Perché 5.1 V è la tensione standard di Zener e non 5 V?

Guardando Digikey ci sono ~ 1300 risultati per diodi Zener 5.1V rispetto a 6 per quelli 5V.

C'è qualche motivo legato alla fisica per questo o è qualcos'altro?

Le tensioni dei diodi Zener seguono in gran parte gli intervalli dei valori dei resistori E24, un intervallo di intervalli specificato con un'accuratezza del +/- 5%.

I diodi Zener non si sono sviluppati particolarmente come tecnologia, con invece precisi riferimenti di tensione che utilizzano tecniche a banda larga. Gli intervalli sono rimasti gli stessi per molti anni.

Per inciso, i diodi Zener sono meno comuni nei circuiti di quanto ci si potrebbe aspettare dai nuovi arrivati ​​nell'elettronica, che a volte possono considerarli come interessanti "cadute di tensione magiche". La loro combinazione di imprecisione di base, notevole varianza con la temperatura e la corrente e una corrente di lavoro abbastanza grande per la stabilità riduce la loro utilità rispetto ad altri approcci e componenti di progettazione.

Bene, come resistori e condensatori, i valori di tensione del diodo zener tendono a seguire un intervallo di numeri preferiti come: -

Quindi, abbastanza spesso troverai diodi zener da 4,3 volt, 4,7 volt, 5,1 volt, 5,6 volt ecc.

A parte questo, il diodo zener da 5,1 volt in diverse gamme di fornitori ha il coefficiente di temperatura più basso della variazione di tensione con la temperatura: -

Quindi, se ti avessi chiesto perché molti progetti utilizzano zeners a 5,1 volt direi che dipende dalla fisica.

Come ha detto Andy, gli zener disponibili vengono forzati nella serie E24, come altri componenti. Questo viene fatto armeggiando con la fisica: una tensione inferiore (inferiore a circa 5 V) sono in realtà diodi Zener e diodi a tensione più elevata sono diodi a valanga. I diodi a valanga funzionano molto meglio (in termini di avere un 'ginocchio' di corrente a tensione elevata). Ecco alcune curve caratteristiche di Onsemi che mostrano la variazione delle caratteristiche con tensione di zener (che mostrano come una variabile continua):

Si noti che l'impedenza di zener è tracciata su un grafico log-lotto: l'impedenza di uno zener di ~ 3 V a 5 mA è di circa 80 ohm, mentre quella di uno zener di 10 V è più simile a 8 ohm. Quindi se utilizziamo una resistenza da 400 ohm sulla prima (da un'alimentazione a 5 V). Se allo stesso modo utilizziamo un'alimentazione da 16,7 V e uno zener da 10 V con 1,33 K in serie, la regolazione percentuale è più di 25 volte migliore con quest'ultima. Quindi gli zener a voltaggio più basso sono piuttosto inutili.

C'è una nicchia in cui la tensione di zener che viene scelta si basa sulla fisica e sulle caratteristiche di cui sopra - e che è per i riferimenti di tensione. Per molte applicazioni i riferimenti a gap di banda hanno sostituito gli zener: presentano molti vantaggi, in particolare per applicazioni non critiche: bassa potenza e bassa tensione, ecc. Sono rumorosi e presentano altri svantaggi, tuttavia questi sono stati gradualmente risolti.

Alcuni dei migliori riferimenti ai componenti erano un diodo zener con un diodo serie integrato per azzerare efficacemente il coefficiente di temperatura della tensione. Questa combinazione funziona solo con una singola combinazione tensione / corrente - circa 6,2 V o 6,55 V, quindi lo zener + 2mV / grado C sottostante è circa 600mV inferiore a quello. Un esempio di queste parti è 1N829 .

Questi dispositivi, sebbene molto stabili, sono oggi meno popolari, in parte perché non possono essere tagliati, quindi la tolleranza di tensione non può essere resa estremamente stretta. I moderni riferimenti di gap di banda con resistori rifilati possono essere fatti con tolleranze molto strette. La stabilità potrebbe non essere buona quanto lo zener però.

Alcuni dei migliori riferimenti disponibili sono ancora i diodi Zener integrati (zener "interrati" sottosuolo con aggiunta di compensazione della temperatura e rifilatura, spesso in forma cotta). Ne è un esempio l'LTZ1000, probabilmente il miglior riferimento comunemente disponibile in termini di tempco e stabilità (sebbene costoso, affamato di energia e un po 'bisognoso in altre aree).

I diodi Zener tendono a seguire la serie E24 come ha dichiarato Andy aka. La tolleranza dichiarata da dispositivo a dispositivo della varietà da giardino Zeners è del 5%. Quando le variazioni di temperatura e la corrente di Zener sono prese in considerazione, le cose possono peggiorare molto del 5%. La differenza tra 5V e 5v1 è solo del 2%. Se hai testato due sacchi di 10 zener che erano sacca A 5V e sacca B 5V1 potresti non essere in grado di dire quale sacca fosse quale. Lo stesso ragionamento si applica con i resistori del 5%.