Kiến Thức Cơ Bản Về Diode Zener - Điện Máy VVC

Đối với những diode thường thì thì dòng điện sẽ bị chặn qua chúng khi bị phân cực ngược và bị hỏng khi điện áp ngược đặt lên diode quá cao. Do đó, những diode này không khi nào được phép hoạt động giải trí trong vùng đánh thủng .

Tuy nhiên, diode zener thì khác. Chúng được thiết kế đặc biệt để có thể hoạt động ở chế độ phân cực ngược trong vùng điện áp đánh thủng (breakdown) mà không bị hỏng. Vì lý do này, diode zener đôi khi còn được gọi là diode đánh thủng.

Diode zener là xương sống của những mạch kiểm soát và điều chỉnh điện áp ( mạch ổn áp ), và những mạch giữ điện áp trên tải gần như không đổi mặc dầu có sự biến hóa lớn về điện áp nguồn và điện trở tải .

Các hình dưới đây cho thấy ký hiệu và hình dạng của một diode zener. Trong ký hiệu, các đường giống chữ “Z”, viết tắt của “Zener”.

Bạn đang đọc: Kiến thức cơ bản về diode zener

Hoạt động của diode zener

Một điốt zener hoàn toàn có thể hoạt động giải trí ở một trong ba vùng : phân cực thuận, rò rỉ và đánh thủng. Hoạt động của diode này được bộc lộ trải qua đặc tuyến Volt – Ampere .

Vùng phân cực thuận

Khi được phân cực thuận, diode zener hoạt động giải trí giống như những diode thường thì và khởi đầu dẫn điện khi điện áp phân cực thuận khoảng chừng 0,7 V .

Vùng rò rỉ

Vùng rò rỉ sống sót giữa dòng điện bằng 0 ( gốc tọa độ ) và đánh thủng Trong vùng rò rỉ, có một dòng điện ngược nhỏ chạy qua diode. Dòng điện ngược này là do những hạt tải điện thiểu số sinh nhiệt .

Vùng đánh thủng

Nếu bạn liên tục tăng điện áp ngược thì ở đầu cuối bạn sẽ đạt đến một giá trị được gọi là điện áp zener VZ của diode . Tại điểm này, một quy trình gọi là đánh thủng thác lũ ( Avalanche Breakdown ) xảy ra trong lớp nghèo chất bán dẫn và diode khởi đầu dẫn điện theo hướng ngược lại . Bạn hoàn toàn có thể thấy trên đặc tuyến rằng vùng đánh thủng có khúc cong rất gấp, theo sau là sự ngày càng tăng gần như theo chiều dọc của dòng điện. Lưu ý rằng điện áp trên diode zener gần như không đổi và giao động bằng VZ trên hầu hết vùng đánh thủng . Đồ thị cũng cho thấy dòng điện ngược tối đa IZ ( Max ). Diode sẽ hoạt động giải trí trong khoanh vùng phạm vi bảo đảm an toàn của nó, với điều kiện kèm theo là dòng điện ngược nhỏ hơn IZ ( Max ). Nếu dòng điện vượt quá IZ ( Max ), diode sẽ bị hủy hoại .

