Diode zener là gì? Đây là một trong những linh kiện bán dẫn giúp dòng điện chạy theo cả hai chiều thuận và ngược. Nó là linh kiện được sử dụng phổ biến trong nhiều ngành nghề và cả trong ứng dụng thực tế. Vậy, diode zener có cấu tạo, nguyên lý hoạt động ra sao? Nó được ứng dụng như thế nào? Cùng tìm hiểu sâu hơn trong bài biết hôm nay nhé!
Diode zener là gì?
Diode zener hay còn được gọi là diode ổn áp. Đây là một trong những linh kiện bán dẫn được làm từ silicon có thể cho phép dòng điện chạy theo cả chiều thuận và ngược chiều. Điện áp đánh thủng của diode zener được xác định rõ ở thời điểm đánh thủng nó bắt đầu dẫn điện ở chế độ phân cực mà không bị hỏng. Diode zener được đặt theo tên của người phát hiện ra đặc tính điện này là Clarence Melvin Zener.
Sự sụt giảm điện áp trên diode không đổi trong một phạm vi điện áp rộng. Đây là một trong những tính năng giúp diode zener phù hợp để ứng dụng trong quá trình điều chỉnh điện áp.
Giống với diode thông thường, diode zener hoạt động đều cho phép dòng điện đi qua theo chiều thuận. Tuy nhiên, khác với diode thường sẽ chặn dòng điện khi nó bị phân cực ngược mà đó là khi Cathode trở nên tích cực hơn Anode, khi điện áp ngược đạt giá trị xác định. Khi ấy, diode zener sẽ bắt đầu tiến hành theo hướng ngược lại.
Tìm hiểu về diode zener – Diode ổn áp (Ảnh: Internet)
Cấu tạo của Diode zener là gì?
Diode zener gồm có hai lớp bán dẫn P – N ghép với nhau:
Diode zener sẽ có các lớp bán dẫn P và N được khuếch tán với nhau. Vùng tiếp giáp sẽ được phủ bởi một lớp silicon dioxide (SiO2). Đồng thời trong thiết kế, toàn bộ tổ hợp sẽ được mạ kim loại để tạo ra kết nối giữa cực dương và cực âm.
Lớp SiO2 này có công dụng ngăn ngừa sự nhiễm bản của các mối nối. Chính vì thế mà nó được dùng trong thiết kế diode zener.
Giới thiệu về cấu tạo của diode zener (Ảnh: Internet)
Thông số kỹ thuật của diode zener
Diode khác nhau sẽ được xác định dựa vào các thông số kỹ thuật như sự thất thoát năng lượng, dòng ngược tối đa, điện áp làm việc định danh. Sau đây là những thông số thường được sử dụng phải kể đến:
- Điện áp VZ: Điện áp Zener được dùng để chỉ điện áp sự cố đảo ngược 2.4V – 200V và có thể lên đến 1kV. Mức tối đa cho thiết bị gắn trên bề mặt (SMD) trong khoảng 47V.
- Dòng điện IZ max: Diode zener có dòng điện định mức tối đa là 200μA – 200A.
- Dòng điện IZ min: Là dòng điện tối tiếu có thể bị diode đánh thủng là 5mA – 10mA.
- Dung sai điện áp: Thường là ± 5%.
- Điện trở Zener RZ: Được thể hiện từ các đặc tính IV.
- Đánh giá công suất: Công suất tối đa diode zener có thể tiêu tan được bởi dòng điện chạy qua và tích của điện áp trên diode. Giá trị tiêu biển là 400mW, 500mW, 1W, 5W với bề mặt được gắn 200mW, 350mW, 500mW, 1W là điển hình.
- Nhiệt độ làm việc ổn định: Điện áp 5V diode có độ làm việc ổn định tốt nhất.
