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典型的なツェナーダイオードの回路
図1 典型的なツェナーダイオードの回路。

by Lewis Loflin

2016年10月に改訂されたアップデート版です。 ここでは、ツェナーダイオードの基本的な動作と、電圧調整器としての使用方法について説明します。 一般的な両極性トランジスタと組み合わせて、出力電流を高めるために使用され、学生やホビイストが実際の電圧レギュレータに使用することができます。

関連 – 可変ツェナーダイオードの一種であるTL431Aシャントレギュレータの実験

YouTubeのビデオ。

ツェナーダイオードは、順方向にバイアスをかけると導通し、他のシリコンダイオードのように動作する2端子のソリッドステートデバイスです。 ツェナーダイオードは常に逆バイアスモードで使用され、特定の電圧で破壊するように設計されています。

Z1とRsは直列で、Z1には200オームの負荷抵抗RLが並列に接続されています。 全電流(Is)はRsに流れ、Z1(24mA)とRL(51mA)に分割されます。 10.2ボルトのZ1は、Vinが特定の範囲で変化してもRLに安定した電圧を維持します。 Vinが14ボルトに低下すると、RLの電圧を維持するためにツェナー電流Izが低下する。

常にZ1とRsの間の電圧降下は電源電圧Vinに等しく、RLの電圧は一定です。

常にZ1とRsの電圧降下は電源電圧Vinと等しく、RLの電圧は一定です。 Rsが大きすぎると、電圧レギュレーションを維持するための最小電流Izが不足します。

Is = Iz + IL = 24mA + 51mA = 75mA;Rs = VRs / Is = 5.8V / 75mA = 77 Ohms.

次の問題は、この回路が負荷にどのくらいの電流を供給できるかということです。

5.1ボルトのツェナー回路
Fig.2

図2では、10ボルトの電源でZ1=5.1ボルトのツェナー・ダイオード・レギュレーション回路が正しく動作しています。 しかし、RLの負荷を増やすとどうなるでしょうか。

Poorly regulated zener diode circuit.
Fig.3

Fig.3では、RLを200オームから150オームに下げ、ILを増加させました。

Failed regulated zener diode circuit.
Fig.4

Fig.4ではRLが100Ωとなり、Z1から多くの電流を奪ってしまい、もはや電圧調整ができなくなっています。 この設定は、低電流の場合を除いて、それ自体では電源としてほとんど価値がありません。

Zener diode regulated transistor circuit.
Fig. 5

電力の制限を回避するために、直列パストランジスタを使用します。 図5では、HfeまたはDCゲインが100のNPNトランジスタが、ツェナー抵抗回路からの1mAを実質的に100mAに「乗算」しています。 5.6Vのツェナーにしたのは、Q1のB-E接合部での0.6Vの電圧降下を補正するためです。 電源のリップルが問題にならないようにするためには、100uFのコンデンサが必要です。

Zener diode circuit using two transistor in a Darlington configuration.
Fig.6

図6では、2つのNPNトランジスタをダーリントン構成で使用し、12オームの負荷を通して電流出力を1アンペアに昇圧しています。

NPNダーリントントランジスタを使用したツェナーダイオードレギュレーテッドトランジスタ回路
図7

図7では、NPNダーリントントランジスタを使用しています。

Zener diode regulated transistor circuit for a negative power supply.
Fig.8

Fig.8では、負極性電源用のZener diode regulatorがあります。 NPNトランジスタをPNPトランジスタに置き換え、ツェナーダイオードと100uFコンデンサの極性を逆にしています。

これでツェナーダイオードを使った電圧調整の紹介は終わりです。

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