Diode Zener là gì, cấu tạo điốt Zener – TKTECH Co., LTD

Diode Zener (Zener diode) 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.

Diode bán dẫn (điốt bán dẫn) chặn đòng điện chạy theo hướng ngược lại. Nó chỉ cho dòng điện chạy theo một chiều mà không cho chạy theo hướng ngược lại. Diode này có chức năng ổn áp tránh gây hỏng thiết bị khi bị quá áp. Đôi khi dòng điot này còn gọi là Diode Zener Diode hay Diode Break.

Về cơ bản giống như diode tiếp giáp PN tiêu chuẩn nhưng chúng được thiết kế đặc biệt để có điện áp đảo ngược thấp và được chỉ định, tận dụng mọi điện áp ngược được áp dụng với nó. Vậy diode zener là gì? Cấu tạo của điốt zener như thế nào? Xem thêm bài điốt là gì?

Diode Zener là gì ( What is a Diode Zener )

Do tính chất dẫn điện một chiều nên Diode thường được sử dụng trong các mạch chỉnh lưu nguồn xoay chiều thành một chiều, các
mạch tách sóng, mạch gim áp phân cực cho transistor hoạt động. Trong mạch chỉnh lưu Diode có thể được tích hợp thành Diode cầu.

Cấu tạo của Diode Zener

Dòng điốt này có hai lớp bán dẫn P – N ghép với nhau, Diode Zener được ứng dụng trong chế độ phân cực ngược. Khi phân cực thuận Diode zener như
diode thường nhưng khi phân cực ngược Diode zener sẽ gim lại một mức điện áp cố định bằng giá trị ghi trên diode.

Ở đây, chất nền N và P được khuếch tán với nhau. Vùng tiếp giáp được phủ một lớp silicon dioxide ( SiO 2 ). Đồng thời trong quy trình phong cách thiết kế, hàng loạt tổng hợp được mạ sắt kẽm kim loại để tạo ra liên kết cực dương và cực âm .Lớp SiO 2 giúp ngăn ngừa sự nhiễm bẩn của những mối nối. Vì vậy, được sử dụng trong việc phong cách thiết kế diode zener .

Các diode Zener thường có cấu tạo và cách hoạt động giống nhau. Nó hoạt động giống như một diode tín hiệu bình thường đi qua các dòng điện định mức.

Tuy nhiên, không giống diode thường thì chặn dòng điện đi qua chính nó khi bị phân cực ngược. Khi Cathode trở nên tích cực hơn Anode, điện áp đạt tới giá trị nào đó, diode zener sẽ hoạt động giải trí ngược lại .Điều này là do khi điện áp ngược vượt quá điện áp định mức của thiết bị. Một quy trình gọi là Sự cố Avalanche xảy ra trong lớp suy giảm chất bán dẫn và một dòng điện mở màn chạy qua diode để hạn chế tăng áp .Dòng điện chạy qua diode zener tăng đến giá trị cực lớn ( thường bị số lượng giới hạn bởi điện trở tiếp nối đuôi nhau ) và một khi đạt được, nó vẫn hoạt động giải trí không thay đổi trong khoanh vùng phạm vi điện áp ngược .Khi điện áp tại diode zener trở nên không thay đổi được gọi là điện áp zener điện tử, ( Vz ) và so với điốt zener, điện áp này hoàn toàn có thể giao động từ dưới 1 volt đến vài trăm volt .Điểm tại đó điện áp zener cho dòng điện chạy qua diode hoàn toàn có thể được tinh chỉnh và điều khiển rất đúng mực ( dung sai dưới 1 % ) trong tiến trình pha tạp của cấu trúc bán dẫn điốt tạo cho diode một điện áp đánh thủng zener đơn cử, ( Vz ) cho ví dụ : 4.3 V hoặc 7.5 V. Điện áp đánh thủng zener trên đường cong IV gần như là một đường thẳng đứng .

