Почему 5,1 В стандартное напряжение стабилитрона, а не 5 В?

Глядя на Digikey, мы видим ~ 1300 результатов для стабилитронов 5.1 В по сравнению с 6 для 5 В.

Есть ли какая-то физическая причина для этого или это что-то еще?

Напряжения стабилитрона в основном соответствуют интервалам значений резистора E24, диапазон интервалов, указанных с точностью +/- 5%.

Стабилитроны не особенно развиты как технология, с точными опорными напряжениями, использующими вместо этого методы запрещенной зоны. Интервалы остаются неизменными на протяжении многих лет.

Кроме того, стабилитроны менее распространены в схемах, чем можно ожидать от новичков в области электроники, которые иногда могут расценивать их как привлекательные «магические падения напряжения». Их сочетание основной неточности, заметного отклонения от температуры и тока и довольно большого рабочего тока для стабильности снижает их полезность по сравнению с другими подходами и компонентами конструкции.

Как и резисторы и конденсаторы, значения напряжения стабилитрона, как правило, соответствуют ряду предпочтительных чисел, таких как:

Таким образом, довольно часто вы найдете 4,3 вольт, 4,7 вольт, 5,1 вольт, 5,6 вольт стабилитроны и т. Д.

Кроме того, стабилитрон на 5,1 В в нескольких диапазонах поставщиков имеет самый низкий температурный коэффициент изменения напряжения в зависимости от температуры:

Итак, если бы вы спросили, почему во многих проектах используются 5,1-вольтовые стабилитроны, я бы ответил, что это физика.

Как сказал Энди, доступные стабилитроны встраиваются в серию E24, как и другие компоненты. Это делается путем игры с физикой - более низкое напряжение (менее чем около 5 В) на самом деле представляет собой стабилитроны, а диоды более высокого напряжения - лавинные. Лавинные диоды работают намного лучше (с точки зрения наличия острого напряжения-тока «колено»). Вот некоторые характеристические кривые от Onsemi, которые показывают изменение характеристик в зависимости от напряжения Зенера (которое они показывают как непрерывную переменную):

Обратите внимание, что полное сопротивление стабилитрона изображено на графике лота - полное сопротивление стабилитрона ~ 3 В при 5 мА составляет около 80 Ом, тогда как сопротивление стабилитрона 10 В больше похоже на 8 Ом. Так что, если мы используем резистор 400 Ом на первом (от источника 5 В). Если мы аналогичным образом используем источник питания 16,7 В и стабилитрон 10 В с последовательным соединением 1,33 КБ, процентное регулирование с последним более чем в 25 раз лучше. Так что стабилитроны с низким напряжением довольно бесполезны.

Есть одна ниша, где напряжение стабилитрона, которое выбирается, основано на физике, и на вышеупомянутых характеристиках - и это для опорных напряжений. Для многих применений эталонные зазоры в полосе пропускания заменили стабилитроны - у них есть много преимуществ, особенно для некритических приложений - низкое энергопотребление и работа при низком напряжении и т. Д. Они шумные и имеют другие недостатки, однако они постепенно устраняются.

Одними из самых лучших эталонных компонентов были стабилитроны со встроенным последовательным диодом для эффективного обнуления температурного коэффициента напряжения. Эта комбинация работает только при одной комбинации напряжения / тока - около 6,2 В или 6,55 В, поэтому базовый стабилитрон + 2 мВ / градус С примерно на 600 мВ меньше. Примером этих частей является 1N829 .

Эти устройства, хотя и очень стабильные, в настоящее время менее популярны, отчасти потому, что их нельзя подрезать, чтобы допуск по напряжению не мог быть сделан слишком жестким. Современные ссылки на запрещенные зоны с подрезанными резисторами могут быть сделаны с очень жесткими допусками Стабильность может быть не так хороша, как стабилитроны.

Одними из самых лучших доступных ссылок по-прежнему являются встроенные стабилитроны (подпочвенные «утопленные» стабилитроны с добавленной температурной компенсацией и подстройкой, часто в печи). Примером этого является LTZ1000, вероятно, лучший общедоступный эталон с точки зрения темпов и стабильности (хотя и дорогой, потребляющий электроэнергию и немного нуждающийся в других областях).

Диоды Зенера имеют тенденцию следовать за серией E24, как заявлял Энди. Заявленное отклонение устройства к устройству садового сорта Зенера составляет 5%. Когда вариации температуры и тока Зенера учитываются в вещах, они могут стать намного хуже, чем 5%. Разница между 5 В и 5v1 составляет всего 2%. Если вы проверили две сумки, скажем, по 10 стабилитронов, которые были сумкой A 5V и сумкой B 5V1, вы, возможно, не сможете определить, какая сумка была какой. То же самое относится и к 5% резисторам.