NGUỒN TUYẾN TÍNH
Nguồn tuyến tính
Phần lớn các Thiết bị Điện tử đều hoạt động trực tiếp với dòng điện một chiều (DC) mà dòng
điện này được tạo ra theo cách truyền thống kể từ rất lâu khi Kỹ thuật Điện tử được ra đời đó
là sử dụng một nguồn Pin hoặc Ăc-qui và sau khi có Lưới điện Xoay chiều thì người ta thực
hiện chuyển đổi điện áp từ Lưới điện Xoay chiều thành điện áp mà các Mạch Điện tử có thể
hoạt động được.
Trên cơ sở đó, mạch biến đổi điện áp của Lưới điện Xoay chiều thành dòng điện một chiều
DC được thực hiện một cách đơn giản bởi một Biến áp T và một mạch chỉnh lưu (có thể bằng 1
diode hoặc 2 diode hoặc Cầu chỉnh lưu diode…) sau đó sẽ lọc bằng tụ điện C.
Sau khi được chỉnh lưu thì dòng xoay chiều hình sine sẽ bị biến thành các xung bán – sine
theo cùng một chiều không đổi nên sẽ tạo ra các gợn nguồn không ổn định có thể gây nhiễu loạn
cho các Mạch Khuyếch đại có độ nhạy cao.
Để đảm bảo khả năng lọc sạch gợn nguồn do các xung bán – sine gây ra, có thể sử dụng các
mạch lọc nguồn phối hợp bằng cuộn cảm L và tụ điện C… tuy nhiên vẫn có nhiều biện pháp khác
hiệu quả hơn để lọc gợn nguồn bằng cách sử dụng mạch lọc bằng Transitor như hình nói trên:
Nhờ có một mạch RC được tạo bởi R = 1k và tụ C = 1000µF ghép vào cực B của Transitor
nên điện áp được giữ ở chân B của Transitor rất sạch vì hằng số thời gian phóng nạp của dòng điện
do mạch RC nói trên tạo ra sẽ là τ ≈ RC lớn hơn rất nhiều lần so với độ dài của các gợn xung (ví
dụ, nếu chỉnh lưu một nửa chu kỳ thì độ dài các gợn xung được tạo ra bởi tần số 50 Hz tương
đương với khoảng 20mS. Nếu được chỉnh lưu cả hai nửa chu kỳ thì độ dài các gợn xung chỉ là
10mS) nên điện áp ở chân B của Transistor được giữ rất ổn định nhờ đó điện áp ra trên chân E của
Transistor cũng sẽ được giữ rất ổn định theo hệ thức dưới đây:
U
E
≈ U
B
– 0,7V đối với Transistor Silic
U
E
≈ U

B
– 0,3V đối với Transistor Germany
Trong đó, U
E
là điện áp ra trên tải được tạo ra bởi chân E của Transistor và U
B
là điện áp
được đặt tại chân B của Transistor do mạch RC tạo ra.
Theo trên, nếu Hệ số Khuyếch đại cường độ dòng điện (được gọi là β) càng lớn thì điện áp
ra sẽ càng ổn định. Đồng thời nếu β càng lớn (có thể tra bảng thông số của các Transistor để biết
được β của Transistor cần sử dụng là bao nhiêu) thì lại càng cho phép tăng giá trị của điện trở đầu
vào cho cực B của Transistor nên Hằng số thời gian τ được tạo bởi RC sẽ càng lớn và nếu RC càng
lớn bao nhiêu thì nguồn ra càng được lọc sạch bấy nhiêu.
Ưu điểm của mạch lọc sử dụng Transistor theo hình nói trên là tạo ra dòng điện sạch gợn
tuyệt đối không gây ra các sóng nhiễu điện – từ giống như các mạch lọc nguồn sử dụng LC.
 Mạch Nguồn Tuyến tính tự cân bằng
Mạch nguồn Tuyến tính đơn giản nhất được mô tả như hình trên đây cho thấy linh kiện chủ yếu
nhất của mạch nguồn này là một Transistor có khả năng cung cấp được một Cường độ dòng điện
khá lớn (ví dụ như 2N3055, 2SC2335…) với Hệ số Khuyếch đại β càng lớn càng tốt và một diode
Zener để ổn định điện áp cho cực B của Transistor. Theo đó, điện áp ra sẽ được xác định bởi các hệ
thức dưới đây:
U
E
≈ U
B
– 0,7V đối với Transistor Silic
U
E
≈ U
B

– 0,3V đối với Transistor Germany
Trong đó, U
E
là điện áp ra trên tải được tạo ra bởi chân E của Transistor và U
B
là điện áp được đặt
tại chân B của Transistor do diode Zener tạo ra (ví dụ, nếu diode Zener là loại 6V thì điện áp ra
trên tải sẽ được xác định trong khoảng 5,3 đến 5,7V tuỳ theo loại Transistor được sử dụng cho
mạch nguồn nói trên).
Vì Mạch nguồn trên đây hoạt động dựa theo nguyên tắc là nếu khi tải càng tiêu thụ cường độ dòng
điện càng lớn (tức là trở kháng của tải sẽ càng giảm) thì sụt áp lên tải sẽ bị giảm đi khiến cho chênh
lệch điện áp giữa chân E và chân B của Transistor càng tăng lên (vì B được giữ ổn định nhờ Zener
còn E bị giảm đi do tải bị sụt áp) nên theo nguyên lý làm việc của Transistor là chênh lệch điện áp
giữa B và E càng lớn thì Cường độ dòng điện qua tiếp giáp C – E càng lớn tức là Cường độ dòng
điện chạy qua tải càng tăng lên sẽ làm cho điện áp ra tăng lên.
Ngược lại, nếu điện áp ra trên tải tăng lên thì nó sẽ khiến cho hiệu điện thế giữa B và E của
Transistor giảm xuống theo nguyên lý là chênh lệch điện áp giữa B và E càng thấp thì Cường độ
dòng điện qua cực E và cực C của Transistor càng giảm nên điện áp ra trên tải sẽ giảm xuống sao
cho có thể cân bằng được với giá trị ban đầu đã được tạo ra.
Vì hoạt động theo nguyên lý vừa được giải thích trên nên mạch nguồn nói trên được gọi là Mạch
nguồn Tuyến tính tự cân bằng hay còn gọi là Mạch nguồn Thu động.
Chú ý: R
1
được xác định để cung cấp dòng điện cho cực B của Transistor thông qua dòng điện chạy
qua trên Zener phải được xác định sao cho dòng điện này không được phép vượt quá dòng điện tối
đa cho phép qua Zener.
Để xác định được dòng điện tối đa cho phép của Zener phải xác định thông qua bảng tra cứu Zener.
Tuy nhiên, có thể dễ dàng xác định được dòng điện này bằng cách ước đoán theo kinh nghiệm đối
với các loại Zener được bán phố biến trên Thị trường hiện nay chỉ có hai loại có Công suất chịu
đựng khác nhau gồm một loại Zener có vỏ bằng thuỷ tinh với kích thước nhỏ nhất (có đường kính

vào khoảng 1,5 ÷ 2mm) chỉ cho phép chịu được Công suất tối đa là 0,3W nhờ vậy có thể xác định
được Cường độ dòng điện chịu đựng tối đa của nó bằng hệ thức:
I
Max
= P
Zener
/U
Zener
tức là I
Max
= 0,3W/U
Zener
(U
Zener
là điện áp làm việc của Zener mà ta cần lựa chọn).
Trên cơ sở đó, loại Zener có Công suất chịu đựng lớn hơn mà hiện nay được bán trên Thị trường là
loại 1W cũng có vỏ bằng thuỷ tinh nhưng có kích thước lớn hơn (có đường kính vào khoảng 2,5 ÷
3mm)thì cũng có thể xác định được I
Max
của nó theo hệ thức là:
I
Max
= 1W/U
Zener
Trên cơ sở đã xác định được Cường độ I
Max
cho phép của Zener theo hệ thức nói trên, có thể xác
định R
1
để cường độ dòng điện qua Zener không thể vượt quá I

