Tại sao 5.1V là điện áp Zener tiêu chuẩn mà không phải là 5V?

15

Nhìn vào Digikey có ~ 1300 kết quả cho điốt Zener 5.1V so với 6 cho điốt 5V.

Có bất kỳ lý do liên quan đến vật lý cho điều này hoặc nó là một cái gì đó khác?

zener materials

— Rượu vintila
nguồn

31

Bạn nhận được tiền thưởng 100 mV cho cùng một mức giá.

— Olin Lathrop

2

Điốt Avalanche có hệ số nhiệt độ dương của điện áp, điốt zener có hệ số âm. Gần 5,1V hiệu ứng zener và hiệu ứng phá vỡ tuyết lở gần bằng nhau, và các hệ số nhiệt độ sẽ hủy bỏ phần nào.

— Dietrich Epp

@OlinLathrop: Có, nhưng để đổi lấy điện áp tăng 2% đó, bạn sẽ đánh 2% vào khả năng xử lý hiện tại ở mức tiêu hao năng lượng nhất định.

— Dave Tweed

3

@DietrichEpp: Tôi có ấn tượng rằng việc hủy xảy ra gần hơn với 5.6V, điều này thật tình cờ, vì một zener như vậy được theo dõi bởi một người theo dõi phát sau đó cung cấp gần như chính xác 5.0V. Đây thậm chí có thể là một lý do tại sao 5V được chọn làm điện áp cung cấp tiêu chuẩn cho logic kỹ thuật số từ nhiều thập kỷ trước.

— Dave Tweed

17

Điện áp diode Zener phần lớn tuân theo các khoảng giá trị điện trở E24, một phạm vi các khoảng được chỉ định với độ chính xác +/- 5%.

Điốt Zener không được phát triển đặc biệt như một công nghệ, với các tham chiếu điện áp chính xác sử dụng các kỹ thuật bandgap thay thế. Các khoảng thời gian đã giữ nguyên trong nhiều năm.

Bên cạnh đó, điốt Zener ít phổ biến hơn trong các mạch so với những người mới sử dụng điện tử, đôi khi có thể coi chúng là "giọt điện áp ma thuật" hấp dẫn. Sự kết hợp của chúng không chính xác cơ bản, phương sai đáng chú ý với nhiệt độ và dòng điện và dòng làm việc khá lớn để ổn định làm giảm tính hữu dụng của chúng so với các phương pháp và thành phần thiết kế khác.

— TonyM
nguồn

7

Có lẽ đáng chú ý rằng mặc dù độ chính xác tuyệt đối của zener ít hơn nhiều so với bandgap, nhưng nhìn chung, độ ổn định lâu dài của chúng và như vậy là vượt trội, khiến chúng trở thành thiết bị cho các hệ thống có độ chính xác cao dựa trên việc cắt tỉa để có được độ chính xác ban đầu (LM199 / LM399 / LTZ1000).

— Joren Vaes

13

Vâng, giống như điện trở và tụ điện, giá trị điện áp diode zener có xu hướng tuân theo một loạt các số được ưu tiên như: -

Vì vậy, khá thường xuyên bạn sẽ tìm thấy các điốt zener 4.3 volt, 4.7 volt, 5.1 volt, 5.6 volt, v.v.

Bên cạnh đó, diode zener 5.1 volt trong một số phạm vi nhà cung cấp có hệ số thay đổi điện áp thấp nhất theo nhiệt độ: -

Vì vậy, nếu bạn đã hỏi tại sao rất nhiều thiết kế sử dụng các bộ vặn 5,1 volt thì tôi sẽ nói nó thuộc về vật lý.