Nguyên lý hoạt động giải trí của Zener Diode

Các Zener Diode r có điện áp đánh thủng ngược được xác lập rõ, tại đó nó mở màn dẫn dòng điện và liên tục hoạt động giải trí liên tục ở chính sách phân cực ngược mà không bị hỏng. Ngoài ra, sự sụt giảm điện áp trên diode vẫn không đổi trong một khoanh vùng phạm vi điện áp rộng, một tính năng làm cho điốt Zener tương thích để sử dụng trong kiểm soát và điều chỉnh điện áp .

Diode Zener hoạt động giải trí giống như diode thường thì khi ở chính sách phân cực thuận và có điện áp bật từ 0,3 đến 0,7 V. Tuy nhiên, khi được liên kết ở chính sách đảo ngược, thường thấy trong hầu hết những ứng dụng của nó, a dòng rò nhỏ hoàn toàn có thể chảy. Khi điện áp ngược tăng lên đến điện áp đánh thủng được xác lập trước ( Vz ), một dòng điện mở màn chạy qua diode. Dòng điện tăng đến mức tối đa, được xác lập bởi điện trở tiếp nối đuôi nhau, sau đó nó không thay đổi và không đổi trong một khoanh vùng phạm vi rộng của điện áp ứng dụng .

Sự cố Zener

Sự cố là do hiệu ứng phân hủy Zener xảy ra dưới 5,5 V hoặc ion hóa tác động ảnh hưởng xảy ra trên 5,5 V. Cả hai chính sách dẫn đến cùng một hành vi và không nhu yếu mạch khác nhau ; tuy nhiên, mỗi chính sách có một thông số nhiệt độ khác nhau .Hiệu ứng Zener có thông số nhiệt độ âm trong khi hiệu ứng tác động trải qua thông số dương. Hai hiệu ứng nhiệt độ gần như bằng nhau ở 5,5 V và triệt tiêu lẫn nhau để làm cho điốt Zener được định mức ở khoảng chừng 5,5 V không thay đổi nhất trong một loạt những điều kiện kèm theo nhiệt độ .

Thông số kỹ thuật diode Zener

Điốt Zener khác nhau về thông số kỹ thuật kỹ thuật như điện áp, tản điện, dòng ngược tối đa và hình dáng. Một số thông số kỹ thuật kỹ thuật thường được sử dụng gồm có :

• Điện áp Vz : Điện áp Zener dùng để chỉ điện áp sự cố đảo ngược 2.4 V đến khoảng chừng 200 V ; hoàn toàn có thể lên tới 1 kV trong khi mức tối đa cho thiết bị gắn trên mặt phẳng ( SMD ) là khoảng chừng 47 V ) .
• Dòng điện ( tối đa ) : Dòng điện tối đa ở điện áp Zener định mức Vz từ 200 uA đến 200 A ) .
• Dòng điện ( tối thiểu ) : Dòng điện tối thiểu thiết yếu để diode phá vỡ 5 mA và 10 mA .
• Đánh giá hiệu suất : Công suất tối đa của diode Zener được tính theo công thức lấy điện áp x dòng điện. Công suất diode zener thường có giá trị tiêu biểu vượt trội là 400 mW, 500 mW, 1 W và 5 W ; so với mặt phẳng được gắn, 200 mW, 350 mW, 500 mW và 1 W là nổi bật .
• Dung sai điện áp : Thông thường ± 5 % .
• Ổn định nhiệt độ : Điốt khoảng chừng 5 V có độ không thay đổi tốt nhất .
• Hình dáng : Thiết bị có chì và giá treo mặt phẳng là thiết bị riêng không liên quan gì đến nhau hoặc trong những mạch tích hợp .
• Điện trở Zener ( Rz ) : Diode bộc lộ một số ít điện trở như hiển nhiên từ những đặc tính IV .

Ứng dụng diode Zener

Điốt Zener được sử dụng để kiểm soát và điều chỉnh điện áp, như những yếu tố tham chiếu, bộ triệt xung và trong những ứng dụng chuyển mạch và mạch clipper .

Bộ kiểm soát và điều chỉnh điện áp

Điện áp tải bằng điện áp đánh thủng VZ của diode. Điện trở tiếp nối đuôi nhau số lượng giới hạn dòng điện qua diode và giảm điện áp dư khi diode đang dẫn .

