|
วงจรแรงดันอ้างอิง
 
ถ้าซิลิกอนไดโอดได้รับการไบแอสกลับเพิ่มขึ้นเรื่อย ๆ จนถึงจุด ๆ หนึ่ง จะทำให้เกิดมีกระแสไหล
ในซิลิกอนไดโอด เพิ่มมายังซีเนอร์ไดโอด ซึ่งแรงดันเอาต์พุตคร่อมซีเนอร์ไดโอดที่ได้จะมีค่าคงที่
ไม่ว่ากระแสที่ผ่านซีเนอร์ไดโอดจะเปลี่ยนแปลงไปอย่างไร (ทั้งนี้อาจเป็นผลมาจากแรงดันของแหล่งจ่ายไฟ
จะเปลี่ยนแปลงไป หรือมีการเปลี่ยนแปลงค่าของตัวต้านทาน R1 ) สำหรับค่าตัวต้านทาน
R1 สามารถหาได้จากสูตร
R1= ( Vin - Vz ) / Iz
โดยทั่ว
ๆ ไปในการใช้งานค่าของ Iz จะมีค่าประมาณ 5 มิลลิแอมป์
รูปที่ 2 วงจรรักษาระดับแรงดันที่ใช้ซีเนอร์ไดโอด
รูปที่
2 เป็นการดัดแปลงวงจรรูปที่ 1 เพื่อใช้เป็นวงจรรักษาระดับแรงดันที่สามารถจ่ายกระแส
ให้แก่โหลดได้ในระดับมิลลิแอมป์ สำหรับค่าความต้านทาน R1 หาได้โดยใช้สูตรที่ได้กล่าวมาแล้ว
แต่กระแสจะต้องเป็นผลรวมของกระแสเอาต์พุตสูงสุดที่ต้องการและกระแส Iz (5
มิลลิแอมป์) เมื่อโหลดถึงกระแสสูงสุด กระแสที่ผ่านซีเนอร์ไดโอดจะเท่ากับ
5 มิลลิแอมป์และเมื่อไม่มีโหลดกระแสทั้งหมด จะผ่านซีเนอร์ไดโอด ซึ่งจะทำให้ซีเนอร์ไดโอดมีกำลังงานสูญเสียสูงที่สุด
ดังนั้น ซีเนอร์ไดโอดที่ผลิตขึ้นมาจะมีหลายระดับแรงดันตั้งแต่ 2.7 โวลต์จนถึงประมาณ
100 โวลต์ และอัตราทนกำลัง 500 มิลลิวัตต์ , 1.3, 5 และ 20 วัตต์ ให้เลือกใช้งาน
และปกติมีค่าความเคลื่อนของแรงดัน ฑ5 เปอร์เซ็นต์ จากค่าที่ระบุไว้
พารามิเตอร์อื่น
ๆ ที่สำคัญต้องนำมาพิจารณา ในการเลือกใช้ซีเนอร์ไดโอดคือค่าสัมประสิทธิ์ทางอุณหภูมิของซีเนอร์ไดโอด
(ผลของการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิต่อแรงดันเอาต์พุต) และไดนามิกอิมพีแดนซ์ของซีเนอร์ไดโอด
(แสดงผลของการเปลี่ยนแปลงกระแสต่อแรงดันเอาต์พุต) รูปที่ 3 แสดงผลของพารามิเตอร์ต่าง
ๆ สำหรับซีเนอร์ไดโอด ที่มีระดับแรงดันอยู่ระหว่าง 2.7 ถึง 16 โวลต์ อัตราทนกำลัง
500 มิลลิวัตต์
รูปที่ 3 วงจรแรงดันอ้างอิงที่ใช้ซีเนอร์ไดโอดขนาด
10 โวลต์
จากรูปที่
3 เป็นวงจรแรงดันอ้างอิง 10 โวลต์ จากแรงดันอินพุตที่มีการเปลี่ยนแปลงในช่วง
15 ถึง 20 โวลต์ สำหรับตัวต้านทาน R1 มีค่า 1.5 กิโลโอห์ม ซึ่งเป็นค่าที่ทำให้มีกระแสผ่านซีเนอร์ไดโอด
2 มิลลิแอมป์ (คิดที่แรงดันอินพุตเฉลี่ย 17.5 โวลต์ ) โดยทั่วไปซีเนอร์ไดโอดมีค่าแรงดันผิดพลาด
บวกลบ 5 เปอร์เซ็นต์ ดังนั้น แรงดันเอาต์พุตที่ได้จะมีค่าอยู่ระหว่าง
9.5 ถึง 10.5 โวลต์ เมื่อเรงดันจากแหล่งจ่ายไฟมีการเปลี่ยนแปลงจาก 15 ถึง
20 โวลต์ จะทำให้กระแสที่ผ่านซีเนอร์ไดโอดมีการเปลี่ยนแปลงไป 1.6 มิลลิแอมป์
