Diode Zener (NHẬP MÔN ĐIÊN TỬ)

Diode Zener là linh kiện bán dẫn loại Silicon có mối nối pn được thiết kế để hoạt động vùng phân cực nghịch. Điện thế phá vỡ phân cực nghịch của diode Zener được chỉnh một cách cẩn thận trong quá trình sản xuất. Nguyên tắc hoạt động Diode Zener khi đóng vai trò một ổn áp sẽ luôn duy trì một điện áp không đổi qua tải dù cho dòng qua tải hay điện áp đầu vào thay đổi. Hạn chế: Diode Zener có hiệu suất thấp nếu dòng qua tải lớn. Điện áp ra sẽ thay đổi nhẹ do mối diode Zener có điện trở nội: do đó diode Zener chỉ đóng vai trò ổn áp khi không có sự thay đổi lớn dòng qua tải và điện áp đầu vào.

Chương 4 Diode Zener

Diode Zener là linh kiện bán dẫn loại Silicon có mối nối pn

được thiết kế để hoạt động vùng phân cực nghịch Điện thế phá

vỡ phân cực nghịch của diode Zener được chỉnh một cách cẩn

thận trong quá trình sản xuất

2 Nguyên tắc hoạt động

Diode Zener khi đóng vai trò một ổn áp sẽ luôn duy trì một điện áp không

đổi qua tải dù cho dòng qua tải hay điện áp đầu vào thay đổi

Hạn chế :

Diode Zener có hiệu suất thấp nếu dòng qua tải lớn

Điện áp ra sẽ thay đổi nhẹ do mối diode Zener có điện trở nội:

do đó diode Zener chỉ đóng vai trò ổn áp khi không có sự thay đổi lớn

dòng qua tải và điện áp đầu vào

V V  I Z

i L

R

R R





 Nếu VVZ: Diod Zener hoạt động

 Nếu V<VZ: Diod Zener không

hoạt động (xem như mạch hở)

Xác định trạng thái của

diode zener bằng cách tháo

rời diode zener ra khỏi

mạch và tính hiệu thế V ở

hai đầu của mạch hở

3 Chế độ hoạt động của diode Zenner (khi điện thế đầu vào và tải cố định)

Nếu V>VZ: Diod Zener hoạt động

,

,

,

L



Nếu V<VZ: Diod Zener không hoạt động (xem như mạch hở)

0

Z

i

L

I

V

R R





Ví dụ

Cho mạch điện như hình vẽ, xác định các giá trị VR , VL , IZ , PZ

a) R=1k, RL =1,2 k, Vi =16V, VZ =10V

b) thay RL =3 k

Giải:

3 3

1, 2.10

16 8,73 10 (1 1, 2).10

L

L

R

Diode Zener không hoạt động, IZ =0A

8,73

16 8,73 7, 27 0

L

 

3 Chế độ hoạt động của diode Zener (khi điện thế đầu vào và tải cố định)

a)

3

10

16 10 6 10

3,33 3.10

6

6 1.10

6 3,33 2,67

L Z

R i L

L L

L

R R

V

R V

R

b)

3 3

3.10

(1 3).10

L

i L

R

V







Diode Zener hoạt động

4 Các ứng dụng của diode Zener

4.1 Điều hoà áp ngõ ra khi áp ngõ vào thay đổi

Khi điện áp ngõ vào thay đổi

trong phạm vi định trước, diode

zener duy trì điện áp đặt ngang

qua hai đầu của nó gần như không

đổi Khi áp vào Vi thay đổi, dòng

IZ thay đổi tỉ lệ với điện áp ngõ

vào trong phạm vi xác định trước

từ: IZK (dòng cực tiểu qua diode

zener) đến IZM (dòng cực đại qua

diode zener)

Điện trở R nối trên ngõ vào,

được gọi là điện trở giới hạn

4.1 Điều hoà áp ngõ ra khi áp ngõ vào thay đổi

Nếu ta giữ RL cố định, Vi phải đủ lớn thì zener mới hoạt động

Trị số tối đa của Vi được xác định bởi dòng IZM :

.

