ツェナーダイオード電圧レギュレータカリキュレータ
ツェナーダイオード電圧レギュレータの直列抵抗、電力損失、および負荷電流の計算
公式
仕組み
ツェナー・ダイオード・レギュレータ・カリキュレータは、シャント電圧リファレンスの直列抵抗と消費電力を計算します。これは、低電流電圧リファレンス、過電圧保護、およびシンプルな電源設計に不可欠です。アナログ設計者、電源エンジニア、愛好家は、効率がそれほど重要ではない100mA未満の負荷にはツェナー・レギュレータを使用します。Horowitz & Hillの「Art of Electronics」（第3版、p.65）によると、ツェナーダイオードは逆ブレークダウンで動作することで一定の電圧を維持します。アバランシェブレークダウン（5V <5V) has positive temperature coefficient (+2mV/°C), true Zener breakdown (>）は負の温度係数（-2mV/°C）、5.1Vダイオードの温度係数はほぼゼロであり、理想的なリファレンスです。ダイナミック・インピーダンス Zz = 1-50Ω が負荷レギュレーションを決定し、Zz が小さいほどレギュレーションが良くなります。標準電力定格:0.5W (1N4728シリーズ)、1W (1N4749シリーズ)、5W (1N5333シリーズ)。
計算例
1N4733A (5.1V、1W、Zz = 7Ω) を使用して、12V電源からの5.1Vリファレンスを20mA負荷用に設計します。ブレークダウンが安定するためには、最小ツェナー電流 I_z (最小) = 1mA。合計電流 i_Total = i_Load + I_z = 20mA + 5mA (設計マージン) = 25mA。直列抵抗:Rs = (Vin-Vz) /i_Total = (12V-5.1V) /25mA = 276Ω — 270Ω (E24) を選択してください。ツェナーパワー:無負荷時のP_Z = Vz × (I_Total-I_Load_Min) = 5.1V × 25mA = 127.5mW (最悪の場合)。270Ωで負荷が0～20mA変動した場合、出力はΔV = Zz × ΔI_Load = 7Ω × 20mA = 140mV (2.7% のレギュレーション) によって変化します。より厳しいレギュレーションを行うには、TL431 (0.2% リファレンス) または LM4040 (0.1% リファレンス) を使用してください。
実践的なヒント
- ✓許容誤差を考慮して、必要な電圧より 5% 低いツェナー電圧を選択してください。1N4733Aは5.1V ± 5% (4.85V～5.35V) です。5Vリファレンスには5.0Vのツェナーを使用してください
- ✓高精度リファレンス（± 0.1%）には、ツェナーの代わりにバンドギャップ・リファレンス（TL431、LM4040）を使用してください。これにより、テンプコと初期精度が10倍向上します。
- ✓過渡負荷レギュレーション用に10～100μFの出力コンデンサを追加 — ツェナーの動的インピーダンスが過渡応答を制限し、コンデンサは瞬時電流を供給します
よくある間違い
- ✗ツェナーをニー電流以下で動作 — I_z (min) 以下 (通常1～5mA) 未満では、ツェナーの電圧が低下してレギュレーションに失敗します。最大負荷時でも常に最小電流を維持します。
- ✗電力ディレーティングを無視 — 1N4733Aは25°Cで定格1Wですが、150°Cでは0Wにディレーティングされます。JEDECガイドラインに従い、密閉空間で電力マージンが 50% になるように設計されています
- ✗高電流負荷にはツェナーを使用 — 効率 = Vz/Vin = 5.1V/12V = せいぜい 42.5%、50mAを超える負荷にはスイッチングレギュレータ (90% 効率) またはLDOを使用
よくある質問
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