Từ lý thuyết đến thực tiễn: Sử dụng các điốt Zener để bảo vệ quá điện áp đáng tin cậy
2024-05-15 9296

Các điốt Zener, được phát triển vào đầu thế kỷ 20 bởi nhà vật lý học người Mỹ Clarence Melvin Zener sau khi tiến sĩ từ Đại học Harvard năm 1930, đánh dấu một sự tiến bộ đáng kể trong các thành phần điện tử.Bài viết này chi tiết các đặc điểm cụ thể của các điốt này, được pha tạp rất nhiều để tạo ra các vùng suy giảm rất mỏng nơi có các điện trường mạnh.Khi trường này đạt đến điện áp phân hủy của diode, có thể nhỏ hơn 5V cho sự cố Zener hoặc trên 5V cho sự cố tuyết lở, nó đủ mạnh để đánh bật các electron khỏi liên kết nguyên tử của chúng, tạo ra dòng điện.Phát hiện này đã cung cấp một cách mới để kiểm soát các mạch điện tử, trong điện áp phân tích từ dưới 1V đến hơn 250V, với dung sai từ 1% đến 20%, tạo điều kiện chính xác trong các thiết kế điện tử.

Mục lục

Hình 1: Diode Zener trong PCB thực

Zener Diode là gì?

Các điốt Zener tận dụng các đặc tính phân tích của ngã ba PN khi sai lệch ngược và có thể đóng vai trò lớn hơn trong việc duy trì tính ổn định của điện áp thiết bị đầu cuối của chúng khi dòng điện dao động đáng kể.Điện áp của diode trên chúng vẫn không đổi và không bị ảnh hưởng bởi bất kỳ ion V ariat nào trong điện áp đầu vào.Tính ổn định này rất hữu ích trong các thiết kế mạch điện tử để chống lại những thay đổi trong điện áp mạch có thể là kết quả của biến động nguồn điện hoặc các nhiễu tương tự.Bằng cách triển khai các điốt Zener tại các điểm chiến lược, các nhà thiết kế có thể ổn định đáng tin cậy điện áp trên các tải, đảm bảo hiệu suất nhất quán của các thành phần điện tử.Chức năng đơn giản nhưng tinh vi này của các điốt zener làm cho chúng trở thành một phần không thể thiếu của mạch hiện đại, tạo điều kiện kiểm soát chính xác điện áp và tăng cường độ tin cậy tổng thể của các hệ thống điện.

Ngoài ra, ký hiệu điện của diode zener khác với ký hiệu diode thông thường.Trong các sơ đồ mạch, các điốt thông thường, chẳng hạn như điốt tín hiệu hoặc điốt nguồn, được mô tả với các ký hiệu tiêu chuẩn khác với các ký hiệu được sử dụng cho điốt zener.

Hình 2: Diode thông thường

Hình 3: Diode Zener

Khi nói đến các điốt zener được thiết kế dành riêng cho triệt tiêu điện áp thoáng qua (TV), chúng thường được kết hợp thành một thiết bị.Thiết bị kết hợp này được thể hiện trong các sơ đồ với một biểu tượng riêng biệt khác biệt trực quan với các điốt đơn lẻ và các loại điốt khác.Biểu tượng chuyên dụng này giúp các kỹ thuật viên và kỹ sư nhanh chóng xác định chức năng và đặc điểm của thiết bị trong một mạch, đảm bảo thiết kế mạch và xử lý sự cố chính xác và hiệu quả.

Hình 4: Kết hợp hai diodes zener TVS

Giá trị diode và số phần phổ biến

Khi chọn một diode zener, nó rất quan trọng để chọn một cái với xếp hạng điện áp phù hợp với nhu cầu của mạch của bạn để đảm bảo điều chỉnh và bảo vệ điện áp hiệu quả.Ở đây, một sự cố của các điốt zener thường được sử dụng, các ứng dụng điển hình và số phần của chúng.

3.3V 1N5226

Lý tưởng để ổn định điện áp trong các mạch logic 3,3V, thường được tìm thấy trong bộ vi điều khiển và bộ xử lý tín hiệu số (DSP).Các điốt này đảm bảo hiệu suất nhất quán bằng cách duy trì điện áp hoạt động chính xác.

