ツェナーダイオードを直列で逆向き!双方向として使ってみた

オシロスコープ

ツェナーを2個を直列で逆向きにして、向かい合わせて使ってみました。

双方向ツェナーダイオードとしての機能を確認しています。

実際のオシロスコープの波形交えて、どのような用途で使えるのか紹介します。

 

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ツェナーダイオードを直列で逆向き!双方向として使ってみた

ツェナーダイオード2個を直列で逆向きにして使用してみました。

向かい合わせることで双方向(Bidirection)ダイオードとしての機能を確認しています。

 

双方向ツェナーダイオードはプラスマイナスの電圧を吸収できます。

狙ったツェナー電圧(VZ)のダイオードを選定すれば、自由に電圧値を調整可能です。

今回はテスト的に24Vリレーとスイッチからのサージ電圧で確認しました。

 

下記のようなプラスマイナスのサージ電圧が混じる波形も対応可能です。

±24V以上のサージが発生しています。

リレーの逆起電力+チャタリングの影響で瞬間的な電圧が確認できています。

 

ツェナー電圧(VZ)=24V品を使用することで、±24V以上をダイオードに吸収させます。

双方向のツェナーを接続した後は±24V以上の電圧が制限された形です。

 

使用したツェナーダイオード、テストの詳細について紹介していきます。

 

ツェナーダイオードの特性

ツェナーダイオードの種類・型番によっては、ツェナー電圧(VZ)が異なるので注意が必要です。

今回使用したツェナーの型番は不明です。ツェナーダイオードのセットのものです。

(購入したセットは各ツェナー電圧(2V,2.2V,2.7V…30V)が各10本入っていました)

 

今回はテスト的にVZ(ツェナー電圧)が24Vのツェナーダイオードを使用しています。

 

下記記事のようにLCRメータを使えば、ツェナー電圧も測定することが可能です。

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今回のツェナーだと逆方向のVZ=24Vに対して、順方向のVfは約0.7V程度です。

ダイオードは向きによって、一定の電圧を超えないと電流が流れません。

 

ダイオードの特性(順方向・逆方向電圧)に関しては下記記事で紹介しています。

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ツェナーダイオードを2個を直列で逆向き

ツェナーダイオードを2個を直列で逆向きに接続します。

双方向ツェナーダイオードとも呼ばれます。

どちらの向きからも一定の大きさの降伏電圧を持つことができます。

降伏電圧を超えることで、特定の電圧以上をダイオードに吸収させることができます。

 

実際にツェナー電圧24V品を2個直列で逆向きにしてLCRメータで測定しました。

今回の場合、両方の向きからVf(0.7V)+VZ(24V)≒24.7Vを確認できました。

 

プラスマイナスの信号に双方向ツェナーダイオード

プラスマイナスにまたがる信号に双方向ツェナーダイオードは効果的です。

任意の±の値で電圧値を制限させることができます。

例えば信号を±24Vの電圧に制限したい場合などは、双方向で簡単に対応できます。

 

単方向の0~+24Vに制限したい場合は、単体のツェナーダイオードで対応可能です。

 

今回の「24V」はあくまで例です。ツェナー電圧次第で任意に変更できます。

下記記事では10Vに電圧制限した記事を記載しています。(リンクはこちら)

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双方向のツェナーダイオードを保護回路でテスト

双方向のツェナーダイオードの効果確認するためにテストをします。

簡単な24V電源とスイッチとリレー回路での構成です。

保護無し/単方向/双方向のツェナーダイオードの3パターンで確認します

 

実際にテストした回路の写真が下記となります。

リレー箇所にプローブを接続して、オシロスコープで電圧測定しています。

 

使用しているリレーはオムロンのミニパワーリレーMY4 DC24です。

リレーのコイル箇所には保護用の内臓ダイオードは入っていない型番です。

 

下記記事でコイルの抵抗・インピーダンス成分含めて確認しています。

リレーの逆起電力の保護にダイオードを使ってみた

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現役のハードウェアのエンジニアが役立つトピックをお伝えします

 

ツェナーダイオードによる保護無し

最初にツェナーダイオードの保護無しのテストになります。

リレーのコイル箇所には何も接続していません。

 

スイッチON→OFFした際の波形が下記です。

リレーの逆起電力+チャタリングの影響で瞬間的な電圧が確認できています。

 

 

単方向のツェナーダイオードの保護回路

次に単体のツェナーダイオード1個の保護回路によるテストです。

コイル箇所にツェナー電圧24V品を接続します。

 

逆起電力を吸収するために、ダイオードの向きとしてはカソード側を24V(プラス)側にします。

 

スイッチON→OFFした際の波形が下記です。

単方向の0-+24Vに保護(電圧を制限)できていることが分かります。

リレーの逆起電力の保護という意味では、単体のダイオードの接続で十分です。

 

双方向ツェナーダイオードの保護回路

最後にツェナーダイオード2個を直列に逆向きにした保護回路によるテストです。

コイル箇所に2個を(無理やり)接続しています。

 

回路的には下記イメージです。

 

スイッチON→OFFした際の波形が下記です。

双方向の-24V~0~+24Vに保護(電圧を制限)できていることが分かります。

双方向にすることで、プラスマイナスの両極性で制限することができました。

 

まとめ

今回は双方向ツェナーダイオードに関して紹介させていただきました。

記事をまとめますと下記になります。

ツェナーダイオードを2個を直列に逆向きに接続すれば双方向として使えます

プラスマイナスにまたがって保護(電圧を制限)したい用途で使えます

 

ツェナーダイオードのセットは定電圧回路、サージ対策にも多くの場面で使えます。

ハードウェアの勉強や趣味・工作にも役立ちます。是非皆さまも試してみて下さい。

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