ツェナー ダイオード。 ツェナー、定電流ダイオードの直列、並列接続の件

サージ/ESD(静電気放電)の種類と対策

ツェナー ダイオード

ツェナーダイオードの温度特性 ツェナーダイオード 定電圧ダイオード のツェナー電圧は温度によって変化します。 温度特性で特徴的なのはツェナー電圧の大きさによって、 正の温度係数を持つツェナーダイオードもあれば 負の温度係数を持つツェナーダイオードもあることです。 具体的には、ツェナー電圧が5V付近を境界とし、 5V付近よりもツェナー電圧が高いものは正の温度係数を持つため、温度が上昇するとツェナー電圧が増加します。 一方、 5V付近よりもツェナー電圧が低いものは負の温度係数を持つため、温度が上昇するとツェナー電圧が減少します。 また、 ツェナー電圧が5V付近のツェナーダイオードは正の温度係数と負の温度係数がお互いに打ち消し合うため、温度変化が小さくなります。 5V付近を境界として温度係数の正負が切り替わる理由は、ツェナーダイオードは トンネル効果と アバランシェ効果で機能する素子だからです。 アバランシェ効果は正の温度係数を持っており、 トンネル効果は負の温度係数を持っています。 そのため、 5V付近よりもツェナー電圧が高いものはアバランシェ効果が支配的となるので正の温度係数になり、 5V付近よりもツェナー電圧が低いものはトンネル効果が支配的となるので負の温度係数となります。 ツェナー電圧が5V付近では温度係数が小さいため、基準電圧として使用されるツェナーダイオードは5V付近のものが多くなっています。 ツェナーダイオードの温度補償について ツェナー電圧が5Vを超えるツェナーダイオードは 正の温度係数を持っています。 そのため、温度補償をするためには 負の温度係数を持つ素子を直列に接続する必要があります。 一般的なダイオードの順方向電圧やトランジスタのベースエミッタ間電圧は約0. 6~0. 7Vとなっており、負の温度係数 約-2. したがって、 正の温度係数を持つツェナーダイオードに 負の温度特性を持ったダイオードを直列に接続することで、温度係数を打ち消すことができます。 ダイオード1つで温度係数を打ち消すことができない場合には、直列接続するダイオードの数を増やします。 この際、直列接続したダイオード1個により約0. 6~0. 7V電圧が上がるのを考慮する必要があります。 例えば、8. 2Vのツェナーダイオードに3つダイオードを接続した場合、8. また、温度特性を良くするために、温度係数が小さいツェナー電圧が5V付近のツェナーダイオードを直列に接続するのも良く用いられる方法です。 まとめ この記事ではツェナーダイオードの温度特性について、以下の内容を説明しました。