5.1V 1N5231

Thường xuyên được sử dụng trong các mạch kỹ thuật số và logic 5V, diode này là hoàn hảo cho các mạch TTL (logic transistor transistor) điển hình) và các mạch CMO (bổ sung kim loại-oxide-semealuctor).Nó cung cấp quy định điện áp đáng tin cậy, bảo vệ các thành phần điện tử nhạy cảm khỏi dao động điện áp.

Hình 5: 1N5231 Đo lường diode Zener

6.8V 1N5235

Diode này được điều chỉnh cho các mạch tương tự hoạt động một chút trên 5V, cung cấp bảo vệ bổ sung cho các cảm biến chuyên dụng hoặc ICS logic cũ hơn (mạch tích hợp) yêu cầu bộ đệm trong điện áp để vận hành an toàn và hiệu quả.

9.1V 1N5239

Tối ưu cho các thiết bị chạy bằng pin 9V, chẳng hạn như bộ khuếch đại di động hoặc mô-đun không dây.Nó đảm bảo rằng các thiết bị này nhận được nguồn điện ổn định, tăng cường hiệu suất và độ tin cậy của chúng.

11.0V 1N5241

Thích hợp cho các mạch cần một điện áp hơi cao hơn mức logic tiêu chuẩn, bao gồm cả các mạch tương tự nhất định.Nó cũng cung cấp bảo vệ quá điện áp cho các hệ thống 12V, làm cho nó linh hoạt cho một loạt các ứng dụng.

13.0V 1N5243

Thường được sử dụng trong các hệ thống cung cấp năng lượng 12V, đặc biệt là trong các thiết bị điện tử ô tô hoặc hệ thống điều khiển công nghiệp.Nó cung cấp bảo vệ quá điện áp mạnh mẽ, bảo vệ chống lại các gai điện áp tiềm năng có thể làm hỏng hệ thống.

15.0V 1N5245

Diode này được sử dụng trong đó độ ổn định của điện áp 15V là cần thiết, chẳng hạn như trong nguồn cung cấp năng lượng cho các bộ khuếch đại hoạt động hoặc là bảo vệ cơ bản trong các hệ thống điện tử với mức điện áp hoạt động cao hơn.

Nguyên tắc làm việc của diode zener

Diode Zener hoạt động theo các nguyên tắc khác biệt với các điốt bán dẫn điển hình do cấu trúc vật lý độc đáo của nó, có doping nặng.Sự pha tạp này dẫn đến một vùng suy giảm mỏng hơn đáng kể, làm cho điện trường trở nên dữ dội hơn so với các điốt thông thường.

Khi một diode zener bị sai lệch ngược, điện trường mạnh trong vùng suy giảm hẹp của nó có thể trực tiếp kích thích các electron hóa trị đến dải dẫn ở một điện áp cụ thể được gọi là điện áp zener.Kích thích trực tiếp này dẫn đến sự cố Zener, một hiện tượng khác với sự cố tuyết lở thường thấy trong các điốt ít pha tạp hơn.Trong phân tích tuyết lở, khu vực cạn kiệt mở rộng dưới độ lệch ngược cho đến khi điện áp ngược đủ cao để cung cấp năng lượng cho các tàu sân bay thiểu số.Các nhà mạng này có đủ năng lượng để va chạm với các ion mạng, giải phóng nhiều electron hơn và tạo ra một phản ứng chuỗi làm tăng mạnh dòng điện.

Hình 6: Hiện tại chuyển tiếp diode diode Zener

Hình 7: Nguyên tắc của mạch bảo vệ quá điện áp diode Zener

Tuy nhiên, sự cố Zener chủ yếu xuất phát từ đường hầm lượng tử gây ra bởi điện trường dữ dội, xảy ra ngay cả trước khi các điều kiện phân tích tuyết lở được đáp ứng.Sự khác biệt quan trọng này cho phép diode zener duy trì điện áp ổn định trên các thiết bị đầu cuối của nó với sự hiện diện của các mức hiện tại khác nhau, một đặc tính chính được tận dụng trong thiết kế mạch để ổn định điện áp.

