Giáo trình Điện tử căn bản

BE (11-5) 
Nếu thế ra tăng, thế phản hồi về base của transistor tăng làm cho sụt thế qua 
RS tăng. Kết qủa là thế ra lại giảm. 
 THẾ RA CAO HƠN 
 Hình 11-4 cho thấy một mạch ổn áp có thế ra cao mặc dù sử dụng 
Zener có thế đánh thủng thấp. 
Hình 11-4 
Trang 167 
Mạch dùng phản hồi âm. Mọi thay đổi trên thế lối ra được phản hồi về base 
của transistor. 
Thế base của transistor cho bởi công thức 
 VB = R1Vout / (R1+R2) 
Do đó thế ra bằng 
 Vout = (R1+R2)VB/R1 
Trên hình 11-4, thế cực base bằng 
 VB= VZ+VBE 
Vậy 
 Vout = (R1+R2) (VZ+VBE )/ R1 (11-6) 
Một cách để loại trừ ảnh hưởng của VBE vào thế ra thay transistor bằng OP 
AMP. Với OP AMP có hệ số khuyếch đại lớn, thế ra cho bởi 
 Vout = (R1+R2)VZ/ R1 (11-7) 
 BẢO VỆ NGẮN MẠCH 
 Ưu điểm của các mạch ổn áp mắc shunt là tự bảo vệ ngắn mạch. Khi 
ngắn mạch dòng qua RS là tối đa và bằng 
 Vin / RS 
 Hiệu suất của ổn áp 
 Hiệu suất 
 η= (Pout / Pin)x100% (11-8) 
Trang 168 
XI.3 CÁC ỔN ÁP MẮC NỐI TIẾP 
 Nhược điểm của ổn áp mắc shunt là hiệu suất thấp. Để nâng cao hiệu 
suất người ta dùng ổn áp nối tiếp hoặc ổn áp xung. Ổn áp xung cho hiệu suất 
cao từ 75% đến 95%. Nhưng ổn áp xung lại tạo ra nhiễu tần số cao RFI (radio 
frequency interference). Mặc khác ổn áp xung khá phức tạp. 
 Các ổn áp mắc nối tiếp là thích hợp cho các ứng dụng cần công suất bé 
hơn 10W vì thiết kế đơn giản, hiệu suất từ 50 đến 70%. Trong các ổn áp loại 
này transistor hoạt động trong miền tác động. 
 Ổn áp nối tiếp đơn giản nhất là mạch lặp lại zener như hình 11-5. 
Hình 11-5 
 Thế ra của mạch ổn áp bằng 
Vout = VZ + VBE (11-9) 
Nếu thế vào hoặc dòng tải thay đổi, thế zener và thế emitter base sẽ 
thay đổi chút ít. Trong ổn áp mắc nối tiếp dòng tải xấp xỉ dòng vào vì dòng 
qua Zener khá bé. Transistor trong mạch gọi là transistor thông dẫn vì dòng 
tải chảy qua nó. 
 Hiệu suất của mạch này lớn hơn mạch mắc shunt vì chúng ta đã thay 
điện trở bởi transistor. Dòng vào của ổn áp nối tiếp thay đổi theo dòng tải chứ 
không phải là hằng số như ổn áp mắc shunt. 
 ỔN ÁP HAI TRANSISTOR 
 Hình 11-6 cho thấy mạch ổn áp dùng 2 transistor. 
Trang 169 
Hình 11-6 
 Nếu thế ra tăng do thế vào tăng hoặc do dòng tải giảm thì thế phản hồi 
về Q1 tăng làm tăng dòng qua Q1 và vì vậy làm giảm thế base của Q2. Kết qủa 
là thế lối ra giảm. 
 Thế ra của mạch cho bởi 
 Vout = (R1+R2)(VZ+VBE)/ R1 (11-10) 
 Dòng qua transistor Q2 bằng 
 IC=IL+ I2 
 Trong đó I2 là dòng chảy qua cầu phân thế R1 và R2. 
 Thường I2 rất bé so với IL vì vậy IC=IL. 
 Công suất tiêu tán 
PD = (Vin – Vout)IL (11-12) 
 Hiệu suất 
η=(Vout / Vin )x100% (11-13) 
 ỔN ÁP CẢI TIẾN 
 Hình 11-7 cho thấy một ổn áp nối tiếp cải tiến nhờ sử dụng OP AMP. 
