DiodeĐiện Tử Cơ Bản

Diode zener là gì ? Ký hiệu diode zener ? Mạch ổn áp dùng diode zener ?

Diode Zener không chỉ cho phép dòng điện chạy từ anốt sang catốt mà còn theo hướng ngược lại khi đạt đến điện áp Zener. Do chức năng này, điốt Zener là loại điốt bán dẫn được sử dụng phổ biến nhất. Trong bài viết này, hãy cùng chúng tôi tìm hiểu chức năng của điốt Zener cùng với cấu tạo, hoạt động của nó và hơn thế nữa. Hãy cùng tham khảo với hocdientu nhé . 

Diode zener là gì ? Ký hiệu diode zener ? Mạch ổn áp dùng diode zener ?
Diode zener là gì ? Ký hiệu diode zener ? Mạch ổn áp dùng diode zener ?

Diode zener là gì ?

Điốt Zener, còn được gọi là điốt đánh thủng, là một linh kiện bán dẫn được pha tạp nhiều, được thiết kế để hoạt động theo hướng ngược lại. Khi điện áp trên các cực của một diode Zener bị đảo ngược và điện thế đạt đến Điện áp Zener , lớp tiếp giáp bị phá vỡ và dòng điện chạy theo hướng ngược lại. Hiệu ứng này được gọi là Hiệu ứng Zener.

Như vậy Điốt Zener là một linh kiện bán dẫn được pha tạp nhiều, được thiết kế để hoạt động theo hướng ngược lại.

Ký hiệu diode zener

Có nhiều kiểu diode Zener. Một số được sử dụng trong mạch tiêu tán công suất cao và kiểu còn lại là loại dán . Loại diode Zener phổ biến nhất được chứa trong một bọc thủy tinh nhỏ. Nó có một dải xung quanh một đầu đánh dấu phía cực âm của điốt.

Ký hiệu diode zener
Ký hiệu diode zener

Nguyên lý làm việc của diode zener

Điốt Zener hoạt động giống như điốt bình thường khi phân cực thuận. Tuy nhiên, chúng được thiết kế để cho phép dòng điện chạy ngược lại khi điện áp ngược bằng Điện áp Zener định mức của nó. Không giống như các điốt chỉnh lưu thông thường, không bao giờ được thiết kế để hoạt động tại hoặc gần điện áp đánh thủng , một điốt Zener được thiết kế để hoạt động trong vùng đánh thủng. Đánh thủng của một diode xảy ra khi bạn đặt một điện áp phân cực ngược qua diode.

Nguyên lý làm việc của diode zener
Nguyên lý làm việc của diode zener

Một diode Zener hoạt động ở chế độ đánh thủng hoạt động như một bộ điều chỉnh điện áp vì nó duy trì một điện áp gần như không đổi, bằng điện áp Zener, trên các đầu của nó trong một phạm vi giá trị dòng điện ngược xác định. Sự sụt giảm điện áp không đổi này qua điốt Zener được tạo ra bởi sự đánh thủng được biểu thị bằng ký hiệu điện áp một chiều.

Khi một diode tiếp giáp PN được phân cực ngược, Lớp cạn kiệt trở nên rộng hơn. Nếu điện áp phân cực ngược này trên diode được tăng liên tục, Lớp cạn kiệt ngày càng trở nên rộng hơn. Đồng thời, sẽ có một dòng bão hòa ngược liên tục do các hạt tải điện thiểu số.

