Bài giảng Nhập môn điện tử - Chương 4: Diode Zener

Chương 4: Điốt Zener 
Nhập môn Điện tử 
1 
 Chương 4 
Diode Zener 
Chương 4: Điốt Zener 
Nhập môn Điện tử 
2 
1. Tổng quan 
 Diode Zener là linh kiện bán dẫn loại Silicon có mối nối pn 
được thiết kế để hoạt động vùng phân cực nghịch. Điện thế phá 
vỡ phân cực nghịch của diode Zener được chỉnh một cách cẩn 
thận trong quá trình sản xuất. 
Chương 4: Điốt Zener 
Nhập môn Điện tử 
3 
2. Nguyên tắc hoạt động 
Diode Zener khi đóng vai trò một ổn áp sẽ luôn duy trì một điện áp không 
đổi qua tải dù cho dòng qua tải hay điện áp đầu vào thay đổi. 
Hạn chế: 
 Diode Zener có hiệu suất thấp nếu dòng qua tải lớn. 
 Điện áp ra sẽ thay đổi nhẹ do mối diode Zener có điện trở nội: 
do đó diode Zener chỉ đóng vai trò ổn áp khi không có sự thay đổi lớn 
dòng qua tải và điện áp đầu vào. 
out Z z ZV V I Z 
Chương 4: Điốt Zener 
Nhập môn Điện tử 
4 
3. Chế độ hoạt động của diode Zener (khi điện thế đầu vào và tải cố định) 
L
i
L
R
V V
R R
 Nếu V VZ: Diod Zener hoạt động 
 Nếu V<VZ: Diod Zener không 
hoạt động (xem như mạch hở) 
Xác định trạng thái của 
diode zener bằng cách tháo 
rời diode zener ra khỏi 
mạch và tính hiệu thế V ở 
hai đầu của mạch hở 
Chương 4: Điốt Zener 
Nhập môn Điện tử 
5 
3. Chế độ hoạt động của diode Zenner (khi điện thế đầu vào và tải cố định) 
Nếu V>VZ: Diod Zener hoạt động 
,
,
, .
Z R L
i Z Z
R L
L
L Z Z Z Z
I I I
V V V
I I
R R
V V P V I
Nếu V<VZ: Diod Zener không hoạt động (xem như mạch hở) 
0Z
i
R L
L
I
V
I I
R R
Chương 4: Điốt Zener 
Nhập môn Điện tử 
6 
Ví dụ 
Cho mạch điện như hình vẽ, xác định các giá trị VR , VL , IZ , PZ 
a) R=1k, RL =1,2 k, Vi =16V, VZ =10V. 
b) thay RL =3 k 
3. Chế độ hoạt động của diode Zener (khi điện thế đầu vào và tải cố định) 
Chương 4: Điốt Zener 
Nhập môn Điện tử 
7 
Giải: 
3
3
1,2.10
16 8,73 10
(1 1,2).10
L
i Z
L
R
V V V V V
R R
Diode Zener không hoạt động, IZ =0A 
8,73
16 8,73 7,27
. 0
L
R i L
Z Z Z
V V V
V V V V
P V I W
3. Chế độ hoạt động của diode Zener (khi điện thế đầu vào và tải cố định) 
a) 
Chương 4: Điốt Zener 
Nhập môn Điện tử 
8 
3
3
10
16 10 6
10
3,33
3.10
6
6
1.10
6 3,33 2,67
. 10.2,67 26,7
L Z
R i L
L
L
L
R
R
Z R L
Z Z Z
V V V
V V V V
V
I mA
R
V
I mA
R
I I I mA
P V I mW
3. Chế độ hoạt động của diode Zener (khi điện thế đầu vào và tải cố định) 
b) 
3
3
3.10
 16 12
(1 3).10
L
i
L
R
V V
R R
V
V >VZ Diode Zener hoạt động 
Chương 4: Điốt Zener 
Nhập môn Điện tử 
9 
4. Các ứng dụng của diode Zener 
4.1 Điều hoà áp ngõ ra khi áp ngõ vào thay đổi 
 Khi điện áp ngõ vào thay đổi 
trong phạm vi định trước, diode 
zener duy trì điện áp đặt ngang 
qua hai đầu của nó gần như không 
đổi. Khi áp vào Vi thay đổi, dòng 
IZ thay đổi tỉ lệ với điện áp ngõ 
vào trong 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 trên ngõ vào, 
được gọi là điện trở giới hạn. 
Chương 4: Điốt Zener 
Nhập môn Điện tử 
10 
4. Các ứng dụng của diode Zener 
4.1 Điều hoà áp ngõ ra khi áp ngõ vào thay đổi 
Nếu ta giữ RL cố định, Vi phải đủ lớn thì zener mới hoạt động. 
Trị số tối đa của Vi được xác định bởi dòng IZM : 
.iMax RMax Z R
L
Z R L RMax ZM L ZM
L
Max Z
V
I I I I I I I
R
V V V R I V
Trị số tối thiểu của Vi để zener có thể hoạt động được xác định bởi: 
.iMin RMin Z R
L
Z R L RMin ZK L ZK
L
Min Z
V
I I I I I I I
R
V V V R I V
Nếu không đề cập đến IZK , ta coi như IZK =0, 
L
iMin Z
L
R R
V V
R
Chương 4: Điốt Zener 
Nhập môn Điện tử 
11 
4. Các ứng dụng của diode Zener 
4.1 Điều hoà áp ngõ ra khi áp ngõ vào thay đổi 
Ví dụ: 
Cho mạch điện như hình vẽ. Xác định 
khoảng biến thiên đầu vào để diod 
Zener hoạt động như một ổn áp. 
