Tại sao chúng ta kết nối một điện trở trước một diode Zener?

Tại sao chúng ta cần một điện trở trong mạch diode Zener, như trong sơ đồ dưới đây?

Tôi hiểu nó là để giới hạn dòng điện nhưng làm thế nào, và tại sao chúng ta cần nó cho một diode Zener?

Việc chọn các giá trị khác nhau của điện trở có ảnh hưởng đến hiệu suất mạch không? Vì vậy, khi chúng ta đang chọn một diode Zener, chúng ta xem xét các thông số kỹ thuật ở các dòng ngược khác nhau có thể chảy qua chúng. Nhưng nếu những cái đó có thể được thay đổi thông qua các điện trở, chúng ta có thể chọn bất kỳ diaode Zener nào ở điện áp, mà không cần nhìn vào dòng điện tối đa không?

Thay vì đi đến 'không có điện trở' hãy xem xét điều gì xảy ra nếu chúng ta chỉ sử dụng điện trở có giá trị khác nhau (thấp hơn) và nhìn vào mẫu. Khi chúng ta giảm giá trị điện trở, dòng điện qua zener sẽ tăng. Ngay cả khi nguồn điện áp không hoàn hảo, năng lượng tiêu tán bởi zener sẽ khiến nó bị hỏng do quá nóng.

Dòng điện qua điện trở là, theo định luật KVL và Ohm:

$\dfrac{V_{IN} - V_Z}{R_S}$

Đây là dòng điện tối đa thông qua diode zener và do đó, được chọn để giới hạn dòng điện qua diode ở một số giá trị sao cho công suất tối đa tiêu tán của diode nằm dưới mức công suất tối đa.$R_S$

Ví dụ, nếu Zener là 12V, thiết bị 1W, chúng tôi muốn zener tối đa hiện tại để được ít hơn .$\dfrac{1}{12}A$

Từ một bình luận cho một câu trả lời khác:

chúng ta có thể chọn bất kỳ zener ở điện áp, mà không cần nhìn vào dòng điện tối đa?

Quan điểm của câu trả lời của Jim và của tôi là nhấn mạnh đến sự tiêu tán năng lượng liên quan đến diode zener.

Vì câu trả lời của chúng tôi rõ ràng là không đủ về vấn đề này, hãy xem xét đoạn trích sau từ bảng dữ liệu diode zener:

Lưu ý mục đầu tiên là tản điện tối đa tuyệt đối . Trong trường hợp này, .$P_D = 500mW$

Vì vậy, nếu bạn chọn một diode zener từ họ này với điện áp zener là , bạn phải chọn một điện trở để giới hạn dòng tối đa ở mức (có lẽ đáng kể) nhỏ hơn :$V_Z$

$I_{Z_{max}} < \dfrac{P_D}{V_Z}$

Ví dụ: nếu bạn chọn 1N5231B với danh nghĩa , bạn phải chọn một điện trở sao cho$V_Z = 5.1V$

$I_{Z_{max}} < \dfrac{0.5W}{5.1V} = 98 mA$

Cả nguồn cung cấp năng lượng lẫn diode Zener đều không lý tưởng. Một nguồn cung cấp có trở kháng đầu ra rất thấp và một diode Zener có trở kháng khác không. Không có điện trở nối tiếp, điều này có nghĩa là:

1. Dòng diode Zener sẽ rất cao
2. Điện áp trên diode Zener sẽ cao hơn mức quy định do điện trở bên trong của nó
3. Do dòng điện lớn có thể làm tiêu tán năng lượng, ( ), sẽ rất lớn. Diode Zener trung bình của bạn sẽ có mức công suất 400 mW hoặc 500 mW.$P_{dissipated}=V_{zener}×I_{zener}$

Mục đích của việc sử dụng zener là gì? Câu trả lời ngắn: Để cung cấp điện áp Vz không hợp lý cho các thay đổi tải (điện trở đầu ra động thấp) - và có thể được lấy từ một nguồn điện áp Vo khác lớn hơn và / hoặc thay đổi quá nhiều theo thời gian.

Ghi nhớ KVL, chúng ta cần một phần có thể tạo ra sự khác biệt Vo-Vz . Một điện trở nối tiếp với diode Zener phục vụ mục đích này