8.7.4. CÁC ÁP DỤNG CỦA DIODE ZENER
8.7.4.3. MẠCH GIỚI HẠN DÙNG DIODE ZENER – MẠCH XÉN
Diode zener có thể dùng trong các mạch xoay chiều để giới hạn điện áp tại các mức giời hạn cho trước. Chúng ta có ba phương pháp giới hạn áp dùng diode zener.
Trong hình H8.67, trình bày mạch giới hạn áp xoay chiều. Tương ứng bán kỳ dương của áp VIN diode zener giới hạn bán kỳ dương bằng với mức áp VZ của diode zener. Trong suốt bán kỳ âm, zener tác động như diode phân cựcv thuận và giới hạn mức áp âm trong phạm vi 0,7V.
Khi đấu đảo cực của zener, ta có mạch giới hạn áp theo hình H8.68, mạch giới hạn đỉnh áp xoay chiều trong bán kỳ âm theo tác động của zener và trong bán kỳ dương của áp VIN điện áp trên diode zener được giới hạn tạo mức + 0,7V.
Trường hợp thứ ba của mạch giới hạn điện áp dùng hai diode zener đấu nối tiếp ngược cực tính như trong hình H8.69. Tại bán kỳ dương, diode zener D1 tác động như diode thông thường ơ trạng thái phân cực thuận và diode zener D2 tác động như bộ giới hạn.
Khi áp ngõ vảo ở bán kỳ âm tác động của các diode ngược lại. Giả sư các diode zener D1 và D2 có củng mức áp VZ , các mức điện áp giới hạn có giá trị như trong hình vẽ.
THÍ DỤ 8.14:
Cho mạch giới hạn điện áp xoay chiều như trong hình H8.70 , xác định dạng áp trên ngõ ra.
GIẢI
Tương ứng với bán kỳ dương của áp xoay chiều trên ngõ vào VIN, diode zener phía trên phân cực thuận và diode zener bên dưới phân cực nghịch.
Điện áp trên ngõ ra xác định như sau:
VOUT 0,7 5,1 5,8 V
Tại bán kỳ âm diode phía trên tác động như bộ giới hạn và diode zener bên dưới phân cực thuận, ta có áp ngõ ra xác định theo quan hệ:
VOUT 0,7 3,3 4 V
Áp ngõ ra trình bày trong hình H8.71.
HÌNH H8.67
HÌNH H8.68
HÌNH H8.69
HÌNH H8.70
HÌNH H8.71
BÀI TẬP CHƯƠNG 8
BÀI TẬP 8.1
Cho mạch chỉnh lưu toàn kỳ với mạch lọc dùng tụ cung cấp điện áp DC 26 V cho tải điện trở 3,3 kΩ . Giả thiết diode là lý tưởng, xác định :
a./ Giá trị cực tiểu cho tụ lọc biết điện áp tức thời trên tải có giá trị nhấp nhô trong phạm vi 0,5 V.
Chọn giá trị điện dung gần dảy giá trị thực tế (10 ; 22 ; 33 ; 47 ; 100 ; 220 ; 330 ; 470 . . .) . Tính lại hệ số nhấp nhô với giá trị tụ lọc được chọn.
b./ Áp hiệu dụng cấp vào mạch chỉnh lưu
ĐÁP SỐ: a./ r = 0,01923 ; C = 45,49 àF chọn C = 47 àF r = 1,86 % b./ Vin = 18,97 19 V
BÀI TẬP 8.2
Cho mạch chỉnh lưu toàn kỳ không mạch lọc lắp ở thứ cấp biến áp cách ly, biết áp hiệu dụng ngõ vào biến áp là 110 V – 50Hz và áp ngõ ra của mạch chỉnh lưu có giá trị đỉnh là 15 V . Điện trở tải RL 700. Khi lắp thêm mạch lọc tụ điện áp DC trên ngõ ra là 14 V. Khi xem các diode chỉnh lưu lý tưởng, xác định hệ số nhấp nhô trên tải suy ra điện dung của tụ lọc.
