Determinación de resistencia de carga en diodo Zener

Revise las siguientes dos condiciones esquemáticas:

^{simular este circuito : esquema creado con CircuitLab}

tu valor de$R_i$debe ser lo suficientemente pequeño para soportar una corriente de carga de$100\:\textrm{mA}$(lo que implica una carga de$\tfrac{12\:\textrm{V}}{100\:\textrm{mA}}=120\:\Omega$.) También debe soportar la corriente mínima necesaria a través de$D_1$en este momento, también. Para un zener típico como este, ese valor puede abarcar un cierto rango. Pero para una buena regulación, probablemente desee$I_z\ge 10\:\textrm{mA}$. Y$R_i$debe hacer todo esto mientras la tensión de alimentación está en su valor mínimo de$15\:\textrm{V}$. Entonces:

Un valor estándar de$27\:\Omega$haría.

Tenga en cuenta que tuve que colocar este circuito en los extremos para asegurarme de que$R_i$tenía que hacer frente a las peores circunstancias de suministro posibles (mínimo) que podría experimentar al tratar de hacer frente a las peores circunstancias de carga (máximo).

Ahora que sabemos que$R_i=27\:\Omega$, el segundo esquema nos permite cambiar las cosas para calcular la potencia del peor de los casos en$R_i$(y en$D_1$.) El poder en$R_i$será el mismo, independientemente de la corriente de carga. Pero ahora estoy configurando la corriente de carga al mínimo, mientras configuro el suministro al máximo, para ver el peor de los casos.$D_1$(cuya potencia depende de la corriente de carga).

En este caso, la corriente a través de$R_i$es:

El poder en$R_i$es entonces sobre$27\:\Omega\cdot\left(300\:\textrm{mA}\right)^2$

Ya que solo$20\:\textrm{mA}$de eso está pasando por la carga, el resto, o$280\:\textrm{mA}$, se deja pasar$D_1$. Entonces la potencia requerida por el diodo zener es$12\:\textrm{V}\cdot 280\:\textrm{mA}\approx 3.4\:\textrm{W}$.

Eso cubre (a) y (b) bastante bien.

Ahora el problema es sobre (c). Antes de abordar ese problema, quiero decir que la hoja de datos del 1N4742A dice que cuando se usa$21\:\textrm{mA}$,$R_z=9\:\Omega$. Esto tendería a significar que si alguien me dice que$R_z=3\:\Omega$, el valor que usé para el mínimo$I_z=10\:\textrm{mA}$no fue suficiente Debería ser mucho más alto. Y esto tendería a significar que no calculé$R_i$correctamente. Sin embargo, su problema no requiere este zener en particular, por lo que no puedo debatir ni discutir los hechos, tal como se dan. El problema tampoco indicaba una corriente zener mínima para usar. Así que esto me permite mantener mis cálculos y seguir adelante.

Dado que la resistencia dinámica del zener se da como$R_z=3\:\Omega$, y como puedo ver que el cambio dinámico en$I_z$, de mínimo a máximo, es$300\:\textrm{mA}-10\:\textrm{mA}=290\:\textrm{mA}$, puedo multiplicar estos dos para obtener$870\:\textrm{mV}$variación en el zener. O, si tengo suerte con el zener, puedo obtener$12\:\textrm{V}\pm 440\:\textrm{mV}$en la salida en todas las circunstancias de diseño (excepto la deriva térmica, el envejecimiento y la variación de piezas, que tampoco parecen ser parte del problema aquí, pero lo serían en el caso de un circuito real).

Pero hagamos esto de otra manera. Podemos insertar$R_z$en el circuito:

^{simular este circuito}

Ahora bien, esa no es una realidad exacta. Acabo de elegir un arbitrario$11.55\:\textrm{V}$para el valor zener ideal con el fin de hacer que las cosas funcionen para centrarse en$12\:\textrm{V}$en la salida La realidad será diferente. Peor aún, ¡el rango dinámico de corriente a través del zener es un factor de 30! No hay forma posible de que$R_z=3\:\Omega$para tal rango dinámico de corriente. Podría ser válido si hubiera elegido un mínimo$I_z\ge 100\:\textrm{mA}$, tal vez. Lo que habría resultado en un valor diferente para$R_i$. Pero al problema no le importa, así que a mí no me importa. Si hubiera enumerado una parte específica donde pudiera examinar una hoja de datos, podría haberse desarrollado una idea más precisa a partir de aquí.

Pero lo anterior funciona como tarea, supongo.

Como sabe que el voltaje regulado es de 12 V, puede calcular la resistencia mínima y máxima de la carga, que cambiará, a partir de las corrientes dadas. Si diseña el regulador correctamente, el mínimo y el máximo de Vi no deberían importar. Ese es el propósito de un regulador. Si tiene la corriente de carga mínima a máxima en cualquier lugar desde el voltaje de entrada mínimo a máximo, la salida siempre debe ser de 12V.

Mi solución sin una tolerancia de voltaje de regulación de carga en la pregunta.

• RL(mín) = 120 ohmios = Vz/ILmáx = 12/100m
• Ri(mín)+Rz = ΔVi/Imáx = 30Ω = (15V-12V)/100mA
  • Tenga en cuenta que incluí el Rz con el Ri para la caída de voltaje.

    • esto funciona para los LED donde un solo LED es ~ 1/Pd (paquete) usando Vth 2.8V para la mayoría de los LED blancos, luego Vf aumenta con ESR * Si luego x por número en cadena, divida por cadenas en paralelo y pocas personas aprecian esta regla de pulgar

• entonces Ri = 30-Rz= 27 Ω
• P(Ri)máx = (20-12)^2/27 Ω = 2,37 W

En el mundo real, primero definimos Vout, Iout y Vtolerance luego Ri de ΔVi, ΔIL.

Luego, la disipación de energía determinará qué tipo de Zener se necesita. La carga no debe producir una relación R por debajo de la$V_{Zmin}$ni exceder Rmax tal que el$V_Z*I_Z*R_{jc}$excede el aumento de temperatura permitido de la caja para una resistencia térmica de$R_{jc}$y disipador de calor,$R_{ca}$

Pero tiene un circuito existente con Vi, Ri y Vz fijos, una forma es determinar$R_L(min)$es donde$\frac{R_L*Vi}{R_L+Ri}=V_Z @I_z$Tal que Si =(Vi-Vf)/Ri y$I_i=I_Z+I_L$.

Dado que Rz nunca es fijo. Vea a continuación un Zener adecuado para esta pregunta.

Rz se define como Zzt como umbral Zener en alguna corriente de prueba @ 10% a 25% de Imax

Ztk es el umbral de rodilla a 1 mA que tiene un Ztk = 125 Ω mucho más alto aquí frente a Zzt = 2,5 Ω