Mạch ổn áp dùng điốt zener: Cách hoạt động và ứng dụng

Trong bài viết “Điốt Zener là gì? Cách sử dụng điốt Zener” đã giới thiệu về cấu tạo và nguyên tắc hoạt động của điốt Zener. Bài viết này sẽ trình bày một số ứng dụng thực tế của điốt Zener.

1. Mạch ổn áp bằng điốt Zener công suất nhỏ

Một ứng dụng phổ biến của điốt Zener là mạch ổn áp, giúp tạo ra một điện áp cố định từ nguồn điện xoay chiều. Trên sơ đồ mạch, nguồn 110V thông qua điện trở hạn dòng R1 và điốt Zener Dz 33V để tạo ra một điện áp cung cấp cho mạch.

Mạch này tạo ra một điện áp ổn định 33V. Khi thiết kế mạch ổn áp như vậy, ta cần tính toán giá trị của điện trở hạn dòng (R1) sao cho dòng điện ngược qua điốt Zener không vượt quá giới hạn (25mA). Dòng điện này chịu qua điốt Zener khi dòng qua điện trở R2 bằng 0.

Theo sơ đồ trên, dòng điện cực đại qua điốt Zener được tính bằng sự giảm áp trên điện trở R1 chia cho giá trị của R1. Gọi dòng điện này là I1, ta có:

I1 = (110 – 33) / 7500 = 77 / 7500 ≈ 10mA

Ưu điểm của mạch ổn áp này là sử dụng điốt Zener đơn giản, tuy nhiên, hạn chế của mạch này là chỉ cho phép dòng điện nhỏ (≤20mA).

Chú ý: Thông thường, dòng điện ngược qua điốt Zener nên được giữ ở mức ≤ 25mA hoặc thấp hơn nếu không điốt Zener có thể bị hỏng do quá nhiệt.

2. Mạch ổn áp bằng điốt Zener công suất lớn

Để có thể tạo ra một điện áp cố định nhưng cho phép dòng điện mạnh hơn, chúng ta có thể sử dụng mạch ổn áp bằng cách kết hợp với Transistor để tăng cường dòng điện, như sơ đồ dưới đây:

Ở mạch trên, điện áp trước Transistor Q1 có thể thay đổi và có gợn xoay chiều, nhưng điện áp sau Transistor Q1 không thay đổi và tương đối ổn định.

Nguyên lý hoạt động của mạch này là thông qua điện trở R1 và điốt Zener D1, ta tạo được một điện áp cố định tại chân B của Transistor Q1. Giả sử khi điện áp chân E của Transistor Q1 giảm, điện áp UBE tăng, dòng điện qua Transistor Q1 tăng, từ đó làm tăng điện áp chân E của Transistor. Các thay đổi ngược lại cũng tương tự.

Mạch ổn áp trên đơn giản và hiệu quả, thường được sử dụng trong sản xuất các loại IC họ 78, 79… để thay thế cho các mạch ổn áp truyền thống.

IC ổn áp họ 78

Với các ứng dụng trên, mạch ổn áp dùng điốt Zener đã chứng tỏ tính ổn định và hiệu quả trong việc duy trì điện áp cố định cho các thiết bị điện tử. Việc này đóng vai trò quan trọng trong nhiều ứng dụng, từ cung cấp nguồn cho các mạch điện tử nhỏ cho đến sử dụng trong các công nghệ sản xuất IC.

FEATURED TOPIC