Linear Regulator là gì?

Bài 1 Linear Regulator là gì?

    Xin chào mọi người, tôi là G.Sơn đến từ Diazbr. Lần này, tôi muốn giải thích về một trong những họ IC cấp nguồn "Linear Regulator" (Bộ điều chỉnh điện áp loại tuyến tính), một con IC rất phổ biến thuộc họ này đó là IC LM7805. Ngoài ra, một họ khác rất thông dụng đối với kĩ sư điện tử đó là "Switching Regulator" (Bộ điều chỉnh điện áp loại chuyển mạch). Bộ điều chỉnh tuyến tính này cũng có "phương thức nối tiếp" chèn transistor có chức năng như một biến trở mắc nối tiếp giữa đầu vào (INPUT) + tải (LOAD) và "phương thức shunt" chèn transitor song song với tải. Tuy nhiên, vì phương pháp shunt có các tính chất hạn chế, tôi muốn chia sẻ với các bạn trong bài viết này thành 2 phần để giải thích các bộ điều chỉnh tuyến tính.

܏     Bộ điều chỉnh tuyến tính

 Bộ điều chỉnh đơn giản nhất được gọi là bộ điều chỉnh 3 đầu cuối bao gồm điện áp đầu vào, điện áp đầu ra và GND. Một điện áp ổn định và không đổi được tạo ở đầu ra, vậy làm như thế nào chúng ta có thể thực hiện được như vậy. Chúng ta cùng tìm hiểu xem các thành phần và hoạt động của nó như thế nào để tạo ra một điện áp không đổi. Hình dưới đây là một ví dụ rất đơn giản về bộ điều chỉnh tuyến tính:

Hình 1. Cấu hình bộ điều chỉnh tuyến tính đơn giản

Hình 1 cho thấy mạch điều khiển giám sát điện áp ở cực đầu ra (Vout) và điều chỉnh điện trở của biến trở để tạo điện áp đầu ra không đổi. Ví dụ, nếu điện áp đầu vào (Vin) không đổi, tỷ số giữa giá trị điện trở tải và giá trị của biến trở sẽ không thay đổi phải không nào? Vì điện ass đầu vào được chia cho biến trở và điện trở tải nên điện áp đầu ra Vout chỉ có thể tạo ra điện áp thấp hơn điện áp đầu vào. Dòng điện chảy qua điện trở tải chảy trưc tiếp vào biến trở, nơi điện cung cấp bởi đầu vào được tiêu thụ dưới dạng nhiệt năng. Sơ đồ hình 2 dưới đây sẽ cho bạn thấy mối quan hệ này.

Hình 2: Hoạt động của một bộ điều chỉnh tuyến tính

܏      Cấu tạo của một bộ điều chỉnh tuyến tính

    Vậy chúng ta cùng xem cấu tạo của một bộ điều chỉnh bên trong nó có gì? Cơ bản một bộ này sẽ gồm 4 yếu tố chính được cấu tạo nên (transistor điều khiển đầu ra, nguồn điện áp tiêu chuẩn, điện trở phản hồi và bộ khuếch đại thuật toán vi sai). Một bộ điều chỉnh tuyến tính cơ bản sẽ cấu tạo như hình 3.

Hình 3. Cấu tạo của một bộ điều chỉnh tuyến tính cơ bản

܏       Nguyên lý hoạt động

   Khi giá trị của điện trở tải đầu ra bị thay đổi, hoạt động của bộ điều chỉnh sẽ như sau: Nếu giá trị điện trở tải giảm xuống, dòng điện chạy qua tải tăng lên, điện áp Vout giảm xuống, đồng thời giá trị Vfb cũng giảm. So với điện áp Vref thì Vfb giảm xuống nên điện áp đầu ra khuếch đại vi sai giảm xuống, từ đó làm cho điện trở mở driver cũng trở nên giảm. Để phù hợp với sự gia tăng của dòng điện tải thì giá trị ON của driver cũng giảm xuống nên Vout cũng được phục hồi trở lại. Điện áp Vout trở về điện áp thiết kế thì điện áp Vfb sẽ giống với Vref. Tương tự đối với trường hợp còn lại khi giá trị điện trở tải tăng.

Tham khảo: https://club-z.zuken.co.jp/tech-column/20210929_tri_011.html