— Andy aka
nguồn

8

Như Andy đã nói, các zener có sẵn bị buộc vào dòng E24, giống như các thành phần khác. Điều này được thực hiện bằng cách đấu tranh với điện áp thấp hơn vật lý (nhỏ hơn khoảng 5V) thực sự là điốt Zener và điốt điện áp cao hơn là điốt tuyết lở. Các điốt tuyết lở hoạt động tốt hơn rất nhiều (về việc có một dòng điện "đầu gối" sắc nét). Dưới đây là một số đường cong đặc trưng từ Onsemi cho thấy sự biến đổi của các đặc tính với điện áp zener (mà chúng hiển thị dưới dạng một biến liên tục):

Lưu ý rằng trở kháng zener được vẽ trên đồ thị nhiều log - trở kháng của zener ~ 3V ở 5mA là khoảng 80 ohms, trong khi đó của zener 10V giống như 8 ohms. Vì vậy, nếu chúng ta sử dụng một điện trở 400 ohm trên trước đây (từ nguồn cung cấp 5V). Nếu chúng ta sử dụng tương tự nguồn cung cấp 16,7V và zener 10V với sê-ri 1,33K, quy định tỷ lệ phần trăm sẽ tốt hơn 25 lần so với nguồn sau. Vì vậy, các điện áp thấp hơn là khá vô dụng.

Có một ngách mà điện áp zener được chọn dựa trên vật lý, và dựa trên các đặc điểm trên - và đó là để tham khảo điện áp. Đối với nhiều ứng dụng, các tham chiếu khoảng cách băng tần đã thay thế các zener - chúng có nhiều ưu điểm, đặc biệt đối với các ứng dụng không quan trọng - hoạt động điện áp thấp và điện áp thấp, v.v. Chúng ồn ào và có những nhược điểm khác, tuy nhiên chúng đã dần được giải quyết.

Một số tài liệu tham khảo thành phần tốt nhất là một diode zener với một diode loạt tích hợp để loại bỏ hiệu quả hệ số nhiệt độ của điện áp. Sự kết hợp này chỉ hoạt động ở một tổ hợp điện áp / dòng điện duy nhất - khoảng 6,2V hoặc 6,55V, do đó, zener + 2mV / độ C nằm bên dưới ít hơn khoảng 600mV. Một ví dụ về những phần này là 1N829 .

Những thiết bị này, mặc dù rất ổn định, ngày nay ít phổ biến hơn, một phần vì chúng không thể được cắt bớt nên dung sai điện áp không thể được thực hiện cực kỳ chặt chẽ. Tài liệu tham khảo bandgap hiện đại với điện trở cắt có thể được thực hiện với dung sai rất chặt chẽ. Sự ổn định có thể không tốt như zener.

Một số tài liệu tham khảo tốt nhất hiện có vẫn là các điốt Zener tích hợp (các zener "chôn" dưới bề mặt có bù nhiệt độ và cắt tỉa, thường ở dạng lò nướng). Một ví dụ về điều đó là LTZ1000, có lẽ là tài liệu tham khảo phổ biến nhất có sẵn về tempco và tính ổn định (mặc dù đắt tiền, đói năng lượng và một chút thiếu thốn trong các lĩnh vực khác).

— Spehro Pefhany
nguồn

1

Một ngày nào đó tôi sẽ sử dụng một trong những thiết bị LTZ1000A đó. Họ chỉ cần thay đổi về mặt điện áp đầu ra thô không được liên kết đặc biệt với một số nhất quán và hợp lý. TempCo là tuyệt vời mặc dù.

— Andy aka

1

@Andyaka Chúng thật tuyệt vời nhưng bạn cần một loạt điện trở $ 15, v.v. để thực hiện công lý.

— Spehro Pefhany

Vâng, đó là lý do tại sao tôi vẫn sử dụng LTC6655 - nó hoàn toàn gần như không có và không có sự phân biệt!

— Andy aka

@Andyaka Có một lý do khác để sử dụng LTC6655 trong một số trường hợp nhưng tôi không thể thảo luận trong một diễn đàn công cộng.

— Spehro Pefhany

2

Diode Zener có xu hướng đi theo loạt E24 như Andy aka đã nêu. Thiết bị đã nêu khả năng chịu đựng thiết bị của Zeners trong vườn là 5%. Khi các biến thể trong dòng temp và dòng Zener được xác định trong những thứ có thể tệ hơn 5%. Sự khác biệt giữa 5V và 5v1 chỉ là 2%. Nếu bạn đã kiểm tra hai túi nói 10 zener là túi A 5V và túi B 5V1, bạn có thể không biết được đó là túi nào. Lý do tương tự áp dụng với điện trở 5%.

— Tự kỷ
nguồn