Mạch điều chỉnh điện áp dùng Transistor và điốt Zener ? Tăng giảm dòng điện DC

Đây sẽ khám phá hoạt động cơ bản của điốt Zener và việc sử dụng chúng làm điều chỉnh điện áp. Chúng sẽ được sử dụng kết hợp với các transistor bán dẫn song cực thông thường để tăng cường dòng điện ra và có thể được sử dụng cho các bộ điều chỉnh điện áp thực tế .

Điốt Zener là một thiết bị bán dẫn hai cực khi được làm thẳng sẽ dẫn điện và hoạt động giống như bất kỳ điốt silicon nào khác. Điốt Zener luôn được sử dụng ở chế độ nghịch để phá vỡ tại một điện áp nhất định. Hình 1 minh họa một kết nối điốt Zener cơ bản.

Z1 và RS nối tiếp trong khi một điện trở tải 200 Ohm RL song song với Z1. Tổng dòng điện (Is) chảy qua RS và chia qua Z1 (24mA) và RL (51mA). Z1 tại 10,2 volt duy trì điện áp ổn định trên RL khi Vin thay đổi trong một phạm vi nhất định.

Nếu Vin giảm xuống 14 volt, dòng điện Zener Iz giảm để duy trì điện áp trên RL. Nếu Vin tăng lên 18 volt, thì dòng điện Zener Iz tăng để duy trì điện áp trên RL.

Lúc nào cũng vậy, sự sụt áp qua Z1 cộng với RS luôn bằng điện áp nguồn Vin, trong khi điện áp qua RL do đó IL là hằng số. Nếu RS quá nhỏ sẽ làm quá nhiệt Z1 do dòng điện quá lớn.

Nếu RS quá lớn thì chúng ta thiếu dòng điện tối thiểu Iz để duy trì điều chỉnh điện áp. Lưu ý điều sau:

• Is = Iz + IL = 24mA + 51mA = 75mA
• RS = VRs / Is = 5,8V / 75mA = 77 Ohm.

Câu hỏi tiếp theo là, liệu mạch này có thể cung cấp bao nhiêu dòng điện cho tải? Hãy cùng xem xét vấn đề này.

Hình 2

Trong Hình 2, chúng ta có một mạch điều chỉnh điốt Zener hoạt động đúng tại Z1 = 5,1 volt với nguồn cấp 10 volt. Nhưng điều gì xảy ra nếu chúng ta tăng tải từ RL? Lưu ý rằng để hoạt động đúng, chúng ta phải duy trì giá trị tối thiểu của Iz.

Trong Hình 2, chúng ta có một mạch điều chỉnh điốt Zener hoạt động đúng tại Z1 = 5,1 volt với nguồn cấp 10 volt. Nhưng điều gì xảy ra nếu chúng ta tăng tải từ RL? Lưu ý rằng để hoạt động đúng, chúng ta phải duy trì giá trị tối thiểu của Iz.

Hình 3

Trong Hình 3, chúng ta đã giảm RL từ 200 Ohm xuống 150 Ohm làm tăng IL. Trong khi tổng dòng điện qua RS vẫn giữ nguyên, một phần dòng điện cho Z1 (Iz) đi vào RL và chúng ta đang ở ranh giới không điều chỉnh điện áp.

Hình 4

Trong Hình 4, RL giờ là 100 ohm và đã lấy quá nhiều dòng điện từ Z1 khiến chúng ta hoàn toàn không điều chỉnh điện áp. Cấu hình này gần như vô dụng như một nguồn cấp điện tại các dòng điện cao. Đó là lý do tại sao chúng ta sử dụng transistor kết hợp với điốt Zener.

Hình 5

Để vượt qua giới hạn công suất, chúng ta sử dụng transistor truyền dòng nối tiếp. Trong Hình 5, một transistor NPN với hệ số hồi tiếp DC Hfe là 100 hiệu quả “nhân” 1mA từ mạch điốt Zener-điện trở lên 100mA.

Lý do tôi chuyển sang điốt Zener 5,6 volt là để bù trừ sụt áp 0,6V qua tiếp giáp B-E của Q1. Vâng, bạn cần tụ 100uF để đảm bảo rằng nhiễu nguồn không gây ra vấn đề. Khi chúng ta lấy thêm dòng tải, 99% dòng điện bắt nguồn từ Q1.

Hình 6

Trong Hình 6, chúng ta sử dụng hai transistor NPN trong cấu hình Darlington để tăng cường dòng điện ra lên 1 ampe qua tải 12 Ohm. Tôi phải chuyển sang điốt Zener 13,2 volt để bù trừ sụt áp qua hai tiếp giáp B-E.

Hình 7

Trong Hình 7, chúng ta sử dụng Darlington để tăng cường dòng điện ra lên 1 ampe qua tải 12 Ohm.

Hình 8

Trong Hình 8, chúng ta có một bộ điều chỉnh điốt Zener cho nguồn điện cực âm. Transistor NPN đã được thay bằng transistor PNP, và cực tính của điốt Zener và tụ 100uF đã được đảo ngược. Tất cả dòng điện cũng được đảo ngược.