และเมื่อพิจารณาถึงไดนามิกอิมพีแดนซ์ของซีเนอร์ไดโอดขนาด 10 โวลต์ ซึ่งมีค่าเท่ากับ
25 โอห์มด้วย จะทำให้แรงดันเอาพุตคร่อมซีเนอรืไดดอดมีการเปลี่ยนแปลง 40 มิลลิโวลต์
(ผลจากแหล่งจ่ายไฟ) และเมื่อพิจารณาผลจากอุณหภูมิ ซีเนอร์ไดโอดมีสัมประสิทธิ์ทางอุณหภูมิ
+7 มิลลิโวลต์ต่อองศาเซลเซียส
รูปที่ 4 วงจรแรงดันอ้างอิงขนาด
10 โวลต์ ที่มีการชดเชยผลจากอุณหภูมิ
เมื่ออุณหภูมิเปลี่ยนแปลงไป
บวกลบ20 องศาเซลเซียสจากอุณหภูมิห้องที่ 20
องศาเซลเซียส จะทำให้แรงดันเอาต์พุตเปลี่ยนแปลงไป บวกลบ140
มิลลิโวลต์ รูปที่ 4 ถึง 6 แสดงวงจรแรงดันอ้างอิงแบบต่าง ๆ ที่มีการออกแบบโดยการนำพารามิเตอร์ต่าง
ๆ ที่ได้กล่าวมาแล้วมาพิจารณาด้วย รูปที่ 4 เป็นการปรับปรุงวงจรจาก รูปที่
3 เพื่อลดผลจากอุณหภูมิ โดยใช้ซีเนอณ์ไดโอดขนาด 10.1 โวลต์ (เมื่อคิดค่าความคลาดเคลื่อน
5 เปอร์เซ็นต์ จะให้แรงดันเอาต์พุตอยู่ระหว่าง 2.4 ถึง 10.6 โวลต์) ซึ่งจะทำให้สัมประสิทธิ์ทางอุณหภูมิรวมเท่ากับ
0.6 มิลลิโวลต์ต่อองศาเซลเซียส ดังนั้นเมื่ออุณหภูมิเปลี่ยนแปลงลงไป 20 องศาเซลเซียส
จะทำให้แรงดันเอาต์พุตเปลี่ยนแปลงไปเพียง 12 มิลลิโวลต์เท่านั้น แต่สำหรับไดนามิกอิมพีแดนซ์รวมของซีเนอร์ไดโอดทั้งสองตัวนี้จะมีค่าสูงถึง
127 โอห์ม ซึ่งทำให้ผลจากแหล่งจ่ายไฟมีค่ามากถึง 203 มิลลิโวลต์ด้วย
รูปที่ 5 วงจรแรงดันอ้างอิงขนาด
10 โวลต์ ที่มีการลดผลจากอุณหภูมิและผลจากแหล่งจ่ายไฟ
ผลจากแหล่งจ่ายไฟของวงจรรูปที่
4 ซึ่งยังมีค่ามากอยู่นั้นสามารถปรับปรุงแก้ไขได้โดย การเพิ่มส่วนรักษาระดับแรงดันอีกส่วนหนี่ง
(ซีเนอร์ไดโอด ZD1 ในรูปที่ 5 เมื่อแรงดันจากแหล่งจ่ายไฟมีการเปลี่ยนแปลงไป
จะทำให้แรงดันที่จุดต่อระหว่าง R1 และ R2 มีการเปลี่ยนแปลงไป 265 มิลลิโวลต์จาก
13 โวลต์ และจะทำให้แรงดันเอาต์พุตมีการเปลี่ยนแปลงเพียง 53 มิลลิโวลต์เท่านั้น
ส่วนผลจากอุณหภูมิมีค่าเท่าเดิมคือ 12 มิลลิโวลต์ สำหรับตัวต้านทาน R2 จะต้องมีค่า
ที่ทำให้มีกระแสไหลผ่านซีเนอร์ไดโอดขนาด 10 โวลต์ (6.2 โวลต์และ 3.9 โวลต์
อนุกรมกัน ) เท่ากับ 5 มิลลิแอมป์ด้วย
รูปที่ 6 การใช้ซีเนอร์ไดโอดร่วมกับซิลิกอนเพื่อสร้างวงจรแรงดันอ้างอิงหลายระดับ
รูปที่
6 แสดงการนำซีเนอร์ไดโอดและซิลิกอนไดโอดมาต่ออนุกรมกัน เพื่อใช้สร้างแรงดันอ้างอิงหลาย
ระดับ โดยซิลิกอนไดโอดแต่ละตัวจะมีแรงดันตกคร่อมประมาณ 600 มิลลิโวลต์ ขณะที่ได้รับการไบแอสตรงด้วยกระแส
5 มิลลิแอมป์ และมีสัมประสิทธิ์ทางอุณหภูมิ -2 มิลลิโวลต์ ต่อองศาเซลเซียส
สำหรับแหล่งจ่ายไฟที่จะป้อนเข้าอินพุตต้องมีแรงดัน มากกว่าแรงดันเอาต์พุตสูงสุด
(14.5 โวลต์) ด้วย
|
