¿Por qué la tensión Zener estándar es de 5,1V y no de 5V?

Question

Mirando en Digikey hay ~1300 resultados para diodos Zener de 5,1V comparado con 6 para los de 5V.

¿Hay alguna razón relacionada con la física para esto o es algo más?

Answer 1

Las tensiones de los diodos Zener siguen en gran medida los intervalos de valores de las resistencias E24, un rango de intervalos especificado con una precisión de +/-5 %.

Los diodos Zener no se han desarrollado especialmente como tecnología, y en su lugar las referencias de tensión precisas utilizan técnicas de bandgap. Los intervalos se han mantenido igual durante muchos años.

Por otro lado, los diodos Zener son menos habituales en los circuitos de lo que se espera de los recién llegados a la electrónica, que a veces los consideran atractivas "caídas de tensión mágicas". Su combinación de inexactitud básica, notable variación con la temperatura y la corriente y una corriente de trabajo bastante grande para la estabilidad disminuye su utilidad en comparación con otros enfoques de diseño y componentes.

Answer 2

Pues bien, al igual que las resistencias y los condensadores, los valores de tensión de los diodos zener tienden a seguir un rango de números preferentes como -

Por lo tanto, es bastante frecuente encontrar diodos zener de 4,3 voltios, 4,7 voltios, 5,1 voltios, 5,6 voltios, etc.

Como apunte, el diodo zener de 5,1 voltios en varias gamas de proveedores tiene el menor coeficiente de cambio de tensión con la temperatura: -

Por lo tanto, si hubieras preguntado por qué muchos diseños utilizan zeners de 5,1 voltios, te diría que se debe a la física.

Answer 3

Como dijo Andy, los zeners disponibles son forzados en la serie E24, como otros componentes. Esto se hace jugando con la física - los de menor voltaje (menos de unos 5V) son en realidad diodos Zener, y los de mayor voltaje son diodos de avalancha. Los diodos de avalancha funcionan mucho mejor (en términos de tener una "rodilla" de tensión-corriente aguda). Aquí hay algunas curvas características de Onsemi que muestran la variación de las características con la tensión zener (que muestran como una variable continua):

Tenga en cuenta que la impedancia del zener se traza en un gráfico logarítmico: la impedancia de un zener de ~3V a 5mA es de unos 80 ohmios, mientras que la de un zener de 10V es más bien de 8 ohmios. Así que si usamos una resistencia de 400 ohmios en el primero (desde una alimentación de 5V). Si de forma similar utilizamos una alimentación de 16,7V y un zener de 10V con 1,33K en serie, el porcentaje de regulación es más de 25 veces mejor con el segundo. Así que los zeners de menor voltaje son bastante inútiles.

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Hay un nicho en el que el voltaje zener que se elige se basa en la física, y en las características anteriores - y es para las referencias de voltaje. Para muchas aplicaciones, las referencias de brecha de banda han sustituido a los zeners, ya que tienen muchas ventajas, especialmente para aplicaciones no críticas, de bajo consumo y baja tensión, etc. Son ruidosas y tienen otras desventajas, pero éstas se han ido solucionando gradualmente.

Algunas de las mejores referencias de componentes eran un diodo zener con un diodo en serie integrado para anular eficazmente el coeficiente de temperatura de la tensión. Esta combinación sólo funciona con una única combinación de tensión/corriente: unos 6,2V o 6,55V, por lo que el zener subyacente de +2mV/grado C es de unos 600mV menos. Un ejemplo de estas piezas es el 1N829 .

Estos dispositivos, aunque son muy estables, son menos populares hoy en día, en parte porque no pueden recortarse, por lo que la tolerancia de la tensión no puede ser extremadamente ajustada. Las referencias modernas de bandgap con resistencias recortadas pueden hacerse con tolerancias muy ajustadas. Sin embargo, la estabilidad puede no ser tan buena como la del zener.

Algunas de las mejores referencias disponibles siguen siendo diodos Zener integrados (zeners "enterrados" bajo la superficie con compensación de temperatura y recorte añadido, a menudo en forma de horno). Un ejemplo de ello es el LTZ1000, probablemente la mejor referencia disponible en términos de temperatura y estabilidad (aunque es caro, consume mucha energía y está un poco necesitado en otras áreas).

Answer 4

Los Diodos Zener tienden a seguir la serie E24 como Andy aka declaró. La tolerancia declarada de dispositivo a dispositivo de la variedad de Zeners de jardín es del 5%. Cuando las variaciones en la temperatura y la corriente Zener son factorizadas las cosas pueden ser mucho peor que el 5%. La diferencia entre 5V y 5v1 es sólo el 2%. Si usted probó dos bolsas de digamos 10 zeners que eran la bolsa A 5V y la bolsa B 5V1 usted podría no ser capaz de decir cuál era la bolsa. El mismo razonamiento se aplica con resistencias del 5%.

Answer 5

Hay que recordar que la fabricación de semiconductores es un proceso bastante impreciso. Por eso hay mucha dispersión en algunos parámetros.

Por lo tanto, los dispositivos se prueban después de la difusión y se agrupan en "grupos" de acuerdo con la ganancia de corriente para los BJT y la tensión de ruptura (transistores, SCR, diodos, incluyendo zeners).

La razón para elegir 5,1 voltios es simplemente la serie E24 de valores preferidos.