Nguyên lý hoạt động của diode zener
Vậy nguyên lý hoạt động của diode zener là gì? Có thể hiểu đơn giản như sau:
Đặt một điện áp ngược trong giới hạn cho phép của diode zener sẽ thu được điện áp cố định ở đầu ra và tùy theo từng loại diode zener. Có thể hiểu, diode zener như một bộ phận áp sẽ tạo ra điện áp đầu ra cố định khi mà điện áp đầu vào thay đổi.
Diode zener có nguyên lý hoạt động ở chế độ phân cực thuận và có điện áp bật từ 0,3V đến 0,7V như diode thông thường. Tuy nhiên, khi được kết nối chế độ phân cực ngược, thường thấy ở hầu hết các ứng dụng của nó. Điện áp ngược chiều tăng đến điện áp đánh thủng được xác định trước, một dòng điện sẽ bắt đầu chạy qua diode.
Dòng điện tăng đến tối đa, được xác định bởi điện trở nối tiếp,sau đó sẽ ổn định và không thay đổi trong một phạm vi rộng của điện áp ứng dụng.
Nguyên lý hoạt động cơ bản của diode zener (Ảnh: Internet)
Đặc tuyến Volt Ampe của Diode zener
Đặc tuyến Volt-Ampe thể hiện rõ nhất nguyên lý hoạt động của diode zener.
Các diode zener được dùng trong chế độ phân cực ngược. Từ đường cong đặc tính IV ở trên, ta có thể thấy được diode zener có một vùng trong đặc tuyến phân cực ngược với điện áp âm gần như không đổi giá trị của dòng điện chạy qua diode.
Hầu hết điện áp đó sẽ không đổi ngay cả với những thay đổi lớn của dòng điện cung cấp vào diode zener vẫn sẽ nằm trong giữa dòng điện sự cố IZ(min) và đánh giá dòng điện tối đa IZ(max)
Đây là khả năng của diode zener tự điều chỉnh và được dùng rất hiệu quả giúp điều chỉnh hoặc ổn định nguồn để chống lại được các biến thể cung cấp hoặc tải.
Cách mắc diode zener – Diode zener có tác dụng gì (Ảnh: Internet)
Ứng dụng của diode zener
Tiếp theo, chúng ta sẽ cùng tìm hiểu những ứng dụng của diode zener là gì nhé. Diode zener được dùng rất nhiều trong các mạch điều chỉnh điện áp, mạch clipper và các ứng dụng chuyển mạch:
Bộ điều chỉnh điện áp: Điện áp tải bằng với điện áp đánh thủng VZ của diode, điện trở nối tiếp đóng vai trò làm giới hạn dòng điện qua diode và làm giảm điện áp dư thừa khi diode dẫn. Lúc này, điện áp đầu ra sẽ được ổn định.
Diode zener trong mạch bảo vệ quá áp: Nếu điện áp đầu vào tăng đến một giá trị cao hơn điện áp đánh thủng của zener, dòng điện sẽ chạy qua diode và tạo ra hiện tượng sụt áp trên điện trở. Điều này sẽ làm kích hoạt SCR và tạo ra mạch ngắn xuống đất. Mạch này sẽ làm cầu chì mở và ngắt kết nối tải với nguồn cung.
Mạch cắt dùng diode zener: Diode zener được dùng để sửa đổi và định hình các mạch cắt dạng sóng AC. Nó có tác dụng giới hạn hoặc cắt bỏ các phần của một hoặc hai nửa chu kỳ của dạng sóng AC để bảo vệ hoặc định hình.
>>> Có thể bạn quan tâm: Độ Brix là gì?
Kết luận
Trên đây là những tìm hiểu cơ bản về diode zener là gì? Cấu tạo, thông số kỹ thuật và nguyên lý hoạt động của nó ra sao. Hy vọng những thông tin trên sẽ giúp ích đến bạn trong quá trình học tập và làm việc. Nếu còn điều gì thắc mắc, hãy để lại thông tin liên hệ cho chúng tôi để được tư vấn và giải đáp nhanh nhất nhé!
Jasmine Wu – Hapoin
