Điốt Zener là điốt tiếp giáp PN bình thường hoạt động trong điều kiện phân cực ngược. Hoạt động của diode Zener tương tự như diode tiếp giáp PN trong điều kiện phân cực chuyển tiếp, nhưng điểm độc đáo nằm ở chỗ nó cũng có thể dẫn điện khi được kết nối phân cực ngược trên ngưỡng / điện áp đánh thủng của nó. Đây là một trong những các loại điốt cơ bản được sử dụng thường xuyên, ngoài các điốt thông thường.
Điốt Zener làm việc
Diode bán dẫn trong điều kiện phân cực ngược
Nếu bạn có thể nhớ lại, một diode tiếp giáp PN đơn giản được hình thành bởi sự kết hợp của vật liệu bán dẫn loại p với vật liệu bán dẫn loại n. Khi một mặt của tinh thể bán dẫn bị pha tạp chất cho và mặt kia có tạp chất nhận, một đường giao nhau PN được hình thành.
Điốt bán dẫn không thiên vị
Trong điều kiện bình thường, các lỗ trống từ phía p có xu hướng khuếch tán đến vùng có nồng độ thấp và điều tương tự cũng xảy ra đối với các electron từ phía n.
Do đó các lỗ trống khuếch tán về phía n và các điện tử khuếch tán về phía p. Điều này dẫn đến sự tích tụ các điện tích xung quanh điểm nối, tạo thành một vùng cạn kiệt.
Điốt bán dẫn không thiên vị
Một cực điện hoặc lưỡng cực điện được hình thành trên đường giao nhau, gây ra dòng từ thông từ mặt bên thứ n. Điều này dẫn đến cường độ điện trường âm thay đổi, tạo ra điện thế trên đường giao nhau. Điện thế này thực sự là điện áp ngưỡng của diode và khoảng 0,6V đối với silicon và 0,2V đối với Germanium. Điều này hoạt động như một rào cản tiềm năng đối với dòng chảy của các hạt mang điện tích lớn và thiết bị không dẫn điện.
Bây giờ khi một diode bình thường được phân cực sao cho điện áp âm được áp dụng cho phía n và điện áp dương cho phía p, thì diode được cho là ở điều kiện phân cực thuận. Điện áp áp dụng này có xu hướng giảm rào cản tiềm năng sau khi nó vượt quá ngưỡng điện áp.
Tại thời điểm này và sau đó, các hạt tải điện đa số vượt qua rào cản tiềm năng và thiết bị bắt đầu dẫn dòng điện chạy qua nó.
Khi diode được phân cực trong điều kiện ngược lại với trên, điện áp đặt vào sẽ làm tăng thêm rào cản tiềm năng và cản trở dòng chảy của phần lớn các sóng mang. Tuy nhiên, nó cho phép dòng chảy của hạt tải điện thiểu số (lỗ trống ở loại n và electron ở loại p). Khi điện áp phân cực ngược này tăng lên, dòng điện ngược có xu hướng tăng dần.
Tại một thời điểm nhất định, điện áp này đến mức nó gây ra sự cố của vùng suy giảm, gây ra sự gia tăng lớn của dòng điện. Đây là lúc diode Zener phát huy tác dụng.
Nguyên lý hoạt động của diode Zener
Như đã nêu ở trên, nguyên tắc cơ bản đằng sau hoạt động của một diode Zener nằm ở nguyên nhân gây ra sự cố cho một diode trong điều kiện phân cực ngược. Thông thường có hai loại sự cố - Zener và Avalanche.
Nguyên lý hoạt động của diode zener
Sự cố Zener
Loại đánh thủng này xảy ra đối với điện áp phân cực ngược từ 2 đến 8V. Ngay cả ở hiệu điện thế thấp này, cường độ điện trường cũng đủ mạnh để tác dụng lực lên các electron hóa trị của nguyên tử sao cho chúng tách ra khỏi hạt nhân. Điều này dẫn đến sự hình thành các cặp lỗ trống điện tử di động, làm tăng dòng điện chạy qua thiết bị. Giá trị gần đúng của trường này là khoảng 2 * 10 ^ 7 V / m.