Max
theo hệ thức dưới đây:
I
R1
= (U
InMax
– U
Zener
)/R
1
≤ I
Max
Trong đó: U
InMax
là điện áp vào cực đại, U
Zener
là điện áp làm việc của Zener mà ta cần chọn: Cần
chọn điện áp của Zener sao cho điện áp U
Zener
≈ U
Out
+ 0,5V (U
Out
là điện áp cần cấp cho tải
 Nguyên lý Phản hồi NGUỒN TÍCH CỰC
Để đảm bảo độ chính xác cao hơn và không bị trôi điện áp nhiệt độ gây ra, người ta thường
dùng mạch nguồn tuyến tính kiểu phản hồi như dưới đây:
Mạch bên đây mô tả nguyên lý cơ bản của một Mạch Nguồn Tuyến tính có phản hồi điện áp ra trở
về để so sánh và sau đó điều chỉnh lại điện áp ra nên được gọi là Mạch nguồn Tuyến tính phản hồi,
mạch hoạt động theo nguyên lý đơn giản như sau:

Điện áp ra V
Out
trên tải R
L
sẽ được phân áp qua R
1
R
2
để đưa về so sánh tại Mạch Khuyếch đại Thuật
toán Error Amp sao cho nếu điện áp ra trên tải càng tăng lên thì điện áp ra của Mạch Khuyếch đại
Error Amp sẽ càng giảm khiến cho Transistor NPN ghép trực tiếp với Error Amp sẽ càng giảm
dòng điện qua nó vì thế kéo theo làm giảm Cường độ dòng điện qua Transistor PNP cung cấp dòng
cho cặp Darlington Q
1
vì thế dòng điện qua Q
1
cũng sẽ giảm theo khiến cho điện áp ra trên tải R
L
sẽ
giảm theo vì điện áp này là tích số của I
1
qua Q
1
với trở kháng của tảo R
L
.
Mạch bên đây còn được gọi là Mạch Nguồn Tích cực vì có Khuyếch đại Sai số Điện áp phản
hồi nhằm tạo độ chính xác cao hơn
 Nguồn tuyến tính tích hợp
Nguồn tuyến tính tích hợp

Ngày nay, người ta đã chế tạo ra những IC Nguồn tuyến tính tích hợp chuyên dụng rất đơn
giản mà sử dụng rất thuận tiện cũng như với độ chính xác - ổn định rất cao
• Họ IC Ổn áp 78xx
Họ IC Ổn áp 78xx là loại IC có 3 chân với chức năng của từng chân như sau:
Chân 1: Nguồn vào cung cấp cho IC;
Chân 2: Cực âm chung cho cả nguồn vào và ra;
Chân 3: Điện áp ra đã được ổn định cấp cho tải.
• Mạch nguồn đơn cực – dương
Mạch ổn định tích hợp đơn giản nhất là sử dụng một IC 7805 như hình bên đây: Nếu điện áp
vào lớn hơn 5V (và giả sử R
2
= 0) thì Điện áp ra luôn được giữ ở mức không đổi đúng bằng 5V.
Nếu cần có điện áp ra lớn hơn 5V thì có thể tạo mạch phân áp R
1
R
2
để có thể nâng điện áp
ra theo tỷ lệ dưới đây:
V
Out
= 5V.R
2
/R
1
Tức là nếu R
2
càng lớn hoặc R
1
càng nhỏ thì điện áp ra sẽ càng lớn. Tuy nhiên, nếu tỷ lệ
R

2
/R
1
càng lớn quá thì độ ổn định của điện áp ra sẽ càng kém.
Chú ý: Ưu điểm của loại Nguồn Tuyến tính là rất đơn giản về mặt cấu tạo và lắp ráp mạch
nhưng nhược điểm là nó phải gánh toàn bộ ‘điện áp dư’ sao cho thỏa mãn hệ thức dưới đây:
V
Out
= V
In
– V
S
Trong đó: V
s
được gọi là điện áp dư mà bộ nguồn tuyến tính phải gánh.
Vì thế, Nguồn Tuyến tính có hai nhược điểm lớn là vừa phải gánh toàn bộ điện áp dư của
Nguồn cung cấp V
In
tạo ra nên nếu điện áp dư càng lớn thì hiệu suất nguồn càng thấp và chính thế
nếu điện áp dư càng lớn thì Bộ nguồn Tuyến tính sẽ phải tỏa nhiệt càng nhiều tức là sẽ rất nóng và
dễ bị cháy hỏng nếu vượt quá nhiệt độ chịu đựng cho phép của các linh kiện.
• Mạch nguồn lưỡng cực âm – dương
Mạch nguồn dưới đây sử dụng một biến áp ra có 2 nửa cuộn thứ cấp được cuốn đối xứng để
tạo ra hai điện áp xung đối sao cho sau khi được chỉnh lưu sẽ tạo ra 2 nguồn âm và dương đối xứng
nhau là ± 24V. Sau đó, đường nguồn dương sẽ được ổn định bằng IC ổn áp 7815 để tạo ra + 15V và
đường nguồn âm sẽ được ổn áp bằng 7915 để tạo ra điện áp – 15V.
Bên cạnh đây là hình dạng bên ngoài và thứ tự cùng chắc năng của các chân IC Ổn áp thuộc họ
78xx (từ 7805 đến 7824…): Học 78xx về mặt lý thuyết có thể cho phép cung cấp được dòng tải tối
đa là 1,5A nhưng trên thực tế các loại 78xx được bán phổ biến trên Thị trường hiện nay chỉ cho
phép cịu tải tối đa 0,5A.

Điện áp vào tối đa cho phép không vượt quá 40V.
Trên thực tế, để đảm bảo được hiệu suất nguồn cao nhất, nên chọn điện áp tối đa không vượt
quá 2 lần giá trị điện áp ra. Ví dụ, điện áp ra cho tải yêu cầu là 5V thì điện áp vào được xác định
biến thiên trong khoảng 7V đến 10V là có thể đảm bảo khả năng ổn định tốt nhất và hiệu quả nguồn
cao nhất (trong trường hợp điện áp tải yêu càu là 24V thì điện áp vào tối đa không thể vượt quá
40V).
Dưới đây là hình dạng bên ngoài và thứ tự chân cùng chức năng các chan IC Ổn áp thuộc họ
IC Ổn áp 79xx (Ổn áp từ 5V đến 24) cho thấy chỉ khác nhau về thứ tự chân, các yêu cầu kỹ thuật
khác đều tương tự như đối với 78xx.
Như vậy, để tạo ra một Hệ thống nguồn 2 cực tính đối xứng thì chỉ cần lắp một cặp 78xx và
79xx có cùng điện áp ra như mạch trên đây là được.
 Nguồn Tích hợp LM317
IC Ổn áp LM 317 là loại IC có 3 chân cũng gần giống như họ Ổn áp 78xx hoặc 79xx. Tuy
nhiên, giữa chúng có nhiều đặc tính kỹ thuật khác nhau. Chức năng của các chân được mô tả
dưới đây:
• Họ IC Ổn áp LM317
Chân 1: Chân hồi tiếp để điều chỉnh điện áp ra;
Chân 2: Điện áp ra đã được giữ ổn định để cấp cho tải;
Chân 3: Điện áp vào cung cấp cho mạch hoạt động.

