Tại sao một diode Zener trong cấu hình xà beng giảm điện áp đầu vào?

sơ đồ

^{mô phỏng mạch này - Sơ đồ được tạo bằng CircuitLab}

Tôi đang cố gắng kết nối một diode Zener để thêm một số biện pháp bảo vệ ("xà beng" hợp nhất) vào một mạch có cảm biến oxy chạy bằng vòng lặp với đầu ra được đọc bởi GHI Cobra ADC / Analog In. Ý tưởng là nếu có một đoạn ngắn trong cảm biến gây ra 12V trên đầu ra của nó, thì Zener với sự cố 4,7 V giữa đầu ra cảm biến (và đầu vào ADC) và tiếp đất sẽ giữ dòng điện 12V cách xa ADC đủ lâu Cầu chì để thổi khi giới hạn trên chân Cobra là 5V.

Tuy nhiên, tôi thấy rằng khi tôi đặt vào diode Zener, nó sẽ giảm điện áp được đọc bởi ADC (đồng hồ vôn kế ngay bây giờ), ví dụ, từ 4,38 volt đến 3,98 volt. Khi tôi thay thế Zener bằng một diode thông thường chỉ để kiểm tra, điện áp không giảm. Đưa cái gì? Zener có thể được sử dụng cho "xà beng" để nó không thay đổi điện áp ở phía đầu ra cảm biến không? Zener được cài đặt với vòng hướng về phía ADC. Cửa hàng điện tử cho biết nó có sự cố 4.7V, nhưng tôi không biết phải kiểm tra điều đó như thế nào.

zener

— Matt
nguồn

Các điốt thông thường thường không hiển thị sự cố Zener tốt như các điốt Zener thường làm (đó là lý do tại sao có các điốt Zener đặc biệt), do đó, thông thường là một diode thông thường không làm gì cả. Điốt Zener có thể rò rỉ một lượng nhỏ dòng điện và theo cách đó ảnh hưởng đến phép đo. Những loại thiết bị kiểm tra nào yo có sẵn? Bạn có thể có được một diode triệt tiêu điện áp thoáng qua (diode TVS) không? Chúng nên có dòng rò thấp hơn so với diode Zener.

— AndrejaKo

Loại khó khăn để có được một diode TVS ngay bây giờ (trên đảo nhỏ.) Việc giảm điện áp là 10% - có vẻ cao cho rò rỉ. Không có rò rỉ có thể đo được với các diode thông thường.

— Matt

Đó không phải là một cái xà beng, nó là một cái kẹp. Một xà beng rút ngắn đầu vào trong điều kiện quá áp; một kẹp chỉ giới hạn nó đến điện áp được chỉ định.

— marcelm

Câu trả lời:

Điện áp ngược của diode zener không cho thấy đầu gối sắc nét với dòng điện tăng, vì vậy zener sẽ dẫn một vài milliamperes ở điện áp thấp hơn điện áp định mức của nó. Không cần cầu chì trong trường hợp này giả sử rằng trở kháng đầu vào của vi điều khiển của bạn cao. Nhân tiện, "GHI Cobra" là gì?

Tôi đề nghị thay cầu chì bằng điện trở 4,7k và sử dụng zener 5.1V hoặc 5.6V. Sẽ là tốt nhất nếu bạn có thể giảm phạm vi hoạt động bình thường của đầu vào ADC để điện áp dự kiến tối đa là khoảng 4V ... có lẽ bằng cách thay đổi điện trở 250 ohm thành 200 ohm. Sau đó, đầu gối mềm của zener sẽ không ảnh hưởng đến số đo của bạn và bạn đang cho zener một căn phòng nhỏ để bắt đầu tiến hành.