Mạch ổn áp dùng diode zener

Diode zener duy trì điện áp ngõ ra không đổi trong vùng đánh thủng, mặc dầu dòng điện qua nó biến hóa. Đây là một tính năng quan trọng của điốt zener, hoàn toàn có thể được sử dụng trong những ứng dụng kiểm soát và điều chỉnh điện áp. Do đó, một điốt zener nhiều lúc được gọi là diode ổn áp . Ví dụ, ngõ ra của mạch chỉnh lưu bán kỳ, toàn kỳ hoặc chỉnh lưu cầu gồm có những gợn sóng chồng lên điện áp một chiều. Bằng cách liên kết một điốt zener đơn thuần ở ngõ ra của mạch chỉnh lưu, tất cả chúng ta hoàn toàn có thể có được điện áp DC ở ngõ ra không thay đổi hơn . Hình dưới đây miêu tả một mạch kiểm soát và điều chỉnh điện áp đơn thuần dùng điốt zener ( hay còn gọi là mạch ổn áp zener ) . Để điốt zener hoạt động giải trí trong điều kiện kèm theo đánh thủng, điốt zener được phân cực ngược bằng cách liên kết cực cathode của nó với cực dương của nguồn điện nguồn vào . Một điện trở tiếp nối đuôi nhau ( số lượng giới hạn dòng ) RS được mắc tiếp nối đuôi nhau với điốt zener để dòng điện chạy qua diode nhỏ hơn định mức dòng điện tối đa của nó. Nếu không, điốt zener sẽ bị cháy, giống như bất kể linh phụ kiện nào do tiêu tán hiệu suất quá lớn . Nguồn điện áp VS được liên kết vào ngõ vào của mạch. Ngoài ra, để giữ cho diode hoạt động giải trí trong điều khiện đánh thủng, điện áp nguồn VS phải lớn hơn điện áp đánh thủng zener VZ . Điện áp không thay đổi ở ngõ ra Vout cũng chính là điện áp trên điốt zener .

Hoạt động đánh thủng

Để kiểm tra xem diode zener có hoạt động giải trí trong vùng đánh thủng hay không, tất cả chúng ta cần giám sát điện áp Thevenin. Điện áp Thevenin là điện áp sống sót khi ngắt liên kết điốt zener khỏi mạch . Do mạch phân áp, tất cả chúng ta hoàn toàn có thể viết : VTH = VS.RL / ( RS + RL ) Khi điện áp Thevenin này vượt quá điện áp zener thì hiện tượng kỳ lạ đánh thủng sẽ xảy ra .

Dòng điện nối tiếp

Điện áp trên điện trở tiếp nối đuôi nhau bằng hiệu giữa điện áp nguồn và điện áp zener. Do đó, theo định luật Ôm, cường độ dòng điện qua điện trở tiếp nối đuôi nhau là : IS = ( VS – VZ ) / RS Dòng điện tiếp nối đuôi nhau không đổi mặc dầu có hay không có điện trở tải. Có nghĩa là, ngay cả khi bạn ngắt liên kết điện trở tải, dòng điện qua điện trở tiếp nối đuôi nhau sẽ bằng điện áp trên điện trở tiếp nối đuôi nhau RS chia cho giá trị của điện trở này .

Điện áp tải và dòng điện tải

Bởi vì điện trở tải mắc song song với diode zener nên điện áp trên tải bằng với điện áp zener.

Xem thêm: Thiết bị gia dụng thông minh và những lý do bạn phải lắp đặt!

VL = VZ Sử dụng định luật Ohm, tất cả chúng ta hoàn toàn có thể thống kê giám sát dòng điện chạy qua tải như sau : IL = VL / RL = VZ / RL

Dòng điện Zener

Diode zener và điện trở tải mắc song song. Tổng dòng điện qua diode và điện trở tải bằng dòng điện qua điện trở tiếp nối đuôi nhau . IS = IZ + IL Điều này cho tất cả chúng ta biết rằng, dòng qua điốt zener bằng dòng tiếp nối đuôi nhau trừ đi dòng tải . IZ = IS – IL

Các thông số kỹ thuật của diode zener

• Điện áp zener VZ: Điện áp zener cũng chính là điện áp ngược đánh thủng. Điện áp này có giá trị từ 2.4 V đến khoảng 200 V. Điện áp zener có khá nhiều loại đó là 2.4V, 2.7V, 3.3V, 3.7V, 4.1V, 4.7V,  5.1V, 6.2V, 9.1v, 10V, 12V, 13V, 15V, 18V, 20V, 24V…
• Dòng điện IZ(Max): Dòng điện cực đại tương ứng với điện áp zener định mức VZ, IZ(Max) = 200 µA – 200 A. 
• Dòng điện IZ(Min): Dòng điện tối thiểu cần thiết để diode bị đánh thủng, IZ(Min) = 5mA – 10mA. 
• Công suất danh định: Công suất tiêu tán tối đa của diode Zener được tính bằng 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.
• Sai số điện áp: Thông thường ± 5%.
• Nhiệt độ làm việc ổn định: Diode có độ ổn định tốt nhất khi làm việc với điện áp 5V. 
• Điện trở zener RZ: Điốt zener có một giá trị điện trở nhất định được thể hiện qua đặc tuyến V-I.