Như vậy, khác nhau cơ bản giữa 78xx với LM317 đó điện áp ra của 78xx được xác định theo một
điện áp chuẩn ứng với giá trị của 2 chữ số cuối xx được ghi ngay phía sau 2 chữ số đầu qui ước của
họ 78xx ví dụ như 7805 là Ổn áp 5 V hoặc 7812 là Ổn áp cho ra điện áp 12V thì LM317 được giữ
mức điện áp ra cố định thấp nhất là 1,5V.
Muốn tạo ra điện áp lớn hơn 1,5V thì cần phải lắp thêm mạch hồi tiếp để hiệu chỉnh như được mô
tả ở các ứng dụng dưới đây:
• Mạch nguồn có điện áp ra giữ cố định (mạch trên đây)
Mạch nguồn trên đây hoạt động theo nguyên lý đơn giản như sau: Nếu R
1
được giữ với giá

trị cố định là 100Ω và R
2
càng lớn thì điện áp phản hồi từ đường ra (cấp cho tải) thông qua mạch
phân áp được tạo bởi R
1
R
2
sẽ càng lớn tức là hiệu số điện áp so sánh được tạo bởi hệ thức dưới đây:
U
Error
= U
Out
– U
R1R2
Trong đó: U
Out
là điện áp ra trên tải và U
R1R2
là điện áp phản hồi được tạo ra trên R
2
so với
cực âm chung của nguồn cung cấp.
Nếu U
Error
được xác định theo hệ thức nói trên càng thấp thì điện áp ra U
Out
phải càng lớn để
tăng U
Error
đến mức giới hạn xác định thì lúc ấy điện áp ra mới được giữ ổn định.

Bảng tra các tham số được giới thiệu nói trên cho thấy rằng nếu giữ nguyên R
1
mà thay đổi R
2
thì
điện áp ra (Out) sẽ thay đổi theo một cách tương ứng.

• Mạch nguồn điều chỉnh được điện áp ra
Mạch dưới đây mô tả một cách đơn giản rằng thay vì thay đổi giá trị của R
2
, hoàn toàn có
thể giữ nguyên giá trị của R
1
nhưng R
2
có thể thay bằng một biến trở để có thể điều chỉnh được điện
áp ra trong khoảng từ 1,5V đến 22V (Điện áp vào tối đa là 24V xoay chiều được chỉnh lưu thành
dòng một chiều có thể biến thiên trong khoảng từ 24 đến 35VDC).
Chú ý: Như đã mô tả đối vơi Họ IC 78xx hoặc 79xx thì với một IC 78xx hoặc 79xx bất kỳ
nếu tạo ra một mạch phân áp R
1
R
2
để phản hồi điện áp ra về chân GND của IC Ổn áp thì cũng có
thể làm thay đổi được điện áp ra giống như đối với LM317 hoặc LM337.
Tuy nhiên vì Họ IC 78xx và 79xx đã được chế tạo thành các loại có giá trị điện áp ra định
mức theo những yêu cầu cụ thể là 5V, 9V, 12V, 18V và 24V rất thông dụng và phổ biến nên việc sử
dụng các IC 78xx hoặc 79xx cho các mạch ổn áp có thể thay đổi được điện áp ra là việc không cần
thiết và không hiệu quả.
§ Nguồn lưỡng cực âm – dương giữ ổn định

Để có thể tạo ra được một Bộ nguồn hai cực tính âm và dương hoàn toàn có thể thực hiện
được nhờ hai IC LM 317 và LM337 (LM337 và LM317 hoạt động đối nghịch nhau tương tự như
78xx và 79xx) như hình bên đây:
Trong đó, các biến trở VR
1
và VR
2
được sử dụng để điều chỉnh độc lập cho từng điện áp ra
sao cho có thể đạt được +5V ở đường nguồn ra dương và – 5V ở đường nguồn ra âm.
Mạch Nguồn Lưỡng cực điều chỉnh được điện áp ra
Hoàn toàn có thể tạo ra một mạch nguồn hai cực tính âm và dương có điện áp ra điều chỉnh
được bằng cách sử dụng Chiết áp kép VR
1A
và VR
1B
là loại Chiết áp đồng chỉnh có thể điều chỉnh
được đồng thời cả VR
1A
và VR
1B
khi vặn núm của chiết áp để có thể thay đổi đồng thời giá trị điện
áp phản hồi của cả 2 đường nguồn ra thì khi đó cả 2 đường nguồn ra sẽ cùng thay đổi giá trị điện áp
như yêu cầu.
Chú ý: cả hai loại IC LM337 và LM317 đều có 3 chân nhưng chỉ có chân phản hồi Adj là
cùng chung chân 1. Điện áp ra của LM337 là chân 3 (trong lúc đó điện áp ra của LM317 là chân 2
– theo sơ đồ trên cũng đã chỉ rõ thứ tự các chân của các IC tương ứng) và ngược lại điện áp vào
của LM337 là chân 2 (điện áp vào của LM317 là chân 3) giống nhau.
• Mạch nguồn Công suất lớn
Bởi vì LM317 và LM337 chỉ có thể cho phép tạo ra một Cường độ dòng điện cung cấp cho tải tối
đa là 1,5A nên để có thể tạo ra được một Cường độ dòng điện tải lớn thì cần phải phối hợp với

nhiều Transistor với chân ra của LM317. Hình trên đây cho thấy rằng cần phải có một biến áp tạo
một đường nguồn 10VDC để nuôi IC LM317 và một đường nguồn 12VAC đưwợc chỉnh lưu với
khả năng cung được một Cường độ dòng điện rất lớn để cấp cho tải thông qua các Transistor
2N3055 (hoặc 2SC2335 hoặc 2SC1061 tức là H1061…)được mắc song song với nhau để tăng
cường độ dòng tải.
Transitor 2N3904 được sử dụng để tạo ra cường độ dòng điện phản hồi đủ mức để cho IC
LM317 có thể so sánh được (có thể thay Transistor này bằng 2SC458 hoặc 2SC828 rất thông dụng
trên Thị trường).
Chân B của các Transistor Công suất 2N3055 sẽ được đấu chung với nhau và được đấu vào
chân cấp điện áp ra (Chân số 2) của LM317 để tạo ra điện áp ổn định cho tải thông qua chân E của
các Transistor cũng được nối chung với nhau… nhờ vậy có thể tạo ra Cường độ dòng điện cung cấp
cho tải lên tới 5A hoặc lớn hơn nếu lắp nhiều Transistor Công suất song song với nhau.
 Nguồn dòng ổn áp DC song song
Trong thực tế có rất nhiều nguyên nhân gây nên sự bất ổn định của điện áp cung cấp. Vì thế, để có
thể có được một hệ thống thiết bị bất kỳ hoạt động tốt, đáp ứng được mọi điều kiện làm việc thì
không chỉ cấu trúc thiết kế của thiết bị phải đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật mà nhất thiết cần phải
thiết kế được một khối cung cấp nguồn điện áp một cách cực kỳ ổn định. Với lý do đó, Giáo trình
Kỹ thuật Nguồn có nhiệm vụ phân tích kỹ cấu trúc hệ thống khối, nguyên lý hoạt động cũng như tất
cả các phương pháp tính toán và thiết kế cho các khối ổn áp nguồn cung cấp.
1. Nguồn dòng song song
1.1.a. Nguyên lý
Mạch ổn định điện áp theo nguyên lý nguồn dòng song song là một hệ thống cấu trúc hiệu chỉnh
hiệu điện thế (điện áp) và cường độ dòng điện (dòng) theo nguyên lý mạch hoạt động song song
với tải sử dụng.
Nguyên lý cơ bản của mạch nguồn này được mô tả đơn giản hoá bởi hình bên.