ĐÁP SỐ: r = 4,12% ; C = 100 àF
BÀI TẬP 8.3
Thiết kế mạch chỉnh lưu toàn kỳ có mạch lọc dùng tụ, dùng biến áp cách ly thứ cấp có điểm giữa.
Áp hiệu dụng thứ cấp biến áp là 18 V – 0 – 18 V.
Điện trở tải RL 680. Biết rằng các diode chỉnh lưu lý tưởng, tần số nguồn điện cấp vào biến áp là 50 Hz và hệ số nhấp nhô trên tải không vượt quá 5%.
ĐÁP SỐ: C = 84,9 àF chọn C= 100 àF , r = 4,25% ; VDC = 23,7 V BÀI TẬP 8.4
Tìm hiểu và giải thích nguyên lý hoạt động của mạch chỉnh lưu trong hình H8.72. Khảo sát mạch theo các trường hợp :
a./ TH 1 : Không dùng các tụ lọc C.
b./ TH2 : Có dùng tụ lọc C.
BÀI TẬP 8.5
Vẽ dạng sóng của điện áp ra VOUT của các mạch (a) ; (b); (c) trong hình H8.73. Xét các trường hợp diode là lý tưởng và diode có dạng thực nghiệm.
RL
RL
C
C D1
D2
D3
D4
Vab 12 V
Vbc 12 V
HÌNH H8.72
HÌNH H8.73
Đại học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh – Khoa Điện Điện Tử – Phòng Thí Nghiệm Máy Điện và Thực Tập Điện- 2009
BÀI TẬP 8.6
Vẽ dạng sóng của điện áp ra VOUT trên điện trở tải RLcủa các mạch (a) ; (b); (c) trong hình H8.74. Xét các trường hợp diode là lý tưởng và diode có dạng thực nghiệm.
BÀI TẬP 8.7
Vẽ dạng sóng của điện áp ra VOUT của các mạch (a) ; (b) trong hình H8.75. Xét các trường hợp diode là lý tưởng và diode có dạng thực nghiệm.
BÀI TẬP 8.8
Vẽ dạng sóng của điện áp ra VOUT của các mạch (a) ; (b) ; (c) và (d) trong hình H8.76.
Xét các trường hợp diode là lý tưởng và diode có dạng thực nghiệm.
HÌNH H8.74
HÌNH H8.75
HÌNH H8.76
BÀI TẬP 8.9
Với đặc tuyến của diode zener lúc phân cực nghịch cho trong hình H8.77, xác định gần đúng dùng đồ thị giá trị của dòng điện cực tiểu IZK. Suy ra áp zener VZ tương ứng với dòng IZK.
BÀI TẬP 8.10
Khi dòng điện phân cực nghịch qua diode zener gia tăng từ 20 mA đến 30 mA, điện áp zener thay đổi từ 5,6 V đến 5,65V.
Xác định tổng trở nội của linh kiện.
BÀI TẬP 8.12
Cho diode zener có tổng trở nội bằng 15 Ω . Điện áp giữa hai đầu linh kiện là bao nhiêu tại dòng điện qua linh kiện là 50 mA , biết VZT 4,7 V tại IZT 25mA. BÀI TẬP 8.13
Cho diode zener có thông số như sau:VZ 6,8 V tại 25oC và
TC 0,04 % / Co ; tìm VZ tại 70oC.
BÀI TẬP 8.14
Cho mạch điều hòa điện áp trên tải dùng diode zener theo hình H8.78, biết VZ 5,1V tại
IZT 49mA; IZK 1mA; ZZ 7 và IZM 70mA. Xác định giá trị cực tiểu và cực đại của dóng qua tải.
Phân tích lại mạch điện hình H8.78 lúc không tải và áp VIN thay đổi trong phạm vi từ 6V đến 12 V.
HÌNH H8.77
HÌNH H8.78
Đại học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh – Khoa Điện Điện Tử – Phòng Thí Nghiệm Máy Điện và Thực Tập Điện- 2009
CHƯƠNG 09