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定電圧ダイオード(ツェナーダイオード)の特性

ツェナー ダイオード

電圧を操作しよう! ツェナーダイオードとは別名定電圧ダイオードと言い、目的の電圧を作る時に使用する電子部品です。 電子回路を作っていると、5Vでしか動かない電子部品があるのに12VのACアダプタしか持っていなかったり、回路の中にモジュール3. 3V・マイコン5V・モーター12Vという感じで複数の電源が必要になる事があります。 それぞれの出力電圧に対応したACアダプタを用意するのも1つの手ですが、電子回路の中で目的の電圧を作ることが出来れば見た目やコスト的に非常にスマートな回路にする事ができます。 必要な電圧を作る方法はいくつかありますが、そのなかで最も一般的な方法がツェナーダイオードと呼ばれる電子部品を使う方法です。 これは電圧を下げる降圧にしか使えませんが、ツェナーダイオードと抵抗1本だけで必要な電圧を自由に得る事ができるため非常に便利な電子部品です。 今回使用する表面実装用のツェナーダイオード ROHMのUDZV5. 表面実装用のツェナーダイオードのため非常に小さいが、手でもはんだ付けできるアキシャルリードタイプのツェナーダイオードもある。 ツェナーダイオードの基本的な使い方 ツェナーダイオードを使った基本回路。 左の端子に電源を接続すると、右端子にツェナー電圧に応じた電圧を取ることが出来る。 ツェナーダイオードは抵抗1本と組み合わせることで目的の電圧を得る事が出来ます。 ツェナーダイオードにはそれぞれ品名ごとにツェナー電圧という作り出せる電圧の値が決まっていて、データシート上でそれを確認することが出来ます。 ツェナーダイオードのデータシート。 赤枠内のツェナー電圧Vzに注目すると、ツェナー電圧ごとにラインナップされていることがわかる。 購入するときは欲しい電圧に対応した品名のツェナーダイオードを選ぼう(画像はROHMの 今回使用するツェナーダイオードには5Vを取り出すことができるROHMのUDZV5. 1Bを使用しています。 UDZVシリーズは5mA程度の電流を流すとツェナー電圧を取り出すことが出来ます。 ツェナー電圧には様々な種類がありなどの電子部品通販サイトではツェナー電圧はもちろん、様々なパッケージサイズのツェナーダイオードが取り扱われています。 今回は抵抗と5Vのツェナーダイオードを使った検証回路を作ってみました。 ツェナーダイオードと抵抗で構成した基本回路。 真ん中のピンから5Vの電圧を取り出すことができる。 電源をつないで0Vから10Vまで入力電圧を変化させて確認してみると、ツェナーダイオードの特性によってツェナー電圧である5Vを取り出せている様子がわかります。 作成したツェナー基本回路の動作確認。 入力 下・白線 電圧を0Vから10Vまで変化させてオシロスコープで電圧の変化を測定している。 出力 上・黄線)は5V以上上昇せず、ツェナー電圧を取り出せていることがわかる。 ツェナーダイオードで簡単な電源回路を作ってみよう! 先ほどの基本回路にトランジスタを追加した簡易的な電源回路。 右側の出力端子にはツェナー電圧と同じ電圧が現れる さて、先ほどの基本回路で取り出した5Vはそのまま使えるのかと言われればそうではありません、ツェナーダイオードと抵抗だけの基本回路だと大きな電力を扱うことはできないのです。 そこで、ツェナーダイオードで作り出した5Vをトランジスタに肩代わりさせることで、より大きな電力を流せるような回路に作り直してみます。 トランジスタを追加する場合には• ツェナーダイオードの動作が安定するように十分な電流を流す• 電流に余裕を持ったトランジスタを選定する この2点に注意します。 特に、大電流が必要な場合は余裕をもった大容量のトランジスタにしないと回路が焼けてしまうので注意しましょう。 実際にユニバーサル基板上に回路を構成してみたところ。 