¿Por qué un diodo Zener en una configuración de palanca deja caer la tensión de entrada?

Question

simular este circuito - Esquema creado con CircuitLab

Estoy tratando de conectar un diodo Zener con el fin de añadir alguna medida de protección (fusible "palanca") a un circuito que incluye un sensor de oxígeno alimentado por bucle con la salida leída por un GHI Cobra ADC / Analog In. La idea es que si hubiera un cortocircuito en el sensor que causara 12V en su salida, el Zener con 4,7 V de ruptura entre la salida del sensor (y la entrada del ADC) y tierra mantendría la corriente de 12V lejos del ADC el tiempo suficiente para que el fusible se fundiera ya que el límite en el pin del Cobra es de 5V.

Sin embargo, encuentro que cuando pongo el diodo Zener baja el voltaje que lee el ADC (voltímetro en este momento), por ejemplo, de 4,38 voltios a 3,98 voltios. Cuando sustituyo el Zener por un diodo normal sólo para probar, el voltaje no baja. ¿Qué ocurre? ¿Se puede utilizar un Zener como "palanca" para que no cambie la tensión en el lado de salida del sensor? El Zener se instala con el anillo hacia el lado del ADC. En la tienda de electrónica me dijeron que tiene una ruptura de 4,7V, pero no estoy seguro de cómo probarlo.

Answer 1

La tensión inversa de un diodo zener no muestra un ángulo agudo al aumentar la corriente, por lo que el zener conducirá varios miliamperios a tensiones muy inferiores a la nominal. No hay necesidad de un fusible en este caso, asumiendo que la impedancia de entrada de tu microcontrolador es alta. Por cierto, ¿qué es un "GHI Cobra"?

Sugiero sustituir el fusible por una resistencia de 4,7k y utilizar un zener de 5,1V o 5,6V. Sería mejor si pudieras reducir el rango de operación normal de la entrada del ADC para que el voltaje máximo esperado sea de alrededor de 4V... quizás cambiando la resistencia de 250 ohmios a 200 ohmios. Entonces, la curva suave del zener no afectará a tus mediciones y estarás dando al zener un poco de espacio para empezar a conducir.

Answer 2

Aunque parece que no hay sobretensión en el pin del ADC según la ley de Ohm, pero, ¿qué caso hay que evitar?

El diodo TVS es una buena opción. cada tipo de MCU tiene una tensión de alimentación máxima, la mejor tensión activa es menor que la tensión máxima y mayor que la tensión de trabajo. pero si tenemos en cuenta la polaridad de la tensión de sobretensión, dos series de diodos TVS en la dirección opuesta.

Hay otro método para hacer esto, puede utilizar dos diodos para proteger el puerto ADC, por ejemplo 1N4148.un diodo conectar entre VCC y el pin ADC, otro conectar el pin ADC y GND. es mejor utilizar una resistencia conectar entre el pin ADC adn unión de los dos diodos. de hecho, este es un método común para proteger el puerto dentro de MCU, es una mejora de la extensibilidad.

Si es aceptable, el uso de aislamiento optoacoplador es la mejor opción. pero es muy complejo.