Diode Zener là gì?

Diode Zener là linh kiện bán dẫn cho phép dòng điện đi qua theo hai chiều - ngược hoặc xuôi. Diode Zener bao gồm một tiếp giáp P-N được pha tạp nhiều, được thiết kế để dẫn điện ở chế độ phân cực ngược khi một ngưỡng điện áp cụ thể đã được đáp ứng.

Diode Zener có vùng điện áp đánh thủng khi hoạt động ở chế độ phân cực ngược. Khi điện áp phân cực ngược trên diode Zener bằng với điện áp đánh thủng, nó bắt đầu dẫn dòng điện và tiếp tục hoạt động không ngừng theo hướng phân cực ngược. Một trong những lợi ích chính của diode Zener là khi phân cực ngược thì nó sẽ ghim một mức điện áp gần cố định bằng giá trị ghi trên diode, làm ổn áp cho mạch điện.

Cấu trúc của một diode Zener và ký hiệu của nó trong bản vẽ mạch điện.

Nguyên lý hoạt động của diode Zener

Khi được phân cực thuận, diode Zener hoạt động giống như một diode thông thường với điện áp 2 đầu là 0.3 hoặc 0.7V. Khi được phân cực nghịch, lúc đầu chỉ có dòng điện thật nhỏ qua diode. Nhưng nếu điện áp nghịch tăng đến một giá trị thích ứng: Vngược = Vz (Vz: điện áp Zener) thì dòng qua diode tăng mạnh, nhưng hiệu điện thế giữa hai đầu diode hầu như không thay đổi, gọi là hiệu thế Zener. Hầu hết thì điện áp này sẽ không thay đổi ngay cả đối với những thay đổi lớn của dòng điện cung cấp vào diode zener vẫn nằm ở giữa dòng điện nhỏ nhất Iz(min) và dòng điện tối đa Iz(max).

Đặc tuyến V-A của một diode Zener 3.3V.

Vì tính chất đặc trưng này của diode Zener, chúng thường được sử dụng trong các mạch ứng dụng ổn định điện áp.

Các thông số của diode Zener

Các loại điện áp Zener phổ biến

Diode Zener được sản xuất theo xếp hạng điện áp tiêu chuẩn được liệt kê trong Bảng dưới đây. Bảng “Điện áp diode Zener phổ biến” liệt kê các điện áp phổ biến cho các loại Diode Zener công suất 0,3W và 1,3W. Công suất tương ứng với khuôn và kích thước gói và là công suất mà diode có thể tiêu hao mà không bị hỏng.

Ứng dụng của diode Zener

Diode Zener được sử dụng nhiều trong các mạch điều chỉnh điện áp và trong các ứng dụng chuyển mạch và mạch clipper.

• Bộ điều chỉnh điện áp: Điện áp của tải bằng điện áp đánh thủng Vz của diode, điện trở nối tiếp sẽ có nhiệm vụ giới hạn dòng điện qua diode và giảm điện áp dư thừa khi diode dẫn. Lúc này điện áp đầu ra sẽ ổn định hơn.
• Diode Zener trong mạch bảo vệ quá áp: Nếu trường hợp điện áp đầu vào tăng lên một giá trị cao hơn điện áp đánh thủng của Zener, dòng điện sẽ chạy của diode và tạo ra sụt áp trên điện trở, điều này sẽ kích hoạt SCR và tạo ra một mạch ngắn xuống đất. Mạch sẽ mở cầu chì và ngắt kết nối tải với nguồn cung cấp.
• Mạch cắt sử dụng diode Zener: Diode Zener được sử dụng để giúp sửa đổi và định hình các mạch cắt dạng sóng AC. Mạch có tác dụng giới hạn hoặc cắt bỏ các phần của một hoặc cả 2 nửa chu kỳ của dạng sóng AC để định hình hoặc bảo vệ.