ทำไมไดโอดซีเนอร์ในการตั้งค่าชะแลงทำให้แรงดันไฟฟ้าขาเข้าลดลง?

แผนผัง

^{จำลองวงจรนี้ - แผนผังที่สร้างโดยใช้CircuitLab}

ฉันกำลังพยายามต่อไดโอด Zener เพื่อเพิ่มการป้องกันบางส่วน (หลอมรวม "ชะแลง") ลงในวงจรที่มีเซ็นเซอร์ออกซิเจนแบบลูปที่ขับเคลื่อนด้วยเอาต์พุตที่อ่านโดย GHI Cobra ADC / Analog In แนวคิดก็คือถ้ามีเซ็นเซอร์สั้น ๆ ที่ทำให้เกิด 12V ในสัญญาณของมันซีเนอร์ที่มีการแยก 4.7 V ระหว่างเอาท์พุทเซ็นเซอร์ (และอินพุต ADC) และกราวด์จะทำให้กระแส 12V อยู่ห่างจาก ADC นานพอสำหรับ ชนวนให้ระเบิดเนื่องจากขีด จำกัด ของขางูเห่าคือ 5V

อย่างไรก็ตามฉันพบว่าเมื่อฉันใส่ไดโอดซีเนอร์มันจะลดแรงดันที่ ADC อ่าน (โวลต์มิเตอร์ในตอนนี้) เช่นจาก 4.38 โวลต์ถึง 3.98 โวลต์ เมื่อฉันเปลี่ยนซีเนอร์ด้วยไดโอดปกติเพียงเพื่อทดสอบแรงดันไม่ลดลง สิ่งที่ช่วยให้? ซีเนอร์สามารถใช้กับ "ชะแลง" เพื่อไม่ให้เปลี่ยนแรงดันไฟฟ้าที่ด้านเอาท์พุทของเซ็นเซอร์ได้หรือไม่? Zener ได้รับการติดตั้งด้วยวงแหวนไปทางด้าน ADC ร้านขายเครื่องใช้ไฟฟ้ากล่าวว่ามีการแยกย่อย 4.7V แต่ฉันไม่แน่ใจว่าจะทดสอบอย่างไร

zener

— ด้าน
แหล่งที่มา

ไดโอดปกติมักจะไม่แสดงให้เห็นว่าซีเนอร์พังทลายได้ดีเท่าที่ซีเนอร์ไดโอดทำ (นั่นคือเหตุผลที่มีไดโอดซีเนอร์พิเศษ) ดังนั้นจึงเป็นเรื่องปกติที่ไดโอดปกติจะไม่ทำอะไรเลย ซีเนอร์ไดโอดอาจรั่วไหลของกระแสเล็กน้อยและในทางนั้นส่งผลกระทบต่อการวัด คุณมีอุปกรณ์ทดสอบประเภทใดบ้าง คุณจะได้รับไดโอดปราบปรามแรงดันไฟฟ้าชั่วคราว (TVS diode)? พวกเขาควรมีกระแสไฟรั่วต่ำกว่าไดโอดซีเนอร์

— AndrejaKo

ค่อนข้างยากที่จะรับ TVS diode ในตอนนี้ (บนเกาะเล็ก ๆ ) แรงดันไฟฟ้าตกที่ 10% - ดูเหมือนสูงสำหรับการรั่วไหล ไม่มีการรั่วไหลที่วัดได้ด้วยไดโอดปกติ

— Matt

นั่นไม่ใช่ชะแลง แต่เป็นตัวหนีบ ชะแลงสั้นเข้ากับเงื่อนไขแรงดันไฟฟ้าเกิน; แคลมป์ จำกัด เฉพาะแรงดันไฟฟ้าที่ระบุ

— marcelm

คำตอบ:

แรงดันย้อนกลับของไดโอดซีเนอร์ไม่ได้แสดงให้เห็นถึงเข่าที่คมชัดด้วยกระแสที่เพิ่มขึ้นดังนั้นซีเนอร์จะดำเนินการหลายมิลลิแอมป์ที่แรงดันต่ำกว่าแรงดันไฟฟ้าที่ได้รับการจัดอันดับ ไม่จำเป็นต้องมีฟิวส์ในกรณีนี้สมมติว่าอิมพิแดนซ์อินพุตของไมโครคอนโทรลเลอร์ของคุณสูง โดยวิธีการที่ "GHI งูเห่า" คืออะไร?

ฉันขอแนะนำให้เปลี่ยนฟิวส์ด้วยตัวต้านทาน 4.7k และใช้ซีเนอร์ 5.1V หรือ 5.6V มันจะเป็นการดีที่สุดถ้าคุณสามารถลดช่วงการทำงานปกติของอินพุต ADC เพื่อให้แรงดันไฟฟ้าสูงสุดที่คาดไว้คือประมาณ 4V ... อาจโดยการเปลี่ยนตัวต้านทาน 250 โอห์มเป็น 200 โอห์ม จากนั้นหัวเข่าที่อ่อนนุ่มของซีเนอร์จะไม่ส่งผลกระทบต่อการวัดของคุณและคุณจะให้ห้องเล็ก ๆ เพื่อเริ่มดำเนินการ

— โจฮัส
แหล่งที่มา

GHI Cobra เป็นไมโครคอนโทรลเลอร์ (คิดว่า Arduino) เท่านั้นที่มีนาฬิกาเร็วขึ้นและ RAM 10 เท่า ตัวควบคุม GHI และ Netduino นั้นใช้. NET และใช้ MS Visual Studio เพื่อพัฒนารายการเล็ก ๆ ในเว็บไซต์ของพวกเขา: goo.gl/xDU7m5

— Chris K

หากซีเนอร์รั่ว "หลายพันมิลลิวินาที" ใช่นั่นจะเป็นปัญหาอย่างแน่นอน ฉันประหลาดใจที่มีการรั่วไหลเช่นนี้ ไม่เข้าใจการเปลี่ยนฟิวส์ด้วยตัวต้านทาน 4.7k ถ้าฉันติดกับไดอะแกรมแล้ว ADC จะไม่อ่านแรงดันไฟฟ้าถูกต้องใช่ไหม?

