ซีเนอร์ต้องมีกระแสเหมาะสมจึงคุมแรงดันได้

ซีเนอร์ไม่ได้ทำให้แรงดันที่ขนานกับมันเท่าค่าฉลากโดยไม่สนใจวงจรรอบข้าง มันต้องได้รับกระแสในช่วงที่เหมาะสม และกระแสส่วนหนึ่งอาจถูกโหลดดึงไปก่อนถึงซีเนอร์ วงจรที่วัดไม่มีโหลดแล้วได้แรงดันใกล้ค่าต้องการจึงอาจยุบเมื่อมีโหลดจริง การเข้าใจจุดทำงานช่วยให้ใช้ซีเนอร์ในวงจรสาธิตได้อย่างมีเหตุผล ทั้งด้านแรงดันและกำลังสูญเสีย โดยไม่อ้างว่าเป็นวงจรทดแทนภาคจ่ายไฟในรถ

แรงดันซีเนอร์ระบุที่กระแสทดสอบหนึ่งค่า

เมื่อไบอัสย้อนถึงบริเวณพังทลายที่ออกแบบให้ใช้งาน กระแสซีเนอร์จะเพิ่มมากเมื่อแรงดันเปลี่ยนเพียงเล็กน้อย แต่กราฟไม่ได้ตั้งฉากสมบูรณ์ ค่าแรงดันจึงยังเปลี่ยนตามกระแส ผู้ผลิตระบุแรงดันซีเนอร์ VZ ที่กระแสทดสอบ IZ พร้อมขอบเขตความคลาด และอาจให้ค่าความต้านทานไดนามิกซึ่งอธิบายความชันรอบจุดนั้น กระแสต่ำใกล้หัวเข่ากราฟอาจมีการคุมแรงดันต่างจากจุดที่ระบุอย่างมาก

สำหรับวงจรพื้นฐาน ต่อแหล่งจ่ายผ่านตัวต้านทานอนุกรม R มาที่จุดเอาต์พุต แล้วต่อซีเนอร์ย้อนขนานกับโหลด กระแสผ่าน R แยกเป็นกระแสโหลดและกระแสซีเนอร์ จึงได้ IR = (Vin − VZ) / R และ IZ = IR − Iโหลด สมการนี้ใช้ประมาณเมื่อแรงดันอยู่ในช่วงที่ซีเนอร์คุมได้ หากคำนวณ IZ ติดลบ ไม่ได้หมายถึงมีซีเนอร์กระแสลบตามแบบจำลองเดิม แต่บอกว่าสมมติฐานคุมแรงดันใช้ไม่ได้

1. 1
   กระแสต้นทาง

   ประมาณ IR = (Vin − VZ) / R เมื่อซีเนอร์อยู่ในช่วงคุมแรงดัน

2. 2
   โหลดดึงส่วนหนึ่ง

   กระแสโหลดแยกออกจากจุดเอาต์พุตก่อนคิดกระแสซีเนอร์

3. 3
   กระแสที่เหลือ

   IZ = IR − Iโหลด ถ้าคำนวณติดลบ แสดงว่าแบบจำลองคุมแรงดันเดิมใช้ไม่ได้

ซีเนอร์คุมแรงดันได้เมื่อกระแสที่เหลืออยู่ในช่วงเหมาะสม

สถานการณ์สมมติ: รางเก้าโวลต์ลดเหลือประมาณห้าโวลต์

สมมติแหล่งจ่าย 9 โวลต์ ตัวต้านทาน 390 โอห์ม และซีเนอร์ที่ใช้แบบจำลองแรงดัน 5.1 โวลต์ จะมีกระแสผ่าน R เท่ากับ 3.9 / 390 = 10 มิลลิแอมป์ ถ้าโหลดใช้ 4 มิลลิแอมป์ ซีเนอร์เหลือกระแสประมาณ 6 มิลลิแอมป์ แต่ถ้าโหลดต้องการ 12 มิลลิแอมป์ แบบจำลองจะให้ IZ = −2 มิลลิแอมป์ ซึ่งเป็นสัญญาณว่าแรงดันจะรักษาที่ 5.1 โวลต์ไม่ได้ ต้องกลับมาวิเคราะห์โหลดและแรงดันจริงใหม่

เมื่อไม่มีโหลด กระแสประมาณ 10 มิลลิแอมป์ทั้งหมดไหลผ่านซีเนอร์ กำลังที่ซีเนอร์รับจึงเป็น 5.1 × 0.010 = 0.051 วัตต์ ส่วน R รับกำลัง 0.010² × 390 = 0.039 วัตต์ กรณีไม่มีโหลดจึงอาจเป็นกรณีร้อนที่สุดของซีเนอร์ ไม่ใช่กรณีที่โหลดหนักที่สุดเสมอไป หากแรงดันอินพุตสูงขึ้น กระแสทั้งชุดก็สูงขึ้นอีก จึงต้องตรวจค่าสูงสุดของอินพุตร่วมด้วย

หาขอบเขตตัวต้านทานจากสองปลายของภาระ

ปลายแรกคืออินพุตต่ำสุดและโหลดสูงสุด ต้องเหลือกระแสซีเนอร์มากพอสำหรับช่วงคุมแรงดันที่ต้องการ ปลายที่สองคืออินพุตสูงสุดและโหลดต่ำสุด ต้องไม่ให้กระแสกับกำลังซีเนอร์เกินพิกัดหลังลดพิกัดตามอุณหภูมิ สมมติกำหนด Vin ต่ำสุด 8 โวลต์ โหลดสูงสุด 4 มิลลิแอมป์ และต้องเหลือกระแสซีเนอร์อย่างน้อย 3 มิลลิแอมป์ที่ VZ สมมติ 5.1 โวลต์ จะได้ R ไม่เกิน (8 − 5.1) / 0.007 หรือประมาณ 414 โอห์ม