Ứng dụng của diode zener

Đến đây, tất cả chúng ta đã thấy cách sử dụng diode zener để kiểm soát và điều chỉnh nguồn DC liên tục. Ngoài ra, điốt zener cũng được sử dụng trong những ứng dụng khác nhau. Dưới đây là 1 số ít ứng dụng của loại diode này .

Mạch tiền ổn áp

Ý tưởng cơ bản đằng sau mạch tiền ổn áp là cung ứng ngõ vào một điện áp không thay đổi cho mạch kiểm soát và điều chỉnh điện áp zener để ngõ ra ở đầu cuối được kiểm soát và điều chỉnh cực kỳ tốt . Dưới đây là một ví dụ về mạch tiền ổn áp ( diode zener tiên phong ) điều khiển và tinh chỉnh bộ kiểm soát và điều chỉnh zener ( diode zener thứ hai ) .

Tạo dạng sóng

Trong hầu hết những ứng dụng, diode zener hoạt động giải trí trong vùng đánh thủng. Nhưng vẫn có những trường hợp ngoại lệ như những mạch tạo sóng . Trong mạch tạo sóng ở trên, hai diode zener được liên kết ngược nhau để tạo ra dạng sóng vuông . Trong bán kỳ dương, diode phía trên Z1 được phân cực thuận, dẫn điện còn diode phía dưới Z2 bị phân cực ngược, hoạt động giải trí trong dùng đánh thủng. Do đó, điện áp ngõ ra bị cắt bớt . Trong bán kỳ âm, hoạt động giải trí của những diode được đảo ngược. Diode phía dưới Z2 được phân cực thuận, dẫn điện còn diode Z1 phía trên bị phân cực ngược, hoạt động giải trí trong vùng đánh thủng. Bằng cách này, mạch tạo ra một sóng vuông ở ngõ ra . Mức cắt bằng điện áp zener ( diode đánh thủng ) cộng với 0,7 V ( diode phân cực thuận ) .

Tạo các điện áp không tiêu chuẩn

Bằng cách tích hợp những diode zener với những diode thường thì, tất cả chúng ta hoàn toàn có thể tạo ra một số ít điện áp DC có giá trị khác nhau ở ngõ ra như sau :

Điều khiển relay

Như bạn cũng đã biết biết rằng việc liên kết relay 5V với một mạng lưới hệ thống có điện áp 12V hoàn toàn có thể làm hỏng relay. Khi đó, bạn cần giảm điện áp xuống. Hình dưới đây cho thấy một cách để thực thi điều này .

Trong mạch này, diode zener 5,6V được mắc nối tiếp với relay để chỉ có 6,4V xuất hiện trên relay, nằm trong khả năng chịu đựng của định mức điện áp của relay.

Xem thêm: Gia Dụng Đà Nẵng ❤️️ Các Kho Hàng Gia Dụng Giá Rẻ Nhất

Kết luận

Diode zener là một trong những điốt được phong cách thiết kế đặc biệt quan trọng, hoạt động giải trí đa phần trong điều kiện kèm theo phân cực ngược. Các ứng dụng hầu hết của điốt zener gồm có : tạo điện áp chuẩn, tạo dạng sóng, dùng làm mạch ổn áp đơn thuần, mạch bảo vệ … Hy vọng bài viết mang đến những kiến thức và kỹ năng thiết yếu mà những bạn đang cần khám phá .