Giải: 
3
1200 220
.20 23,67
1200
20
16,67
1200
 60 16,67 76,67
.R
 76,67.10 .220 20 36,87
L
iMin Z
L
L
L
L
RMax ZM L
iMax RMax Z
R R
V V V
R
V
I mA
R
I I I
mA mA mA
V I V
V 
Chương 4: Điốt Zener 
Nhập môn Điện tử 
12 
4. Các ứng dụng của diode Zenner 
4.1 Điều hoà áp ngõ ra khi áp ngõ vào thay đổi 
Ví dụ: 
Cho diode zener có thể điều hòa áp 
khi dòng qua zener thay đổi trong 
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 như một ổn áp. 
Giải: 
3 3. 0,25.10 .220 55.10RMin ZKV I R V
0,055 10 10,055iMin RMin ZV V V V 
3. 100.10 .220 22RMax ZMV I R V
22 10 32iMax RMax ZV V V V 
10,055 32iV V 
Chương 4: Điốt Zener 
Nhập môn Điện tử 
13 
4. Các ứng dụng của diode Zenner 
4.2 Điều hoà áp ngõ ra khi tải thay đổi 
 Trong hình trình bày mạch điều 
hòa điện áp dùng diode zener khi điện 
trở tải thay đổi giá trị. Diode zener duy 
trì điện áp đặt ngang qua hai đầu điện 
trở tải có giá trị gần như không đổi khi 
dòng qua diode zener có giá 
trị trong phạm vi ZK Z ZKMI I I 
 Khi điện trở tải RL= , dòng qua tải bằng 0, tất cả dòng điện đều qua 
diode zener; ta nói mạch điều hòa điện áp đang hoạt động tại trạng thái 
không tải. 
 Khi điện trở được đấu song song với diode zener, trên các nhánh của 
zener và điện trở có các dòng điện đi qua. Dòng điện tổng qua điện trở 
giới hạn R cần có giá trị không đổi để điện áp trên hai đầu diode zener 
được ổn định. 
Chương 4: Điốt Zener 
Nhập môn Điện tử 
14 
4. Các ứng dụng của diode Zenner 
4.2 Điều hoà áp ngõ ra khi tải thay đổi 
Nếu ta giữ VI cố định, RL phải đủ lớn thì zenner mới hoạt động. 
Trị số tối đa của RL được xác định bởi dòng IZM : 
Z R L LMin R ZM
L
LMax
LMin
V
R
I I I I I I
I
Trị số tối thiểu của RL để zener có thể hoạt động được xác định bởi: 
Z R L LMax R ZK
L
LMin
LMax
V
R
I I I I I I
I
Nếu không đề cập đến IZK , ta coi như IZK =0, 
.VZ
LMin
i Z
R
R
V V
Chương 4: Điốt Zener 
Nhập môn Điện tử 
15 
3. Các ứng dụng của diode Zener 
3.3 Điều hoà áp ngõ ra khi tải thay đổi 
Ví dụ 
Cho mạch điện như hình vẽ.Xác 
định khoảng biến thiên của RL để 
điện áp VL luôn ổn định là 10V 
Giải: 
3
3
3
. 1.10 .10
250
50 10
50 10
40
1.10
40 32 8
10
1250
8.10
Z
LMin
i Z
i ZR
R
LMin R ZM
L
LMax
LMin
RV
R
V V
V VV
I mA
R R
I I I mA
V
R A
I 
 
250 1250LR 
Vậy 
Chương 4: Điốt Zener 
Nhập môn Điện tử 
16 
3. Các ứng dụng của diode Zener 
3.3 Điều hoà áp ngõ ra khi tải thay đổi 
Ví dụ 
Cho mạch điện như hình vẽ.Xác định khoảng biến thiên của IL , giá trị 
nhỏ nhất và lớn nhất của RL để duy trì tính ổn áp của diode Zener. Biết 
1mA< IZ <50mA, VZ =12V 
Chương 4: Điốt Zener 
Nhập môn Điện tử 
17 
3. Các ứng dụng của diode Zener 
3.3 Điều hoà áp ngõ ra khi tải thay đổi 
Giải: 
Khi IL =0, dòng qua diode Zener đạt giá trị lớn nhất 
24 12
25,53
470
i Z
ZMax
V V
I mA
R
Vì giá trị tối đa của dòng qua diode Zener là IZMax < IZM nên giá trị RL 
= lả giá trị tối đa của tải và dòng nhỏ nhất qua tải là ILMin =0A 
Chương 4: Điốt Zener 
Nhập môn Điện tử 
18 
3. Các ứng dụng của diode Zener 
3.3 Điều hoà áp ngõ ra khi tải thay đổi 
Giá trị tối đa của dòng qua tải ILMax đạt được khi dòng qua diode Zener 
là IZK . 
25,53 1 24,53i ZLMax R ZK ZK
V V
I I I I mA
R
Giá trị cực tiểu của tải RLMin 
3
12
489,2
24,53.10
L
LMin
LMax
V
R
I 
 