Hình 8: Sơ đồ phân tích Zener Diode và Avalanche

Hình 9: Sơ đồ phân tích tuyết lở của diode Zener

Đối với các ứng dụng thực tế, các điốt zener được thiết kế để sử dụng sự cố Zener hoặc phân tích tuyết lở, tùy thuộc vào điện áp zener của chúng.Các điốt với điện áp zener thấp hơn, thường dưới 6V, chủ yếu trải qua sự cố Zener, làm cho chúng phù hợp cho các ứng dụng yêu cầu độ ổn định điện áp ở điện áp thấp hơn.Ngược lại, điốt với điện áp zener cao hơn, trên 6V, có nhiều khả năng trải nghiệm sự cố tuyết lở, phù hợp hơn để xử lý các phạm vi điện áp cao hơn.Tính linh hoạt này cho phép các điốt zener được sử dụng trên một phổ rộng các ứng dụng điện tử, đảm bảo điều khiển điện áp đáng tin cậy và tăng cường khả năng thích ứng chung của các mạch điện tử.

Sự khác biệt giữa diode zener và diode tín hiệu

Các điốt Zener và điốt tín hiệu là các thiết bị bán dẫn được sử dụng trong các mạch điện tử, nhưng chúng khác nhau đáng kể về chức năng và cấu trúc, đặc biệt là khi sai lệch ngược.

Hình 10: Zener Diode Vs.Tín hiệu diode

Zener điốt

Các thiết bị này được thiết kế đặc biệt để xử lý các điều kiện sai lệch ngược thông qua doping nặng của vật liệu bán dẫn.Mức pha tạp cao này làm giảm chiều rộng của ngã ba PN, tăng cường điện trường trong khu vực cạn kiệt.Kết quả là, khi điện áp ngược đến điện áp phân hủy Zener (VZ), diode zener cho phép dòng điện chảy theo hướng ngược lại mà không bị hỏng.Tính năng này rất quan trọng cho các ứng dụng như điều chỉnh điện áp và bảo vệ quá điện áp, trong đó duy trì điện áp ổn định hoặc bảo vệ các thành phần nhạy cảm là cần thiết.Ví dụ, trong kịch bản điều chỉnh điện áp, khi điện áp mạch vượt quá điện áp zener, diode zener kích hoạt, dẫn dòng điện và ổn định điện áp để ngăn chặn các dao động có thể làm hỏng các thành phần điện tử.

Điốt tín hiệu - Xử lý và chỉnh lưu tín hiệu hiệu quả

Ngược lại, điốt tín hiệu được thiết kế để dẫn truyền trước hiệu quả với rò rỉ dòng ngược tối thiểu.Thông thường, chúng cho phép rất ít dòng điện chảy khi độ lệch ngược thường chỉ là nanoamperes đến microamperes, điều này không đáng kể đối với hầu hết các ứng dụng.Tuy nhiên, các điốt này có thể bị hỏng nếu điện áp ngược vượt quá điện áp phân hủy của chúng, dẫn đến các mạch mở hoặc ngắn tiềm năng.Các ứng dụng chính của chúng bao gồm định hình tín hiệu, chuyển đổi và chỉnh lưu công suất thấp, trong đó cần có sự dẫn về phía trước và cần phải giảm thiểu dòng điện để ngăn chặn nhiễu.

Trong khi cả Zener và các điốt tín hiệu cho phép dòng chảy dòng điện từ cực dương sang cực âm khi sai lệch về phía trước, các hành vi sai lệch ngược của chúng phục vụ cho các nhu cầu khác biệt.Các điốt Zener là không thể thiếu trong các mạch trong đó điện áp cần được điều khiển hoặc nơi các thành phần cần bảo vệ chống lại các gai điện áp.Khả năng của họ để tiến hành ngược lại mà không bị hư hại là duy nhất và cần thiết cho các vai trò bảo vệ như vậy.Ngược lại, các điốt tín hiệu vượt trội trong các ứng dụng đòi hỏi sự dẫn truyền dòng điện hiệu quả với sự cô lập mạnh mẽ trong quá trình sai lệch ngược.

Sự lựa chọn giữa diode zener và diode tín hiệu dựa trên các yêu cầu cụ thể của ứng dụng ổn định và bảo vệ điện áp cho xử lý tín hiệu trước, hiệu quả và chỉnh lưu cho cái sau.Mỗi loại diode cung cấp các lợi ích phù hợp khiến chúng phù hợp với các vai trò khác nhau trong thiết kế và thực hiện mạch.