— Matt

ที่จริงแล้วฉันอาจจะใช้ตัวต้านทาน 165 โอห์มเพื่อลดแรงดันไฟฟ้าสูงสุดที่ 3.3V ซึ่งเป็นขีด จำกัด ของ ADC ของ Cobra (Cobra II, จริง ๆ ) นั่นจะปลอดภัยแม้ว่าฉันวางแผนที่จะรักษาความเข้มข้นของออกซิเจนที่เซ็นเซอร์จะได้รับต่ำกว่า 5% ดังนั้นเซ็นเซอร์จะส่งออกกระแสไฟฟ้าต่ำแม้จะมีตัวต้านทานขนาดใหญ่

— Matt

ดังนั้นหากการรั่วไหลเกิดจากหัวเข่าที่ไม่คมที่แรงดันพังทลายการรั่วไหลอาจไม่สำคัญเมื่อเอาท์พุทเซ็นเซอร์ต่ำซึ่งเป็นจุดที่มันจะทำงานในกรณีของฉัน เช่นถ้าความเข้มข้นของออกซิเจนถูกเก็บไว้ต่ำกว่า 5% เอาท์พุทเซ็นเซอร์จะ (ประมาณ) ต่ำกว่า 7mA อืมมม จะทดสอบระดับความแม่นยำโดยมีและไม่มีซีเนอร์ที่เอาต์พุตความเข้มข้น / เซ็นเซอร์ดังกล่าว

— Matt

เกี่ยวกับฟิวส์: ซีเนอร์ที่คุณระบุเป็นอุปกรณ์ 1W ดังนั้นกระแสสูงสุดคือประมาณ 200mA เป็นการยากที่จะหาฟิวส์ราคาไม่แพงและเร็วมากที่จะระเบิดในระดับปัจจุบัน สถานการณ์ที่เป็นไปได้มากขึ้นคือซีเนอร์จะถูกทำลายและอินพุต ADC อยู่ภายใต้เอาท์พุท 12V เต็มรูปแบบของเซ็นเซอร์ของคุณ การใช้ตัวต้านทาน (พูด 4.7k) จำกัด กระแสที่จะผ่านซีเนอร์ดังนั้นคุณจะไม่ทำลายมัน ใช่เป้าหมายคือเพื่อให้การทำงานปกติเป็นแรงดันที่การรั่วไหลของซีเนอร์นั้นเล็กน้อย

— Joe Hass

แม้ว่ามันจะดูเหมือนว่าไม่มีแรงดันไฟฟ้าเกินในพิน ADC ตามกฎหมายของโอห์ม แต่สิ่งที่เราต้องหลีกเลี่ยงคืออะไร?

TVS diode เป็นตัวเลือกที่ดี MCU ทุกประเภทมีแรงดันไฟฟ้าสูงสุด maxiam แรงดันไฟฟ้าที่ใช้งานได้ดีที่สุดจะต่ำกว่าแรงดัน maxiam และสูงกว่าแรงดันไฟฟ้าที่ใช้ แต่ถ้าเราพิจารณาขั้วของแรงดันไฟกระชากชุดไดโอด TVS สองชุดในทิศทางตรงกันข้าม

มีวิธีอื่นในการทำเช่นนี้คุณสามารถใช้ไดโอดสองตัวเพื่อป้องกันพอร์ต ADC ตัวอย่างเช่น 1N4148.one diode เชื่อมต่อระหว่าง VCC และ ADC pin อีกหนึ่งเชื่อมต่อ ADC pin และ GND เป็นการดีที่สุดที่จะใช้ตัวเชื่อมต่อตัวต้านทานระหว่าง ADC พินและทางแยกของไดโอดทั้งสอง ในความเป็นจริงนี้เป็นวิธีการทั่วไปในการปกป้องพอร์ตภายใน MCU มันเป็นการปรับปรุงความสามารถในการขยาย

หากเป็นที่ยอมรับการใช้การแยก optocoupler เป็นตัวเลือกที่ดีที่สุด แต่มันซับซ้อนมาก

— DreamCat
แหล่งที่มา

ขอบคุณ DreamCat ที่จริงแล้วการใช้ไดโอดปกติระหว่าง VCC และเอาท์พุทเซ็นเซอร์เป็นรูปแบบการป้องกันเริ่มต้นของฉันฉันพยายามที่จะเข้าใจว่าฉันสามารถใช้ซีเนอร์ไดโอดและหากมีข้อได้เปรียบใด ๆ ฉันไม่เคยคิดที่จะพยายามป้องกันขั้วตรงกันข้าม ไม่เข้าใจสิ่งที่คุณหมายถึง "เป็นการดีที่สุดที่จะใช้ตัวเชื่อมต่อตัวต้านทานระหว่างพิน ADC และทางแยกของไดโอดทั้งสอง" ไดโอด TVS (ใหม่สำหรับฉัน) เหมาะอย่างยิ่ง

— Matt