Hình 3 : Bộ kiểm soát và điều chỉnh shunt diode ZenerDiode Zener trong bảo vệ quá ápNếu điện áp đầu vào tăng đến một 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 một mạch ngắn xuống đất. Đoản mạch sẽ mở cầu chì và ngắt liên kết tải khỏi nguồn phân phối .

Hình 4 : Mạch xà beng quá áp SCRMạch cắt Diode ZenerĐiốt Zener được sử dụng để sửa đổi hoặc định hình những mạch cắt dạng sóng AC. Mạch cắt số lượng giới hạn hoặc cắt bỏ những phần của một hoặc cả hai nửa chu kỳ luân hồi của dạng sóng AC để định hình dạng sóng hoặc bảo vệ .

Hình 5 : Mạch cắt diode Zener

Bộ kiểm soát và điều chỉnh điốt Zener

Điốt Zener có thể được sử dụng để tạo ra một đầu ra điện áp ổn định với độ gợn thấp trong các điều kiện dòng tải khác nhau. Bằng cách truyền một dòng điện nhỏ qua diode từ nguồn điện áp, thông qua một điện trở giới hạn dòng thích hợp ( R S ), diode zener sẽ dẫn dòng điện đủ để duy trì sự sụt giảm điện áp của V out .

Chúng tôi nhớ từ những hướng dẫn trước rằng điện áp đầu ra DC từ bộ chỉnh lưu 50% hoặc toàn sóng chứa gợn được đặt chồng lên điện áp DC và khi giá trị tải đổi khác để làm điện áp đầu ra trung bình. Bằng cách liên kết một mạch không thay đổi zener đơn thuần như dưới đây trên đầu ra của bộ chỉnh lưu, một điện áp đầu ra không thay đổi hơn hoàn toàn có thể được tạo ra .

Bộ kiểm soát và điều chỉnh điốt Zener

Điện trở, R S được liên kết tiếp nối đuôi nhau với diode zener để hạn chế dòng điện đi qua diode với nguồn điện áp, V S được liên kết qua tổng hợp. Điện áp đầu ra không thay đổi V ra được lấy từ trên những diode zener .Diode zener được liên kết với cực âm cực của nó được liên kết với đường ray dương của nguồn cung ứng DC để nó bị phân cực ngược và sẽ hoạt động giải trí trong điều kiện kèm theo sự cố. Điện trở R S được chọn để hạn chế dòng điện cực lớn chạy trong mạch .Khi không có tải liên kết với mạch, dòng tải sẽ bằng 0, ( I L = 0 ) và tổng thể dòng điện đi qua diode zener sẽ lần lượt tiêu tán hiệu suất cực lớn của nó. Ngoài ra, một giá trị nhỏ của điện trở sê-ri R S sẽ dẫn đến dòng diode lớn hơn khi điện trở tải R L được liên kết và lớn vì điều này sẽ làm tăng nhu yếu tiêu tán hiệu suất của diode thế cho nên phải cẩn trọng khi chọn giá trị tương thích của sê-ri trở kháng sao cho mức hiệu suất tối đa của zener không bị vượt quá trong điều kiện kèm theo không tải hoặc trở kháng cao này .Tải được liên kết song song với diode zener, do đó điện áp trên R L luôn giống với điện áp zener, ( V R = V Z ). Có một dòng zener tối thiểu mà sự không thay đổi của điện áp có hiệu suất cao và dòng zener phải luôn ở trên giá trị này hoạt động giải trí dưới tải trong khu vực sự cố của nó mọi lúc. Giới hạn trên của dòng điện đương nhiên nhờ vào vào định mức hiệu suất của thiết bị. Việc cung ứng điện áp V S phải lớn hơn V Z .Một yếu tố nhỏ với những mạch không thay đổi diode zener là đôi lúc diode hoàn toàn có thể tạo ra nhiễu điện trên đầu nguồn DC khi nó nỗ lực không thay đổi điện áp. Thông thường, đây không phải là yếu tố so với hầu hết những ứng dụng, nhưng việc bổ trợ một tụ điện tách rời có giá trị lớn trên đầu ra của zener hoàn toàn có thể được nhu yếu để làm mịn thêm .Sau đó để tóm tắt một chút ít. Một diode zener luôn được quản lý và vận hành trong điều kiện kèm theo rơi lệch ngược của nó. Do đó, một mạch ổn áp đơn thuần như vậy hoàn toàn có thể được phong cách thiết kế bằng cách sử dụng diode zener để duy trì điện áp đầu ra DC không đổi trên tải mặc dầu có sự biến hóa của điện áp đầu vào hoặc biến hóa dòng điện tải .Các kiểm soát và điều chỉnh điện áp zener gồm có một số lượng giới hạn điện trở hiện tại R S tiếp nối đuôi nhau với điện áp đầu vào V S với những diode zener nối song song với tải R L trong thực trạng thiên vị ngược này. Điện áp đầu ra không thay đổi luôn được chọn giống như điện áp đánh thủng V Z của diode .