Ưu điểm và nhược điểm của mạch bảo vệ quá áp Zener (OVP)

Thuận lợi

Đầu tiên, một mạch bảo vệ quá điện áp zener rất đơn giản, bao gồm chủ yếu là diode zener được kết hợp với một điện trở loạt.Thiết kế tối giản này tạo điều kiện cho việc tích hợp dễ dàng vào các thiết lập điện tử khác nhau, giúp nó có thể truy cập ngay cả đối với những người có kỹ năng kỹ thuật cơ bản.Nó cũng dễ dàng duy trì do một vài thành phần liên quan.

Tiếp theo, sử dụng các điốt Zener để bảo vệ quá điện áp là lợi thế về mặt kinh tế.Cả hai điốt và các thành phần liên quan đều không tốn kém và có sẵn rộng rãi.Điều này làm cho các mạch diode Zener trở thành một lựa chọn hấp dẫn để điều chỉnh điện áp hiệu quả mà không cần đầu tư tài chính đáng kể.

Hơn nữa, các điốt Zener được thiết kế để cung cấp đầu ra ổn định ở điện áp phân hủy được chỉ định của chúng.Sự ổn định này là rất quan trọng để giới hạn điện áp ở mức an toàn, đảm bảo bảo vệ đáng tin cậy chống lại các gai điện áp có thể làm hỏng các thành phần mạch nhạy cảm.

Bất lợi

Một nhược điểm đáng kể là xu hướng tiêu thụ sức mạnh đáng kể của mạch trong quá trình hoạt động.Khi diode zener kích hoạt để kẹp điện áp, nó cũng cho phép dòng điện vượt qua, tạo ra nhiệt do điện trở.Sức nóng này về cơ bản là lãng phí năng lượng, đặt ra một thách thức trong các ứng dụng nhạy cảm với năng lượng.

Sau đó, nhiệt được tạo ra bởi diode zener khi tiến hành có thể dẫn đến nhiệt độ cao hơn trong mạch.Thực hiện các biện pháp làm mát bổ sung, chẳng hạn như tản nhiệt hoặc quạt, có thể là cần thiết để tiêu tan nhiệt hiệu quả và duy trì nhiệt độ thành phần an toàn.

Tuy nhiên, trong khi các điốt zener vượt trội trong điều hòa điện áp, chúng vốn không cung cấp bảo vệ quá dòng mạnh mẽ.Để bảo vệ chống lại các dòng điện quá mức có thể xảy ra trong điều kiện lỗi, thường việc ghép các điốt zener thường cần thiết với các thành phần bảo vệ khác như cầu chì hoặc bộ ngắt mạch, có thể làm phức tạp thiết kế mạch và thêm vào chi phí.

Chức năng của diode zener

Chức năng chính của mạch bảo vệ quá điện áp là liên tục theo dõi điện áp mạch và phản ứng nhanh chóng nếu vượt quá ngưỡng an toàn, do đó ngăn chặn thiệt hại tiềm tàng cho các thành phần điện tử.Các điốt Zener cũng đóng vai trò này, vì chúng có thể duy trì sự dẫn hoạt động ổn định ở một điện áp phân tích ngược cụ thể trong khi thể hiện điện trở cao trong điều kiện hoạt động bình thường, đảm bảo rằng chúng không can thiệp vào hoạt động đúng của mạch.

Đầu tiên, xác định điện áp hoạt động bình thường và ngưỡng điện áp tối đa có thể làm hỏng các thành phần mạch.Chọn một diode zener với điện áp zener hơi cao hơn điện áp vận hành bình thường nhưng dưới ngưỡng điện áp tối đa.Thiết lập này đảm bảo rằng diode kích hoạt chỉ tiến hành điện khi điện áp vượt quá phạm vi bình thường, do đó bảo vệ chống quá điện áp.

Thứ hai, tích hợp diode zener đã chọn vào mạch song song với thành phần nó có nghĩa là để bảo vệ.Vị trí chính xác được yêu cầu vì nó cho phép diode đưa điện áp vượt quá khỏi thành phần nhạy cảm.Thêm một điện trở giới hạn hiện tại nối tiếp với diode zener.Mục đích của điện trở này là điều khiển dòng điện qua diode khi nó hoạt động, ngăn ngừa thiệt hại do dòng điện quá mức và đảm bảo mạch vẫn ổn định và an toàn trong điều kiện quá điện áp.