Giả sử rằng, R
2
là tải sử dụng với yêu cầu điện áp cung cấp cho phép là V
CC

Ouput (V
Out
) trong khi
điện áp cung cấp là V
CC
Input (V
In
) luôn có thể lớn hơn hoặc bằng điện áp yêu cầu của tải.
Để có thể làm ổn định điện áp cung cấp cho tải R
2
, ta cần thực hiện ổn định điện áp cho tải R
2
thông
qua một điện trở ghánh R
1
và một bộ điều chỉnh dòng điện rẽ nhánh R
3
và còn được gọi là phần tử
tác động hiệu chỉnh điện áp song song.
Ta thấy rằng, toàn bộ mạch điện trở thành một mạch phức hợp bao gồm R
23
được tạo bởi R
2
và
R
3
ghép song song nhau nên:
R
23
= R

2
.R
3
/(R
2
+ R
3
) (1)
Và sau đó, điện trở R
23
lại mắc nối tiếp với điện trở ghánh R
1
nên lúc bấy giờ tổng trở toàn mạch
được gọi là R
123
sẽ là:
R
123
= R
1
+ R
23
= R
1
+ R
2
.R
3
/(R
2

+ R
3
) (2)
Khi đó, điện áp ra sẽ bằng điện áp sụt trên R
23
và được xác định bởi:
V
Out
= V
In
.R
23
/R
123
(3)
Vì điện trở ghánh R
1
= const nên sự hiệu chỉnh điện áp ra hoàn toàn dựa trên căn bản sự của sự điều
chỉnh đối với điện trở R
3
sao cho nếu điện áp ra tăng lên thì R
3
phải giảm đi để hạn chế cường độ
dòng điện mạch rẽ qua tải R
2
. Điều đó có nghĩa là để điện áp ra V
Out
= const khi điện áp cung cấp
V
In

thay đổi hoặc do tải R
2
bị thay đổi thì R
3
phải thay đổi sao cho sụt áp trên điện trở ghánh R
1
là
V
S
cũng phải thay đổi theo và được xác định bởi:
V
S
= V
In
– V
Out
(4)
Nếu gọi I là cường độ dòng điện đi qua trong toàn mạch chính thì sụt áp trên điện trở ghánh R
1
được
xác định bởi:
V
S
= I.R
1
(5)
Ta thấy rằng, biểu thức này chứng minh cho điều đã lý luận nói trên là để có thể làm ổn định điện
áp ra do sự thay đổi của tải R
2
hoặc do sự thay đổi của nguồn cung cấp thì cần phải thay đổi giá trị

sụt áp trên ghánh R
1
sao cho hệ thức (4) luôn xác định được giá trị không đổi của điện áp ra V
Out
.
Tức là cần làm thay đổi giá trị của R
3
sao cho dòng điện qua mạch chính là I thay đổi theo để có thể
tạo ra sụt áp trên ghánh R
1
nhằm làm cho giá trị của V
Out
luôn không đổi.
Để làm được điều này thì ngoài việc làm thay đổi giá trị của điện trở hiệu chỉnh điện áp R
3
và thông
qua các hệ thức nói trên thì cần phải có các điều kiện dưới đây:
Điện áp cung cấp có thể biến thiên trong một khoảng cho phép sao cho giá trị tối thiểu của
V
In
không nhỏ hơn giá trị điện áp ra cần được cung cấp V
Out
.
Công suất làm việc cho phép của điện trở ghánh luôn phải lớn hơn công suất tổn thất tối đa của
nguồn cung cấp trên nó. Công suất tổn thất tối đa trên điện trở ghánh R
1
được xác định bởi:
P
S
= (I

Max
)
2
.R
1
(6)
Trong đó, I
Max
: Cường độ dòng điện qua toàn mạch cực đại (tức là qua R
1
).
Từ các hệ thức nói trên cho thấy rằng nếu sự thay đổi của điện áp cung cấp càng rộng hoặc
sự thay đổi của cường độ dòng điện của tải R
2
càng lớn thì tổn thất trên điện trở ghánh càng lớn.
· Cũng từ các hệ thức nói trên, ta dễ chứng minh được rằng để độ ổn định của điện áp ra càng cao
khi tải tiêu thụ có độ biến thiên lớn hoặc do dải điện áp cung cấp càng rộng thì biến đổi của điện trở
hiệu chỉnh R
3
cũng phải thay đổi được rất rộng.
· Vì các lý do nói trên nên hiệu suất của mạch hiệu chỉnh ổn định điện áp theo nguyên lý này
thường không cao hoặc là khoảng ổn định cho phép của điện áp ra theo sự tiêu thụ của tải hoặc do
sự biến thiên của điện áp cung cấp thường rất hẹp.
1.1.b. Mạch căn bản
Theo nguyên lý căn bản nói trên, mạch ổn định điện áp đơn giản nhất làm việc theo nguyên
lý nguồn dòng song song là một mạch bao gồm điện trở ghánh R
1
và một diode Zener như hình bên:
Theo hình bên, ta thấy rằng hai phần tử quan trọng nhất của mạch ổn định điện áp theo
nguyên lý nguồn dòng song song là R

1
và diode Zener D
1
. Trong đó, R
1
được gọi là điện trở ghánh
và Zener D
1
được gọi là phần tử tác động hiệu chỉnh điện áp song song đối với tải ở mạch ngoài (tại
lối ra của điện áp cung cấp V
Supply
).
Mạch này hoạt động chủ yếu dựa trên khả năng tự động thay đổi trở kháng nội tại của diode
Zener D
1
.
Diode Zener là một loại linh kiện bán dẫn có khả năng tự giảm nội kháng (do một hiện tượng
vật lý được gọi là hiệu ứng Zener) khi điện áp ngược đặt trên Anode và Cathode của diode Zener
vượt quá điện áp làm việc cho phép của nó gây nên hiện tượng đánh thủng tiếp giáp và làm cho
cường độ dòng điện qua nó càng lớn hơn sao cho nó có thể gây nên sự sụt áp trên điện trở ghánh
R
1
càng tăng lên để điện áp đặt trên diode Zener luôn được giữ bởi một giá trị không đổi.
Ta có thể tham khảo đáp tuyến điện áp trên diode Zener khi điện áp vào tăng lên theo hình
minh họa bên:
Giả sử, chúng ta có một nguồn điện một chiều có điện áp cung cấp biến thiên và tăng dần đều
và ta hãy xét cho hai trường hợp là trong mạch chỉ gồm các điện trở thuần túy (được gọi là thuần
trở) và trường hợp thứ hai là có sử dụng diode Zener theo mạch ở hình trên.
Trong trường hợp thứ nhất, đối với mạch điện chỉ các thuần trở thì ta dễ dàng có thể chứng
minh được rằng, điện áp trên bất kỳ một điện trở nào của mạch khi điện áp cung cấp của nguồn tăng

lên cũng sẽ tăng lên theo đúng cùng một tỷ lệ. Có nghĩa rằng đáp tuyến điện áp trên các điện trở
cũng như đối với chính bản thân nguồn cung cấp sẽ có cùng một độ dốc đặc tuyến như nhau.
Trong trường hợp thứ hai là trường hợp sử dụng diode Zener thì điện áp trên diode Zener ban
đầu cũng sẽ tăng lên gần như theo đúng cùng một tỷ lệ tăng của điện áp cung cấp của nguồn (đặc
tuyến điện áp có cùng độ dốc như độ dốc của nguồn cung cấp) nhưng khi bắt đầu đạt đến giới hạn
điện áp U
Z
(được gọi là điện áp làm việc danh định hay còn được gọi là điện áp ổn định của Zener
– mỗi một Zener tùy theo yêu cầu mà sẽ có một điện áp U
Z
khác nhau, ví dụ, Zener 6V sẽ có diện áp
U
z
= 6V và Zener 12V sẽ có U
z
= 12V ) thì độ dốc của đặc tuyến điện áp sẽ bắt đầu bị giảm xuống.
Và đặc biệt là khi vượt qua giá trị U
Z
thì độ dốc của đặc tuyến điện áp bị suy giảm tới mức tối thiểu
làm cho điện áp giáng trên diode Zener hầu như không tăng lên cho đến khi cường độ dòng điện
chạy qua Zener quá lớn (vì khi điện áp cung cấp càng lớn thì Zener sẽ càng giảm trở kháng làm cho
cường độ dòng điện qua nó tăng lên càng cao) mà sẽ kéo theo công suất gây ra trên Zener cũng
tăng lên tới mức có thể làm hỏng Zener được gọi là hiệu ứng đánh thủng thì khi nó khả năng hồi
phục của Zener sẽ không còn nữa (Zener sẽ bị hỏng nếu cường độ dòng điện qua nó vượt quá giá
trị cho phép).
Mạch theo nguyên lý nói trên được gọi là mạch ổn áp kiểu nguồn dòng song song vì lúc này
phần tử tác động hiệu chỉnh điện áp là diode Zener làm việc song song với tải.
Ưu điểm của mạch ổn định điện áp theo nguyên lý nguồn dòng song song như mô tả nói trên
là đơn giản, dễ thực hiện, hầu như không phải tính toán phức tạp nhưng một nhược điểm rất lớn là
hiệu suất cung cấp của nguồn không cao và công suất cung cấp của mạch không lớn.