Đánh thủng diode Zener

Sau khi điện áp ngược nhất định qua đường giao nhau, các hạt tải điện thiểu số nhận được đủ động năng do điện trường mạnh . Các electron tự do có đủ động năng va chạm với các ion đứng yên của Lớp cạn kiệt và làm bật ra nhiều êlectron tự do hơn. Các electron tự do mới được tạo ra này cũng nhận đủ động năng do cùng một điện trường, và chúng tạo ra nhiều electron tự do hơn khi va chạm tích lũy. Do hiện tượng giao hoán này, rất nhanh chóng, các điện tử tự do khổng lồ được tạo ra trong Lớp cạn kiệt, và toàn bộ diode sẽ trở nên dẫn điện. Loại đánh thủng này của Lớp cạn kiệt được gọi là đánh thủng kiểu thác, nhưng đánh thủng này không hoàn toàn sắc nét. Có một loại đánh thủng khác trong Lớp cạn kiệt sắc nét hơn so với đánh thủng kiểu thác, và đây được gọi là đánh thủng Zener . Khi tiếp giáp PN là diode bị pha tạp nhiều, nồng độ của các nguyên tử tạp chất sẽ cao trong tinh thể. Nồng độ nguyên tử tạp chất cao hơn này gây ra nồng độ ion cao hơn trong Lớp cạn kiệt do đó đối với cùng một điện áp phân cực ngược được áp dụng, chiều rộng của Lớp cạn kiệt trở nên mỏng hơn trong một điốt pha tạp thông thường.

Do Lớp cạn kiệt này mỏng hơn, gradient điện áp hoặc cường độ điện trường trên Lớp cạn kiệt là khá cao. Nếu tiếp tục tăng hiệu điện thế ngược, sau một hiệu điện thế nhất định, các điện tử từ liên kết cộng hóa trị trong vùng cạn kiệt đi ra và làm cho vùng cạn kiệt dẫn điện. đánh thủng này được gọi là đánh thủng Zener. Điện áp tại đó xảy ra đánh thủng này được gọi là điện áp Zener. Nếu điện áp ngược đặt qua diode nhiều hơn điện áp Zener, thì diode cung cấp đường dẫn cho dòng điện qua nó, do đó sẽ không có khả năng xảy ra đánh thủng kiểu thác nữa trong đó. Về mặt lý thuyết, đánh thủng Zener xảy ra ở mức điện áp thấp hơn sau đó xảy ra đánh thủng kiểu thác trong một diode, đặc biệt được pha tạp cho đánh thủng Zener. đánh thủng Zener sắc nét hơn nhiều so với đánh thủng kiểu thác. Điện áp Zener của diode được điều chỉnh trong quá trình sản xuất với sự trợ giúp của pha tạp chất cần thiết và thích hợp. Khi một Điốt zener được kết nối qua nguồn điện áp , và điện áp nguồn lớn hơn điện áp Zener, điện áp qua điốt Zener vẫn cố định bất kể điện áp nguồn. Mặc dù ở điều kiện đó dòng điện qua diode có thể có giá trị bất kỳ tùy thuộc vào tải kết nối với diode. Đó là lý do tại sao chúng tôi sử dụng một diode Zener chủ yếu để điều khiển điện áp trong các mạch khác nhau.

Đặc tuyến của diode zener

Thảo luận về các mạch diode, chúng ta nên xem xét Đặc tuyến của diode zener . Thông thường, nó được gọi là đặc tính VI của điốt Zener.

Đặc tuyến của diode zener
Đặc tuyến của diode zener

Sơ đồ trên cho thấy các đặc tuyến VI của một diode zener. Khi diode được kết nối theo phân cực thuận, diode này hoạt động như một diode bình thường nhưng khi điện áp phân cực ngược lớn hơn điện áp zener,Hiện tượng đánh thủng sẽ xảy ra. Trong đặc điểm VI ở trên, V z là hiệu điện thế zener. Nó cũng là điện áp cắt vì lúc này dòng điện tăng lên rất nhanh.