Ví dụ hoạt động

Xem xét một mạch được thiết kế để cải thiện đo mật độ tiếng ồn.Ở đây, một diode zener được đặt sau nguồn điện nhiễu thấp, với điện áp phân hủy ngay trên điện áp cung cấp thông thường để xử lý mọi dao động.Diode Zener hoạt động để hấp thụ các gai điện áp và ổn định điện áp đầu ra vào các mạch tiếp theo.Một điện trở giới hạn dòng điện được tính toán cẩn thận được sử dụng để bảo vệ diode zener trong các điều kiện tải khác nhau và đảm bảo đầu ra điện áp nhất quán.

Để xử lý các tín hiệu nhiễu, bao gồm tụ chặn DC để lọc các thành phần DC và chỉ cho phép tín hiệu nhiễu AC qua, đảm bảo nó không bị nhiễu DC.Tín hiệu nhiễu sau đó được khuếch đại bằng cách sử dụng bộ khuếch đại nhiễu thấp và có thể thông qua khuếch đại nhiều giai đoạn để tăng cường tín hiệu mà không làm thay đổi tính toàn vẹn của nó.Tín hiệu này sau đó được truyền qua bộ lọc băng thông được đặt từ 1kHz đến 3kHz để cô lập và chỉ đo nhiễu trong dải tần số đích, do đó đảm bảo độ chính xác trong phát hiện và đo.

Cuối cùng, tín hiệu được đo bằng vôn kế RMS thực sự, cung cấp độ chính xác và ổn định cao.Bằng cách lựa chọn cẩn thận điện áp zener và định cấu hình điện trở giới hạn hiện tại, mạch bảo vệ quá điện áp diode cung cấp một giải pháp mạnh mẽ để bảo vệ thiết bị điện tử khỏi các sự kiện điện áp cao bất ngờ, do đó đảm bảo độ bền và hoạt động ổn định của các thiết bị điện tử.

Hình 11: Diode Zener được sử dụng trong mạch đo mật độ nhiễu

Làm thế nào để bảo vệ các mạch khỏi quá điện áp?

Bảo vệ các thành phần điện tử nhạy cảm, như vi điều khiển, khỏi điện áp quá mức là rất quan trọng trong thiết kế mạch.Thông thường, các chân I/O vi điều khiển có dung sai điện áp tối đa - thường là 5V.Vượt quá giới hạn này rủi ro làm hỏng vi điều khiển.Một phương pháp thực tế để bảo vệ các thành phần này liên quan đến việc xây dựng mạch bảo vệ quá điện áp (OVP) bằng các điốt zener.

Đối với một mạch trong đó điện áp hoạt động bình thường gần 5V, một diode zener có điện áp phân hủy cao hơn một chút, chẳng hạn như 5.1V, là lý tưởng.Điều này đảm bảo rằng trong điều kiện bình thường (điện áp dưới 5.1V), diode zener vẫn không dẫn điện và không can thiệp vào hoạt động mạch.Khi điện áp đầu vào vượt quá 5.1V, diode zener sẽ kích hoạt, dẫn dòng điện và kẹp điện áp đến khoảng 5.1V để ngăn chặn mọi thiệt hại cho các thành phần mạch ở hạ lưu.

Để xác thực thiết kế, mô phỏng mạch OVP bằng phần mềm Spice, chẳng hạn như Cadence Pspice.Thiết lập mô phỏng với nguồn điện áp (V1), điện trở giới hạn dòng điện (R1) và diode Zener đã chọn (D2).Trong kịch bản này, giả sử diode zener 6.8V (ví dụ: 1N4099) để thử nghiệm.Nếu điện áp của V1 vượt quá 6,8V, việc mô phỏng sẽ cho thấy điện áp đầu ra bị giới hạn hiệu quả ở khoảng 6,8V trở xuống, xác nhận khả năng bảo vệ của diode.

