제너다이오드는 정전압 기능과 과전압 보호의 2가지 기능이 있다.
이 제너다이오드를 잘 사용하기 위해서는 제너전압과 제너최대전류 (정격전류)를 선택하면 되는데 일반적인 사용방법은 아래와 같이 회로를 구성하면 된다.
입력전압이 5.1V 이상이면 제너다이오드에서 항복현상이 일어나서 5.1V 정전압으로 출력되며 만약 5.1V 이하의 입력전압이 들어온다면 그 전압이 출력되게 된다.
여기서 제너다이오드 상단에 직렬로 저항을 연결하여 제너다이오드에 흐르는 전류를 제한하게 되는데 이를 제너저항 또는 제너다이오드 전류제한저항이라고 부른다.
이 저항값을 계산하는 식은 아래와 같다.
많이 사용되는 제너다이오드 1N4733의 경우 제너전압이 5.1V이고 정격 전류는 178mA이므로
Rs = (12 - 5.1 ) / 0.178 = 38.7옴이므로 계산값보다 조금 큰 저항 39옴을 사용하면 된다.
만약 전류를 많이 흘려야 한다면 5W급인 1N5338B를 사용하면 되는데 최대전류가 930mA이다.
[데이터시트]
첨부파일
1n5338b-1n5369b(Do-15, 5W급).pdf
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아래는 15V 신호 입력을 받는 아두이노 입력 인터페이스 회로이다. 큰 전류가 필요없으므로 1N4733A를 사용하면 된다.
| 질문자 평 답변감사합니다^^ | |
다이오드에 직렬저항을 연결하는 이유와 비슷합니다.
제너 다이오드의 특성은, 작은 역전압을 걸때에는 불통상태에 있다가
특정 전압 이상이 걸리면 갑짜기 흐르는 전류가 증가하여 제너 다이오드 양단의
단자 전압을 특정 전압 보다 높아지지 않도록 하는 특성을 가집니다.
다만 제너 다이오드가 손상되지 않고 버틸 수 있는 전류의 양은 제한되어 있습니다.
역전류를 적당히 제한 할 수 있다면, 제너 다이오드는 손상을 입지 않고 재사용할 수
있습니다. 역방향의 정전압 유지하는 특성도 유지하고요.
역전류를 제한하지 않아 제너 다이오드가 견디지 못하는 전류 이상이 흐르면
제너 다이오드는 고열로 손상되어 대개는 도통 상태에 이르고 되돌이키지 못합니다.
제너 다이오드가 역방향 정전압 특성을 가지고 있고, 그 특성을 이용하려고 제너 다이오드를 사용하지만, 제너 다이오드의 용도는 정확한 전압을 검출하는 정도의 용도로 만 쓰입니다. 저항이 질렬로 제너 다이오드와 연결되어 있다면, 역전압이 어느정도 높아지더라도 직렬 저항에 의해 역전류값이 제한됩니다. 그러면 제너 다이오드 양단에는 일정한 역방향의 정전압이 유지되고 검출됩니다.
re: 제너다이오드가 전압조정기로서 작동하기위한 조건이 무엇이죠??
| 질문자 평 | |
전자회로 실험에 있는 회로인가 보군요.
제너 다이오드(Zener Diode)는 역방향 전압에서 비파괴 Break Down(Zener Break Down)을 이용한 소자입니다. 제너 다이오드의 역방향 Break Down 전압은 아래의 특성 그림에서 알 수 있듯이 전류가 변화하여도 전압의 변화는 매우 적습니다. 이런 성질을 이용하여 전압 안정화회로나 보호회로 등에 사용합니다. 또한 제너 전압(Vz)은 수 Volt에서 수백 Volt 까지 다양하게 제조 됩니다.
[그림] Zener Diode의 전압(V) 전류(I) 특성
위 그림의 회로에서 제너 다이오드가 전압 안정화 소자로 제 기능을 내기 위해서는 당연하겠지만 Break Down 전압(Vz) 보다 높은 전압원(Vs)이 필요 합니다. 그리고 전류를 제한할 수 있는 저항(Rs)도 필요하겠지요. 이 Rs가 없으면 특성 곡선에서 보는 바와 같이 Vz 이상의 전압에서는 대단히 큰 전류(Iz)가 흐르므로 제너 다이오드가 타버립니다.
그리고 제너 다이오드와 직렬로 전류계를 달아 실험 하는 것은 Zener Break Down Voltage(Vz)를 측정하기위해서 제너 다이오드의 역방향 전류가 어느 시점(전압)에서 흐르는가를 알기위해서 다는것이지요.
위 그림은 부하전압 VL이 부하저항 RL(또는 부하전류 IL)의 크기에 무관하게 Vz를 일정하게 유지하는 전압 안정화회로입니다.
PZ=500mWatt, VS=16Volt, RS=120Ω, Vz=5.1Volt
최대소모 전력 500mW란 다시 말해 500mWatt 이하에서 사용하라는 뜻입니다. 이 최대 소모전력은 상온에서 Zener Voltage와 최대 전류를 곱한 값이라고 이해하면 크게 틀리지 안습니다.
즉 Pz = Vz x Izmax 으로 됩니다. Izmax는 500mWatt/5.1V ≒ 98mAmp 이지만 자체 열 발생으로 인하여 그보다 훨씬 낮은 전류에서 사용하는 것이 바람직 합니다.
1) OpenCircuit(즉 RL=∞, IL=0)일때
IZ= (VS-VZ)/RS= (16-5.1)/120≒ 90mAmp
500mWatt의Zener Diode라면 최대정격에가까워 Open Circuit에서동작시키면
위험합니다.
2)부하전압 VL이 5.1Volt(=Vz)를 유지할수 있는최대부하는?
이조건은Iz=0이 되는부하이며 이때에는 Is=IL이 됩니다.
즉
(Vs-VL)/Rs= VL/RL
(16-5.1)/120= 5.1/RL
∴ RL ≒ 57Ω
이것을VL의관점에서 풀면
VL =VZ = RL·(VS-VL) /RS
5.1=RL·(16-5.1)/ 120
∴ RL ≒ 57Ω
이것은부하전류 IL을 90mAmp 이하로(RL ≥ 57Ω)사용하여야부하전압 VL을
VZ(=5.1Volt)로일정하게유지할수 있다는 뜻입니다.