Por que um diodo Zener em uma configuração de alavanca está diminuindo a tensão de entrada?

^{simular este circuito - esquemático criado usando o CircuitLab}

Estou tentando conectar um diodo Zener para adicionar alguma medida de proteção ("pé de cabra" fundido) a um circuito que inclui um sensor de oxigênio alimentado por loop com saída lida por uma entrada ADC / analógica GHI Cobra. A idéia é que, se houvesse um curto-circuito no sensor que causou 12V em sua saída, o Zener com queda de 4,7 V entre a saída do sensor (e a entrada do ADC) e o terra manteria a corrente de 12V afastada do ADC por tempo suficiente para fusível para explodir como o limite no pino Cobra é 5V.

No entanto, acho que quando coloco o diodo Zener, ele baixa a tensão que está sendo lida pelo ADC (voltímetro agora), por exemplo, de 4,38 volts para 3,98 volts. Quando troco o Zener por um diodo regular apenas para testar, a tensão não cai. O que da? Um Zener pode ser usado para um "pé-de-cabra" para não alterar a tensão no lado de saída do sensor? O Zener é instalado com o anel voltado para o lado ADC. A loja de eletrônicos disse que tem uma avaria de 4,7V, mas não tenho certeza de como testá-lo.

A tensão reversa de um diodo zener não mostra um joelho agudo com o aumento da corrente; portanto, o zener conduzirá vários miliamperes em tensões bem abaixo da tensão nominal. Não há necessidade de fusível neste caso, supondo que a impedância de entrada do seu microcontrolador seja alta. A propósito, o que é um "GHI Cobra"?

Sugiro substituir o fusível por um resistor de 4,7k e usar um zener de 5,1V ou 5,6V. Seria melhor se você pudesse reduzir a faixa de operação normal da entrada ADC para que a tensão máxima esperada seja em torno de 4V ... talvez alterando o resistor de 250 ohm para 200 ohm. Então o joelho macio do zener não afetará suas medições e você estará dando um pouco de espaço para o zener começar a conduzir.

Embora pareça que não haja sobretensão no pino ADC de acordo com a lei de Ohm, mas, que caso precisamos evitar?

O diodo TVS é uma boa escolha. Todo tipo de MCU possui uma tensão máxima de alimentação, a melhor tensão ativa é menor que a tensão máxima e maior que a tensão de trabalho. mas se considerarmos a polaridade da tensão de surto, duas séries de diodos TVS na direção oposta.

Há outro método para fazer isso: você pode usar dois diodos para proteger a porta ADC, por exemplo 1N4148.um diodo conecta-se entre os pinos VCC e ADC, outro pino ADC e GND. é melhor usar uma conexão de resistor entre a junção de pinos e ADC dos dois diodos. de fato, este é um método comum para proteger a porta dentro do MCU. É um aprimoramento da extensibilidade.

Se for aceitável, use o isolamento do acoplador óptico é a melhor opção. mas é muito complexo.