Với điện áp đầu vào là 6V, đầu ra phải ổn định và gần với đầu vào, biểu thị hoạt động bình thường.Ở mức 6.8V, đầu ra sẽ căn chỉnh một chút dưới điện áp zener, hiển thị sự tham gia của diode và ổn định điện áp.Khi tăng đầu vào lên 7,5V (điều kiện quá điện áp), đầu ra sẽ ở mức thấp hơn đáng kể so với đầu vào, khoảng 6.883V, thể hiện sự bảo vệ hiệu quả chống quá điện áp.Tùy thuộc vào nhu cầu cụ thể của mạch, các điốt zener với các điện áp phân hủy khác nhau như 3,3V, 5.1V, 9.1V hoặc 10.2V có thể được chọn.Tính linh hoạt này cho phép các nhà thiết kế điều chỉnh bảo vệ quá điện áp theo các yêu cầu chính xác của ứng dụng, đảm bảo bảo vệ tối ưu.

Bằng cách chọn cẩn thận diode zener thích hợp và mô phỏng chính xác hành vi của nó trong các điều kiện điện áp khác nhau, các nhà thiết kế có thể đảm bảo bảo vệ quá điện áp mạnh mẽ.Cách tiếp cận này không chỉ ngăn ngừa thiệt hại cho các thành phần mạch tinh tế mà còn tăng cường độ tin cậy và hiệu suất tổng thể của các thiết bị điện tử.

Hình 12: Sơ đồ mạch diode Zener

Làm thế nào để chọn diode bảo vệ quá điện áp thích hợp?

Chọn một diode zener hiệu quả để bảo vệ quá điện áp đòi hỏi một vài bước quan trọng để đảm bảo mạch hoạt động an toàn và hiệu quả trong mọi điều kiện.

Xác định điện áp zener thích hợp

Xác định điện áp tối đa mà mạch nên xử lý.Chẳng hạn, nếu thiết kế chỉ định rằng điện áp không được vượt quá 6,8V, một diode zener với điện áp phân hủy là 6,8V sẽ là lý tưởng.

Nếu một kết hợp chính xác cho điện áp zener cần thiết không có sẵn, hãy chọn giá trị cao hơn gần nhất.Ví dụ, để bảo vệ chống quá áp cao tới 7V, diode zener 6,8V sẽ là một xấp xỉ phù hợp, kiểm soát hiệu quả điện áp ngay dưới ngưỡng tối đa.

Tính toán tải và dòng điện sai lệch

Bắt đầu bằng cách tính toán dòng điện thường sẽ chảy qua tải;Giả sử nó là 50mA.Thêm dòng điện sai lệch cần thiết cho hoạt động của Zener Diode vào hình này.Nếu diode zener yêu cầu dòng điện sai lệch 10mA, thì tổng yêu cầu dòng điện sau đó sẽ là 60mA (dòng tải 50mA cộng với dòng điện sai lệch 10mA).

Xác định xếp hạng năng lượng cho diode zener

Tính toán sự phân tán công suất bằng điện áp zener và tổng dòng điện.Với điện áp zener là 6,8V và tổng dòng điện 60mA, sự phân tán công suất sẽ được tính là 6,8V x 0,060a = 0,408 watt.Chọn một diode Zener với xếp hạng công suất cao hơn giá trị được tính toán để đảm bảo độ tin cậy và an toàn.Một diode với xếp hạng 500MW sẽ cung cấp đủ biên độ.

Tính giá trị của điện trở giới hạn hiện tại

Xác định điện áp tối đa mà mạch có thể trải nghiệm, giả sử 13V.Tính toán điện áp rơi trên điện trở, đó là sự khác biệt giữa điện áp nguồn và điện áp zener: 13V - 6.8V = 6.2V.Sử dụng định luật của Ohm, hãy tính giá trị điện trở cần thiết: giảm điện áp / tổng dòng điện = 6,2V / 0,060A ≈ 103Ω.Bạn có thể làm tròn điều này thành một giá trị điện trở tiêu chuẩn như 100Ω cho mục đích thực tế.

