Nguyên lý Nguồn Tuyến tính

Mạch nguồn Tuyến tính đơn giản nhất được mô tả như hình trên đây cho thấy linh kiện chủ yếu nhất của mạch nguồn này là một Transistor có khả năng cung cấp được một Cường độ dòng điện khá lớn (ví dụ như 2N3055, 2SC2335…) với Hệ số Khuyếch đại β càng lớn càng tốt và một diode Zener để ổn định điện áp cho cực B của Transistor. Theo đó, điện áp ra sẽ được xác định bởi các hệ thức dưới đây:

U_E ≈ U_B – 0,7V đối với Transistor Silic

U_E ≈ U_B – 0,3V đối với Transistor Germany

Trong đó, U_E là điện áp ra trên tải được tạo ra bởi chân E của Transistor và U_B là điện áp được đặt tại chân B của Transistor do diode Zener tạo ra (ví dụ, nếu diode Zener là loại 6V thì điện áp ra trên tải sẽ được xác định trong khoảng 5,3 đến 5,7V tuỳ theo loại Transistor được sử dụng cho mạch nguồn nói trên).

Vì Mạch nguồn trên đây hoạt động dựa theo nguyên tắc là nếu khi tải càng tiêu thụ cường độ dòng điện càng lớn (tức là trở kháng của tải sẽ càng giảm) thì sụt áp lên tải sẽ bị giảm đi khiến cho chênh lệch điện áp giữa chân E và chân B của Transistor càng tăng lên (vì B được giữ ổn định nhờ Zener còn E bị giảm đi do tải bị sụt áp) nên theo nguyên lý làm việc của Transistor là chênh lệch điện áp giữa B và E càng lớn thì Cường độ dòng điện qua tiếp giáp C – E càng lớn tức là Cường độ dòng điện chạy qua tải càng tăng lên sẽ làm cho điện áp ra tăng lên.

Ngược lại, nếu điện áp ra trên tải tăng lên thì nó sẽ khiến cho hiệu điện thế giữa B và E của Transistor giảm xuống theo nguyên lý là chênh lệch điện áp giữa B và E càng thấp thì Cường độ dòng điện qua cực E và cực C của Transistor càng giảm nên điện áp ra trên tải sẽ giảm xuống sao cho có thể cân bằng được với giá trị ban đầu đã được tạo ra.

Vì hoạt động theo nguyên lý vừa được giải thích trên nên mạch nguồn nói trên được gọi là Mạch nguồn Tuyến tính tự cân bằng hay còn gọi là Mạch nguồn Thu động.

Chú ý: R₁ được xác định để cung cấp dòng điện cho cực B của Transistor thông qua dòng điện chạy qua trên Zener phải được xác định sao cho dòng điện này không được phép vượt quá dòng điện tối đa cho phép qua Zener.

Để xác định được dòng điện tối đa cho phép của Zener phải xác định thông qua bảng tra cứu Zener. Tuy nhiên, có thể dễ dàng xác định được dòng điện này bằng cách ước đoán theo kinh nghiệm đối với các loại Zener được bán phố biến trên Thị trường hiện nay chỉ có hai loại có Công suất chịu đựng khác nhau gồm một loại Zener có vỏ bằng thuỷ tinh với kích thước nhỏ nhất (có đường kính vào khoảng 1,5 ÷ 2mm) chỉ cho phép chịu được Công suất tối đa là 0,3W nhờ vậy có thể xác định được Cường độ dòng điện chịu đựng tối đa của nó bằng hệ thức:

I_Max = P_Zener/U_Zener tức là I_Max = 0,3W/U_Zener

(U_Zener là điện áp làm việc của Zener mà ta cần lựa chọn).

Trên cơ sở đó, loại Zener có Công suất chịu đựng lớn hơn mà hiện nay được bán trên Thị trường là loại 1W cũng có vỏ bằng thuỷ tinh nhưng có kích thước lớn hơn (có đường kính vào khoảng 2,5 ÷ 3mm) thì cũng có thể xác định được I_Max của nó theo hệ thức là:

I_Max = 1W/U_Zener

Trên cơ sở đã xác định được Cường độ I_Max cho phép của Zener theo hệ thức nói trên, có thể xác định R₁ để cường độ dòng điện qua Zener không thể vượt quá I_Max theo hệ thức dưới đây:

I_R1 = (U_InMax – U_Zener­)/R₁ ≤ I_Max

Trong đó: U_InMax là điện áp vào cực đại, U_Zener là điện áp làm việc của Zener mà ta cần chọn: Cần chọn điện áp của Zener sao cho điện áp U_Zener ≈ U_Out + 0,5V (U_Out là điện áp cần cấp cho tải).