ツェナーダイオードの5V電圧をトランジスタが受け取ってより大きな電流を扱えるようにした この回路はツェナーダイオードの電圧をトランジスタのエミッタフォロワでドライブすることで、 ツェナー基本回路よりも大きな電流を流すことができます。 もちろん、入力電圧を変化させても出力は常に一定の5Vになります。 トランジスタを追加して5V出力させている回路。 オシロスコープで電圧の変化を測定している。 基本回路の時と同じように入力電圧が変化しても出力は5V以上上昇しない。 トランジスタでドライブしているため出力側に負荷をつなげても安定して5Vを出力できる。 なお実際に電源回路として大電流で使用する場合には帰還や補償・保護回路の追加などを行う必要があります。 この回路は検証用の最小構成なので注意してください。 [応用] ツェナーダイオードの許容電力を大きくする方法 一般的なツェナーダイオードは許容電力1W以下のものがほとんどです。 大半の用途ではこれくらいの許容電力があれば十分なのですが、ごくまれに数Wクラスのツェナーダイオードが必要になるときもあります。 中には数Wの許容電力に対応した 大容量ツェナー(パワーツェナー)もありますが、これは高価で入手性も悪いため、個人が購入するにはちょっと難があります。 どうしても大きな許容電力のツェナーダイオードが必要な場合は下の図のようにトランジスタを取り付けると、容量の小さいツェナーダイオードでも許容電力が大きいパワーツェナーと同じように使うことができます。 小さなツェナーでも大きなツェナーと同等に扱えるので、覚えておくといいでしょう。 (特性は若干変わります) ツェナーの許容電力を大きくする等価回路。 この回路を使うことによってツェナーの特性をそのままにしてトランジスタがツェナーのようにふるまう。 サージ対策にも使えるツェナーダイオード ツェナーダイオードの特性は回路を保護する電子部品としても使用することができます。 ツェナーダイオードを保護したい電子部品と並列に入れることで、サージや静電気の影響を小さくすることができます。 現在では、サージ対策だとより信頼性の高い 過渡電圧サプレッサ TVS ダイオードが使われることが多いようです。 ツェナーダイオードのノイズ対策 非常に便利なツェナーダイオードですが、注意点としてツェナーは ノイズの原因となる電子部品ということを覚えておかなければいけません。 ツェナーダイオードから発生する ノイズの量はツェナー電圧が高いほど大きくなり、電流量が大きいほど小さくなります。 ツェナーダイオードと並列にコンデンサを挿• ツェナー電圧の低いツェナーを直列に複数本入れる• ツェナーダイオードに流す電流を多くする などのノイズ対策法がよく採用されます。 まとめ ツェナーダイオードを使うと簡単に目的の電圧を作り出すことが出来ます。 回路の中に基準電圧を作ったり、別の電圧ラインが必要になった時などで少ない回路構成で済ませることができるので非常に重宝します。 今でこそ3端子レギュレータなどの電源ICを使って手軽に定電源を作れるようになりましたが、実際には電源の容量や安定性、更にはコストなどの理由もあり、すべての電源を電源ICだけで対応させるというわけにもいきません。 まだまだ、ツェナーダイオードを使う機会というのは数多く遭遇します。 今回、手持ちのツェナーダイオードが表面実装のものしかなかったので、ちょっと無理してユニバーサル基盤に表面実装用のツェナーダイオードを実装してみました。 もちろん、アキシャルリードタイプのツェナーダイオードもあるので、電子工作などで使う場合では表面実装のツェナーダイオードを使う必要はありません。 などはツェナー電圧のほかパッケージ形状・許容電力など様々なツェナーダイオードを探すことができます。 このROHMのUDZVシリーズは回路シミュレーションなどに使うSPICEモデルも提供されているため、実際の電源回路の設計においてシミュレーションができるのは非常に便利です。 また表面実装のはんだ付けも慣れれば案外簡単です。