Phương pháp phát hiện của diode zener

Để xác định tính phân cực của điốt zener, người ta có thể bắt đầu bằng cách kiểm tra ngoại hình của chúng.Các điốt zener được đóng gói kim loại thường phân biệt cực tính thông qua hình dạng của mặt cuối của chúng: đầu phẳng thường chỉ ra điện cực dương, trong khi đầu hình bán nguyệt đánh dấu điện cực âm.Đối với các điốt zener được đóng gói bằng nhựa, hãy tìm một dấu màu trên thiết bị đầu cuối âm, cung cấp một hướng dẫn trực quan nhanh về sự phân cực.

Đối với một phương pháp chính xác hơn, sử dụng một đồng hồ vạn năng được đặt thành thử nghiệm diode hoặc cài đặt điện trở thấp, chẳng hạn như RX1K, có hiệu quả.Kết nối các đầu dò vạn năng với diode, một với mỗi thiết bị đầu cuối.Lưu ý điện trở được hiển thị, sau đó trao đổi các đầu dò và đo lại.Thiết lập cho thấy điện trở thấp hơn sẽ có đầu dò màu đen trên dương và màu đỏ trên thiết bị đầu cuối âm.Một điện trở rất cao hoặc rất thấp trong cả hai phép đo có thể chỉ ra rằng diode bị hỏng và không hoạt động chính xác.

Hình 13: Diodes Zener

Khi đo giá trị điều chỉnh điện áp của diode zener, nên sử dụng nguồn cung cấp năng lượng DC có thể điều chỉnh liên tục.Đối với các điốt Zener được xếp hạng dưới 13V, đặt nguồn điện thành 15V.Kết nối diode nối tiếp với điện trở giới hạn dòng điện 1,5kΩ giữa cực âm và đầu ra dương của nguồn điện và cực dương với đầu ra âm.Đo điện áp trên diode bằng cách sử dụng đồng hồ vạn năng;Giá trị được hiển thị sẽ là giá trị điều chỉnh điện áp của diode.

Hình 14: Hình dạng diode Zener phổ biến

Đối với các điốt zener với các giá trị quy định trên 15V, hãy tăng sản lượng của nguồn điện lên hơn 20V để đảm bảo đo chính xác.Ngoài ra, đối với các điốt zener điện áp cao, có thể sử dụng megohmmeter có khả năng cung cấp tới 1000V.Kết nối Megohmmeter, dẫn tích cực với thiết bị đầu cuối âm diode và tiêu cực dẫn đến thiết bị đầu cuối dương.Xoay tay cầm của Megohmmeter ở tốc độ nhất quán và đọc điện áp trên diode bằng cách sử dụng đồng hồ vạn năng cho đến khi nó ổn định ở điện áp quy định diode.

Nếu sự dao động hoặc không ổn định trong giá trị điện áp được quan sát trong các thử nghiệm này, nó có thể chỉ ra rằng diode đang hoạt động không nhất quán hoặc bị hỏng, cần phải thay thế.

Kích thước gói diode zener

Hình 15: Kích thước gói diode Zener

Khi làm việc với các điốt Zener, người ta phải quen thuộc với kích thước và bao bì vật lý của họ.Kích thước của các điốt này thường được cung cấp theo inch, theo một số tiêu chuẩn sản xuất và sở thích của ngành, mặc dù kích thước milimet cũng có sẵn để tham khảo.

Gói chi tiết phác thảo

Kích thước bên ngoài của gói Zener Diode, bao gồm cả đường kính (BD) và chiều dài (BL), có thể được điều chỉnh trong các giới hạn được chỉ định.Tính linh hoạt này cho phép phù hợp tùy chỉnh trong các ứng dụng khác nhau, đặc biệt là khi quản lý nhiệt là một mối quan tâm.Nếu gói diode zener bao gồm dán nhiệt, được sử dụng để tăng cường dẫn nhiệt ra khỏi diode, phần tử này nên được xem xét trong tổng kích thước gói.Tuy nhiên, các ràng buộc kích thước tối thiểu thông thường cho đường kính (BD) không áp dụng khi có dán nhiệt.Việc đo chiều dài (BL) sẽ bao gồm toàn bộ gói, bao gồm dán nhiệt.

Đường kính pin v ariat ion

Trong các điốt Zener, đường kính của các chân có thể khác nhau trong gói.Ion V ariat này chứa mọi sự bất thường trong hoàn thiện pin hoặc độ lệch trong các phần không bao gồm dán nhiệt.Các yếu tố như độ dày mạ hoặc dị thường sản xuất nhỏ có thể dẫn đến sự khác biệt về kích thước pin, điều này rất quan trọng để xem xét trong quá trình thiết kế và lắp ráp.

