Почему стабилитрон в конфигурации лома сбрасывает входное напряжение?

9

схематический

смоделировать эту схему - схема, созданная с использованием CircuitLab

Я пытаюсь подключить стабилитрон, чтобы добавить некоторую меру защиты (плавкий «лом») к цепи, которая включает в себя датчик кислорода с питанием от контура с выходом, считываемым АЦП GHI Cobra / аналоговым входом. Идея состоит в том, что если бы было короткое замыкание в датчике, которое вызвало 12 В на его выходе, стабилитрон с пробоем 4,7 В между выходом датчика (и входом АЦП) и землей удерживал бы ток 12 В от АЦП достаточно долго для Предохранитель перегорает, поскольку ограничение на выводе Cobra составляет 5 В.

Тем не менее, я обнаружил, что когда я вставляю стабилитрон, он падает напряжение, считываемое АЦП (вольтметр прямо сейчас), например, с 4,38 вольт до 3,98 вольт. Когда я заменяю стабилитрон штатным диодом только для проверки, напряжение не падает. Что дает? Можно ли использовать стабилитрон для «лома», чтобы он не изменял напряжение на выходной стороне датчика? Zener устанавливается с кольцом в сторону АЦП. Магазин электроники сказал, что у него пробой 4,7 В, но я не уверен, как это проверить.

Matt
источник
Обычные диоды обычно не показывают такой хороший пробой стабилитрона, как стабилитроны (поэтому имеют специальные стабилитроны), поэтому нормальный диод ничего не делает. Стабилитроны могут пропускать небольшое количество тока и, таким образом, влиять на измерение. Какое тестовое оборудование у вас есть в наличии? Можете ли вы получить переходный диод подавления напряжения (диод TVS)? Они должны иметь меньший ток утечки, чем стабилитрон.
AndrejaKo
В некотором смысле трудно получить диод TVS прямо сейчас (на маленьком острове.) Падение напряжения составляет 10% - кажется высоким для утечки. Никакой измеримой утечки с обычным диодом.
Мэтт
Это не лом, это зажим. Ломик шортит вход в условиях перенапряжения; зажим просто ограничивает его до указанного напряжения.
marcelm

Ответы:

10

Обратное напряжение стабилитрона не показывает острого колена при увеличении тока, поэтому стабилитрон проводит несколько миллиампер при напряжениях, которые значительно ниже его номинального напряжения. В этом случае нет необходимости в предохранителе, если предположить, что входное сопротивление вашего микроконтроллера высокое. Кстати, а что такое "GHI Cobra"?

Я предлагаю заменить предохранитель резистором 4,7 кОм и использовать стабилитрон 5,1 В или 5,6 В. Было бы лучше, если бы вы могли уменьшить нормальный рабочий диапазон входа АЦП, чтобы максимальное ожидаемое напряжение составляло около 4 В ... возможно, изменив резистор 250 Ом на 200 Ом. Тогда мягкое колено стабилитрона не повлияет на ваши измерения, и вы даете стабилитрону немного места для начала проведения.

Джо Хасс
источник
GHI Cobra - это микроконтроллер (думайте Arduino) только с более быстрыми часами и 10-кратной оперативной памятью. Контроллеры GHI и Netduino основаны на .NET и используют MS Visual Studio для разработки. Небольшой список на их сайте: goo.gl/xDU7m5
Крис К
Если в стабилитроне просачивается «несколько миллиампер», то да, это, безусловно, будет проблемой. Я удивлен, что есть такая утечка. Не понимаю, как заменить предохранитель резистором 4,7 кОм. Если я придерживаюсь схемы, то АЦП не будет правильно считывать напряжение, верно?
Мэтт
На самом деле, я бы, вероятно, использовал резистор на 165 Ом, чтобы сбросить максимальное напряжение до 3,3 В, ограничение на АЦП Cobra (Cobra II, фактически). Это было бы безопасно, даже если я планирую сохранить концентрацию кислорода, которую датчик будет подвергать воздействию ниже 5%, таким образом, датчик будет выдавать низкий ток даже при большом резисторе.
Мэтт
Так что, если утечка вызвана неострым коленом при напряжении пробоя, то утечка может быть незначительной, когда выходной сигнал датчика низкий, что и будет в моем случае. Например, если концентрация кислорода поддерживается ниже 5%, выходной сигнал датчика будет (примерно) ниже 7 мА. Хм. Будет проверяться степень точности с и без стабилитрона при такой концентрации / выходе датчика.
Мэтт
3
Относительно плавкого предохранителя: указанный вами стабилитрон является устройством мощностью 1 Вт, поэтому его максимальный ток составляет около 200 мА. Трудно найти недорогой, очень быстрый предохранитель, который перегорит на этом уровне. Более вероятный сценарий состоит в том, что стабилитрон будет разрушен, а на вход АЦП будет подано полное напряжение 12 В вашего датчика. Использование резистора (скажем, 4.7k) ограничивает ток, который будет проходить через стабилитрон, поэтому вы не разрушите его. Да, цель состоит в том, чтобы при нормальной работе было напряжение, при котором утечка стабилитрона незначительна.
Джо Хасс
4

Хотя кажется, что на контакте АЦП нет перенапряжения в соответствии с законом Ома, но какого случая нам следует избегать?

TVS диод это хороший выбор. MCU каждого типа имеет максимальное напряжение питания, лучшее активное напряжение ниже максимального напряжения и выше рабочего напряжения. но если учесть полярность перенапряжения, два диода серии TVS в обратном направлении.

Есть другой способ сделать это, вы можете использовать два диода для защиты порта АЦП, например, 1N4148. Один диод соединяет между VCC и АЦП, другой соединяет АЦП и GND. Лучше всего использовать резистор, подключенный между контактом АЦП и соединением двух диодов. на самом деле, это распространенный способ защиты порта внутри MCU, это расширение возможностей расширения.

Если это приемлемо, лучше использовать оптопару с изоляцией. но это очень сложно.

DreamCat
источник
Спасибо, DreamCat. На самом деле, использование штатного диода между VCC и выходом датчика является моей схемой защиты по умолчанию, я пытался понять, как можно использовать стабилитрон и есть ли какие-либо преимущества. Я не думал о попытке защиты от обратной полярности. Не понимаю, что вы имеете в виду, «лучше использовать резистор, соединяющий вывод АЦП и соединение двух диодов». Диод TVS (новый для меня) звучит идеально.
Мэтт