Bài tập diode zener có lời giải

Dưới đây là bài tập diode zener có lời giải hãy cùng tham khảo để tải về :

ZenerDiode Bài tập Tải Về

Cách nhận biết diode zener

Làm thế nào để bạn xác định một diode Zener? Điốt Zener có thể trông giống với các điốt khác. Việc kiểm tra điốt Zener cũng giống như các điốt thông thường. Đồng hồ vạn năng được đặt trong cài đặt diode và kết nối với diode. Điện áp phân cực thuận của diode được tìm thấy bằng cách kết nối cực dương của đồng hồ vạn năng với cực dương của diode. Đây là mặt trên diode Zener không được đánh dấu. Cực âm của đồng hồ vạn năng được kết nối với phía được đánh dấu hoặc cực âm của điốt Zener.

Cách nhận biết diode zener
Cách nhận biết diode zener

Công dụng của Diode Zener

Điốt Zener tìm thấy các ứng dụng rộng rãi trong thương mại và công nghiệp. Một số Công dụng của Diode Zener là như một bộ điều chỉnh điện áp hoặc bộ ổn định , như một bộ bảo vệ đồng hồ đo và như một bộ định hình sóng . Chúng được thảo luận chi tiết bên dưới.

Mạch ổn áp dùng diode zener

Ứng dụng chính của diode Zener trong mạch điện tử là như một bộ điều chỉnh điện áp. Nó cung cấp điện áp không đổi cho tải từ nguồn có điện áp có thể thay đổi trong một phạm vi đủ.

Hình dưới đây cho thấy sự sắp xếp mạch của diode Zener như một bộ ổn áp

Mạch ổn áp dùng diode zener
Mạch ổn áp dùng diode zener

Trong mạch trên, điốt Zener của điện áp Zener V Z được nối qua tải R L trong điều kiện ngược lại. Điện áp không đổi (V 0 = V Z ) là điện áp mong muốn trên tải. Biến động điện áp ra được hấp thụ bởi một biến trở R mắc nối tiếp với đoạn mạch. Điều này duy trì một điện áp không đổi (V 0 ) trên tải.

Đặt một điện áp V thay đổi được trên tải R L. Khi giá trị của V in nhỏ hơn điện áp Zener V Z đến điốt Zener không có dòng điện chạy qua nó và cùng một điện áp xuất hiện trên tải. Điốt Zener dẫn dòng điện lớn khi điện áp đầu vào V in lớn hơn điện áp Zener Vz. Kết quả là, một lượng lớn dòng điện chạy qua điện trở R nối tiếp làm tăng điện áp rơi trên nó.

Do đó, điện áp đầu vào, vượt quá Vz (tức là V in – V Z ) được hấp thụ bởi điện trở nối tiếp. Do đó, một điện áp không đổi V 0 = Vz được duy trì trên tải R L. Khi một diode Zener có điện áp Zener Vz được nối theo chiều ngược lại song song với tải, nó duy trì một điện áp không đổi trên tải bằng Vz và do đó ổn định điện áp đầu ra.

Mạch ghim điện áp dùng diode zener

Điốt Zener cũng được sử dụng để chuyển đổi sóng sin thành sóng vuông. Sự sắp xếp mạch được hiển thị dưới đây:

Mạch ghim điện áp dùng diode zener
Mạch ghim điện áp dùng diode zener

Trong nửa chu kỳ dương và âm, khi điện áp trên các điốt thấp hơn giá trị Zener, chúng cung cấp một đường dẫn điện trở cao. Điện áp đầu vào xuất hiện trên đầu ra. Tuy nhiên, khi điện áp đầu vào tăng vượt quá giá trị Zener, diode Zener cung cấp một đường dẫn điện trở thấp và dẫn dòng điện lớn.

Kết quả là, một sự sụt giảm điện áp lớn xuất hiện trên điện trở nối tiếp R và do đó các đỉnh của sóng đầu vào bị cắt khi xuất hiện ở đầu ra như thể hiện trong hình trên. Sóng hình sin đầu vào bị cắt bớt ở các đỉnh và một sóng vuông xuất hiện ở đầu ra.