Bởi vì vậy, hiện nay, trên thị trường cung cấp linh kiện cũng như các nhà sản xuất linh kiện không
bao giờ sản xuất ra các diode Zener có công suất lớn mà thông thường các diode Zener thường chỉ
có công suất rất nhỏ chỉ vào khoảng vài chục mW cho đến hơn một trăm mW.
 Xác định dòng Nguồn dòng song song
Các diode Zener thông dụng thường có vỏ bằng thuỷ tinh và có các kích thước linh kiện có đường
kính chỉ vào khoảng 1,2mm ¸ 1, 5mm và chiều dài của diode vào khoảng 8 ¸ 12mm chỉ cho phép
làm việc với công suất tối đa là 150mW. Và một loại có vỏ thuỷ tinh có cùng đường kính nhưng có
chiều dài ngắn hơn (chỉ vào khoảng 5 ¸ 7mm) thì chỉ cho phép làm việc với công suất tối đa là
80mW.
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 R
2
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 R
2
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 R
1
) sẽ là:
I
Max
= (V
In Max
– V
Reg
)/R
1
(9)
Trong đó, V
In Max
: Điện áp cung cấp cực đại, V
Reg
: Điện áp cần được ổn định cáp cho tải, R
1
:
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 D
1
, I
a
: Dòng mà tải có thể tiêu thụ.
Nếu đầu ra tải R
2
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 R
2
.
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
(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 R
1
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
V

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
V
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
V

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).
 Xác định điện áp cung cấp cực đại
Theo hệ thức (9) của 'Xác định dòng Nguồn dòng song song' , điện áp cung cấp cực đại của nguồn
được xác định nhờ sự biến đổi của hệ thức (9) nói trên thành hệ thức dưới đây:
V
In Max
= V
Reg

+ I
Max
.R
1
Trong đó, I
Max
là cường độ dòng điện cực đại cho phép có thể qua mạch (tức là dòng qua
R
1
) và được xác định bởi hệ thức (15):
I
Max
= I
Z Max
= 2I
R2 Max
Với I
Z Max
: Cường độ dòng điện qua diode Zener cực đại, I
R2 Max
: Cường độ dòng tải cực
đại (qua R
2
), còn được gọi là dòng I
a Max
. Và theo hệ thức (10) ta có thể suy diễn:
V
In Max
= V
Reg

+ I
Z Max
.R
1
= V
Reg
+ 2I
R2 Max
Với V
Reg
= U
Z
: Điện áp được giữ chuẩn của Zener.
 Xác định công suất tổn thất cực đại
Công suất tổn thất cực đại thực chất có hai thành phần gồm một phần tổn thất trên diode
Zener và một phần tổn thất trên điện trở ghánh R
1
.
Như vậy, công suất tổn thất cực đại trên diode Zener được xác định bởi:
P
Z Max
= V
Reg
.I
Z Max
Và công suất tổn thất cực đại trên điện trở ghánh R
1
được xác định bởi:
P
S Max

= U
S
.I
Max
Trong đó, U
S
: Sụt áp trên điện trở ghánh R
1
, I
Max
: Cường độ cực đại của dòng điện qua mạch
chính hay còn gọi là tổng cường độ dòng điện cung cấp của nguồn (được xác định trên R
1
).
Để có thể đạt được hiệu suất cao nhất cho mạch nguồn cung cấp, ta cần phải xác định trị số
của điện trở ghánh R
1
sao cho tổn thất cực đại trên R
1
đúng bằng tổn thất cực đại có thể đạt được
trên diode Zener.
Như vậy, ta sẽ xác định được giá trị cực đại của điện trở R
1
qua hệ thức:
P
S Max
= P
Z Max
 R
1

= P
Z Max
/(2I
a Max
)
2

= P
Z Max
/(I
Z Max
)
2
Do đó, công suất chịu đựng cho phép của điện trở R
1
cũng được xác định bởi công suất tổn
thất nói trên (thông thường cần phải chọn các điện trở đóng vai trò của điện trở ghánh R
1
có công
suất lớn hơn công suất tổn thất nói trên để đảm bảo tuổi thọ làm việc của nó trong mạch điện).
Xác định điện áp vào cực tiểu
Để điện áp cung cấp cho tải luôn được giữ ổn định thì ngoài việc xác định điện áp cung cấp
tối đa, cần phải xác định mức cung cấp cực tiểu có thể cho phép của điện áp nguồn.
Để có thể xác định được điều này, ta cần phải nắm bắt thêm một đặc tính vật lý của diode
Zener là khi điện áp trên tải (và cũng là điện áp đặt trên cathode của Zener hay nói đúng hơn là
hiệu điện thế trên Zener) có giá trị dưới ngưỡng làm việc U
Z
của Zener thì dòng qua Zener coi như
gần bằng 0 và có thể bỏ qua dòng này. Vì thế, cường độ dòng điện mạch chính qua toàn mạch lúc
này gần như đúng bằng dòng qua tải R

2
.
Để đảm bảo cho tải có thể làm việc bình thường thì cường độ dòng điện qua mạch phải đáp
ứng trong khoảng yêu cầu từ mức tối thiểu cho tới tối đa của tải.
Ta dễ chứng minh rằng, khi tải tiêu thụ tới mức tối thiểu thì điện áp trên tải sẽ tăng lên nên
Zener sẽ bị quá ngưỡng làm việc và ngay lập tức nó sẽ tự giảm kháng trở để cho dòng qua nó tăng
lên và nhờ đó sẽ làm cho điện áp trên tải được giữ ổn định. Trong trường hợp, tải tiêu thụ tối đa và
điện áp cực tiểu thì dòng qua Zener phải bị triệt tiêu để điện áp ra trên tải không bị suy giảm: Nên
khi đó, điện áp vào cực tiểu cho phép được xác định bởi hệ thức dưới đây:
V
In min
= V
Reg
+ I
R2 Max
.R
1
= V
Reg
+ I
Z Max
.R
1
Như vậy, theo các hệ thức nói trên, cần phải xác định khoảng làm việc cho phép của điện áp
vào và khả năng (công suất) chịu đựng cho phép của các linh kiện trong mạch sao cho đảm bảo các
chế độ làm việc ổn định cũng như tuổi thọ cao.
Trên đây là những công thức được rút ra trên cả phương diện thực nghiệm cũng như có thể
được chứng minh cả trên phương diện lý thuyết, đó là những công thức cơ bản và quan trọng nhất
mà những phần sau đều phải kế thừa.
 Mạch ổn định điện áp bù dòng song song

