Bài giảng Nhập môn điện tử: Chương 4 - ĐH Công nghệ Thông tin

Bài giảng Nhập môn điện tử - Chương 4: Diode Zener cung cấp cho người học các kiến thức: Tổng quan, nguyên tắc hoạt động, chế độ hoạt động của diode Zener (khi điện thế đầu vào và tải cố định), các ứng dụng của diode Zener. Mời các bạn cùng tham khảo.

Nhập môn Điện tử Chương Diode Zener Chương 4: Điốt Zener Nhập môn Điện tử Tổng quan Diode Zener linh kiện bán dẫn loại Silicon có mối nối pn thiết kế để hoạt động vùng phân cực nghịch Điện phá vỡ phân cực nghịch diode Zener chỉnh cách cẩn thận trình sản xuất Chương 4: Điốt Zener Nhập môn Điện tử Nguyên tắc hoạt động Diode Zener đóng vai trò ổn áp ln trì điện áp khơng đổi qua tải dòng qua tải hay điện áp đầu vào thay đổi Hạn chế: Diode Zener có hiệu suất thấp dòng qua tải lớn Điện áp thay đổi nhẹ mối diode Zener có điện trở nội: Vout  VZ  I z Z Z diode Zener đóng vai trò ổn áp khơng có thay đổi lớn dòng qua tải điện áp đầu vào Chương 4: Điốt Zener Nhập môn Điện tử Chế độ hoạt động diode Zener (khi điện đầu vào tải cố định) Xác định trạng thái diode zener cách tháo rời diode zener khỏi mạch tính hiệu V hai đầu mạch hở RL V  Vi R  RL  Nếu VVZ: Diod Zener hoạt động  Nếu VVZ: Diod Zener hoạt động IZ  IR  IL , Vi  VZ VZ IR  , IL  R RL VL  VZ , PZ  VZ I Z Nếu VVZ Diode Zener hoạt động Chương 4: Điốt Zener VL 10 IL    3,33mA RL 3.10 VR   6mA R 1.10 I Z  I R  I L   3,33  2,67 mA IR  PZ  VZ I Z  10.2,67  26,7 mW Nhập môn Điện tử Các ứng dụng diode Zener 4.1 Điều hoà áp ngõ áp ngõ vào thay đổi Khi điện áp ngõ vào thay đổi phạm vi định trước, diode zener trì điện áp đặt ngang qua hai đầu gần khơng đổi Khi áp vào Vi thay đổi, dòng IZ thay đổi tỉ lệ với điện áp ngõ vào 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 ngõ vào, gọi điện trở giới hạn Chương 4: Điốt Zener Nhập môn Điện tử Các ứng dụng diode Zener 4.1 Điều hoà áp ngõ áp ngõ vào thay đổi Nếu ta giữ RL cố định, Vi phải đủ lớn zener hoạt động Trị số tối đa Vi xác định dòng IZM : I Z  I R  I L  I RMax  I ZM  I L  I ZM  VL RL  ViMax  VRMax  VZ  R.I RMax  VZ Trị số tối thiểu Vi để zener hoạt động xác định bởi: V I Z  I R  I L  I RMin  I ZK  I L  I ZK  L RL  ViMin  VRMin  VZ  R.I RMin  VZ Nếu không đề cập đến IZK , ta coi IZK =0, RL  R ViMin  VZ RL Chương 4: Điốt Zener 10 Nhập môn Điện tử Các ứng dụng diode Zener 4.1 Điều hoà áp ngõ áp ngõ vào thay đổi Ví dụ: Cho mạch điện hình vẽ Xác định khoảng biến thiên đầu vào để diod Zener hoạt động ổn áp Giải: ViMin  IL  RL  R 1200  220 VZ  20  23,67V RL 1200 VL 20   16,67mA RL 1200 I RMax  I ZM  I L ViMax  60mA  16,67 mA  76,67 mA  I RMax R  VZ  76,67.103.220  20  36,87V Chương 4: Điốt Zener 11 Nhập môn Điện tử Các ứng dụng diode Zenner 4.1 Điều hoà áp ngõ áp ngõ vào thay đổi Ví dụ: Cho diode zener điều hòa áp dòng qua zener thay đổi 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 ổn áp Giải: VRMin  I ZK R  0,25.103.220  55.103V  ViMin  VRMin  VZ  0,055  10  10,055V VRMax  I ZM R  100.103.220  22V  ViMax  VRMax  VZ  22  10  32V  10,055  Vi  32V Chương 4: Điốt Zener 12 Nhập môn Điện tử Các ứng dụng diode Zenner 4.2 Điều hoà áp ngõ tải thay đổi Trong hình trình bày mạch điều hòa điện áp dùng diode zener điện trở tải thay đổi giá trị Diode zener trì điện áp đặt ngang qua hai đầu điện trở tải có giá trị gần khơng đổi dòng qua diode zener có giá trị phạm vi I ZK  I Z  I ZKM  Khi điện trở tải RL= , dòng qua tải 0, tất dòng điện qua diode zener; ta nói mạch điều hòa điện áp hoạt động trạng thái không tải  Khi điện trở đấu song song với diode zener, nhánh zener điện trở có dòng điện qua Dòng điện tổng qua điện trở giới hạn R cần có giá trị không đổi để điện áp hai đầu diode zener ổn định Chương 4: Điốt Zener 13 Nhập môn Điện tử Các ứng dụng diode Zenner 4.2 Điều hoà áp ngõ tải thay đổi Nếu ta giữ VI cố định, RL phải đủ lớn zenner hoạt động Trị số tối đa RL xác định dòng IZM : I Z  I R  I L  I LMin  I R  I ZM RLMax VL  I LMin Trị số tối thiểu RL để zener hoạt động xác định bởi: I Z  I R  I L  I LMax  I R  I ZK RLMin  VL I LMax Nếu không đề cập đến IZK , ta coi IZK =0, RLMin  Chương 4: Điốt Zener R.VZ Vi  VZ 14 Nhập môn Điện tử Các ứng dụng diode Zener 3.3 Điều hoà áp ngõ tải thay đổi Ví dụ Cho mạch điện hình vẽ.Xác định khoảng biến thiên RL để điện áp VL ổn định 10V Giải: RLMin R.VZ 1.103.10    250 Vi  VZ 50  10 VR Vi  VZ 50  10    40mA R R 1.10 I LMin  I R  I ZM  40  32  8mA IR  RLMax Vậy VL 10    1250 A I LMin 8.103 250  RL  1250 Chương 4: Điốt Zener 15 Nhập môn Điện tử Các ứng dụng diode Zener 3.3 Điều hoà áp ngõ tải thay đổi Ví dụ Cho mạch điện hình vẽ.Xác định khoảng biến thiên IL , giá trị nhỏ lớn RL để trì tính ổn áp diode Zener Biết 1mA< IZ