 Thế ra bằng 
Trang 170 
 Vout = (R1+R2)VZ/ R1 (11-14) 
Hình 11-7 
XI.4 CÁC IC ỔN ÁP TUYẾN TÍNH 
Có nhiều ổn áp tuyến tính được tích hợp trong IC. Tất cả chúng là ổn áp 
nối tiếp. Thông thường các IC này có 3 chân: Chân điện áp vào chưa ổn áp, 
chân điện áp ra đã ổn áp và chân GND. Các ổn áp 3 chân có vỏ bằng nhựa 
hoặc vỏ kim loại này ngày càng phổ biến vì rẻ tiền và dễ dùng. Các ổn áp IC 
3 chân này có thể cho điện áp ra dương hoặc âm cố định từ 5 đến 24V với 
dòng tải đến 1A. Một số ổn áp cho phép điều chỉnh điện áp lối ra từ 2 đến 
40V. 
 Đối với các IC ổn áp, nhà máy định nghĩa lại hệ số ổn định nguồn và tải 
như sau: 
 Độ ổn định nguồn = ∆Vout đối với toàn miền của dòng tải 
 Độ ổn định tải = ∆Vout đối với toàn miền của thế vào 
 Bảng 11-1 cho thấy một số các IC ổn áp điển hình và các thông số của 
chúng. 
 Lưu ý: thế drop out là thế sụt qua IC ổn áp bé nhất mà ổn áp còn hoạt 
động được. Nói cách khác thế vào tối thiểu của ổn áp IC phải bằng thế ra danh 
định cộng với thế drop out. Ví dụ với LM7805 thế vào tối thiểu là 8V. 
Trang 171 
Number Vout (V) Imax (A) Load Reg 
(mV) 
Line Reg Drop out 
(V) 
LM7805 5 1.5 10 3 2 
LM7806 6 1.5 12 5 2 
LM7808 8 1.5 12 6 2 
LM7812 12 1.5 12 4 2 
LM7815 15 1.5 12 4 2 
LM7818 18 1.5 12 15 2 
LM7811 11 1.5 12 18 2 
LM78L05 5 0.1 20 18 1.7 
LM78L12 12 0.1 30 30 1.7 
LM2931 3 to 11 0.1 14 4 0.3 
LM7905 -5 1.5 10 3 2 
LM7912 -12 1.5 12 4 2 
LM7915 -15 1.5 12 4 2 
LM317 1.2 to 37 1.5 0.3% 0.02%/V 2 
LM337 -1.2 to –37 1.5 0.3% 0.01%/V 2 
LM338 1.2 to 32 5 0.3% 0.02%/V 2.7 
XI.5 CÁC BỘ BIẾN ĐỔI DC - DC 
 Đôi khi chúng ta cần biến đổi một thế DC này thành một thế DC khác. 
Ví dụ biến đổi từ 5V thành 12V. Các bộ biến đổi DC-DC là rất hiệu quả vì 
chúng sử dụng transistor ở chế độ công tắc. Trong phần này chúng ta sẽ phân 
tích bộ biến đổi DC-DC không ổn áp. Phần sau sẽ phân tích bộ biến đổi DC-
DC ổn áp sử dụng sự biến điệu độ rộng xung hay còn gọi là ổn áp xung 
(Switching Regulators) 
 Một bộ biến đổi DC-DC căn bản (xem hình 11-8) gồm một bộ tạo xung 
vuông được nuôi bởi thế DC cần biến đổi. Sóng vuông này (có giá trị đỉnh 
đỉnh bằng giá trị của nguồn DC vào) kích thích cuộn sơ cấp biến áp. Tại thứ 
cấp của biến áp chúng ta cũng nhận được xung vuông nhưng có biên độ lớn 
hơn hoặc bé hơn sóng vuông điều khiển. Qua mạch nắn và lọc chúng ta nhận 
được thế DC cần thiết. 
Trang 172 
Hình 11-8 
 Tần số hoạt động của bộ biến đổi (sóng vuông) là khoảng 10 KHz đến 
100KHz. 
 Hình 11-9 là một mạch biến đổi DC-DC không ổn áp, sử dụng 
transistor. 
Hình 11-9 
Trang 173 
 Bộ tạo sóng vuông dùng OP AMP hoạt động tại tần số 20KHz. Q1 là 
mạch tách pha để tạo 2 tín hiệu ngược pha kích thích cặp transitor đẩy kéo Q2 
và Q3. 