Loại đánh thủng này thường xảy ra đối với một diode pha tạp chất cao với điện áp đánh thủng thấp và điện trường lớn hơn. Khi nhiệt độ tăng, các điện tử hóa trị nhận được nhiều năng lượng hơn để phá vỡ liên kết cộng hóa trị và lượng điện áp bên ngoài cần ít hơn. Do đó điện áp đánh thủng Zener giảm theo nhiệt độ.
Sự cố tuyết lở
Loại đánh thủng này xảy ra ở điện áp phân cực ngược trên 8V và cao hơn. Nó xảy ra đối với một điốt pha tạp nhẹ với điện áp đánh thủng lớn. Khi các hạt mang điện tích thiểu số (điện tử) chạy qua thiết bị, chúng có xu hướng va chạm với các điện tử trong liên kết cộng hóa trị và khiến liên kết cộng hóa trị bị phá vỡ. Khi hiệu điện thế tăng, động năng (vận tốc) của các electron cũng tăng và các liên kết cộng hóa trị dễ bị phá vỡ hơn, gây ra sự gia tăng các cặp electron - lỗ trống. Điện áp đánh thủng tuyết lở tăng theo nhiệt độ.
3 ứng dụng diode Zener
1. Diode Zener làm điện áp
Trong mạch DC, diode Zener có thể được sử dụng như một bộ điều chỉnh điện áp hoặc cung cấp tham chiếu điện áp. Công dụng chính của diode Zener nằm ở chỗ điện áp trên diode Zener không đổi đối với sự thay đổi lớn hơn trong dòng điện. Điều này làm cho nó có thể sử dụng một diode Zener như một thiết bị điện áp không đổi hoặc một bộ điều chỉnh điện áp.
Trong bất kỳ mạch cung cấp điện , một bộ điều chỉnh được sử dụng để cung cấp điện áp đầu ra (tải) không đổi bất kể sự thay đổi của điện áp đầu vào hoặc sự thay đổi của dòng tải. Sự thay đổi của điện áp đầu vào được gọi là điều chỉnh dòng, trong khi sự thay đổi của dòng tải được gọi là điều chỉnh tải.
Điốt Zener làm bộ điều chỉnh điện áp
Một mạch đơn giản liên quan đến điốt Zener làm bộ điều chỉnh yêu cầu một điện trở có giá trị thấp mắc nối tiếp với nguồn điện áp đầu vào. Giá trị thấp được yêu cầu để cho phép dòng điện tối đa qua điốt, được kết nối song song. Tuy nhiên, hạn chế duy nhất là dòng điện qua điốt Zener không được nhỏ hơn dòng điện điốt Zener tối thiểu. Nói một cách đơn giản, đối với điện áp đầu vào tối thiểu và dòng tải tối đa, dòng điốt Zener phải luôn là Izmin.
Trong khi thiết kế bộ điều chỉnh điện áp sử dụng điốt Zener, điốt sau được chọn theo định mức công suất tối đa của nó. Nói cách khác, dòng điện tối đa qua thiết bị phải là: -
Tôitối đa= Nguồn / Điện áp Zener
Vì đã biết điện áp đầu vào và điện áp đầu ra yêu cầu, nên việc chọn điốt Zener có điện áp xấp xỉ bằng điện áp tải sẽ dễ dàng hơn, tức là Vz ~ = Vhoặc là.
Giá trị của điện trở nối tiếp được chọn là
R = (Vtrong- Vvới)/(TÔIzmin+ TôiL), nơi mà tôiL= Điện áp tải / Điện trở tải.
Lưu ý rằng đối với điện áp tải lên đến 8V, có thể sử dụng một diode Zener duy nhất. Tuy nhiên đối với điện áp tải vượt quá 8V, yêu cầu điện áp Zener có giá trị điện áp cao hơn, thì nên sử dụng diode phân cực thuận mắc nối tiếp với diode Zener. Điều này là do điốt Zener ở điện áp cao hơn tuân theo nguyên tắc đánh thủng tuyết lở, có nhiệt độ dương của hệ số.
