Tính toán thiết kế cho nguồn dòng thụ động

Từ đó có thể xác định được cường độ dòng điện I_B cần phải cung cấp cho cực Base của transistor Q1:

I_Max = P_{Q1 Max}/V_Supply                 (32)

I_B = I_C/b » I_Max/b           (33)

Trong đó, b: Hệ số khuyếch đại của Q1 (được tra trong bảng các thông số của transistor, P_{Q1 Max}: Công suất ghánh cực đại của transistor Q1.

Kế thừa các chứng minh ở các phần trước, để hiệu suất nguồn và hiệu quả ổn áp cao nhất (dung hoà được cả hiệu suất và độ ổn định cao nhất) thì tổn thất công suất cực đại trên Q1 phải đúng bằng công suất tiêu thụ cực đại của tải P_{a Max} nên:

P_{Q1 Max} = P_{a Max}         (34)

Căn cứ vào I_B ta sẽ xác định được điện trở ghánh của mạch tạo điện áp chuẩn của R1 – D1 thông qua giá trị điện áp cung cấp đầu vào cực tiểu V_{CC min}:

R₁ = V_{CC min}/I_B = b.V_{CC min}/I_Max = b.V_{CC min}.V_Supply/P_Max   (35)

Tiếp theo, ta cần xác định cường độ dòng điện làm việc cho diode Zener D1. Ta thấy rằng vì dòng điện đi qua R₁ dược phân thành hai dòng mạch rẽ là I_D1 qua diode Zener và dòng I_B di qua cực Base của Q1 nên:

I_R1 = I_D1 + I_B                  (36)

Khi đó, ta dễ thấy rằng, nếu U_Supply < V_REF (V_REF : Điện áp tạo bởi Zener D1) tức là V_B là điện thế cực Base của Q1 lớn hơn diện áp mạch ngoài cấp cho tải thì:

U_BE = V_B – V_E = V_REF – V_Supply                          (37)

Þ I_B > 0 Þ I_D1 < I_R1                 (38)

Đó là điều hiển nhiên và nếu như U_BE càng lớn tức là dòng tải càng lớn thì I_B cũng sẽ càng lớn nên I_D1 sẽ càng giảm.

Khi I_D1 giảm thì ta không phải lo ngại vấn đề gì mà điều đáng phải cân nhắc thận trọng là khi mạch ngoài không tải tức là I_E = 0 thì lúc bấy giờ I_B cũng bằng 0 nên toàn bộ dòng điện của R₁ sẽ đi qua diode Zener và sẽ làm cho D1 có nguy cơ quá tải nên ta cần phải xác định dòng quá tải I_{Over D1}  của diode Zener D1:

I_{Over D1} = (V_{CC Max} – V_REF )/R₁                 (39)

Ta không có quyền lựa chọn các diode Zener có dòng làm việc lớn hơn cường độ dòng điện quá tải như đã xác định ở các phần trước (bởi vì các diode Zener hiện có trên thị trường chỉ là những loại Zener có công suát nhỏ chỉ cho phép làm việc với công suất từ 50mW cho đến 150mW, thông qua đó, căn cứ vào điện áp làm viẹc của Zener mà xác định được cường độ dòng điện làm việc cho phép của nó) mà cần phải chọn hoặc là tải có dòng cực đại nhỏ sao cho có thể làm cho dòng cực đại của I_B nhỏ hơn dòng làm việc cho phép của diode Zener hoặc hạn chế dải thay đổi của điện áp vào hoặc phải chọn transistor có hệ số khuyếch đại cường độ dòng điện b cực lớn.

Ngoài ra, để có thể tăng được công suất cho tải, cần ghép transistor theo kiểu Darlington theo một trong hai cách dưới đây:

Trên các mạch trên đây, ta có thể xác định được hệ số khuyếch đại tích hợp b của cặp Darlington được tạo bởi hai transistor NPN gồm Q1 và Q3 bởi hệ thức:

b = (b₂ + 1).b₁               (40)

Đối với trường hợp thứ hai, mạch Darlington được tạo bởi một transistor NPN và một transistor PNP thì hệ số khuyếch đại cường độ dòng điện tích hợp được xác định bởi:

b = b₂.(b₁ + 1)               (41)

Nhờ đó ta có thể tạo được những mạch nguồn có thể cung cấp được với những dòng điện có cường độ lớn cho tải.

Vấn đề cuối cùng là cần phải xác định các thông số làm việc cho transistor công suất. Các thông số cơ bản của transistor công suất được xác định bởi các hệ thức dưới đây: 

-        Cường độ dòng điện làm việc cực đại: Được xác định bởi cường độ dòng điện cực đại của tải I_Max; 

-        Điện áp ghánh cực đại: Điện áp ghánh hay còn gọi là điện áp rơi trên transistor công suất được xác định bởi:

U_S = V_{CC Max} – V_Supply         (42) 

-        Công suất ghánh cực đại: Là công suất rơi trên transistor công suất và được xác định bởi:

P_S = U_S.I_Max = (V_{CC Max} – V_Supply)/I_Max                   (43)

Đây chính là thông số quan trọng nhất, để transistor có thể làm việc tốt thì chúng ta cần phải chọn transistor có công suất làm việc cho phép tối thiểu phải lớn gấp ba lần công suất nói trên và có cường độ dòng điện làm việc cho phép tối thiểu cũng phải lớn gấp ba cường độ dòng tải tối đa.

Ngoài ra, để đảm bảo cho sự an toàn của transistor thì điện áp làm việc cho phép của tiếp giáp C – E cũng phải lớn hơn hoặc bằng điện áp V_{CC Max}.