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【ツェナーダイオードとは】定電圧ダイオードの特性や使い方を解説

ツェナー ダイオード

サージとESD 静電気放電 は過渡的な高電圧で、条件によっては非常に危険なノイズです。 サージやESDの影響は、そのレベルが機器や回路の許容レベルであれば誤動作程度で済むかも知れませんが、許容範囲をはるかに超えた高電圧である場合が少なくありません。 その場合は一瞬にして部品や機器が破壊に至ります。 図は、サージの電圧と幅のイメージをマップしたものです。 以下にサージとESDについて説明します。 雷によるサージは、直撃雷サージと誘導雷サージにわけることができます。 直撃雷に対する保護は困難ですが、誘導雷に対しては保護対策が可能です。 誘導雷は、近隣の落雷により電源ラインや通信ケーブルなどの比較的長い配線に誘導される高電圧サージです。 その発生については、雷雲の電界によって電線に誘導された電荷が落雷により放電する、また、落雷の電流により生じる磁界が電線に誘導起電力を発生させるなどが考えられています。 前出の図が示すように、直撃雷サージほどではないにしても誘導雷サージは、電気・電子部品を簡単に破壊する大きなエネルギーを持っているので対策が必要です。 開閉サージの電圧は非常に高く、場合によってはスパークが生じたり、インダクタンスと接点の浮遊静電容量による大きな減衰振動電流よって熱や電磁波を放出したりします。 この高電圧サージは、電子回路の誤動作や場合によっては部品の破壊の原因になります。 また、減衰振動の電磁波の放出はEMIとなりますので、開閉サージを抑制する対策が必要です。 エンジンの作動によりオルタネータ バッテリ充電用発電機 がバッテリを充電している状態で、バッテリへの接続が途絶えた場合が最悪ケースとなります。 サージ電圧の大きさは、切断の瞬間におけるオルタネータの回転速度と磁界の励磁強度によって決まります。 サージ電圧は100Vを超える場合があり、時間は数百ミリ秒になります。 このサージは大きなエネルギーを持つので、容易に電子部品を破壊します。 許容しなければならないロードダンプは、自動車メーカーや車載機器メーカーなどが、最大電圧、ラインインピーダンス、持続期間を規定しています。 また、ロードダンプの試験として、JASO A-1 日本 やISO-7637-2 Pulse 5 米国 などがあります。 ESDは、時間が短くエネルギーとしては小さいのですが、数キロボルト台に及ぶ一過性の過渡的な高電圧のため、電子回路の誤動作を誘発したり電子部品にダメージを与えたりします。 ESDに関しては、人体モデルやマシンモデルなどの評価や試験方法が一般的に利用されています。 また、これらの想定に基づく対策部品を利用することで保護が可能です。 これらは両端子間の電圧が低い場合には電気抵抗が高いものの、ある程度以上に電圧が高くなると急激に電気抵抗が低くなる性質を持ちます。 この性質を利用し、電気回路に高電圧のサージが加わった場合に電流をバイパスすることでサージの回路内への侵入を防ぎます。 図2 バリスタの電圧電流特性 図3 バリスタの電圧抑制イメージ図 図4 は電源回路をバリスタによって誘導雷サージから保護する場合の事例です。 バリスタを電源の入力側ラインに並列接続すると、数千ボルトの誘導雷サージが侵入した場合でもバリスタによって電圧が制限され、電源回路には部品の破壊や劣化を招かないレベルまで減衰した電圧が加わります。 パナソニックは、世界で初めてセラミックバリスタを世に送り出したメーカーで、優れたセラミック材料設計とプロセス技術、そしてデバイス設計と生産技術により数多くの実績を持っています。 ツェナーダイオードに匹敵する優れた電圧非直線特性と、他に類を見ない大きな耐電流特性を併せ持っています。 電圧安定化、パルス電圧の抑制、開閉サージ電圧の吸収および雷サージからの保護など、幅広いアプリケーションに対応します。 スペック項目 解 説 バリスタ電圧 [V] 原則としてDC1 mA を通電したときの部品の両端電圧値です。 これはバリスタが動作する電圧の目安となる値です。 最大許容回路電圧 [V] 連続して印加できる商用周波数正弦波電圧実効値の最大値,又は直流電圧の最大値です。 最大制限電圧 [V] サージ電圧が印加された時,バリスタが制限する電圧値を制限電圧と呼び、個々のカタログではこの最大値として最大制限電圧を規定します。 サージ電流耐量 [A] バリスタがどの程度のサージ電流に耐えられるかを表します。 安全規格 雷サージを受ける部品に対しては、UL 北米 ,CSA カナダ ,IEC 欧州 ,CQC 中国 など、各国で安全規格が規定されており、その国ではこれに適合する部品を使用する必要があります。 図7 チップバリスタの外観と基本構造 パナソニックのチップバリスタは、以下の特長を持っています。 独自のセラミック材料、プロセス技術により、高信頼性、高ESD抑制効果、高ESD耐量、高サージ耐量。 図8 チップバリスタの使用機器 図9 チップバリスタの使用回路例 ESDサプレッサ ESDサプレッサは、ギャップタイプのESD 静電気放電 対策部品です。 静電容量の極小化により高速信号ラインへの使用に適しています。 図10 ESDサプレッサの外観と基本構造 前述のチップバリスタと比較し静電容量が非常に小さい点が特性上の大きな違いになります。 電圧-電流特性は、数キロボルト台に及ぶESDの性質に対応する特性になっています。 静電容量が0. 05pF以下 0603、1005サイズ と非常に小さいことから、高速差動信号回路の伝送特性や高周波回路での挿入損失にほとんど影響を与えません。 【伝送特性】 図12 高速差動信号回路の伝送特性 ESDサプレッサの使用例 ESDサプレッサの使用例としては以下があります。 モバイル電子機器のアンテナ回路 GPS、NFCなど• 高速差動信号回路 USB2. 0、HDMI1. ツェナーダイオードとは 置換えメリットの前に、まずツェナーダイオードとはどういうものかについて、簡単に説明します。 ツェナーダイオードの電圧・電流特性を図14に示します。 ツェナーダイオード単体ではマイナス側の電圧のみ電圧制限効果がありますが、2個を逆向きに直列接続するとバリスタと同様に双方向の電圧制限効果が得られます。 バリスタに対するメリットとしては、保護動作電圧が低電圧 数ボルト から設定が可能であることです。 なお、ツェナーダイオード2個接続を1つの部品の中で行い、双方向ツェナーダイオードとして商品化されていますが、それでもバリスタより形状で不利です。 メリット1:小形/軽量化・実装面積削減 前述のようにツェナーダイオードでサージ対策を行う場合は3個の部品を使用する必要がありますが、バリスタでは1個の部品で代替できるため、大幅な小形/軽量化や実装面積の削減ができます。 また、ESD対策の例では、0. メリット2:ESD耐量/サージ電流耐量の向上 図16は、上記と同じく0. 2Wのツェナーダイオードとチップバリスタ 1005サイズ のESD耐量とサージ電流耐量の比較です。 チップバリスタへの置き換えによって、ESDとサージ電流耐量が向上することがわかります。 図16 ツェナーダイオードとバリスタのESD耐量とサージ電流耐量の比較 ESD対策部品まとめ ESD対策部品として、チップバリスタ、ESDサプレッサ及びツェナーダイオードについて述べてきましたが、それぞれの部品の違いや特長について表2にまとめました。 表2 ESD対策部品3種類の比較 また、それぞれのESD対策部品のアプリケーション対応範囲について図17にまとめました。 図17 ESD対策部品3種類のアプリケーション対応範囲 この記事に関する製品情報•

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