Mạch ổn áp thụ động nối tiếp cơ bản - Công ty TNHH Tam Hùng

Mạch ổn áp thụ động nối tiếp cơ bản

Thứ hai - 21/01/2013 20:38
Mạch ổn áp thụ động nối tiếp cơ bản

Mạch ổn áp thụ động nối tiếp cơ bản

Kiểu nguồn được đưa vào sử dụng lâu đời nhất và thông dụng nhất là kiểu nguồn ổn áp thụ động. Ta sẽ hiểu khái niệm thụ động của mạch nguồn theo hình minh hoạ dưới đây:

Mạch ổn định điện áp theo nguyên lý nguồn dòng nối tiếp thụ động có hai bộ phận chính gồm bộ tạo điện áp chuẩn VREF và một bộ khuyếch đại cường độ dòng điện (theo sự mô tả ở hình trên).

Vì bộ tạo điện áp chuẩn (thường được tạo bởi một nguồn dòng song song) chỉ có thể tạo ra một điện áp ổn định nhưng chỉ có khả năng ổn định với một độ biến thiên cường độ rất nhỏ nên để có thể tạo được khoảng biến đổi rộng của cường độ dòng điện thì cần phải có bộ khuyếch đại cường độ dòng điện như minh họa trên.

 Mạch nguồn thụ động hoạt động dựa vào một nguyên tắc cơ bản của transistor đó là khi hiệu điện thế trên tiếp giáp B – E tăng lên thì cường độ dòng điện của tiếp giáp C – E sẽ tăng lên sao cho nó có thể làm giảm được hiệu điện thế trên tiếp giáp B – E.

Trên cơ sở đó, ta có thể giải thích sự hoạt động của mạch nói trên như sau: Cực Base của Q1 được cung cấp một điện thế chuẩn VREF do một nguồn dòng song song được tạo bởi R1 và Zener D1 cùng với tiếp giáp (B – E) của Q1. Tức là được tạo bởi 3 phần tử cơ bản gồm R1 là ghánh điện áp, Zener D1 là phần tử tác động hiệu chỉnh điện áp và trở kháng  mạch vào của Q1 (thông qua tiếp giáp B – E) là tải của mạch nguồn dòng song.

Q1 được gọi là linh kiện khuyếch đại công suất cho nguồn, vì trong mạch nguồn này Q1 có nhiệm vụ khuyếch đại cường độ dòng điện IB do mạch ổn áp được tạo bởi D1 và R1. Hơn nữa, với cường độ dòng điện qua Q1 là sẽ bằng đúng cường độ dòng điện cấp cho tải là I, tức là:

IE = I

Hơn nữa, ta lại thấy rằng, điện áp ra cung cấp cho tải là VSupply sẽ được xác định bởi điện áp nguồn cung cấp đầu vào VCC và sụt áp VS trên Q1:

VSupply = VCC ­– VS

Điều đó có nghĩa là nếu khi điện áp vào VCC tăng lên thì sụt áp VS trên Q1 cũng phải tăng lên sao cho điện áp ra trên tải luôn được giữ nguyên.

Với cường độ I và điện áp rơi VS trên Q1 (tức là sụt áp trên Q1), nó sẽ tạo ra một công suất ghánh (hay còn gọi là công suất rơi và cũng còn được gọi là công suất tổn thất ) PS trên Q1 và được xác định bởi:

PS = VS.IE = VS.I = (VCC – VSupply).I

Mà vì thế, ta gọi Q1 là công suất nguồn vì nó ghánh chịu và điều tiết phần lớn công suất của nguồn. Công suất rơi Ps trên Q1 sẽ gây ra nhiệt tiêu tán trên Q1 và làm nóng Q1 nên Q1 phải là linh kiện có khả năng chịu công suất rất lớn.

Ta hãy lần lượt xét các chế độ làm việc của Q1 như sau:

Điện thế của cực Emmitter của Q1 được tạo bởi sụt áp của nó lên tải là VSupply sao cho hiệu điện thế UBE được xác định bởi:

UBE = VB – VE = VREF – VSupply          (25)

Trong đó, VSupply là hiệu thế được tạo bởi VCC và sụt áp trên transistor Q1. Mặt khác, nó còn được xác định bởi hệ thức tương đương:

VSupply = I.R                             (26)

Với R là điện trở mạch ngoài tương đương của tải, I là cường dộ dòng điện mạch chính và được xác định bởi các hệ thức dưới đây:

I = IE = IC + IB » (b + 1).IB             (27)

Trong đó, IE: Cường độ dòng điện do Emmitter của Q1 tạo ra, IC: Cường độ dòng điện do nguồn cung cấp cho cực Collector của Q1 và IB: Cường độ dòng điện do điện thế chuẩn VREF cung cấp cho cực Base của Q1. b: Hệ số khuyếch đại cường độ dòng điện của Q1.

IB = UBE/re                    (28)

Trong đó, re: Nội trở đầu vào của Q1 do tiếp giáp B – E và được xác định bởi hệ thức thực nghiệm:

re » 26,5mV.b/IC            (29)

Theo hệ thức đó, ta thấy một điều rất hay rằng, trở kháng đầu vào re của Q1 càng bị giảm nếu IC càng tăng nên hiệu điện thế UBE được xác định bởi tích số của IB và re sẽ giảm đi hay nói cách khác là UBE gần như không thay đổi khi IC  thay đổi.

Từ các hệ thức nói trên cho thấy rằng nếu UBE tăng thì cường độ IC cũng sẽ phải tăng lên nên điện áp trên tải được tạo bởi IC.R tải sẽ tăng lên sao cho UBE bị giảm đi và phải được giữ nguyên với một giá trị không đổi vào khoảng 0,6 ¸ 0, 7V với một độ biến thiên rất nhỏ nên điện áp ra trên tải gần như được giữ rất ổn định và được xác định bởi:

VSupply = VREF – VBE » VREF – 0,7V    (30)

Theo các hệ thức nói trên ta thấy rõ nguyên tắc thụ động của mạch nguồn này ở chỗ là Q1 không tự chủ động điều chỉnh điện áp cho tải mà là do tải tiêu thụ làm thay đổi điện áp ra VSupply và làm cho điện áp UBE thay đổi và vì thế cường độ IC của Q1 cũng bị thay đổi theo sao cho nó sẽ làm cho sụt áp trên tải thay đổi chống lại sự thay đổi của điện áp trên tải (điện áp trên tải bị thay đổi do tải thay đổi mức tiêu thụ hoặc do VCC bị thay đổi).

Cũng theo các hệ thức nói trên, nguồn thụ động chỉ phù hợp với các tải có công suất nhỏ hoặc chỉ cho phép với một độ thay đổi nhỏ của dòng tiêu thụ cũng như một khoảng thay đổi hẹp của điện áp đầu vào VCC­.

Sai số điện áp tối đa ở đầu ra của loại nguồn này (được xác định theo phương pháp thực nghiệm) cho phép trong khoảng ± 0,5VP – P. Tức là:

VSupply = VREF – VBE ± 0,5VP – P                   (31)


Tính toán thiết kế cho nguồn dòng thụ động




Tác giả bài viết: Dr Trần Phúc Ánh

Tổng số điểm của bài viết là: 0 trong 0 đánh giá
Click để đánh giá bài viết

Những tin mới hơn

Những tin cũ hơn