제너 다이오드와 저항은 전압을 어떻게 조절합니까?

제너 다이오드를 사용하여 구축 할 수있는 간단한 전압 조정기를 이해하는 데 어려움을 겪고 있습니다 (Art of Electronics의 섹션 2.04 참조). 앰프 등을 사용하는 것이 더 낫다는 것을 알고 있지만이 회로의 작동 방식을 이해하려고합니다.

zener / avalanche 다이오드를 사용한 저항 다이오드 전원 공급 장치 다이어그램

회로가 어떻게 작동하는지 이해하지 못하지만 부하가 출력에 적용될 때 소스 (Vin)에서 전류를 방출하여 전압이 떨어질 것이라고 추측합니다. 제너 다이오드는 전압을 유지하는 데 어떻게 도움이되므로이 회로를 레귤레이터로 사용합니까?

voltage-regulator diodes zener

— 닥터 왓슨
소스

답변:

제너 다이오드 곡선을보십시오. 역 바이어스시 제너 전압에서 장치가 고장 나고 작동하는 것을 볼 수 있습니다. 이 특성은 저항과 함께 사용되는 경우 비교적 작은 전압 변화로 출력 전압 범위에 걸쳐 항복 전압에서 출력 전압을 고정합니다. 또한 입력 전압의 변화에 대비하여 출력을 안정화시킵니다.

엄밀히 말하면, 제너 다이오드는 저전압 장치입니다 (최대 약 5V6). 고전압 전압은 작동 모드가 다르며 애벌랜치 다이오드라고합니다. 두 유형 모두 일반적으로 제너라고합니다.

— 레온 헬러
소스

고마워, 어떤 이유로 나는 다이오드가 역 바이어스 된 것으로 보지 못했다. 따라서 V <Vz (breakdown) 일 때는 조절이 없지만 V == Vz (breakdown) 일 때 제너 다이오드는 Vz (breakdown)에서 출력 전압을 유지합니까?

— Dr. Watson

예, 음극에 Vz 전압 소스가있는 순방향 바이어스 이상적인 다이오드와 유사합니다.

— tyblu 2016 년

@Leon Heller 나는 "상대적으로 작은 전압 변화"부분을 이해하지 못했습니다 ... 제너 고장을위한 전류에 도달 한 후에 항상 입력 전압을 늘려야합니까?

— Hydrous Caperilla

제너 고장은 전류가 아닌 전압에 의해 발생합니다.

— Leon Heller

@LeonHeller 실수로 죄송합니다. 고장 전압에 도달 한 후 작은 값으로 전압을 변경해야합니다

— Hydrous Caperilla

입력 전압이 10V이고 제너가 5V 유형이고 저항이 이라고 가정합니다 . 제너 설정한다 따라서 저항을 통해 전류가있을 것이다, 5V의 $\Omega$ $V_{OUT}$ $I = \frac{10V - 5V}{100\Omega } = 50mA$ $\Omega$ $I_L = \frac{5V}{500\Omega} = 10mA$ $V_{OUT}$ $R_L$ $\Omega$ $R/R_L$ $V_{OUT}$ $V_{OUT}$

$\Omega$ $I = \frac{9V - 5V}{100\Omega } = 40mA$ , and therefore the current through the zener 30mA. Again the input voltage can decrease to the point where the zener has too little current left to operate properly. The upper limit of the input voltage is determined by the maximum current allowed through zener and R.

This type of voltage regulation is very simple, but not very good. Line regulation is poor, which means that the output voltage will still vary a bit when the input voltage increases/decreases. Same with load regulation: output voltage will vary with varying loads. And compared to the maximum load there's a rather big loss in the zener, so it's not very efficient. A small integrated regulator like an LM78Lxx is always a better choice.

— stevenvh
소스

I would expect that a Zener regulator may be advantageous in cases where there's never much load (e.g. 250uA max) and it's okay if the output voltage varies a lot, but where the output voltage must not be allowed to get above a certain level. For example, a couple of decent 100K resistors in series with rectified AC120 line voltage will pass an average current of a little more than a quarter milliamp but should have no trouble withstanding 170 volts (each would see a peak power well below 0.1 watts). The 78Lxx regulators can't withstand anything near that on their inputs.

— supercat