iMax RMax Z R

L

Z R L RMax ZM L ZM

L

Max Z

V

R





Trị số tối thiểu của Vi để zener có thể hoạt động được xác định bởi:

iMin RMin Z R

L

L

Min Z

V

R





Nếu không đề cập đến IZK , ta coi như IZK =0,



4 Các ứng dụng của diode Zener

4.1 Điều hoà áp ngõ ra khi áp ngõ vào thay đổi

Ví dụ:

Cho mạch điện như hình vẽ Xác định

khoảng biến thiên đầu vào để diod

Zener hoạt động như một ổn áp

Giải:

3

1200 220

.20 23, 67 1200

20

16, 67 1200

60 16, 67 76, 67

.R

76, 67.10 220 20 36,87

L

L

L L

L

R V

R

V



4.1 Điều hoà áp ngõ ra khi áp ngõ vào thay đổi

Ví dụ:

Cho diode zener có thể điều hòa áp khi dòng qua zener thay đổi trong phạm vi từ : IZK = 0,25mA đến IZM

=100mA Biết R=220 , VZ =10V, xác định khoảng biến thiên đầu vào để diod Zener hoạt động như một ổn áp

Giải:

0, 25.10 220 55.10

RMin ZK

0,055 10 10,055

iMin RMin Z

3

100.10 220 22

RMax ZM

22 10 32

4 Các ứng dụng của diode Zenner

4.2 Điều hoà áp ngõ ra khi tải thay đổi

Trong hình trình bày mạch điều

hòa điện áp dùng diode zener khi điện

trở tải thay đổi giá trị Diode zener duy

trì điện áp đặt ngang qua hai đầu điện

trở tải có giá trị gần như không đổi khi

dòng qua diode zener có giá

trị trong phạm vi I ZK  I Z  I ZKM

 Khi điện trở tải RL= , dòng qua tải bằng 0, tất cả dòng điện đều qua

diode zener; ta nói mạch điều hòa điện áp đang hoạt động tại trạng thái không tải

 Khi điện trở được đấu song song với diode zener, trên các nhánh của

zener và điện trở có các dòng điện đi qua Dòng điện tổng qua điện trở giới hạn R cần có giá trị không đổi để điện áp trên hai đầu diode zener được ổn định

4.2 Điều hoà áp ngõ ra khi tải thay đổi

Nếu ta giữ VI cố định, RL phải đủ lớn thì zenner mới hoạt động

Trị số tối đa của RL được xác định bởi dòng IZM :

Z R L LMin R ZM

L LMax

LMin

V R

I



Trị số tối thiểu của RL để zener có thể hoạt động được xác định bởi:

Z R L LMax R ZK

L LMin

LMax

V R

I I I I I I

I



Nếu không đề cập đến IZK , ta coi như IZK =0,

.V

R

3 Các ứng dụng của diode Zener

3.3 Điều hoà áp ngõ ra khi tải thay đổi

Ví dụ

Cho mạch điện như hình vẽ.Xác

định khoảng biến thiên của RL để

điện áp VL luôn ổn định là 10V

Giải:

3

3

3

1.10 10

250

50 10

50 10

40 1.10

40 32 8 10

1250 8.10

Z LMin

R R

L LMax

LMin

R V R

V

V

250  R 1250

Vậy

3.3 Điều hoà áp ngõ ra khi tải thay đổi

Ví dụ

Cho mạch điện như hình vẽ.Xác định khoảng biến thiên của IL , giá trị

nhỏ nhất và lớn nhất của RL để duy trì tính ổn áp của diode Zener Biết

1mA< IZ <50mA, VZ =12V

3 Các ứng dụng của diode Zener

3.3 Điều hoà áp ngõ ra khi tải thay đổi

Giải:

Khi IL =0, dòng qua diode Zener đạt giá trị lớn nhất

24 12

25,53 470

ZMax

R

Vì giá trị tối đa của dòng qua diode Zener là IZMax < IZM nên giá trị RL

= lả giá trị tối đa của tải và dòng nhỏ nhất qua tải là ILMin =0A

3.3 Điều hoà áp ngõ ra khi tải thay đổi

Giá trị tối đa của dòng qua tải ILMax đạt được khi dòng qua diode Zener

là IZK

25,53 1 24,53

R



Giá trị cực tiểu của tải RLMin

3

12

489, 2 24,53.10

L LMin

LMax

V R