Mạch ổn định điện áp với nguyên lý và cấu trúc như hình nói trên chỉ cho phép đáp ứng được
một công suất cực nhỏ chỉ từ vài chục đến vài trăm mW cho các tải nhỏ do công suất làm việc
cho phép của diode Zener bị hạn chế cũng như hiệu suất nguồn rất thấp.
Vì vậy, mạch ổn định điện áp theo nguyên lý nguồn dòng song song chỉ được sử dụng để tạo
điện áp chuẩn hoặc để kích thích cho các mạch ổn áp theo nguyên lý khác làm việc
Một trong những ứng ứng của nguồn dòng song song là tạo ra mạch ổn áp theo nguyên
lý bù dòng song song để có thể làm ổn định được điện áp cung cấp cho các tải có công suất tiêu thụ
có thể lên tới vài Watt:
Theo hình dưới đây, ta thấy rằng mạch ổn định điện áp được bổ sung bởi một transistor
Q
1
để có nhiệm vụ tạo nên một dòng bù lớn hơn so với dòng rẽ cho phép của diode Zener D
1
.
Thật vậy, khi điện áp cung cấp cho tải R là V
Supply
lớn hơn điện áp V
Z
của diode Zener thì một dòng
rẽ sẽ chạy qua Zener và gây sụt áp trên R
2
để tạo nên một điện áp phân cực cho transistor Q
1
làm
việc.
Trong mạch này, transistor Q1 và diode Zener hợp thành một bộ khuyếch đại cho dòng điện
của Zener nên mạch này cũng chỉ có vai trò và nguyên lý hoạt động tương tự như nguồn dòng song
song(chỉ khác là cho phép làm việc được với công suất lớn hơn vì nó cho cho phép dòng qua Q1
lớn hơn so với dòng qua Zener rất nhiều lần).
Trên cơ sở đó, mọi tính toán cho mạch đều tương tự như đã áp dụng cho mạch ổn áp kiểu

nguồn dòng song song nói trên, chỉ cần bổ sung thêm phần tính toán và lý giải nguyên tắc hoạt động
của transistor Q1:
Nếu điện áp ra càng lớn thì sụt áp trên R
2
cũng sẽ càng lớn và làm cho transistor Q
1
sẽ càng
tạo nên một cường độ dòng điện chạy qua các tiếp giáp C – E của nó càng lớn và được gọi là I
Q1
.
Nhờ có dòng điện này mà điện áp ra sẽ được giữ ổn dịnh với công suất cung cấp khá lớn vì
cường độ dòng điện I
Q1
thông thường sẽ lớn hơn cường độ làm việc tối đa của Zener rất nhiều (nếu
chọn transistor có công suất làm việc càng lớn).
Thực chất, I
Q1
có 2 thành phần bởi vì nó được tạo bởi cường độ dòng điện I
C
và dòng điện
I
E
và được xác định bởi các hệ thức sau đây:
I
B
= V
R2
/r
e
Trong đó, r

e
: Trở kháng vào của transistor tạo bởi cặp tiếp giáp B – E; V
R2
: Điện áp sụt trên
R
2
do dòng qua Zener D
1
gây ra:
V
R2
= V
Supply
– V
Z
Với V
Z
: Điện áp làm việc của Zener hay còn còn gọi là giá trị điện áp được giữ ổn định của
Zener.
Khi đó, cường độ dòng điện I
C
được xác định bởi:
I
C
= b.I
B
Trong đó, b: Hệ số khuyếch đại cường độ dòng điện của transistor (được xác định bằng
cách tra bảng thông số khuyếch đại của transistor).
I
E

= I
B
+ I
C
= (b + 1).I
B
Đối với các mạch nguồn theo nguyên lý này, các công thức tính toán cần thiết cho việc thiết
kế nguồn được trình bày theo dưới đây:
Dễ thấy rằng, cường độ dòng điện qua Zener D
1
là I
Z
đúng bằng tổng cường độ dòng điện
qua R
2
và qua Base của Q
1
nên:
I
Z
= I
R2
+ I
E
Kế thừa nguyên lý nguồn dòng song song cho phần hiệu quả và hiệu suất ổn định cực
đại (theo hệ thức 15), ta có thể xác định được cường độ dòng điện mà mạch bù dòng song song
được tạo bởi Q
1
, Zener D
1

và R
2
là I
a Max
có thể được xác định bởi:
I
a Max
= (I
Z Max
+ I
C Max
)/2
Với I
Z Max
được xác định bởi:
I
Z Max
= I
B Max
+ I
R2 Max
Mà
I
B Max
= V
R2
/r
e
= (V
Supply

– V
Z
)/r
e

Và
I
R2 Max
= V
R2
/R
2
= (V
Supply
– V
Z
)/R
2
Nên
I
Z Max
= I
B Max
+ I
R2 Max
= (V
Supply
– V
Z
).(1/r

e
+ 1/R
2
)
Ta lại có
I
C Max
= b.I
B Max
= b.(V
Supply
– V
Z
)/r
e
Vậy nên
I
a Max
= (I
Z Max
+ I
C Max
) = (V
Supply
– V
Z.
).[(1/r
e
+ b) +1/R
2

]/2
Trên thực tế, cường độ dòng điện qua điện trở R
2
là I
R2
có thể được bỏ qua và ta có thể rút
gọn các hệ thức nói trên dưới dạng sau đây:
I
Z Max
» I
B Max
Þ I
C Max
» b.I
Z Max
Þ I
a Max
» (I
Z Max
+ I
C
Max)/2 » (b + 1).I
Z Max
/2
Như vậy, đối với mạch ổn áp theo nguyên lý bù dòng song song, cường độ dòng rẽ giúp cho
tải ổn định điện áp lớn hơn rất nhiều so với khả năng làm việc của Zener. Tóm lại, ta cần phải chốt
lại những thông số cơ bản của mạch ổn áp bù dòng song song dưới đây.
Xác định giá trị điện áp cần cung cấp
Điện áp cung cấp cho tải cần được ổn định là V
Supply

:
V
Supply
 V
Z
+ V
BE
(10)
Trong đó, V
Z
: Điện áp ổn định của Zener được xác định bởi bảng tra linh kiện đối với Zener
(ví dụ Zener 12V thì điện áp ổn định của nó là 12V). V
BE
: Điện áp phân cực cho tiếp giáp B – E của
transistor Q
1
, thông thường được tính xấp xỉ là 0,6 ¸ 0, 7V đối với các transistor được chế tạo bằng
Sillicone và 0,2 ¸ 0, 3V đối với các transistor Germanie.
Đối với cường độ dòng điện cực đại rẽ qua transistor cũng được tính hoàn toàn tương tự như
đối với Zener thông qua hệ thức (9) tuy nhiên chỉ khác là cường độ dòng điện rẽ cực đại mà
transistor thường có thể cho phép lớn hơn rất nhiều lần so với của Zener (có thể lên tới vài ampe).
 Xác định công suất làm việc của transistor
Công suất làm việc tối đa mà transistor phải ghánh khi đạt tới cường độ dòng điện rẽ cực đại
được xác định bởi:
P
Max Q1
= I
C Max
.V
Supply

(11)
Trong dó, I
C Max
: Là cường độ dòng rẽ cực đại qua transistor Q
1
. V
Supply
: Điện áp ổn định của
mạch điện cần cấp cho tải.
Cường độ dòng điện cực đại qua transistor Q1 là I
C Max
chính là dòng qua cực collector của
nó là I
C
và dòng này được xác định bởi trạng thái không tải của đầu ra:
I
C Max
= I
E Max
– I
B Max
(11b)
Mà ta biết rằng (theo phần trên đã lý luận):
I
a Max
= (I
C Max
+ I
Z Max
)/2