— Joe Hass
nguồn

GHI Cobra là một vi điều khiển (nghĩ Arduino) chỉ với xung nhịp nhanh hơn và RAM gấp 10 lần. Bộ điều khiển GHI và Netduino dựa trên .NET và sử dụng MS Visual Studio để phát triển. Một danh sách nhỏ trong trang web của họ: goo.gl/xDU7m5

— Chris K

Nếu zener rò rỉ "vài milliamp", thì, vâng, đó chắc chắn sẽ là vấn đề. Tôi ngạc nhiên khi có rò rỉ như vậy. Không hiểu thay cầu chì bằng điện trở 4,7k. Nếu tôi dính vào sơ đồ, thì ADC sẽ không đọc đúng điện áp, đúng không?

— Matt

Trên thực tế, tôi có thể sẽ sử dụng điện trở 165 ohm để giảm điện áp tối đa xuống 3,3V, giới hạn đối với ADC của Cobra (thực tế là Cobra II). Điều đó sẽ an toàn mặc dù tôi có kế hoạch duy trì nồng độ oxy mà cảm biến sẽ tiếp xúc dưới 5%, do đó cảm biến sẽ tạo ra dòng điện thấp ngay cả với điện trở lớn.

— Matt

Vì vậy, nếu rò rỉ là do đầu gối không sắc nét ở điện áp sự cố, thì rò rỉ có thể không đáng kể khi đầu ra cảm biến thấp, đó là nơi nó sẽ hoạt động trong trường hợp của tôi. Ví dụ, nếu nồng độ oxy được giữ dưới 5%, đầu ra cảm biến sẽ (khoảng) dưới 7mA. Hừm. Sẽ kiểm tra mức độ chính xác có và không có zener ở đầu ra cảm biến / nồng độ như vậy.

— Matt

Về cầu chì: zener bạn chỉ định là thiết bị 1W nên dòng điện tối đa của nó là khoảng 200mA. Thật khó để tìm thấy một cầu chì rẻ tiền, rất nhanh sẽ thổi ở cấp độ hiện tại này. Kịch bản nhiều khả năng là zener sẽ bị phá hủy và đầu vào ADC phải chịu toàn bộ đầu ra 12V của cảm biến. Sử dụng một điện trở (giả sử 4,7k) sẽ giới hạn dòng điện sẽ đi qua zener để bạn không phá hủy nó. Có, mục tiêu là cho hoạt động bình thường ở một điện áp nơi rò rỉ zener là không đáng kể.

— Joe Hass

Mặc dù có vẻ như không có quá điện áp trên chân ADC theo định luật Ohm, nhưng, trường hợp nào chúng ta cần tránh?

Diode TVS là một lựa chọn tốt. mỗi loại MCU đều có điện áp cung cấp maxiam, điện áp hoạt động tốt nhất thấp hơn điện áp maxiam và cao hơn điện áp làm việc. nhưng nếu chúng ta xem xét sự phân cực của điện áp tăng, hai dãy diode TVS theo hướng ngược lại.

Có một phương pháp khác để làm điều này, bạn có thể sử dụng hai diode để bảo vệ cổng ADC, ví dụ 1N4148.one diode kết nối betweeen VCC và chân ADC, một chân ADC khác và GND kết nối. tốt nhất là sử dụng kết nối điện trở giữa tiếp giáp chân ADC của hai diode. Trên thực tế, đây là một phương pháp phổ biến để bảo vệ cổng bên trong MCU, Đây là một cải tiến mở rộng.

Nếu nó được chấp nhận, sử dụng cách ly optplerpler là sự lựa chọn tốt nhất. nhưng nó rất phức tạp

— DreamCat
nguồn

Cảm ơn, DreamCat. Trên thực tế, sử dụng một diode thông thường giữa VCC và đầu ra cảm biến là sơ đồ bảo vệ mặc định của tôi, tôi đã cố gắng hiểu làm thế nào tôi có thể sử dụng một diode zener và nếu có bất kỳ lợi thế nào. Tôi đã không nghĩ đến việc cố gắng bảo vệ cho một thái cực ngược. Không hiểu ý của bạn là gì, "tốt nhất là sử dụng kết nối điện trở giữa chân ADC và đường giao nhau của hai điốt." Một diode TVS (mới đối với tôi) nghe có vẻ lý tưởng.

— Matt