Determinación de resistencia de carga en diodo Zener

Revise las siguientes dos condiciones esquemáticas:

^{simular este circuito : esquema creado usando CircuitLab}

Su valor de \ $ R_i \ $ debe ser lo suficientemente pequeño para admitir una carga actual de \ $ 100 \: \ textrm {mA} \ $ (lo que implica una carga de \ $ \ tfrac {12 \: \ textrm {V }} {100 \: \ textrm {mA}} = 120 \: \ Omega \ $.) También tiene que soportar el mínimo necesario actual a través de \ $ D_1 \ $ en este momento, también. Para un zener típico como este, ese valor puede abarcar un rango. Pero para una buena regulación, es probable que desee \ $ I_z \ ge 10 \: \ textrm {mA} \ $. Y \ $ R_i \ $ debe hacer todo esto mientras el suministro de voltaje esté en su valor mínimo de \ $ 15 \: \ textrm {V} \ $. Entonces:

$$ R_i \ le \ frac {15 \: \ textrm {V} -12 \: \ textrm {V}} {100 \: \ textrm {mA} +10 \: \ textrm {mA}} \ approx 27.27 \: \ Omega $$

Un valor estándar de \ $ 27 \: \ Omega \ $ sería suficiente.

Tenga en cuenta que tuve que colocar este circuito en los extremos para hacer asegurar que \ $ R_i \ $ tuvo que hacer frente a la peor circunstancia de suministro posible ( mínimo) que podría experimentar al tratar de lidiar con la peor circunstancia de carga (máximo.)

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

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

$$ I_ {R_i} = \ frac {20 \: \ textrm {V} -12 \: \ textrm {V}} {27 \: \ Omega} \ approx 300 \: \ textrm {mA} \ approx 2.5 \: \ textrm {W} $$

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

Dado que solo \ $ 20 \: \ textrm {mA} \ $ de eso está pasando por la carga, el resto, o \ $ 280 \: \ textrm {mA} \ $, se deja pasar por \ $ 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 podría significar que si alguien me dice que \ $ R_z = 3 \: \ Omega \ $, el valor que utilicé 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 y, por lo tanto, no puedo debatir o argumentar los hechos, como se indica. El problema tampoco indica una corriente mínima de zener 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 parte variación, que tampoco parece ser parte del problema aquí, pero sería en el caso de un circuito real.)

Pero vamos a hacer esto de una manera diferente. Podemos insertar \ $ R_z \ $ en el circuito:

^{simular este circuito}

Ahora, eso no es una realidad exacta. Acabo de elegir un \ $ 11.55 \: \ textrm {V} \ $ arbitrario para obtener el valor Zener ideal para que las cosas se centren 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 un rango dinámico de corriente de este tipo. 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, entonces no me importa. Si hubiera incluido una parte específica donde pudiera examinar una hoja de datos, se podría haber desarrollado una idea más precisa desde aquí.

Pero lo anterior funciona para la tarea, supongo.

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

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

• RL (min) = 120 ohms = Vz / ILmax = 12 / 100m
• Ri (min) + Rz = ΔVi / Imax = 30Ω = (15V-12V) / 100mA
  • n.b. Observe cómo incluí el Rz con el Ri para la caída de voltaje.

      

    • esto funciona para LEDs 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 entonces x por número en cadena, divida por cadenas en paralelo y pocas personas Aprecio esta Regla de Pulgar
      

• por lo tanto, Ri = 30-Rz = 27 Ω
• P (Ri) max = (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 potencia determinará qué tipo de Zener se necesita. La carga no debe producir una relación R por debajo de \ $ V_ {Zmin} \ $ ni exceder de Rmax tal que \ $ V_Z * I_Z * R_ {jc} \ $ exceda el aumento de temperatura permitido de la caja para una resistencia térmica de \ $ R_ {jc} \ $ y disipador de calor, \ $ R_ {ca} \ $

Pero tienes un circuito existente con Vi fijo, Ri y Vz de una manera es determinar \ $ R_L (min) \ $ es donde \ $ \ frac {R_L * Vi} {R_L + Ri} = V_Z @I_z \ $ Tal que If = (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 del 10% al 25% de Imax

Ztk es el umbral de rodilla en 1mA que tiene un Ztk mucho mayor = 125 Ω aquí vs Zzt = 2.5 Ω