为什么标准齐纳电压是 5.1V 而不是 5V?

电器工程 齐纳 材料
2022-01-18 03:08:33

在 Digikey 上,5.1V 齐纳二极管的结果约为 1300 个,而 5V 的结果为 6 个。

这是否有任何与物理相关的原因,还是其他原因?

4个回答

齐纳二极管电压在很大程度上遵循 E24 电阻值间隔,该间隔范围以 +/-5 % 的精度指定。

齐纳二极管并没有特别发展成为一种技术,而是使用带隙技术具有精确的电压基准。间隔多年来一直保持不变。

顺便说一句,齐纳二极管在电路中并不像电子新手所期望的那样普遍,他们有时会认为它们是吸引人的“神奇电压降”。与其他设计方法和组件相比,它们的基本不准确性、温度和电流的显着变化以及相当大的工作电流稳定性降低了它们的实用性。

好吧,就像电阻器和电容器一样,齐纳二极管电压值往往遵循一系列首选数字,例如:-

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因此,您经常会发现 4.3 伏、4.7 伏、5.1 伏、5.6 伏齐纳二极管等。

顺便说一句,几个供应商系列中的 5.1 伏齐纳二极管具有最低的电压随温度变化的温度系数:-

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所以,如果你问为什么很多设计使用 5.1 伏齐纳二极管,我会说这取决于物理学。

正如安迪所说,可用的齐纳二极管像其他组件一样被迫进入 E24 系列。这是通过摆弄物理来完成的 - 较低电压(小于约 5V)实际上是齐纳二极管,而较高电压二极管是雪崩二极管。雪崩二极管工作得更好(就具有尖锐的电压电流“拐点”而言)。以下是Onsemi的一些特性曲线,显示了特性随齐纳电压的变化(它们显示为连续变量): 在此处输入图像描述

请注意,齐纳阻抗是绘制在批次对数图上的——5mA 时~3V 齐纳的阻抗约为 80 欧姆,而 10V 齐纳的阻抗更像是 8 欧姆。因此,如果我们在前者上使用 400 欧姆电阻(来自 5V 电源)。如果我们同样使用 16.7V 电源和 1.33K 串联的 10V 齐纳二极管,则后者的百分比调节要好 25 倍以上。所以较低电压的齐纳二极管是非常没用的。


有一个利基,其中选择的齐纳电压基于物理和上述特性 - 那是用于电压参考。对于许多应用,带隙基准已经取代了齐纳二极管——它们具有许多优点,特别是对于非关键应用——低功率和低电压操作等。它们噪声大并且具有其他缺点,但是这些已经逐渐得到解决。

一些最好的组件参考是带有集成串联二极管的齐纳二极管,可有效地将电压的温度系数归零。这种组合仅适用于单一的电压/电流组合——大约 6.2V 或 6.55V,因此底层的 +2mV/摄氏度齐纳二极管比这低大约 600mV。这些部件的一个例子是1N829

这些设备虽然非常稳定,但如今已不那么受欢迎,部分原因是它们无法进行微调,因此无法将电压容差做得非常严格。带有微调电阻的现代带隙基准可以制成非常严格的容差。不过稳定性可能不如齐纳二极管。

一些最好的参考仍然是集成齐纳二极管(地下“埋地”齐纳二极管,增加了温度补偿和微调,通常采用烘烤形式)。LTZ1000 就是一个例子,它可能是就温度系数和稳定性而言最好的常用参考(尽管价格昂贵、耗电且在其他领域有点需要)。

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齐纳二极管倾向于遵循安迪(Andy aka)所说的 E24 系列。花园品种齐纳二极管的规定设备间容差为 5%。当考虑温度和齐纳电流的变化时,情况可能会比 5% 差很多。5V 之间的差异而 5v1 只有 2%。如果您测试了两袋 10 个齐纳二极管,分别是 A 袋 5V 和 B 袋 5V1,您可能无法分辨哪个袋子是哪个袋子。同样的推理适用于 5% 的电阻器。