クローバー構成のツェナーダイオードで入力電圧が低下するのはなぜですか？

^{この回路のシミュレーション – CircuitLabを使用して作成された回路図}

GHI Cobra ADC /アナログ入力によって読み取られた出力を備えたループ電源の酸素センサーを含む回路に、ある程度の保護（ヒューズ「クローバー」）を追加するために、ツェナーダイオードを接続しようとしています。センサーに短絡があり、その出力に12Vが発生した場合、センサー出力（およびADC入力）とグランドの間に4.7 Vのブレークダウンを持つツェナーは、12V電流をADCから十分に長く保ち、 Cobraピンの制限が5Vであるため、ヒューズが溶断します。

ただし、ツェナーダイオードを挿入すると、ADCによって読み取られている電圧（現在の電圧計）が4.38ボルトから3.98ボルトに低下することがわかりました。テストのためにツェナーを通常のダイオードに交換しても、電圧が下がらない。何ができますか？ツェナーを「クローバー」に使用して、センサー出力側の電圧を変更しないようにすることはできますか？ツェナーは、リングをADC側に向けて取り付けます。電気店は4.7Vの故障があると言っていますが、それをテストする方法がわかりません。

ツェナーダイオードの逆電圧は、電流の増加に対して鋭い屈曲を示さないため、ツェナーは定格電圧をはるかに下回る電圧で数ミリアンペアを伝導します。この場合、マイクロコントローラーの入力インピーダンスが高いと想定すれば、ヒューズは必要ありません。ちなみに「GHIコブラ」とは？

ヒューズを4.7kの抵抗に交換し、5.1Vまたは5.6Vのツェナーを使用することをお勧めします。予想される最大電圧が約4VになるようにADC入力の通常の動作範囲を狭めることができれば... 250Ωの抵抗を200Ωに変更することでおそらく可能です。その後、ツェナーの柔らかい膝は測定に影響を与えず、ツェナーに導電を開始するための少しの余地を与えます。

オームの法則によると、ADCピンには過電圧がないようですが、どのような場合に回避する必要がありますか？

TVSダイオードは良い選択です。すべてのタイプのMCUには最大電流供給電圧があり、最適なアクティブ電圧は最大電流電圧より低く、作業電圧より高くなっています。しかし、サージ電圧の極性を考慮すると、2つのTVSダイオードが反対方向に直列になります。

これを行う別の方法があります。2つのダイオードを使用してADCポートを保護できます（1N4148など）。1つのダイオードをVCCとADCピンの間に接続し、もう1つのダイオードをADCピンとGNDに接続します。2つのダイオードのADCピンとジャンクションの間に抵抗を接続することをお勧めします。実際、これはMCU内のポートを保護する一般的な方法であり、拡張性の強化です。

許容できる場合は、フォトカプラ絶縁を使用するのが最適です。しかし、それは非常に複雑です。