Diode Zener Là Gì? Cấu Tạo Nguyên Lý Hoạt động Và Một Số ứng Dụng

Diode zener là gì? Được biết đến là một trong những linh kiện bán dẫn cho phép dòng điện chạy theo cả 2 chiều thuận và ngược. Diode zener có điện áp đánh thủng được xác định rõ và có thể hoạt động dưới chế độ phân cực ngược mà không bị đánh thủng. Vậy cấu tạo, thông số kỹ thuật, nguyên lý hoạt động và một số ứng dụng của linh kiện này là gì? Hãy cùng chúng tôi tìm hiểu thông tin trong bài viết này. 

Diode zener là gì?

Diode zener là gì? (What is a zener diode?) Là một trong những linh kiện bán dẫn silicon có thể cho phép dòng điện chạy theo cả 2 chiều thuận và ngược. Điện áp đánh thủng của diode zener được xác định rõ, tại thời điện đánh thủng nó bắt đầu dẫn điện ở chế độ phân cực ngược mà không bị hỏng.

Ngoài ra, sự sụt giảm điện áp trên diode vẫn không đổi trong một phạm vi điện áp rộng, một trong những tính làm giúp cho diode zener phù hợp để sử dụng trong quá trình điều chỉnh điện áp.

Diode zener hoạt động giống với các diode thông thường đều cho phép dòng điện đi qua theo chiều thuận. Tuy nhiên, không giống với diode thông thường là chặn dòng điện khi nó bị phân cực ngược mà đó là khi Cathode trở nên tích cực hơn Anode, ngay khi điện áp ngược đạt đến giá trị xác định. Lúc này, diode zener bắt đầu tiến hành theo hướng ngược lại.

Thông số kỹ thuật của diode zener

Các diode khác nhau đều được xác định dựa vào các thông số kỹ thuật như: Điện áp làm việc định danh, sự thất thoát năng lượng, dòng ngược tối đa. Một số những thông số thường được sử dụng như:

• Điện áp VZ: Điện áp Zener dùng để chỉ điện áp sự cố đảo ngược 2.4 V đến khoảng 200 V; có thể lên tới 1 kV trong khi mức tối đa cho thiết bị gắn trên bề mặt (SMD) là khoảng 47 V.
• Dòng điện IZ max: Dòng điện định mức tối đa của diode zener là 200 µA – 200 A.
• Dòng điện IZ min: Dòng điện tối thiểu để diode bị đánh thủng là 5mA – 10mA.
• Đánh giá công suất: Công suất tối đa mà diode Zener có thể tiêu tan được bởi tích của điện áp trên diode và dòng điện chạy qua nó. Các giá trị tiêu biểu là 400 mW, 500mW, 1 W và 5W; đối với bề mặt được gắn, 200mW, 350mW, 500mW và 1 W là điển hình.
• Dung sai điện áp: Thông thường ± 5%.
• Nhiệt độ làm việc ổn định: Làm việc với điện áp 5V diode có độ ổn định tốt nhất.
• Điện trở Zener RZ: Được thể hiện từ các đặc tính IV.

Trên đây là những thông số kỹ thuật của diode zener thường được sử dụng.

Nguyên lý hoạt động của diode zener

Diode zener có nguyên lý hoạt động giống diode thông thường ở chế độ phân cực thuận và có điện áp bật từ 0,3V – 0,7V. Tuy nhiên, khi được kết nối với chế độ phân cực ngược, thường thấy trong hầu hết các ứng dụng của nó. Khi điện áp ngược tăng lên đến điện áp đánh thủng (VZ) được xác định trước, một dòng điện bắt đầu được chạy qua diode.

Dòng điện tăng đến mức tối đa và được xác định bởi điện trở nối tiếp, sau đó ổn định và không thay đổi trong một phạm vi rộng của điện áp ứng dụng. 

Đặc tuyến IV của diode zener

Các diode zener được sử dụng trong chế độ phân cực ngược. Từ đường cong đặc tính IV ở phía bên trên ta có thể thấy diode zener có một vùng trong đặc tuyến phân cực ngược của nó với điện áp âm gần như không thay đổi giá trị của dòng điện chạy qua diode.

Hầu hết thì điện áp này sẽ không thay đổi ngay cả đối với những thay đổi lớn của dòng điện cung cấp vào diode zener vẫn nằm ở giữa dòng điện sự cố IZ(min) và đánh giá dòng điện tối đa IZ(max) .

Khả năng này của diode zener có thể tự điều chỉnh và được sử dụng rất hiệu quả để giúp điều chỉnh hoặc giúp ổn định nguồn để có thể chống lại các biến thể cung cấp hoặc tải.

Một số ứng dụng của diode zener

Điốt zener được sử dụng nhiều trong các mạch điều chỉnh điện áp và trong các ứng dụng chuyển mạch và mạch clipper.

• Bộ điều chỉnh điện áp: Điện áp của tải bằng điện áp đánh thủng VZ của diode, điện trở nối tiếp sẽ có nhiệm vụ giới hạn dòng điện qua diode và giảm điện áp dư thừa khi diode dẫn. Lúc này điện áp đầu ra sẽ ổn định hơn.
• Diode zener trong mạch bảo vệ quá áp: Nếu trường hợp điện áp đầu vào tăng lên một giá trị cao hơn điện áp đánh thủng của zener, dòng điện sẽ chạy của diode và tạo ra sụt áp trên điện trở, điều này sẽ kích hoạt SCR và tạo ra một mạch ngắn xuống đất . Mạch sẽ mở cầu chì và ngắt kết nối tải với nguồn cung cấp.
• Mạch cắt sử dụng diode zener: Điốt zener được sử dụng để giúp sửa đổi và định hình các mạch cắt dạng sóng AC. Mạch có tác dụng giới hạn hoặc cắt bỏ các phần của một hoặc cả 2 nửa chu kỳ của dạng sóng AC để định hình hoặc bảo vệ.

Diode zener là gì? Cấu tạo, thông số kỹ thuật, nguyên lý hoạt động và một số ứng dụng đã được chúng tôi giới thiệu đến bạn trong bài viết này. Hy vọng, với những thông tin trên sẽ giúp bạn tốt hơn trong quá trình học tập và làm việc.