Bảo vệ đồng hồ bằng Diode Zener

Điốt Zener thường được sử dụng trong đồng hồ vạn năng để bảo vệ chuyển động của đồng hồ khỏi bị hư hại do quá tải ngẫu nhiên. Điốt Zener được kết nối song song với đồng hồ theo quan điểm an toàn.

Sơ đồ mạch được hiển thị dưới đây:

Bảo vệ đồng hồ bằng Diode Zener
Bảo vệ đồng hồ bằng Diode Zener

Bộ chuyển động của Đồng hồ được bảo vệ khỏi mọi hư hỏng vì hầu hết dòng điện đi qua điốt Zener, trong trường hợp quá tải ngẫu nhiên. Khi chuyển động của công tơ được yêu cầu phải được bảo vệ, không phụ thuộc vào cực được áp dụng (tức là khi có dòng điện xoay chiều chạy qua).

Sự sắp xếp mạch được sửa đổi như thể hiện trong hình dưới đây:

Cách xác định diode zener

Kiểm tra Diode Zener :

Một diode Zener có thể được kiểm tra bằng hai phương pháp sau. Phương pháp thứ hai rất quan trọng.

Sử dụng Chế độ đo Diode:

Như chúng ta đã thảo luận rằng Zener hoạt động giống như một diode thông thường nên phương pháp chế độ kiểm tra diode sẽ giống nhau đối với Zener.

Phân cực thuận sẽ hiển thị nhỏ hơn 0,7v và phân cực ngược sẽ hiển thị vô hạn ( 1 hoặc OL ) vì nó sẽ chặn dòng điện trừ khi đồng hồ có thể cung cấp nhiều điện áp hơn điện áp đánh thủng Zener của nó .

Sử dụng Vôn kế

Đây là một phương pháp quan trọng để kiểm tra diode Zener trong phân cực ngược . Bạn cần biết về điện áp đánh thủng Zener từ biểu dữ liệu của nó trước khi kiểm tra nó.

Giả sử, diode Zener của chúng ta có điện áp đánh thủng 9v . Và chúng tôi đang cung cấp nó 12v trong phân cực ngược . Điện áp trên diode Zener dẽ là  9v và không vượt quá 9V.

Để kiểm tra Zener, chúng ta sẽ tạo một mạch với một điện trở để hạn chế dòng điện và kết nối nó như trong hình bên dưới.

  • Sử dụng một vôn kế , chúng tôi sẽ kiểm tra điện áp trên nó.
  • Nếu việc đọc điện áp khớp với  điện áp đánh thủng Zener từ biểu dữ liệu của nó thì Zener đang ở trong tình trạng tốt .
  • Nếu điện áp tăng từ điện áp đánh thủng danh định thì Zener bị hỏng và cần được thay thế.

Thông số diode zener

Uz- Điện áp ổn định

Nó đề cập đến giá trị điện áp ổn định được tạo ra bởi hai đầu của diode zener khi dòng điện định mức đi qua nó. Giá trị này thay đổi một chút theo dòng điện hoạt động và nhiệt độ. Và do sự khác biệt trong quá trình sản xuất, các giá trị điều chỉnh điện áp của cùng một loại zener không hoàn toàn giống nhau. Ví dụ, bộ điều chỉnh 2CW51 có Vzmin là 3.0V và Vzmax là 3.6V.

Iz- Dòng điện định mức

Nó cho biết giá trị dòng điện đi qua , khi bộ điều chỉnh điện áp tạo ra một điện áp ổn định. Nếu dòng điện thấp hơn giá trị này, hiệu suất điều chỉnh điện áp sẽ kém hơn, và nó được phép ở trên giá trị này miễn là không vượt quá tổn thất công suất danh định, và hiệu suất điều chỉnh điện áp sẽ tốt hơn, nhưng đồng thời , tiêu thụ nhiều điện năng hơn.