Với I
a Max
là dòng tải cực đại có thể đạt được, và ta hoàn toàn có thể chứng minh được rằng:
I
Z Max
 I
C Max
/ (11.c)
Trong đó, b: Hệ số khuyếch đại cường độ dòng điện của transistor Q1.
Vì hệ số b cực lớn (vào khoảng vài chục đến vài trăm lần) nên có thể bỏ qua giá trị I
Z Max
, hệ
thức (11) có thể được viết dưới dạng gần đúng như sau:
P
Max Q1
= I
C Max
.V
Supply
 2I
a Max
.V
Supply
(11d)
Khi đó, cần phải chọn transitor có công suất cho phép làm việc tối đa lớn hơn so với công
suất P
Max Q1
nói trên (đối với các linh kiện bán dẫn nếu không được làm nguội tốt, không có các cánh
tản nhiệt thì công suất làm việc cực đại không được vượt quá 1/10 công suất cho phép tối đa được
xác định bởi bảng tra cứu linh kiện. Nếu được làm nguội tốt thì cũng không được vượt quá 1/3 công

suất tối đa cho phép của linh kiện) và cường độ dòng điện tối đa cho phép của transistor phải tối
thiểu lớn gấp 3 lần so với cường độ dòng rẽ cực đại qua nó và với cường độ dòng điện làm việc cho
phép tối thiểu phải lớn gấp 3 lần so với giá trị cường độ dòng điện được xác định bởi hệ thức (11.d)
nói trên.
Xác định các thông số làm việc của điện trở ghánh R
1
Các giá trị và các thông số kỹ thuật liên quan điện trở R
1
hoàn toàn được xác định tương tự như
trong trường hợp nguồn dòng song song. Tuy nhiên, vì trường hợp này cho phép dòng tải lớn hơn
nhiều lần (lớn hơn b lần, lớn hơn hệ số khuyếch đại cường độ dòng điện của transistor) nên công
suất của R
1
cũng sẽ phải lớn hơn đúng bấy nhiêu lần.
Cũng như, để vừa đáp ứng hiệu quả ổn định cao và hiệu suất nguồn lớn thì công suất tổn thất
cực đại trên R
1
như đã được trình bày trong nguyên lý nguồn dòng song song là đúng bằng công
suất tổn thất cực đại trên transistor Q1.
Xác định các thông số của diode Zener
Theo hệ thức T (10), điện áp ra V
Supply
phụ thuộc vào giá trị V
Reg
của diode Zener và điện áp
V
BE
của transistor Q1 nên khi điện áp cung cấp cho tải đã được xác định với một giá trị V
Supply
thì

cần chọn diode Zener có diện áp làm việc là:
V
Z
= V
Supply
– V
BE
(14)
Trong đó, V
Z
: Điện áp làm việc ổn dịnh của diode Zener, V
Supply
: Giá trị điện áp mà tải cần
được giữ ổn định, V
BE
: Điện áp điều khiển cực Base của transistor Q1 có giá trị vào khoảng 0,6 ¸ 0,
7 V đối với transistor Sillicon và khoảng 0,3 ¸ 0, 4 V đối với các transistor Germany.
Công suất làm việc của diode Zener được xác định bởi:
P
Z
= V
Z
.I
Z
(15)
Trong đó, I
Z
là cường độ dòng điện đi qua diode Zener và ta cần phải xác định cường độ
dòng điện này sao cho không vượt quá công suất làm việc cho phép của Zener (các Zener thông
dụng trên thị trường hiện nay chỉ có công suất làm việc cho phép vào khoảng 50mW ¸ 80mW đối

với các Zener có vỏ bằng thuỷ với đường kính khoảng 1,5 ¸ 2mm và chiều dài 4 ¸ 6mm, và có công
suất chừng 100 ¸ 150mW đối với các Zener có chiều dài chừng 8 ¸ 12mm).
Từ đó có thể xác định được cường độ tối đa cho phép đi qua diode Zener I
Z
và cường độ
dòng điện này sẽ được xác định bởi hai dòng điện bao gồm một dòng đi qua điện trở phân áp cho
cực Base của transistor Q1 và một dòng đi vào cực Base của Q1 là I
BE
:
I
Z
= I
R2
+ I
BE
(16)
Trong đó: Cường độ dòng điện qua điện trở R
2
là I
R2
được xác định bởi công thức gần đúng
là:
I
R2
= V
BE
/R
2
(17)
 (0,6 ¸ 0,7)V/R

1
đối với các transistor sillicon
 (0,3 ¸ 0,4)V/R
1
đối với các transistor Germany
Do đó, cường độ dòng điện qua R
2
là rất bé (chỉ được xác định vào khoảng vài mA). Giá trị
của điện trở R
2
được xác định vào khoảng 1 ¸ 4,7kW sao cho khi dòng rò của diode Zener đi qua nó
thì nó sẽ gây một điện áp rất nhỏ không đủ để kích mở transistor (dưới điện áp làm việc U
BE
của các
transistor).
Cường độ dòng điện qua cực Base của Q1 được xác định bởi:
I
BE
 I
C Max
/ (18)
Trong đó, I
C Max
là cường độ dòng điện cực đại mà transitor Q1 phải rẽ mạch giúp cho tải ổn
định điện áp và cường độ dòng điện này chính là dòng điện qua cực collector của Q1 là I
C
vì vậy
cường độ dòng điện qua Base của Q1 được xác định bởi cường độ I
C
.

Chú ý: Ta cần phải xác định hệ số khuyếch đại phải lớn để I
BE
chỉ đòi hỏi với một cường độ
rất nhỏ sao cho không vượt quá cường độ làm việc cho phép của diode Zener
Ta thấy rằng, mạch nguồn song song có ít nhất 3 phần tử chính trong mạch bao gồm tải R là một
phần tử quan trọng nhất vì nó yêu cầu mạch nguồn phải đáp ứng các điều kiện cung cấp nguồn điện
cho nó.
Phần tử thứ hai là phần tử tác động hiệu chỉnh gồm D
1
, R
2
và Q1 (được gọi là Variable
Resistor – và được gọi tắt là VR) có nhiệm vụ tạo dòng mạch rẽ để thay đổi điện áp mạch ngoài
cung cấp cho tải khi điện áp vào bị thay đổi hoặc do chính tải thay đổi mức tiêu thụ.
Phần tử thứ ba là điện trở ghánh R
1
có vai trò hỗ trợ với phần tử tác động hiệu chỉnh VR để
tạo sụt áp nhằm làm ổn định điện áp ra cho tải.
Trên cơ sở đó, ta có thể xác định hiệu suất làm việc cho từng phần tử hoặc cho toàn mạch
nguồn. Ta cần xác định các phần mạch làm việc trong toàn mạch bao gồm:

* Mạch song song
Mạch song song là mạch được tạo bởi tải R và phần tử tác động hiệu chỉnh điện áp VR. Để
mạch này đáp ứng được hiệu suất cao nhất cũng như có thể đảm bảo được độ ổn định cao nhất đối
với điện áp ra thì phần tử tác động hiệu chỉnh điện áp VR phải đảm bảo sự tác động sao cho khi tải
tiêu thụ cực đại thì nó (dòng qua VR) phải giảm xuống mức cực tiểu sao cho điện áp ra luôn được
giữ không đổi. Ngược lại, khi tải tiêu thụ cực tiểu (không tải) thì VR phải tiêu thụ với cường độ cực
đại sao cho điện áp ra cũng không đổi.
Nghĩa là tác động của tải và VR hoàn toàn đối nghịch nhau nếu tải R tăng thì VR phải giảm
và ngược lại sao nếu điện áp vào V

CC
không đổi thì tổng cường độ dòng điện mạch chính cũng là
một hằng số.
Vì vậy nếu khi tải tiêu thụ với cường độ dòng điện đạt giá trị trung bình thì phần tử tác động
hiệu chỉnh cũng sẽ tiêu thụ với một cường độ trung bình tương đương với tải.
Ta dễ dàng xác định được hiệu suất nguồn trong trường hợp tải trung bình là 50% đối với
công suất cung cấp cho mạch ngoài của tải được xác định bởi điện áp V
Supply
– Vì điện áp mạch
ngoài là V
CC
chỉ bằng hiệu giữa điện áp cung cấp của toàn mạch là V
CC
và sụt áp trên điện trở ghánh
R1 (vì lúc này công suất mà tải tiêu thụ đúng bằng công suất tiêu thụ của phần tử tác động hiệu
chỉnh).
Khi tải tiêu thụ cực đại thì phần tử tác động hiệu chỉnh sẽ tiêu thụ cực tiểu (xem như bằng
0) nên hiệu suất đạt 100%.
Trường hợp không tải thì hiệu suất nguồn chỉ đạt 0%.

