Xác định dòng Nguồn dòng song song

Khi đó, cường độ dòng điện tối đa I_{Z Max} mà Zener có thể làm việc được xác định bởi:

I_Z Max  = p_Z Max/V_Reg                  (7)

Trong đó V_Reg được gọi là là điện áp ổn định của Zener (hay còn gọi là U_Z), P_{Z Max}: Công suất làm việc cực dại cho phép của Zener.

Căn cứ vào công suất tối đa cho phép của diode Zener mà có thể xác định được cường độ dòng điện cần phải làm việc của Zener trong mạch theo các hệ thức đơn giản dưới đây:

Vì diode Zener được mắc song song với tải sử dụng R₂ nên cường độ dòng điện do nguồn cung cấp được tạo bởi điện áp V_CC sẽ tạo thành hai dòng điện mạch rẽ gồm một dòng cung cấp cho tải R₂ là I_R2 và một dòng chạy qua diode Zener là I_Z. Vì thế, nếu hoặc là tải giảm dòng tiêu thụ hoặc là nguồn cung cấp tăng điện áp thì cường độ dòng điện I_Z qua Zener tăng lên.

Do đó, cường độ dòng điện tối đa chạy qua diode Zener được xác định bởi cả hai điều kiện là điện áp vào V_CC cực đại và cường độ dòng điện tiêu thụ của tải đạt tới cực tiểu (hoặc phải tính đến cả trường hợp đầu ra không tải) thì lúc bấy giờ cường độ dòng điện qua Zener là lớn nhất.

Để quả và hiệu suất ổn định điện áp nguồn đạt giá trị cao nhất thì dòng tải tối đa I_{a Max} có thể đạt được không thể lớn hơn 1/2 dòng tối đa có thể qua diode Zener là I_{Z Max}, tức là:

I_{a Max} <= I_{Z Max}/2     (8)

Ta cần phải chứng minh điều này theo các hệ thức dưới đây.

Nếu xác định trong trường hợp điện áp cung cấp tăng đến giá trị cực đại thì cường độ dòng điện cực đại khi qua mạch chính (qua điện trở R₁) sẽ là:

I_Max = (V_{In Max} – V_Reg)/R₁          (9)

Trong đó, V_{In Max}: Điện áp cung cấp cực đại, V_Reg: Điện áp cần được ổn định cáp cho tải, R₁: Giá trị của điện trở ghánh.

Theo nguyên lý mạch song song thì ta sẽ xác định được:

I = I_R1  = I_Z  + I_a         (10)

Với I_Z : Cường độ dòng điện qua Zener D₁, I_a: Dòng mà tải có thể tiêu thụ.

Nếu đầu ra tải R₂ xác định một cường độ dòng điện tiêu thụ cực tiểu là I_{a min} thì cường độ dòng điện mà Zener cần phải rẽ mạch để ổn định điện áp cho tải  là:

I_Z  = I_R1  –  I_{a min}              (11)

Trong đó, I_Z: Cường độ dòng điện rẽ qua diode Zener, I_Min: Cường độ dòng điện tiêu thụ cực tiểu của tải R₂.

Lúc bấy giờ, nếu mạch ở trạng thái không tải tức là I_{a min} = 0 và nếu điện áp vào đạt giá trị cực đại thì dòng qua Zener đạt giá trị lớn nhất. Nghĩa là khi mạch ở trạng thái không tải thì Zener phải ghánh toàn bộ cường độ dòng điện qua mạch:

I_Z = I_{R1 Max} = I_{Z Max} ½(V_{In Max} & I_{a min})   (12)

Chú ý: Ký hiệu (½)đằng sau I® _Max không phải là ký hiệu của phép chia mà là để biểu thị rằng I_Z  đạt cực đại bằng giá trị I_{Z Max} với điều kiện là V_{In Max} và I_{a min}.

Như trên đã trình bày, cường độ dòng rẽ cực đại qua Zener không thể lớn hơn cường độ dòng điện làm việc tối đa cho phép của Zener là I_{Z Max} được xác định bởi hệ thức (7).

Và vì Zener được ghép song song với tải nên ta có thể chứng minh được rằng để tải luôn được giữ ổn định điện áp thì cường độ dòng điện tối đa qua tải I_{R2 Max} (còn được gọi là dòng I_{a Max}) không vượt quá cường độ dòng điện cực đại cho phép của Zener I_{Z Max}.

Mà vì, theo hệ thức (10) thì cường độ dòng điện mạch chính qua R₁ bằng tổng cường độ dòng tải và dòng qua Zener nên nếu hệ thức (11) xác định dòng tối đa qua Zener trong trạng thái mạch không tải thì khi tải đạt giá trị tối đa ta có thể xác định được:

I_Max = I_{R1 Max} = I_Z + I_{a Max} = I_{Z Max} ½V_{In Max}  (13)

Tức là, tại thời điểm điện áp cung cấp cực đại và tải cũng đạt giá trị cực đại thì dòng qua Zener sẽ phải bị giảm đi.

Mặt khác, I_{a Max}  (tức là dòng I_{R2 Max}) cũng cần phải được xác định sao cho khi điện áp vào cực tiểu thì I_Z phải đạt cực tiểu sao cho điện áp ra trên tải cũng không đổi, tức là:

I_R1 = I_{Z min} + I_{a Max} ½V_{In min}        (14)

Để hiệu suất nguồn đạt giá trị cao nhất, ta cần phải xác định giá trị điện áp vào cực tiểu sao cho dòng qua Zener đúng bằng cường độ dòng điện rò đi qua nó, trên thực tế vì dòng rò qua diode Zener cực nhỏ (vào khoảng vài mA) nên có thể bỏ qua và xem như bằng 0. Nên ta có thể viết lại hệ thức trên:

I_R1 = I_{a Max} ½V_{In min}         (14b)

Từ đó, để có thể thỏa mãn đồng thời các điều kiện của cả các hệ thức (12), (13) và (14b ta có thể xác định được cường độ cực đại của dòng mạch chính mà nguồn cần phải cung cấp bởi hệ thức dưới đây:

I_Max = I_{R1 Max} =  I_{R2 Max} + I_Z  = 2I_{R2 Max} = I_{Z Max}    (15)

Để hiểu rõ thêm phần chứng minh này, cần theo dõi thêm các phần trình bày dưới đây. Đây chính là điều kiện cần và đủ để mạch nguồn thỏa mãn cả hai điều kiện là hiệu quả ổn định điện và hiệu suất cao nhất (để độ ổn định càng cao thì hiệu suất nguồn càng giảm và ngược lại).