Mạch ổn áp là gì? Nguyên lý hoạt động của mạch ổn áp trên thực tế

Trong các mạch điện phức tạp, đòi hỏi điện áp phải rất ổn định (Đặc biệt là những mạch nguồn cấp cho vi xử lý), người ta phải sử dụng đến mạch ổn áp để tạo ra một điện áp ổn định cho mạch. Vậy mạch ổn áp là gì? Nguyên lý hoạt động của mạch ổn áp trên thực tế ra sao? Hãy cùng Học viện iT tìm hiểu ngay qua bài viết dưới đây nhé.

Mạch ổn áp là gì?

Mạch ổn áp là mạch có chức năng tạo ra hay duy trì một điện áp ổn định dù cho đầu vào thay đổi ở một khoảng dài rộng nào đó. Ta có thể hiểu đơn giản mạch ổn áp luôn luôn có điện áp đầu ra ổn định dù cho điện áp đầu vào có thay đổi như thế nào.

Ví dụ như điện áp đầu vào thay đổi từ vài Vôn cho đến vài chục Vôn thì điện áp đầu ra luôn luôn cố định giả sử là 5V, 3,3V, 12V…

Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của mạch ổn áp

1. Mạch ổn áp cơ bản

Một linh kiện đóng vai trò vô cùng quan trọng trong mạch ổn áp là diode ổn áp (Diode Zener). Mạch ổn áp cơ bản nhất bao gồm một điện trở và một diode ổn áp: Khi cho dòng điện ngược cực qua nó, nó sẽ luôn ghim ở mức điện áp cố định.

Thành phần: Bao gồm diode ổn áp (diode zener) và điện trở.

Nguyên lý hoạt động như sau:

• Diode zener có đặc tính ghim điện áp ở mức cố định (Vout) khi dòng điện đi qua ngược chiều.
• Điện trở (R) giới hạn dòng điện (I) cho diode zener, đảm bảo nó hoạt động trong phạm vi an toàn.
• Khi điện áp đầu vào (Vin) thay đổi, diode zener sẽ tự điều chỉnh điện trở của nó để duy trì Vout ổn định.

Xem thêm: Tìm hiểu mạch ổn áp dùng diode zener

2. Mạch ổn áp sử dụng transistor

Trong thực tế, do điện trở R có hạn dòng khá cao, không phù hợp với những mạch điện tiêu thụ dòng điện lớn. Do đó, người ta mắc thêm transistor cho mạch ổn áp.

Thành phần: Bao gồm transistor, diode zener, điện trở.

Nguyên lý hoạt động như sau:

• Diode zener và điện trở đảm bảo điện áp tại chân B của transistor luôn ổn định ở mức Vref.
• transistor có điện áp tại chân B luôn cao hơn điện áp chân E khoảng 0.6V. Khi điện áp đầu vào Vin thay đổi, transistor sẽ tự động điều chỉnh dòng điện Ic qua nó để duy trì điện áp Vout (điện áp tại chân E) luôn ổn định ở mức Vref – 0.6V.

Để hiểu rõ hơn về mạch ổn áp trên thực tế, chúng ta sẽ cùng xem thí nghiệm sau:

Mắc điện trở với cực Catot của diode zener sau đó cấp dương nguồn vào điện trở. Sử dụng đồng hồ đo để đo điện trở trên diode zener và cấp mát vào Anot. Kết quả, điện áp cấp vào 20V, điện áp đầu ra gần 15V.

Tăng điện áp đầu vào 25V thì điện áp vẫn ổn định và không chênh lệch nhiều.

Trên thực tế vì điện trở R có hạn dòng khá cao nên với những mạch điện tiêu thụ dòng điện lớn ta cần sử dụng thêm một transistor. Đây là mạch điện được sử dụng cực kỳ nhiều trên thực tế. Hoạt động của mạch điện như sau:

Điện áp tại chân B của transistor sẽ được ghim áp bằng mạch ổn áp vừa kể trên. Đặc biệt, transistor có một đặc tính dẫn rất hay đó là nó có điện áp thế tại chân B luôn cao hơn điện thế chân E khoảng 0.6V – Chính là điện áp rơi trên diode BE trong mô hình diode tương đương của transistor. Như thế nếu chúng ta cho điện áp đầu vào có dạng xV6 thì chúng ta sẽ có điện áp đầu ra VB rất là tròn.

Ví dụ ta cho điện áp của diode zener là 5V6 thì điện áp ở chân E này sẽ bị nhỏ hơn với chân B là 0,6V và cỡ khoảng 5V. Lúc ấy chúng ta sẽ được ghim áp là 5V6. Tuy nhiên khi mắc thêm transistor thì chúng ta sẽ thấy là transistor dẫn từ C sang E nên dòng mạnh hơn rất nhiều so với khi ta lấy một điện áp trực tiếp tại đây vì R hạn dòng rất lớn.  

Ngoài ra, một mạch điện nữa cực kỳ phổ biến đó là người ta sẽ tích hợp tất cả các khối thành một IC ổn áp (IC ổn áp phổ biến nhất là 78XX). Mạch IC ổn áp rất đơn giản bao gồm một điện áp đầu vào cấp thẳng với IC ổn áp, một chân IC nối với GND và một chân đầu ra. Thông thường, điện áp đầu vào sẽ được lắp với một tụ hóa lọc đầu vào và đầu ra có một tụ hóa lọc đầu ra.

Ứng dụng của mạch ổn áp trong laptop

Mạch ổn áp là một linh kiện không thể thiếu trong bất kỳ thiết bị điện tử nào, đặc biệt là laptop. Nó có nhiệm vụ bảo vệ các linh kiện bên trong, đảm bảo chúng luôn hoạt động ổn định và hiệu quả.

• Cung cấp nguồn điện ổn định: Mạch ổn áp có nhiệm vụ biến đổi nguồn điện không ổn định từ ổ cắm thành nguồn điện một chiều ổn định, cung cấp cho các linh kiện bên trong laptop hoạt động đúng chức năng.
• Bảo vệ các linh kiện: Khi điện áp nguồn thay đổi đột ngột, mạch ổn áp sẽ giúp duy trì điện áp đầu ra ở mức ổn định, ngăn chặn các linh kiện bị hỏng hóc do sốc điện.
• Tăng tuổi thọ của máy: Nhờ việc cung cấp nguồn điện ổn định, mạch ổn áp giúp các linh kiện hoạt động bền bỉ hơn, kéo dài tuổi thọ của máy.
• Cải thiện hiệu suất: Một nguồn điện ổn định giúp các linh kiện hoạt động tối ưu, làm tăng tốc độ xử lý và giảm thiểu tình trạng treo máy, đơ máy.

Trên đây là chia sẻ của Học viện iT về mạch ổn áp. Hy vọng những kiến thức này có thể giúp ích cho bạn trong quá trình học tập và làm việc. Nếu có bất cứ thắc mắc nào thì hãy để lại bình luận ngay dưới bài viết này hoặc inbox trực tiếp cho Học viện iT để được giải đáp tốt nhất. Chúc bạn thành công!

Mọi chi tiết xin vui lòng liên hệ:
CÔNG TY CỔ PHẦN HỌC VIỆN IT
MST: 0108733789
Hotline: 0981 223 001
Facebook: www.fb.com/hocvienit
Đăng ký kênh Youtube để theo dõi các bài học của Huấn luyện viên tốt nhất: http://bit.ly/Youtube_HOCVIENiT
Hệ thống cơ sở đào tạo: https://hocvienit.vn/lien-he/
Học viện IT.vn – Truyền nghề thực tế cùng bạn đến thành công!