Ví dụ điốt Zener số 1

Cần phải phân phối nguồn không thay đổi 5.0 V từ nguồn đầu vào nguồn DC DC. Xếp hạng hiệu suất tối đa P Z của diode zener là 2W. Sử dụng mạch kiểm soát và điều chỉnh zener ở trên đo lường và thống kê :

a).  Dòng điện cực đại chạy qua diode zener.

b).  Giá trị tối thiểu của điện trở nối tiếp, R S

c).  Dòng tải I L nếu điện trở tải 1kΩ được kết nối qua diode zener.

Cười mở miệng).  Dòng điện zener I Z ở mức đầy tải.

Điện áp điốt Zener

Cùng với việc tạo ra một đầu ra điện áp không thay đổi duy nhất, điốt zener cũng hoàn toàn có thể được liên kết với nhau theo chuỗi cùng với những điốt tín hiệu silicon thường thì để tạo ra nhiều giá trị đầu ra điện áp tham chiếu khác nhau như dưới đây .

Điốt Zener được mắc tiếp nối đuôi nhau

Các giá trị của những điốt Zener riêng không liên quan gì đến nhau hoàn toàn có thể được chọn để tương thích với ứng dụng trong khi diode silicon sẽ luôn giảm khoảng chừng 0,6 – 0,7 V trong điều kiện kèm theo phân cực thuận. Điện áp cung ứng, Vin tất yếu phải cao hơn điện áp tham chiếu đầu ra lớn nhất và trong ví dụ của chúng tôi ở trên đây là 19 v .

Một điển hình diode zener cho các mạch điện tử nói chung là 500MW, BZX55 loạt hoặc 1.3W lớn hơn, BZX85 loạt là điện áp zener được đưa ra như, ví dụ, C7V5 cho một diode 7.5V đưa ra một số tài liệu tham khảo diode của BZX55C7V5 .

Chuỗi điốt zener 500 mW có sẵn từ khoảng chừng 2,4 đến khoảng chừng 100 volt và thường có cùng một chuỗi những giá trị được sử dụng cho loạt điện trở 5 % ( E24 ) với xếp hạng điện áp riêng cho những điốt nhỏ nhưng rất hữu dụng này được đưa ra trong bảng dưới đây .