Biểu tượng biểu diễn cho đường kính

Để đảm bảo sự rõ ràng trong tài liệu và tính nhất quán trên các thiết kế kỹ thuật, kích thước đường kính trong các bản vẽ và thông số kỹ thuật cho các điốt zener tuân thủ tiêu chuẩn ASME Y14,5M.Tiêu chuẩn này chỉ ra việc sử dụng biểu tượng "φx" để thể hiện đường kính, thúc đẩy tính đồng nhất và độ chính xác trong các bản vẽ kỹ thuật và giúp duy trì tính nhất quán trong các thông số kỹ thuật sản xuất.

Phần kết luận

Sự phát triển của các điốt Zener đã khiến chúng không thể thiếu trong các thiết bị điện tử hiện đại, đặc biệt là trong điều hòa điện áp và bảo vệ quá điện áp.Các thuộc tính phân tích Zener và Avalanche độc đáo của họ cho phép họ xử lý các dao động điện áp một cách hiệu quả.So sánh cấu trúc và hoạt động của chúng với các điốt tín hiệu làm sâu sắc thêm sự hiểu biết của chúng tôi về các ứng dụng cụ thể của chúng trong các thiết kế mạch.Tuy nhiên, trong khi các điốt Zener cung cấp bảo vệ quá điện áp hiệu quả, hiệu quả về chi phí, chúng cũng đưa ra những thách thức như tiêu thụ năng lượng cao và nhu cầu quản lý nhiệt hiệu quả.Những vấn đề này nêu bật sự cần thiết cho sự đổi mới và tối ưu hóa liên tục trong thiết kế mạch điện tử để tận dụng toàn bộ tiềm năng của điốt Zener.

Câu hỏi thường gặp [Câu hỏi thường gặp]

1. Diode Zener được sử dụng để làm gì?

Một diode zener chủ yếu được sử dụng để điều chỉnh điện áp, đảm bảo rằng ngay cả khi điện áp cung cấp dao động, điện áp trên diode zener vẫn ổn định.Nó cũng được sử dụng để bảo vệ quá điện áp, bảo vệ các thiết bị điện tử nhạy cảm khỏi các gai điện áp.

2. Bảo vệ quá điện áp là gì?

Bảo vệ quá điện áp là một cơ chế bảo vệ mạch giúp ngăn chặn điện áp quá mức làm hỏng các thành phần điện tử.Nó đảm bảo rằng mức điện áp vẫn nằm trong giới hạn an toàn cho các thành phần của mạch.

3. Các mạch bảo vệ quá điện áp là gì?

Các mạch bảo vệ quá điện áp được thiết kế để ngăn điện áp quá mức tiếp cận và làm hỏng các thành phần.Các mạch này thường sử dụng các thành phần như điốt zener, biến thể hoặc điốt triệt điện áp thoáng qua (TV) để kẹp điện áp đến mức an toàn trong quá trình tăng điện áp.

4. Sự khác biệt giữa diode bình thường và diode zener là gì?

Sự khác biệt chính nằm trong việc xử lý điện áp ngược.Các điốt bình thường chặn dòng điện theo hướng ngược lại và có thể bị hỏng nếu điện áp ngược vượt quá một ngưỡng nhất định.Ngược lại, các điốt zener được thiết kế để không chỉ chặn dòng điện ngược mà còn tiến hành một cách an toàn khi điện áp ngược vượt quá mức được xác định trước, được gọi là điện áp zener, không bị hỏng.

5. Nguyên tắc làm việc của Zener Diode là gì?

Một diode zener hoạt động bằng cách cho phép dòng điện chảy theo hướng ngược lại khi điện áp vượt quá điện áp zener của nó.Điều này là do ngã ba P-N pha tạp nặng nề của nó tạo ra một vùng suy giảm hẹp.Các điện trường cao ở điểm nối này cho phép diode zener tiến hành ngược lại mà không bị hỏng, do đó duy trì độ ổn định điện áp trên nó.Tài sản này được sử dụng để điều chỉnh điện áp và bảo vệ trong các mạch.