 Bộ biến đổi DC-DC không ổn áp cần phải có thế lối vào ổn định (lối ra 
của ổn áp chẳng hạn) 
XI.6 NGUỒN ỔN ÁP XUNG 
Ổn áp xung thuộc loại biến đổi DC-DC nhưng sử dụng mạch ổn áp bên 
trong. Người ta thường dùng sự biến điệu độ rộng xung (Pulse Width 
Modulation PWM) để điều khiển thời gian on/off của transistor. Bằng cách 
thay đổi độ rộng của xung có thể ổn định điện áp lối ra khi dòng tải hoặc thế 
nguồn thay đổi. 
 Trong ổn áp nối tiếp, transistor thông dẫn luôn luôn dẫn do đó công suất 
tiêu tán lớn và hiệu suất thấp. Để giảm công suất tiêu tán và nâng cao hiệu 
suất, một xung vuông điều khiển transistor thông dẫn chuyển giữa 2 chế độ 
bão hoà hoặc ngưng dẫn. Khi transistor ngưng dẫn công suất tiêu tán bằng 0. 
Khi transistor bão hoà công suất tiêu tán rất thấp vì sụt thế qua transistor bão 
hoà rất bé. Do vậy ổn áp xung có thể đạt hiệu suất đến 95%. Vì hiệu suất cao 
và kích thước bé nên ổn áp xung dùng nhiều trong các thiết bị điện tử thế hệ 
mới. 
 Có nhiều cấu hình cho ổn áp xung tuỳ theo dãi công suất và yêu cầu về 
chất lượng. Hình 11-10 là một ổn áp xung thông thường. 
Hình 11-10 
Trang 174 
 Switch là transitor lưỡng cực hoặc FET công suất. Bộ biến điệu độ rộng 
xung là dao động sóng vuông có tần số cố định (từ 10 KHz đến 100KHz) 
nhưng độ xốp (tỷ số giữa thời gian xung ở mức cao và thời gian xung ở mức 
thấp) thay đổi được. Mạch so sánh dùng OP AMP. 
 Ban đầu khi power on, thế ra của mạch bằng 0. Khi đó thế phản hồi về 
lối vào – của OP AMP cũng bằng 0. Thế ra của OP AMP rất lớn làm cho độ 
xốp của xung là cực đại. Tại phần dương của xung điều khiển, SW đóng. Lúc 
này diode bị phân cực ngược và dòng vào chảy qua cuộn L. Dòng này tạo ra 
từ trường xung quanh cuộn L. Năng lượng từ trường cho bởi 
 W=0.5 LI2 
Dòng điện này nạp cho tụ C và chảy qua tải. Khi xung điều khiển có mức 
thấp, SW hở. Lúc này dòng qua cuộn giảm làm từ trường qua cuộn L cũng 
giảm làm xuất hiện thế tự cảm ngược chiều. Thế tự cảm này phân cực thuận 
diode và duy trì dòng qua cuộn như ban đầu. Dòng này chảy qua tải cũng với 
hướng như khi SW đóng. Nói cách khác khi SW hở cuộn cảm đóng vai trò như 
nguồn và tiếp tục cung cấp dòng qua tải cho đến khi cuộn trả hết năng lượng 
cho mạch hoặc khi SW đóng lại. Quá trình cứ thế tiếp tục và trên tải có dòng 
DC. 
 Giá trị trung bình của thế ra bằng 
 Vout = D Vin (11-15) 
Trong đó D là độ xốp của xung. Bằng cách kiểm soát D có thể làm cho Vout 
không thay đổi. 
 Vì OP AMP có hệ số khuyếch đại rất lớn và ngắn mạch ảo giữa 2 lối 
vào nên 
VFB= VREF 
 Do đó 
 Vout = (R1+R2)VREF/ R1 (11-16) 
 Các bộ nguồn ổn áp kiểu xung thế hệ mới sử dụng khuyếch đại đẩy kéo 
và biến áp xung cách ly giữa sơ cấp và thứ cấp của bộ nguồn. Trong trường 
hợp đó phải thực hiện nối quang học (dùng phototransitor) để phản hồi thế lối 
Trang 175 
ra về lối vào. Bộ nguồn của TV, máy tính, màn hình và máy in hiện nay đều là 
bộ ổn áp xung có công suất từ vài chục đến vài trăm W. Thế vào ac được nắn 
lọc trực tiếp để tạo ra nguồn dc chưa ổn áp. Nguồn dc chưa ổn áp này sau đó 
lại được biến đổi DC-DC kiểu xung nhằm tạo ra các điện thế thấp và ổn định 
cho các mạch điện tử. Tuỳ theo ứng dụng, các điện áp dc ở lối ra của các bộ 
nguồn kiểu xung có thể là 3.3V, 5V, 12V và một số các điện áp dc khác.