Dlaczego dioda Zenera w konfiguracji łomu obniża napięcie wejściowe?

schematyczny

^{symulacja tego obwodu - Schemat utworzony przy użyciu CircuitLab}

Próbuję podłączyć diodę Zenera, aby dodać pewną ochronę (połączony „łom”) do obwodu, który zawiera zasilany z pętli czujnik tlenu z wyjściem odczytanym przez GHI Cobra ADC / Analog In. Chodzi o to, że jeśli w czujniku wystąpiło zwarcie, które spowodowało 12 V na wyjściu, Zener z przebiciem 4,7 V między wyjściem czujnika (a wejściem ADC) a masą utrzymywałoby prąd 12 V z dala od ADC wystarczająco długo, aby bezpiecznik do wysadzenia, ponieważ limit na pinie Cobra wynosi 5 V.

Uważam jednak, że po włożeniu diody Zenera spada napięcie odczytywane przez ADC (miernik woltażu teraz), np. Z 4,38 wolta do 3,98 wolta. Kiedy wymieniam Zenera na zwykłą diodę tylko w celu przetestowania, napięcie nie spada. Co daje? Czy można zastosować Zenera jako „łom”, aby nie zmieniał on napięcia po stronie wyjściowej czujnika? Zener jest instalowany z pierścieniem w kierunku strony ADC. Sklep elektroniczny powiedział, że ma awarię 4,7 V, ale nie jestem pewien, jak to przetestować.

zener

— Matt
źródło

Zwykłe diody zwykle nie wykazują tak dobrego rozkładu Zenera jak diody Zenera (dlatego mają specjalne diody Zenera), więc normalne jest, że zwykła dioda nic nie robi. Diody Zenera mogą wyciekać niewielką ilość prądu i w ten sposób wpływać na pomiar. Jaki masz sprzęt testowy? Czy można uzyskać diodę tłumienia napięcia przejściowego (dioda TVS)? Powinny mieć niższy prąd upływowy niż dioda Zenera.

— AndrejaKo,

Trochę trudno jest teraz dostać diodę TVS (na małej wyspie). Spadek napięcia wynosi 10% - wydaje się, że jest wysoki na przeciek. Brak mierzalnego wycieku za pomocą zwykłej diody.

— Matt

To nie jest łom, to zacisk. Łom zwiera sygnał wejściowy w warunkach przepięcia; zacisk ogranicza go tylko do określonego napięcia.

— marcelm

Odpowiedzi:

Napięcie wsteczne diody Zenera nie wykazuje ostrego kolana ze wzrostem prądu, więc zener będzie przewodził kilka miliamperów przy napięciach znacznie poniżej napięcia znamionowego. W tym przypadku nie ma potrzeby stosowania bezpiecznika, zakładając, że impedancja wejściowa mikrokontrolera jest wysoka. Nawiasem mówiąc, czym jest „Kobra GHI”?

Sugeruję wymianę bezpiecznika na rezystor 4,7 k i zastosowanie zenera 5,1 V lub 5,6 V. Byłoby najlepiej, gdybyś mógł zmniejszyć normalny zakres działania wejścia ADC, tak aby maksymalne oczekiwane napięcie wynosiło około 4V ... być może poprzez zmianę rezystora 250 omów na 200 omów. Wtedy miękkie kolano zenera nie wpłynie na twoje pomiary i dajesz zenerowi trochę miejsca na rozpoczęcie prowadzenia.

— Joe Hass
źródło

GHI Cobra to mikrokontroler (zdaniem Arduino) tylko z szybszym zegarem i 10-krotnie większą pamięcią RAM. Kontrolery GHI i Netduino są oparte na platformie .NET i używają MS Visual Studio do rozwijania się. Mała lista na ich stronie: goo.gl/xDU7m5

— Chris K

Jeśli zenera przecieka „kilka miliamperów”, to tak, z pewnością byłby to problem. Dziwię się, że jest taki wyciek. Nie rozumiem, jak wymienić bezpiecznik na rezystor 4,7k. Jeśli trzymam się schematu, ADC nie odczytałby napięcia, prawda?

— Matt

W rzeczywistości prawdopodobnie użyłbym rezystora 165 omów, aby obniżyć maksymalne napięcie do 3,3 V, czyli limitu ADC Cobry (Cobra II). Byłoby to bezpieczne, chociaż planuję utrzymać stężenie tlenu, na które czujnik byłby narażony, poniżej 5%, a zatem czujnik generowałby niski prąd nawet przy dużym rezystorze.

— Matt

Więc jeśli wyciek jest spowodowany przez nieostre kolano przy napięciu przebicia, wówczas wyciek może być nieznaczny, gdy moc wyjściowa czujnika jest niska, czyli tam, gdzie będzie działać w moim przypadku. Np. Jeśli stężenie tlenu utrzymuje się poniżej 5%, moc wyjściowa czujnika będzie (z grubsza) poniżej 7mA. Hmm Testuje stopień dokładności zi bez zenera przy takim stężeniu / wyjściu czujnika.

— Matt

Jeśli chodzi o bezpiecznik: podany przez ciebie zener jest urządzeniem o mocy 1W, więc jego maksymalny prąd wynosi około 200mA. Trudno znaleźć niedrogi, bardzo szybki bezpiecznik, który zadziała na tym obecnym poziomie. Bardziej prawdopodobnym scenariuszem jest zniszczenie Zenera, a wejście ADC zostanie poddane pełnej mocy wyjściowej 12 V czujnika. Użycie rezystora (powiedzmy 4,7k) ogranicza prąd, który przejdzie przez Zenera, aby go nie zniszczyć. Tak, celem jest normalne działanie przy napięciu, przy którym wyciek Zenera jest znikomy.

— Joe Hass

Chociaż wydaje się, że nie ma przepięcia na pinie ADC zgodnie z prawem Ohma, ale jakiego przypadku należy unikać?

Dioda TVS to dobry wybór. każdy typ MCU ma maksymalne napięcie zasilania, najlepsze aktywne napięcie jest niższe niż napięcie maxiam i wyższe niż napięcie robocze. ale jeśli weźmiemy pod uwagę polaryzację napięcia udarowego, dwie serie diod TVS w przeciwnym kierunku.

Jest na to inna metoda, możesz użyć dwóch diod do ochrony portu ADC, na przykład 1N4148. Jedna dioda łączy między pinami VCC i ADC, inna łączy pin ADC i GND. najlepiej jest użyć rezystora łączącego pin ADC i złącze dwóch diod. w rzeczywistości jest to powszechna metoda ochrony portu wewnątrz MCU. Jest to ulepszenie rozszerzalności.

Jeśli jest to do przyjęcia, najlepszym rozwiązaniem jest użycie izolacji transoptora. ale jest bardzo złożony.

— DreamCat
źródło

Dzięki, DreamCat. Właściwie, używanie zwykłej diody między VCC a wyjściem czujnika jest moim domyślnym schematem ochrony, próbowałem zrozumieć, jak mogę użyć diody Zenera i czy są jakieś zalety. Nie myślałem o próbie ochrony przed odwrotną polaryzacją. Nie rozumiem, co masz na myśli, „najlepiej jest użyć rezystora łączącego pin ADC ze złączem dwóch diod”. Dioda TVS (nowa dla mnie) brzmi idealnie.

— Matt