Do đó, một diode có hệ số nhiệt độ âm được sử dụng để bù. Tất nhiên, những ngày này, điốt Zener bù nhiệt độ thực tế được sử dụng.
2. Điốt Zener làm tham chiếu điện áp
Điốt Zener làm tham chiếu điện áp
Trong các bộ nguồn và nhiều mạch khác, điốt Zener được ứng dụng như một bộ cung cấp điện áp không đổi hoặc một tham chiếu điện áp. Các điều kiện duy nhất là điện áp đầu vào phải lớn hơn điện áp Zener và điện trở nối tiếp phải có giá trị tối thiểu sao cho dòng điện lớn nhất chạy qua thiết bị.
3. Diode Zener như một bộ kẹp điện áp
Trong mạch liên quan đến nguồn đầu vào AC, khác với mạch bình thường Mạch kẹp diode PN , một diode Zener cũng có thể được sử dụng. Diode có thể được sử dụng để giới hạn đỉnh của điện áp đầu ra thành điện áp Zener ở một phía và khoảng 0V ở phía khác của dạng sóng hình sin.
diode zener làm bộ kẹp điện áp
Trong mạch trên, trong nửa chu kỳ dương, một khi điện áp đầu vào sao cho điốt zener phân cực ngược, thì điện áp đầu ra không đổi trong một khoảng thời gian nhất định cho đến khi điện áp bắt đầu giảm.
Bây giờ trong nửa chu kỳ âm, diode Zener đang ở trong kết nối thiên vị chuyển tiếp. Khi điện áp âm tăng lên đến điện áp ngưỡng chuyển tiếp, diode bắt đầu dẫn điện và mặt âm của điện áp đầu ra bị giới hạn ở điện áp ngưỡng.
Lưu ý rằng để có điện áp đầu ra chỉ trong phạm vi tích cực, hãy sử dụng hai điốt Zener phân cực ngược nhau mắc nối tiếp.
Các ứng dụng làm việc của Diode Zener
Với sự phổ biến ngày càng tăng của điện thoại thông minh, dự án dựa trên android đang được ưa thích những ngày này. Các dự án này liên quan đến việc sử dụng Bluetooth thiết bị dựa trên công nghệ. Các thiết bị Bluetooth này yêu cầu điện áp khoảng 3V để hoạt động. Trong những trường hợp như vậy, một diode Zener được sử dụng để cung cấp tham chiếu 3V cho thiết bị Bluetooth.
Ứng dụng làm việc của diode Zener liên quan đến thiết bị Bluetooth
Một ứng dụng khác liên quan đến việc sử dụng diode Zener làm bộ điều chỉnh điện áp. Ở đây điện áp xoay chiều được chỉnh lưu bởi diode D1 và được lọc bởi tụ điện. Điện áp một chiều được lọc này được điều chỉnh bởi diode để cung cấp điện áp chuẩn không đổi là 15V. Điện áp DC điều chỉnh này được sử dụng để điều khiển mạch điều khiển, được sử dụng để điều khiển việc chuyển đổi ánh sáng, như trong hệ thống điều khiển ánh sáng tự động.
Ứng dụng điều chỉnh điện áp diode Zener
Chúng tôi hy vọng chúng tôi có thể cung cấp thông tin chính xác nhưng cần thiết về hoạt động của diode Zener và các ứng dụng của nó. Đây là một câu hỏi đơn giản dành cho độc giả - Tại sao IC điều chỉnh chủ yếu được ưu tiên hơn diode Zener trong bộ nguồn DC điều chỉnh?
Đưa ra câu trả lời của bạn và tất nhiên là phản hồi của bạn trong phần bình luận bên dưới.
Tín ảnh
- Điốt Zener hoạt động bởi học về điện tử
- Diode bán dẫn không thiên vị bởi wikimedia
- Nguyên lý đằng sau diode zener hoạt động bằng cách cái gì-khi-như thế nào
