Tìm hiểu chung về Diode zener: Khái niệm, nguyên lý và ứng dụng

Điện Tử Quang Chung đã cùng các bạn tìm hiểu về những đặc điểm chung của đi ốt. Bài viết hôm nay chúng ta sẽ cùng nhau tìm hiểu chi tiết hơn về một loại đi ốt được sử dụng khá nhiều đó là Diode zener nhé. Chúng ta sẽ cùng nghiên cứu những thông tin về khái niệm, cấu tạo nguyên lý và ứng dụng của đi ốt zenner.

Diode Zener còn gọi là diode ổn áp, là một loại điốt bán dẫn làm việc ở chế độ phân cực ngược trên vùng điện áp đánh thủng (breakdown). Điện áp này còn gọi là điện áp Zener hay thác lở (avalanche). Khi đó giá trị điện áp ít thay đổi. Nó được chế tạo sao cho khi phân cực ngược thì điốt Zener sẽ ghim một mức điện áp gần cố định bằng giá trị ghi trên diode, làm ổn áp cho mạch điện.

Cấu tạo diode zener

Diode zener được cấu tạo với hai lớp bán dẫn P-N được ghép lại với nhau. Cả hai lớp bán dẫn P-N đều được khuếch tán với nhau. Ở giữa có vùng tiếp giáp được phủ một lớp silicon dioxide (SiO2). Toàn bộ diode zener được mạ kim loại để tạo nên liên kết cực dương và cực âm. 

Lớp SiO2 có vai trò ngăn chặn sự nhiễm bẩn của các mối nối. Chính vì vậy chúng được sử dụng trong cấu tạo diode zener.

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….

• 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.

Nguyên lý làm việc

Khi đặt một điện áp ngược trong phạm vi cho phép của diode zener. Lúc đó, đầu ra của diode sẽ thu về một điện áp cố định. Hay có thể hiểu đơn giản là diode zener có vai trò là một bộ phân áp, có thể tạo một điện áp đầu ra cố định trong khi điện áp đầu vào là không thay đổi. 

Khi ở chế độ phân cực thuận, Diode Zener làm việc giống như diode thông thường và có điện áp bật từ 0.3 đến 0.7 V. Nhưng khi kết nối ở chế độ phân cực ngược, điện áp ngược tăng lên tới mức đánh thủng được (Vz) xác định trước. Khi đó, một dòng điện bắt đầu chạy qua diode và tăng đến mức tối đa. Sau đó nó ổn định và không thay đổi trong một phạm vi rộng của điện áp ngược.

Các ứng dụng của diode zener

Diode Zener được sử dụng để điều chỉnh điện áp, làm phần tử tham chiếu, bộ triệt xung, và trong các ứng dụng chuyển mạch và mạch cắt.

• Bộ điều chỉnh điện áp: Điện áp tải bằng điện áp đánh thủng VZ của diode. Điện trở nối tiếp giới hạn dòng điện qua diode và giảm điện áp dư thừa khi diode đang dẫn.
• Diode Zener trong bảo vệ quá áp: Nếu điện áp đầu vào tăng đến giá trị cao hơn điện áp đánh thủng Zener, dòng điện chạy qua diode và tạo ra sụt áp trên điện trở; điều này kích hoạt SCR và tạo ra ngắn mạch xuống đất. Ngắn mạch mở cầu chì và ngắt tải khỏi nguồn cấp.
• Mạch cắt diode zener: Diode Zener được sử dụng để sửa đổi hoặc định hình các mạch cắt dạng sóng AC. Mạch cắt giới hạn hoặc cắt các phần của một hoặc cả hai nửa chu kỳ của dạng sóng AC để định hình dạng sóng hoặc bảo vệ.

Trên đây là những tìm hiểu cơ bản của Điện Tử Quang Chung về dioe zenner. Có thắc mắc hay cần thêm thông tin các bạn liên hệ QuangChung nhé!