Điện áp Diode Zener tiêu chuẩn

Mạch cắt Diode Zener

Cho đến nay tất cả chúng ta đã xem xét làm thế nào một diode zener hoàn toàn có thể được sử dụng để kiểm soát và điều chỉnh nguồn DC không đổi nhưng nếu tín hiệu nguồn vào không phải là trạng thái không thay đổi DC mà là dạng sóng xoay chiều xoay chiều thì diode zener sẽ phản ứng thế nào với tín hiệu đổi khác liên tục .Mạch cắt và kẹp điốt là những mạch được sử dụng để định hình hoặc sửa đổi dạng sóng AC nguồn vào ( hoặc bất kỳ hình sin ) nào tạo ra dạng sóng đầu ra có hình dạng khác nhau tùy theo cách sắp xếp mạch. Mạch clip clip điốt cũng được gọi là bộ số lượng giới hạn chính do chúng số lượng giới hạn hoặc cắt bỏ phần dương ( hoặc âm ) của tín hiệu AC nguồn vào. Vì những mạch clipper zener số lượng giới hạn hoặc cắt một phần của dạng sóng trên chúng, chúng đa phần được sử dụng để bảo vệ mạch hoặc trong những mạch định hình dạng sóng .Ví dụ : nếu tất cả chúng ta muốn cắt một dạng sóng đầu ra ở mức + 7.5 V, tất cả chúng ta sẽ sử dụng diode zener 7.5 V. Nếu dạng sóng đầu ra cố gắng nỗ lực vượt quá số lượng giới hạn 7.5 V, diode zener sẽ vô hiệu điện áp dư thừa từ đầu vào tạo ra dạng sóng có đỉnh phẳng vẫn giữ đầu ra không đổi ở mức + 7.5 V. Lưu ý rằng trong điều kiện kèm theo phân cực thuận, diode zener vẫn là một diode và khi đầu ra dạng sóng AC âm xuống dưới – 0,7 V, diode zener sẽ quy đổi ON ON giống như bất kể diode silicon thường thì nào và cắt đầu ra ở – 0,7 V như được hiển thị phía dưới .

Tín hiệu sóng vuông

Các điốt zener được liên kết trở lại hoàn toàn có thể được sử dụng như một bộ kiểm soát và điều chỉnh AC tạo ra cái gọi đùa là máy phát sóng vuông của một người nghèo nghèo. Sử dụng sự sắp xếp này, tất cả chúng ta hoàn toàn có thể cắt dạng sóng giữa giá trị dương + 8.2 V và giá trị âm – 8.2 V cho diode zener 7.5 V .Vì vậy, ví dụ, nếu tất cả chúng ta muốn cắt một dạng sóng đầu ra giữa hai giá trị tối thiểu và tối đa khác nhau, + 8V và – 6V, tất cả chúng ta chỉ cần sử dụng hai điốt zener được xếp hạng khác nhau. Lưu ý rằng đầu ra thực sự sẽ cắt dạng sóng AC trong khoảng chừng từ + 8,7 V đến – 6,7 V do có thêm điện áp diode phân cực thuận .Nói cách khác, điện áp cực lớn đến cực lớn là 15,4 volt thay vì 14 volt dự kiến, vì điện áp phân cực thuận giảm trên diode tăng thêm 0,7 volt cho mỗi hướng .Kiểu thông số kỹ thuật clipper này khá thông dụng để bảo vệ mạch điện tử khỏi quá điện áp. Hai zener thường được đặt trên những nguồn vào nguồn vào nguồn điện và trong quy trình hoạt động giải trí thông thường, một trong những điốt zener là TẮT TẮT và những điốt có ít hoặc không tác động ảnh hưởng. Tuy nhiên, nếu dạng sóng điện áp nguồn vào vượt quá số lượng giới hạn của nó, thì biến zener của ON zener và cắt nguồn vào để bảo vệ mạch .Trong hướng dẫn tiếp theo về điốt, tất cả chúng ta sẽ xem xét sử dụng đường nối PN phân cực thuận của một diode để tạo ra ánh sáng. Chúng ta biết từ những hướng dẫn trước rằng khi những hạt mang điện chuyển dời qua đường giao nhau, những electron phối hợp với lỗ trống và nguồn năng lượng bị mất dưới dạng nhiệt, nhưng cũng có một phần nguồn năng lượng này bị tiêu tán dưới dạng photon nhưng tất cả chúng ta không hề nhìn thấy chúng .Nếu tất cả chúng ta đặt một thấu kính mờ xung quanh đường giao nhau, ánh sáng khả kiến ​ ​ sẽ được tạo ra và diode trở thành nguồn sáng. Hiệu ứng này tạo ra một loại diode khác thường được gọi là Điốt phát sáng, tận dụng đặc tính tạo ra ánh sáng này để phát ra ánh sáng ( photon ) trong nhiều sắc tố và bước sóng khác nhau .

Source: https://vvc.vn
Category : Gia Dụng