* Mạch nối tiếp
Ta thấy rằng, tải và phần tử tác động hiệu chỉnh điện áp là một mạch song song nhưng cả hai phần
tử này lại mắc nối tiếp với điện trở ghánh R1 nên hiệu suất lại được xác định bởi hai trường hợp
gồm khi điện áp vào V
CC
đạt giá trị cực tiểu và khi đạt cực đại.
Trong trường hợp này vì điện trở ghánh mắc nối tiếp với tải và phần tử tác động hiệu chỉnh
điện áp nên hiệu suất nguồn được xác định bởi:
1 = (V
CC

– V
Supply
).100%/V
CC
(19)
Như vậy, theo hệ thức này ta thấy rằng nếu chọn khoảng điện áp vào thay đổi càng rộng thì
hiệu suất của mạch nguồn sẽ càng thấp. Trong đó, h
1
chỉ là hiệu suất của mạch chính còn đối với
hiệu suất tải thực sự còn nhỏ hơn như vậy rất nhiều và theo như phân tích ở phần trên thì hiệu suất
tải h
2
sẽ nhỏ hơn hiệu suất nói trên (trung bình là 50%h
1
) cho nên hiệu suất tải tính trung bình chỉ
đạt tới 25% hiệu suất nguồn cung cấp nếu chọn h
1
= 50%.
Trên thực tế, hiệu suất trung bình của các mạch nguồn dòng nối tiếp trong chế độ động (vì
trong quá trình tải hoạt động thì cường độ tiêu thụ tức thời liên tục thay đổi tuỳ theo từng thời điểm
khác nhau nên ta chỉ có thể xác định được cường độ trung bình nên ta gọi chế độ hoạt động với
cường độ dòng điện tức thời luôn thay đổi là chế độ động) đạt được trong khoảng 35 ¸ 45%.
Nguồn dòng ổn áp nối tiếp
Vì mạch ổn định điện áp theo nguyên lý nguồn dòng song song thường chỉ có thể đáp ứng được với
công suất làm việc rất nhỏ nên không thể đáp ứng được các yêu cầu cung cấp với công suất lớn
2.1.a Nguyên lý
Để có thể ổn định điện áp đối với các nguồn cung cấp công suất lớn thì cần phải áp dụng
một nguyên lý khác đó là phương pháp nguồn dòng nối tiếp. Nguyên lý này được minh hoạ sơ đẳng
theo hình dưới đây:
Theo hình bên, R được gọi là tải của nguồn cung cấp và điện áp trên tải được gọi là V

Supply
,
điện áp cung cấp tại nguồn là V
CC
.
Khi đó, ta thấy rằng điện trở hiệu chỉnh điện áp cho tải chính là R
1
và toàn mạch điện sẽ trở
thành một mạch nối tiếp bao gồm R và R
1
. Điện trở hiệu chỉnh R
1
lúc này vừa có vai trò hiệu chỉnh
điện áp cho tải và vừa giữ vai trò là ghánh của mạch nguồn.
Vì thế, khả năng hiệu chỉnh điện áp của mạch nguồn nối tiếp là linh hoạt và có thể đáp ứng
với công suất lớn hơn so với nguyên lý nói trên. Theo hình minh hoạ nói trên, căn bản của mạch ổn
định điện áp được xác định bởi các hệ thức dưới đây:

Điện áp ra V
Supply
trên tải:
V
supply
= V
CC
– V
S
(20)
Trong đó, V
S

được xác định bởi:
V
S
= I.R
1
(21)
Với I là cường độ dòng điện qua toàn mạch điện và được xác định bởi:
I = V
CC
/(R
1
+ R) (22)
Lúc này ta thấy rằng, cường độ dòng điện mạch chính cũng chính là cường độ dòng điện
cung cấp cho tải, trong lúc đối với mạch theo nguyên lý nguồn dòng song song thì dòng điện cung
cấp cho tải cũng chỉ là một trong hai dòng điện mạch rẽ nên hiệu suất cung cấp và ổn định theo
nguyên lý nguồn dòng song song sẽ thấp hơn so với nguyên lý nguồn dòng nối tiếp.
Vì thế, sự hiệu chỉnh điện áp của mạch được xác định bởi:
V
Supply
= V
CC
– V
S
= V
CC
[1 – R
1
/(R
1
+ R)] (23)

Hay nói cách khác là để hiệu chỉnh điện áp cung cấp cho tải thì vai trò của R
1
cần phải được
thể hiện một cách linh hoạt bằng cách luôn thay đổi giá trị theo các biến đổi của tải sử dụng cũng
như của nguồn cung cấp
2.1.b. Hiệu suất
Điều quan trọng nhất của mạch nguồn chính là khả năng ổn định điện áp cũng như hiệu suất cung
cấp điện cho tải và được xác định bởi:
 = (V
CC
– V
Supply
).100%/V
CC
(24)
Theo mạch nguyên lý nói trên ta thấy rằng mạch nguồn dòng nối tiếp chỉ có hai phần tử nối tiếp
gồm tải và phần tử tác động hiệu chỉnh điện áp (phần tử này vừa đảm nhiệm vai trò của gánh) nên
không có hiệu suất mạch rẽ như đối với nguồn dòng song song. Vì thế, hiệu suất của nó sẽ cao hơn
so với hiệu suất của mạch nguồn dòng song song.
Tuy nhiên, hiệu suất của các mạch nguồn dòng song song trên thực tế trong chế độ động cũng
không bao giờ vượt quá 60% (nếu muốn hiệu suất nguồn càng cao thì cần phải hy sinh độ ổn định
tức là chỉ cho phép khoảng thay đổi của điện áp vào hẹp – tức là độ biến của điện áp vào nhỏ).
Mạch ổn áp thụ động nối tiếp cơ bản
Mạch ổn áp thụ động nối tiếp cơ bản
Kiểu nguồn được đưa vào sử dụng lâu đời nhất và thông dụng nhất là kiểu nguồn ổn áp thụ động.
Ta sẽ hiểu khái niệm thụ động của mạch nguồn theo hình minh hoạ dưới đây:
Mạch ổn định điện áp theo nguyên lý nguồn dòng nối tiếp thụ động có hai bộ phận chính gồm bộ
tạo điện áp chuẩn V
REF
và một bộ khuyếch đại cường độ dòng điện (theo sự mô tả ở hình trên).

Vì bộ tạo điện áp chuẩn(thường được tạo bởi một nguồn dòng song song) chỉ có thể tạo ra một điện
áp ổn định nhưng chỉ có khả năng ổn định với một độ biến thiên cường độ rất nhỏ nên để có thể tạo
được khoảng biến đổi rộng của cường độ dòng điện thì cần phải có bộ khuyếch đại cường độ dòng
điện như minh họa trên.
Mạch nguồn thụ động hoạt động dựa vào một nguyên tắc cơ bản của transistor đó là khi hiệu điện
thế trên tiếp giáp B – E tăng lên thì cường độ dòng điện của tiếp giáp C – E sẽ tăng lên sao cho nó
có thể làm giảm được hiệu điện thế trên tiếp giáp B – E.