제너 정전압 회로 계산기

Rs ≤ (입력 최저 전압 − 제너 전압) / (최대 부하 전류 + 제너 최소 전류)로 상한을 구합니다. 12V 입력에 5.1V 제너, 부하 20mA, 제너 최소 5mA라면 (12 − 5.1) / 0.025 = 276Ω이 상한이고, E24 표준값으로는 270Ω을 씁니다. 입력이 가장 낮고 부하가 가장 무거울 때도 제너에 전류가 남아야 한다는 조건에서 나온 값입니다.

내려야 합니다. LED 직렬저항과 반대 방향이라 헷갈리기 쉽습니다. 저항을 키우면 입력이 낮고 부하가 무거울 때 제너에 남는 전류가 최소치 아래로 떨어져 전압을 잡지 못합니다. 계산된 상한 이하인 표준값을 고르되, 저항이 작아진 만큼 무부하에서 제너가 받는 전류가 늘어나므로 발열을 함께 확인해야 합니다.

입력 전압이 가장 높고 부하를 떼었을 때입니다. 이 회로는 부하가 쓰지 않는 전류를 제너가 대신 흘려 버리는 구조라, 부하가 가벼울수록 제너가 더 많은 전류를 받기 때문입니다. Iz = (입력 최고 − 제너 전압) / Rs이고 전력은 여기에 제너 전압을 곱한 값입니다. 제너 정격은 정상 동작이 아니라 이 무부하 상태를 기준으로 골라야 합니다.

보통 5mA 안팎을 씁니다. 전압을 잡아 두려면 제너에 항상 어느 정도 전류가 흘러야 하는데, 너무 작으면 항복 영역의 무릎 부근이라 전압이 제대로 잡히지 않습니다. 정확한 값은 제너의 데이터시트에 있는 특성 곡선을 봐야 하며, 정격 전류의 5~10%를 잡는 것이 관례입니다. 이 계산기는 값을 고정하지 않고 입력으로 노출합니다.

부하 전류가 수십 mA를 넘으면 맞지 않습니다. 안 쓰는 전류를 열로 버리는 방식이라 효율이 낮고, 부하나 입력 변동이 커질수록 제너와 저항이 감당해야 할 열이 급격히 늘어나기 때문입니다. 그런 경우에는 3단자 레귤레이터나 스위칭 레귤레이터를 씁니다. 제너 정전압은 기준전압·소전류 바이어스·과전압 보호 같은 용도에 적합합니다.

흐르는 전류와 온도에 따라 조금씩 움직입니다. 5~6V 부근에서 온도계수가 0을 지나가며, 그보다 낮은 제너는 음의 온도계수를, 높은 제너는 양의 온도계수를 가집니다. 그래서 온도 안정성이 필요하면 5.6V 부근의 제너를 고르는 것이 유리합니다. 정밀한 기준전압이 필요하면 전용 기준전압 IC를 쓰는 편이 낫습니다.