 차례로 전도됩니다. 이로 인해 애플리케이션에서 원하는대로 릴레이가 차례로 켜집니다. 저항의 값은 릴레이 코일의 저항 값에 따라 10 옴 또는 20 옴이 될 수 있습니다.

과전압 보호를위한 제너 다이오드 회로

전압에 민감한 특성으로 인해 제너 다이오드를 퓨즈의 전류에 민감한 특성과 결합하여 고전압 서지로부터 중요한 회로 구성 요소를 보호하고 퓨즈가 자주 끊어지는 번거 로움을 제거 할 수 있습니다. 회로의 작동 전류 사양에 매우 가깝습니다.

부하에 올바르게 정격 된 제너 다이오드를 연결하면 원하는 부하 전류를 장기간 처리 할 수있는 적절한 정격의 퓨즈를 사용할 수 있습니다. 이 상황에서 입력 전압이 제너 항복 전압을 초과하는 정도로 증가한다고 가정하면 제너 다이오드가 전도됩니다. 이것은 거의 순간적으로 퓨즈를 끊는 전류의 갑작스런 증가를 유발합니다.

이 회로의 장점은 부하 전류에 대한 가까운 퓨즈 값으로 인해 퓨즈가 빈번하고 예기치 않게 끊어지는 것을 방지한다는 것입니다. 대신 전압과 전류가 지정된 안전하지 않은 수준 이상으로 실제로 상승 할 때만 퓨즈가 끊어집니다.

제너 다이오드를 사용한 저전압 보호 회로

릴레이와 적절하게 선택된 제너 다이오드는 원하는 애플리케이션에 대해 정확한 저전압 또는 저전압 차단 보호 회로를 생성하기에 충분합니다. 회로도는 다음과 같습니다.

작동은 실제로 매우 간단합니다. 변압기 브리지 네트워크에서 획득 한 공급 Vin은 입력 AC 변동에 따라 비례 적으로 달라집니다. 즉, 220V가 변압기의 12V에 해당한다고 가정하면 180V는 9.81V에 해당해야합니다. 따라서 180V가 저전압 차단 임계 값으로 가정되는 경우 제너 다이오드를 10V 장치로 선택하면 입력 AC가 180V 아래로 떨어질 때마다 릴레이 작동이 차단됩니다.

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