d. Sơ đồ nhân điệnáp
4.2 Diode ổn áp
Kí hiệu và hình ảnh minh họa của diode ổn áp cho trên hình 4.11.
72
Diode ổn định làm việc dựa trên hiện tượng đánh thủng thác lũ và đánh thủng xuyên hầm (Zener) nên còn được gọi là diode Zener.
Diode ổn định luôn làm việc ở chế độ phân cực ngược. Dòng ngược trong diode ổn định do các hạt dẫn do hiện tượng đánh thủng gây ra. Như vậy, diode ổn áp hoạt động ở chế độ phân cực ngược. Diode ổn định luôn công tác ở chế độ bị đánh thủng.
Hình 4.12 minh họa đặc tuyến phân cực ngược của diode ổn định.
Dùng diode ổn định bằng các biện pháp đơn giản có thể ổn định điện áp trong khoảng từ 3 đến 300V.
Do làm việc ở chế độ phân cực ngược và làm nhiệm vụ ổn định điện áp nên diode ổn định có các thông số quan trọng sau:
Điện áp ổn định Uz là điện áp ngược đặt vào làm phát sinh hiện tượng đánh thủng, trong quá trình làm việc nó giữ ổn định điện áp này.
Trở kháng động Zđ được xác định bởi độ dốc của đặc tuyến tĩnh tại điểm công tác:
z z d dI dU Z (4-2)
Như vậy trở kháng động càng nhỏ thì đặc tính ổn định càng cao. Lý tưởng Zđ = 0 khi đó đặc tuyến ngược song song với trục hoành.
Điện trở tĩnh R là tỷ số giữa điện áp và dòng điện tại điểm công tác:
Hình 4.12. Đặc tuyến V - A của diode ổn định.
73 z z z I U R (4-3)
Hệ số ổn định Z là tỷ số giữa độ biến đổi tương đối của dòng điện và độ biến đổi tương đối của điện áp:
d z z z z Z R U dU I dI Z (4-4)
Như vậy, hệ số ổn định Z chính là tỷ lệ số giữa điện trở tĩnh và trở kháng động tại điểm công tác của diode. Z có giá trị càng lớn càng tốt.
Hệ số nhiệt độ của điện áp ổn định T, hệ số này là sự biến thiên tương đối của điện áp ổn định khi nhiệt độ thay đổi 10C:
const I dT dU U Z Z Z T 1 (4-5)
Khi đó điện áp ổn định được tính bởi:
Uz = Uzo[1+T(T – T0)] (4-6)
Trong đó Uzo là điện áp ổn định tại nhiệt độ T0. Hệ số nhiệt độ này sẽ có giá trị âm nếu hiện tượng đánh thủng chủ yếu do hiệu Zener gây nên, có giá trị dương nếu do hiện tượng đánh thủng thác lũ gây ra. Trong khoảng điện áp 5V - 7V hệ số nhiệt gần bằng 0, điện áp lớn hơn thì hệ số có giá trị dương và nhỏ hơn hệ số có giá trị âm.
Một thông số quan trọng nữa của diode ổn định đó là công suất tiêu tán PM, đó là công suất cực đại cho phép để diode ổn định công tác bình thường. Đôi khi thông số này còn thay cho dòng công tác cực đại IZM.
Diode ổn định đúng như tên gọi của nó chủ yếu được sử dụng để ổn định điện áp, ổn định dòng điện và ổn định các đại lượng trên khi nhiệt độ thay đổi, nghĩa là chúng được dùng để bù nhiệt độ. Dưới đây xét một số ví dụ minh họa cho những ứng dụng của diode Zener.
74
Ví dụ 4.2. Mạch ổn định điện áp đơn giản chỉ dùng diode Zener cho trên hình 4.13.
Trong sơ đồ này khi điện áp vào giả sử tăng lên do đó điện áp đặt lên diode Zener cũng tăng. Do hoạt động ở chế độ phân cực ngược và luôn ở chế độ đánh thủng dẫn đến khi điện áp trên diode tăng làm cho nộ trở của nó giảm đi dẫn đến là lại kéo điện áp trở lại giá trị mà ta cần ổn định.
Ví dụ 4.3. Mạch ổn áp kết hợp giữa diode ổn áp và các linh kiện tích cực khác.
Trong sơ đồ này diode Zener được sử dụng kết hợp với Transistor để tăng tính ổn định cũng như công suất của mạch.