Diode Zener là một loại diode bán dẫn hoạt động ở chế độ phân cực ngược trên cùng một điện áp Zener hoặc điện áp lở (sự cố) để giúp ổn định điện áp mạch điện. Để tìm hiểu thêm về Diode Zener là gì? Chúng có cấu tạo như thế nào và chúng hoạt động như thế nào? Hãy cùng khám phá trong bài viết dưới đây nhé.
Diode Zener là gì?
Diode Zener thường được sử dụng trong các mạch chỉnh lưu dòng điện xoay chiều thành dòng điện một chiều, mạch phát hiện sóng và mạch chân phân cực điện áp cho bóng bán dẫn hoạt động do đặc tính dẫn điện một chiều của chúng. Đặc biệt, mạch chỉnh lưu diode được tích hợp vào cầu diode.
Cấu tạo của Diode Zener
Đường diode gồm 2 lớp bán dẫn PN ghép với nhau và được ứng dụng ở chế độ phân cực ngược. Khi phân cực thuận, Diode Zener giống như một diode bình thường, nhưng khi phân cực ngược, nó sẽ đặt lại về một điện áp cố định bằng giá trị ghi trên diode.
Ở đây, chất nền P và N khuếch tán giữa chúng và vùng giao diện được phủ một lớp silicon dioxide (SiO2). Trong quá trình thiết kế, toàn bộ cụm lắp ráp đều được mạ kim loại để tạo sự kết nối giữa cực dương và cực âm. Các lớp SiO2 giúp ngăn ngừa ô nhiễm điểm nối, đó là lý do tại sao chúng được sử dụng trong thiết kế Diode Zener.
Diode Zener có cấu trúc và chức năng tương tự như một điốt tín hiệu thông thường truyền dòng điện định mức. Tuy nhiên, nó khác ở chỗ nó ngăn dòng điện đi qua chính nó khi bị phân cực ngược.
Khi điện áp đạt đến một giá trị nhất định thì cực âm hoạt động mạnh hơn cực dương và Diode Zener sẽ hoạt động ngược lại. Nguyên nhân là do điện áp vượt quá mức điện áp định mức, được gọi là “sự cố tuyết lở” xảy ra khi lớp bán dẫn bị cạn kiệt và dòng điện chạy qua diode để hạn chế mức tăng điện áp.
Diode Zener đạt giá trị cực đại khi dòng điện chạy qua (giới hạn bởi điện trở nối tiếp) và khi đạt tới giá trị này thì nó hoạt động ổn định ở dải điện áp ngược. Khi nó trở nên ổn định, chúng ta nói đến điện áp Zener điện tử.
Đối với Diode Zener, nó có thể dao động từ dưới 1 volt đến vài trăm volt. Tại thời điểm này, điện áp Zener điều khiển dòng điện chạy qua diode, cung cấp khả năng điều khiển chính xác (dung sai dưới 1%) giai đoạn pha tạp trong cấu trúc bán dẫn của diode, tạo cho diode một điện áp đánh thủng Zener cụ thể.
Ví dụ: 4,5V hoặc 7,5V, điện áp trên đường IV có thể là đường thẳng đứng.
Nguyên lý hoạt động của Diode Zener
Diode Zener có thể được đánh dấu rõ ràng bằng điện áp đánh thủng ngược để chúng có thể bắt đầu dẫn dòng điện và hoạt động liên tục mà không bị hỏng ở chế độ phân cực ngược. Trong phạm vi điện áp rộng, điện áp rơi trên diode không đổi, một đặc tính khiến Diode Zener phù hợp để sử dụng trong việc điều chỉnh điện áp.
Ở chế độ phân cực thuận và với điện áp kích hoạt từ 0,3 đến 0,7 V, Diode Zener sẽ hoạt động giống như một diode thông thường. Tuy nhiên, ở chế độ đảo ngược, dòng điện rò rỉ nhỏ có thể chạy qua.
Và khi điện áp ngược tăng đến điện áp đánh thủng xác định trước (Vz), dòng điện bắt đầu chạy qua diode. Mức tăng dòng điện tối đa sẽ được xác định bởi điện trở nối tiếp. Sau đó nó ổn định và không đổi trong một phạm vi điện áp rộng.
Thông số kỹ thuật Diode Zener
Diode Zener khác nhau về thông số kỹ thuật như điện áp, công suất tiêu tán, dòng điện ngược tối đa và hình thức bên ngoài. Bao gồm:
- Điện áp Vz: dùng để chỉ điện áp tới ngược từ 2,4V đến 200V, thậm chí có thể lên tới 1kV trong khi mức tối đa đối với các thiết bị SMD (thiết bị gắn trên bề mặt) là khoảng 47V.
- Dòng điện (tối đa): Định mức tối đa ở điện áp Zener là 200 µA đến 200 A.
- Dòng điện (tối thiểu): Định mức tối thiểu ở điện áp Zener là 5 mA và 10 mA.
- Công suất định mức: Mức tối đa của Diode Zener có công thức điện áp x dòng điện. Giá trị điển hình là 400mW – 500mW – 1W – 5W, cho bề mặt gắn 200mV – 350mV – 500mV và thường là 1W.
- Dung sai điện áp: Mức điển hình là ± 5%.
- Ổn định nhiệt độ: Điốt có độ ổn định tốt nhất ở khoảng 5V.
- Hình thức bên ngoài: trong các thiết bị riêng biệt (có dây dẫn và gắn trên bề mặt) hoặc trong các mạch tích hợp.
- Điện trở Zener (Rz): thể hiện từ đặc tính IV.
Trên đây là một số thông tin kỹ thuật về điốt ổn áp thường được sử dụng.
Diode Zener dùng để làm gì?
Diode Zener được sử dụng phổ biến trong nhiều mạch điều chỉnh điện áp và các ứng dụng chuyển mạch, mạch cắt như:
- Bộ điều chỉnh điện áp: Điện áp của tải bằng điện áp đánh thủng của diode, điện trở nối tiếp sẽ hạn chế dòng điện chạy qua diode và giảm lượng diode thừa khi diode dẫn điện. Điện áp đầu ra khi đó sẽ ổn định hơn.
- Diode ổn áp trong mạch chống đột biến điện: Nếu đầu vào đạt giá trị lớn hơn điện áp đánh thủng Zener, dòng điện sẽ chạy qua và tạo ra sụt áp trên điện trở, kích hoạt SCR và tạo ra đoản mạch. Mạch mở cầu chì và ngắt tải khỏi nguồn điện.A
- Mạch cắt sử dụng diode ổn áp: dùng để chỉnh sửa và định hình mạch cắt dạng sóng AC. Nó giới hạn hoặc cắt các phần của một hoặc cả hai nửa chu kỳ của dạng sóng AC nhằm mục đích định hình hoặc bảo vệ.
Theo dõi thông tin về Diode Zener là gì? Cấu tạo, nguyên lý hoạt động và một số ứng dụng được chúng tôi chia sẻ ở trên. Hy vọng những thông tin trên có thể giúp bạn hoàn thành công việc của mình tốt hơn.