Rz- Trở Kháng động

Đó là tỷ lệ giữa sự thay đổi điện áp và sự thay đổi dòng điện trên diode zener, thay đổi theo dòng điện hoạt động. Nói chung, dòng điện hoạt động càng lớn thì điện trở động càng nhỏ. Ví dụ, dòng hoạt động của diode zener 2CW7C là 5mA và Rz của nó là 18Ω. Khi dòng hoạt động là 1OmA, Rz là 8Ω. Và khi nó là 20mA, Rz là 2Ω, và nếu nó vượt quá 20mA, giá trị về cơ bản sẽ không đổi.

Pz- Mức tiêu thụ công suất định mức

Nó được xác định bằng độ tăng nhiệt độ cho phép và giá trị của nó là tích của điện áp ổn định Vz và dòng điện tối đa cho phép Izm. Ví dụ, nếu Vz của diode zener 2CW51 là 3V và Izm của nó là 20mA, thì Pz của diode là 60mWo.

α- Hệ số nhiệt độ

Nếu nhiệt độ của diode Zener thay đổi, điện áp ổn định của nó cũng sẽ thay đổi một chút. Giá trị thay đổi tương đối của điện áp trên ống gây ra bởi sự thay đổi nhiệt độ 1 ° C là hệ số nhiệt độ (đơn vị:% / ° C).

Nói chung, chúng tôi gọi giá trị điều chỉnh điện áp dưới 6V đánh thủng zener và trong các trường hợp, hệ số nhiệt độ của diode là âm. Đánh thủng kiểu thác xảy ra khi giá trị điều chỉnh điện áp cao hơn 6V và hệ số nhiệt độ là dương.

Khi nhiệt độ tăng, tầng suy giảm. Trong lớp suy giảm, năng lượng của các electron hóa trị của nguyên tử tăng lên, và điện trường có cường độ nhỏ hơn có thể kích thích các electron hóa trị ra khỏi nguyên tử để tạo ra sự đánh thủng zener, do đó hệ số nhiệt độ là âm. Khi tầng suy giảm rộng với điện trường mạnh, nhiệt độ tăng sẽ làm cho biên độ dao động của các nguyên tử mạng tinh thể tăng lên, điều này cản trở sự chuyển động của các hạt tải điện, tạo ra đánh thủng kiểu thác. Trong trường hợp này, Đánh thủng kiểu thác chỉ có thể xảy ra khi tăng điện áp ngược, do đó hệ số nhiệt độ của Đánh thủng kiểu thác là dương. Đây là lý do tại sao giá trị điều chỉnh điện áp của một diode zener có giá trị điều chỉnh điện áp 15V tăng dần theo nhiệt độ, và giá trị điều chỉnh điện áp của một diode zener có giá trị điều chỉnh điện áp 5V giảm dần theo nhiệt độ. Ví dụ, hệ số nhiệt độ của diode zener 2CW58 là + 0,07% / ° C, nghĩa là cứ nhiệt độ tăng 1 ° C, giá trị điều chỉnh điện áp sẽ tăng 0,07%.

Khi có yêu cầu cao đối với nguồn điện, hai điốt zener có hệ số nhiệt độ đối nhau có thể được mắc nối tiếp để bù. Do bù trừ lẫn nhau, hệ số nhiệt độ giảm đáng kể xuống 0,0005% / ° C.

IR- Dòng rò ngược

Nó đề cập đến dòng điện rò do diode zener tạo ra ở điện áp ngược được chỉ định. Ví dụ, khi VR của diode zener 2CW58 là 1V, IR của nó là O.1uA. Và khi VR của nó là 6V, IR sẽ trở thành 10uA.

Video hướng dẫn Diode zener là gì ?

Đỗ Thủy Học Điện Tử

Tôi một người đam mê cung cấp kiến thức cuộc sống và kiến thức giáo dục văn học , vật lý , điện tử đến cho mọi người hãy cùng tôi tiếp nhận kiến thức mới nhé !

Trả lời

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai.

Back to top button