ถ้าเลือก 390 โอห์มแล้วอินพุตสูงสุดเป็น 10 โวลต์ขณะไม่มีโหลด กระแสจะประมาณ 12.56 มิลลิแอมป์ กำลังซีเนอร์ประมาณ 64.1 มิลลิวัตต์ และกำลัง R ประมาณ 61.6 มิลลิวัตต์ ตัวเลขเหล่านี้ยังต้องรวมความคลาดของ R และ VZ ก่อนใช้งานจริง หากข้อจำกัดสองด้านทำให้ไม่มีค่า R ที่ใช้ได้ ควรเปลี่ยนโครงสร้างวงจรหรือความต้องการโหลด แทนการเลือกค่าเฉลี่ยแล้วหวังว่าจะผ่านทุกสภาวะ

1. 1
   กระแสรวม

   (9 − 5.1) / 390 = 10 มิลลิแอมป์

2. 2
   โหลด 4 มิลลิแอมป์

   ซีเนอร์เหลือกระแส 10 − 4 = 6 มิลลิแอมป์

3. 3
   โหลดขอ 12

   แบบจำลองให้ IZ ติดลบ จึงไม่สามารถรักษาเอาต์พุต 5.1 โวลต์ตามสมมติฐาน

4. 4
   ไม่มีโหลด

   ซีเนอร์รับทั้งหมด 10 มิลลิแอมป์ กำลังประมาณ 5.1 × 0.010 = 51 มิลลิวัตต์

ใช้แบบจำลองซีเนอร์ 5.1 โวลต์เพื่อเปรียบเทียบมีโหลดกับไม่มีโหลด

วิธีนำไปใช้ทดลองจุดทำงาน

1. อ่านรหัสและขั้วซีเนอร์ รวมกระแสทดสอบ ช่วงแรงดัน กำลัง และการลดพิกัดจากผู้ผลิต
2. คำนวณกระแสและกำลังที่อินพุตต่ำสุดกับสูงสุดทั้งกรณีมีโหลดและไม่มีโหลด
3. ประกอบวงจรแยกที่แรงดันต่ำ ใช้ตัวต้านทานจำกัดกระแสเสมอ และจำกัดกระแสของแหล่งจ่ายให้เหมาะสม
4. วัดแรงดันคร่อมตัวต้านทานเพื่อคำนวณกระแสรวม แล้วหากระแสโหลดจากองค์ประกอบโหลดที่ทราบ
5. คำนวณกระแสซีเนอร์จากผลต่างและเทียบแนวโน้มแรงดันที่วัดกับกราฟรหัสจริง โดยเปลี่ยนโหลดทีละระดับภายในขอบเขต

ข้อผิดพลาดของการใช้ซีเนอร์แทนแหล่งอ้างอิงทุกงาน

ความต้านทานไดนามิก ความคลาดเริ่มต้น อุณหภูมิ และสัญญาณรบกวนทำให้ซีเนอร์พื้นฐานไม่ใช่แหล่งอ้างอิงแม่นยำโดยอัตโนมัติ การเพิ่มกระแสอาจทำให้กราฟชันขึ้นในบางช่วง แต่เพิ่มกำลังและความร้อนด้วย จึงไม่ควรเร่งกระแสไปเรื่อย ๆ เพื่อให้แรงดันดูนิ่ง ส่วนการใส่ตัวเก็บประจุขนานช่วยเรื่องการเปลี่ยนเร็วบางช่วงได้ แต่ไม่แก้กระแสคงที่ที่มีไม่พอเลี้ยงโหลด

การวัดด้วยย่านไดโอดทั่วไปมักตรวจรอยต่อในทิศนำได้ แต่แรงดันทดสอบย้อนอาจไม่ถึง VZ จึงไม่ใช่การวัดแรงดันซีเนอร์ครบเงื่อนไข ห้ามต่อซีเนอร์ตรงคร่อมแหล่งจ่ายที่แรงดันเกินจุดทำงานโดยไม่มีการจำกัดกระแส และห้ามนำวงจรนี้ไปใช้หลอกสัญญาณหรือข้ามระบบความปลอดภัย ตัวอย่างมีจุดประสงค์เรียนรู้กระแสแบ่งในวงจรบนโต๊ะเท่านั้น

ตรวจสอบผลจากกระแสที่เหลือและกำลังที่รับ

เมื่อเพิ่มโหลด กระแสซีเนอร์ที่คำนวณควรลดลง และเมื่อถอดโหลดโดยตัดไฟก่อน กระแสซีเนอร์ควรรับส่วนที่เหลือมากขึ้น หากเอาต์พุตยุบทั้งที่ดูเหมือนมีกระแสเหลือ ให้ตรวจค่าจริงจากแรงดันคร่อม R และอ่านว่ากระแสนั้นอยู่ในช่วงที่ผู้ผลิตกำหนดหรือไม่ ตรวจความร้อนและภาระกำลังร่วมกับแรงดันทุกครั้ง เพราะวงจรที่แรงดันถูกต้องอาจยังใช้งานเกินภาระ การรายงานผลควรระบุ Vin, Iโหลด, IZ และอุณหภูมิโดยประมาณเพื่อให้เห็นจุดทำงานครบถ้วน