Pourquoi une diode Zener dans une configuration de pied-de-biche baisse la tension d'entrée?

schématique

^{simuler ce circuit - Schéma créé à l'aide de CircuitLab}

J'essaie de brancher une diode Zener afin d'ajouter une certaine mesure de protection ("crowbar" fondu) à un circuit qui comprend un capteur d'oxygène alimenté en boucle avec une sortie lue par un GHI Cobra ADC / Analog In. L'idée est que s'il y avait un court-circuit dans le capteur qui causait 12 V à sa sortie, le Zener avec une panne de 4,7 V entre la sortie du capteur (et l'entrée ADC) et la masse garderait le courant 12V loin de l'ADC assez longtemps pour fusible à sauter car la limite sur la broche Cobra est de 5V.

Cependant, je trouve que lorsque je mets la diode Zener, elle baisse la tension lue par l'ADC (voltmètre en ce moment), par exemple de 4,38 volts à 3,98 volts. Lorsque je remplace le Zener par une diode ordinaire juste pour tester, la tension ne baisse pas. Ce qui donne? Un Zener peut-il être utilisé pour un "pied-de-biche" afin de ne pas modifier la tension côté sortie du capteur? Le Zener est installé avec l'anneau vers le côté ADC. Le magasin d'électronique a déclaré qu'il y avait une panne de 4,7 V, mais je ne sais pas comment le tester.

zener

— Mat
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Les diodes ordinaires n'affichent généralement pas une décomposition Zener aussi bonne que les diodes Zener (c'est pourquoi des diodes Zener spéciales), il est donc normal qu'une diode régulière ne fasse rien. Les diodes Zener peuvent fuir une petite quantité de courant et affecter ainsi la mesure. De quel type d'équipement de test disposez-vous? Pouvez-vous obtenir une diode de suppression de tension transitoire (diode TVS)? Ils devraient avoir un courant de fuite inférieur à celui d'une diode Zener.

— AndrejaKo

Un peu difficile à obtenir une diode TVS en ce moment (sur une petite île.) La chute de tension est de 10% - semble élevée pour les fuites. Aucune fuite mesurable avec la diode régulière.

— Matt

Ce n'est pas un pied-de-biche, c'est une pince. Un pied-de-biche court- circuite l'entrée sur les conditions de surtension; une pince la limite simplement à la tension spécifiée.

— marcelm

Réponses:

La tension inverse d'une diode Zener ne montre pas un genou pointu avec un courant croissant, de sorte que le Zener conduira plusieurs milliampères à des tensions bien inférieures à sa tension nominale. Il n'y a pas besoin de fusible dans ce cas en supposant que l'impédance d'entrée de votre microcontrôleur est élevée. Au fait, qu'est-ce qu'un "GHI Cobra"?

Je suggère de remplacer le fusible par une résistance de 4,7 k et d'utiliser un zener de 5,1 V ou 5,6 V. Il serait préférable de réduire la plage de fonctionnement normale de l'entrée ADC afin que la tension maximale attendue soit d'environ 4 V ... peut-être en changeant la résistance de 250 ohms en 200 ohms. Ensuite, le genou mou du zener n'affectera pas vos mesures et vous donnez au zener un peu de place pour commencer à diriger.

— Joe Hass
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GHI Cobra est un microcontrôleur (pensez Arduino) uniquement avec une horloge plus rapide et 10 fois la RAM. Les contrôleurs GHI et Netduino sont basés sur .NET et utilisent MS Visual Studio pour se développer. Une petite liste sur leur site: goo.gl/xDU7m5

— Chris K

Si le zener fuit "plusieurs milliampères", alors, oui, ce serait certainement le problème. Je suis surpris qu'il y ait une telle fuite. Je ne comprends pas de remplacer le fusible par une résistance de 4,7 k. Si je m'en tiens au schéma, l'ADC ne lirait pas correctement la tension, n'est-ce pas?

— Matt

En fait, j'utiliserais probablement une résistance de 165 ohms pour faire chuter la tension maximale à 3,3 V, la limite de l'ADC du Cobra (Cobra II, en fait). Ce serait sûr même si je prévois de maintenir la concentration en oxygène à laquelle le capteur serait exposé en dessous de 5%, donc le capteur produirait un courant faible même avec une grande résistance.

— Matt

Donc, si la fuite est causée par un genou non tranchant à la tension de claquage, la fuite peut être insignifiante lorsque la sortie du capteur est faible, c'est là qu'elle fonctionnera dans mon cas. Par exemple, si la concentration en oxygène est maintenue en dessous de 5%, la sortie du capteur sera (à peu près) inférieure à 7 mA. Hmm. Teste le degré de précision avec et sans zener à une telle concentration / sortie du capteur.

— Matt

Concernant le fusible: le zener que vous avez spécifié est un appareil 1W donc son courant maximum est d'environ 200mA. Il est difficile de trouver un fusible peu coûteux et très rapide qui sautera à ce niveau actuel. Le scénario le plus probable est que le zener sera détruit et l'entrée ADC soumise à la sortie 12V complète de votre capteur. L'utilisation d'une résistance (disons 4,7 k) limite le courant qui traversera le zener afin que vous ne le détruisiez pas. Oui, l'objectif est que le fonctionnement normal soit à une tension où la fuite zener est négligeable.

— Joe Hass

Bien qu'il semble qu'il n'y ait pas de surtension sur la broche ADC selon la loi d'Ohm, mais quel cas devons-nous éviter?

La diode TVS est un bon choix. chaque type de MCU a une tension d'alimentation maxiam, la meilleure tension active est inférieure à la tension maxiam et supérieure à la tension de travail. mais si l'on considère la polarité de la surtension, deux séries de diodes TVS Dans le sens opposé.

Il existe une autre méthode pour ce faire, vous pouvez utiliser deux diodes pour protéger le port ADC, par exemple 1N4148.une diode se connecte entre VCC et la broche ADC, une autre connecte la broche ADC et GND. il est préférable d'utiliser une résistance connectée entre la broche ADC et la jonction des deux diodes. en fait, c'est une méthode courante pour protéger le port à l'intérieur du MCU, c'est une amélioration d'extensibilité.

Si cela est acceptable, l'isolement par optocoupleur est le meilleur choix. mais c'est très complexe.

— DreamCat
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Merci, DreamCat. En fait, utiliser une diode régulière entre VCC et la sortie du capteur est mon schéma de protection par défaut, j'essayais de comprendre comment je pouvais utiliser une diode Zener et s'il y avait des avantages. Je n'avais pas pensé à essayer de me protéger pour une polarité inversée. Je ne comprends pas ce que vous entendez par "il est préférable d'utiliser une résistance connectée entre la broche ADC et la jonction des deux diodes". Une diode TVS (nouvelle pour moi) semble idéale.

— Matt