Dlaczego 5,1 V to standardowe napięcie Zenera, a nie 5 V?

Patrząc na Digikey, jest około 1300 wyników dla diod Zenera 5,1 V w porównaniu do 6 dla diod 5 V.

Czy ma to jakiś powód związany z fizyką, czy może jest to coś innego?

Napięcia diody Zenera w dużej mierze odpowiadają przedziałom wartości rezystora E24, zakresowi przedziałów określonym z dokładnością +/- 5%.

Diody Zenera nie zostały specjalnie opracowane jako technologia, a zamiast nich zastosowano dokładne odniesienia napięcia za pomocą technik pasmowo-szczelinowych. Interwały pozostają takie same od wielu lat.

Nawiasem mówiąc, diody Zenera są mniej powszechne w obwodach, niż można się spodziewać po nowicjuszach elektroniki, którzy czasami uważają je za atrakcyjne „magiczne spadki napięcia”. Ich połączenie podstawowej niedokładności, zauważalnej wariancji z temperaturą i prądem oraz dość dużego prądu roboczego dla stabilności zmniejsza ich użyteczność w porównaniu z innymi podejściami projektowymi i komponentami.

Podobnie jak rezystory i kondensatory, wartości napięcia diody Zenera mają tendencję do podążania w zakresie preferowanych liczb, takich jak:

Więc dość często znajdziesz 4,3 V, 4,7 V, 5,1 V, 5,6 V diody Zenera itp.

Nawiasem mówiąc, 5,1-woltowa dioda Zenera w kilku zakresach dostawców ma najniższy współczynnik zmiany napięcia wraz z temperaturą: -

Więc jeśli zapytałeś, dlaczego wiele projektów używa zenerów 5,1 V, powiedziałbym, że to zależy od fizyki.

Jak powiedział Andy, dostępne zenery są wtłaczane do serii E24, podobnie jak inne komponenty. Odbywa się to poprzez manipulowanie fizycznym - niższe napięcie (mniej niż około 5 V) to w rzeczywistości diody Zenera, a diody o wyższym napięciu są diodami lawinowymi. Diody lawinowe działają znacznie lepiej (pod względem ostrego „prądu kolana” napięciowo-prądowego). Oto kilka charakterystycznych krzywych z Onsemi, które pokazują zmienność charakterystyk z napięciem Zenera (które pokazują jako zmienną ciągłą):

Należy zauważyć, że impedancja Zenera jest narysowana na wykresie logarytmicznym - impedancja ~ 3 V zenera przy 5 mA wynosi około 80 omów, podczas gdy impedancja zenera 10 V jest bardziej zbliżona do 8 omów. Więc jeśli użyjemy rezystora 400 omów na pierwszym (z zasilania 5V). Jeśli podobnie użyjemy zasilania 16,7 V i 10 V zenera z 1,33 K szeregowo, regulacja procentowa jest ponad 25 razy lepsza w przypadku tego drugiego. Zenery o niższym napięciu są więc bezużyteczne.

Istnieje jedna nisza, w której dobrane napięcie Zenera opiera się na fizyce i powyższych właściwościach - a mianowicie na wartościach odniesienia napięcia. W wielu zastosowaniach odniesienia do pasma zastępują zenery - mają wiele zalet, szczególnie w zastosowaniach niekrytycznych - praca przy niskim poborze mocy i niskim napięciu itp. Są głośne i mają inne wady, jednak stopniowo zostały one rozwiązane.

Niektóre z najlepszych referencji komponentów to dioda Zenera ze zintegrowaną diodą szeregową, która skutecznie zeruje współczynnik temperaturowy napięcia. Ta kombinacja działa tylko przy pojedynczej kombinacji napięcie / prąd - około 6,2 V lub 6,55 V, więc leżący u podstaw + 2 mV / stopień C zenera jest o około 600 mV mniejszy. Przykładem tych części jest 1N829 .

Te urządzenia, choć bardzo stabilne, są obecnie mniej popularne, częściowo dlatego, że nie można ich przyciąć, więc tolerancja napięcia nie może być zbyt wąska. Nowoczesne odniesienia pasmowe z przyciętymi rezystorami mogą być wykonane z bardzo wąskimi tolerancjami. Jednak stabilność może nie być tak dobra jak zenera.

Niektóre z najlepszych dostępnych referencji to nadal zintegrowane diody Zenera (podpowierzchniowe „zakopane” zenery z dodatkową kompensacją temperatury i przycinaniem, często w formie piekarnika). Przykładem tego jest LTZ1000, prawdopodobnie najlepsza powszechnie dostępna referencja pod względem tempco i stabilności (choć droga, wymagająca dużej mocy i nieco potrzebna w innych obszarach).

Diody Zenera mają tendencję do podążania za serią E24, jak stwierdzono Andy aka. Podana tolerancja urządzenia na urządzenie odmiany ogrodowej Zeners wynosi 5%. Gdy różnice temperatur i prądu Zenera są uwzględnione w rzeczach, mogą być znacznie gorsze niż 5%. Różnica między 5 V a 5v1 to tylko 2%. Jeśli przetestowałeś dwie torby, powiedzmy 10 zenerów, które były torbą A 5V i torbą B 5V1, możesz nie być w stanie stwierdzić, która torba była która. To samo rozumowanie dotyczy 5% rezystorów.