TRANSISTOR DRIVER DAN REGULATOR

Transkripsi

1 Elektronika Dasar Pertemuan ke-14 TRANSISTOR DRIVER DAN REGULATOR 1 ALFITH, S.Pd,M.Pd

2 ARUS KOLEKTOR vs VBE 0.76 Tegangan Basis Emitor VBE (Volt) BD Arus KOLEKTOR IC (mili Amper)

3 ARUS KOLEKTOR vs BETA BETA BD Arus KOLEKTOR IC (mili Amper)

4 ARUS KOLEKTOR vs BETA 300 BC BETA BC 109 Arus KOLEKTOR IC (mili Amper) 4

5 ARUS KOLEKTOR vs BETA BETA N Arus KOLEKTOR IC (mili Amper)

6 ARUS KOLEKTOR vs VBE 0.8 Tegangan Basis Emiter VBE (Volt) Arus KOLEKTOR IC (mili Amper)

7 RANGKAIAN R1 RC C2 C1 IC R2 RE 7

8 RANGKAIAN R2 min (R2 << R1) Transistor OFF IB =0 IC = 0 VCE = VCC RC R1 R2 max (mis : R2 = R1) Transistor JENUH IB =besar IC IB R2 VCE = 0,2 atau 0,3 Volt IB IC C2 VCE 8

9 TRANSISTOR JENUH VCE = 0,2 0,3 Volt Penyebabnya : Arus basis IB yang terlalu besar atau RC yang terlalu besar 9

10 DRIVER LED VCC R LED Deretan pulsa VCC VLED VCE R I DIODA Deretan pulsa membuat transistor On dan OFF 10

11 DRIVER RELAY RELAY VCC VBE RB 2 I B JENUH DIODA freewheel VCC IB-JENUH = arus basis yang membuat transistor dalam kondisi jenuh. RB Relay membutuhkan arus sekitar 50 sampai 100 mili Amper 11

12 RELAY 12

13 TRANSISTOR DARLINGTON UNTUK DRIVER RELAY DAN LED 13

14 PENGGERAK MOTOR DC DRIVER MOTOR VCC Dioda freewheel Motor DC Deretan pulsa Deretan pulsa membuat transistor On dan OFF 14

15 CHOPPER Pengubah DC ke DC dengan menggunakan chopper. ON A Tegangan DC OFF B CHOPPER Keluaran Chopper Dengan mengubah duty cycle maka 15 besar tegangan keluaran dapat diubah.

16 CATU DAYA DC 1. Hampir semua peralatan elektronis membutuhkan sumber DC yang stabil. Baterei yang biasa digunakan untuk keperluan ini terbatas daya yang disimpannya. 2. Contoh : Baterei alkalin 9 V akan habis dalam satu hari pada arus 100 ma. Aki mobil akan habis dalam 2 jam pada 1 A. 3. Salah satu catu daya yang sederhana adalah terbuat dari dioda penyearah, trafo, dan filter serta untai regulator. 16

17 BAHASAN UTAMA Catu Daya Analog Review penyearahan dan filtering Review dioda zener sebagai regulator tegangan Regulator tegangan dengan Transistor seri Regulator arus transistor IC regulator tegangan (mis. 78/79XX, LM317) 17

18 DIAGRAM KOTAK CATU DAYA 18

19 CATU DAYA TAK TEREGULASI I Ada dua persamaan : V0 ( DC) V peak 2Vdiode T 1 2 2f V 2,4V0 Ripple V 4 3 fc CRL I Lihat buku : Boylestad, hal. 894 V0 19 Pilihan kapasitor tergantung pada ripel yang diijinkan dan arus yang mengalir

20 PENYEARAH JEMBATAN VP 2 Vs 1,4 0,00417 Vdc VP 1 R C L F V 0,0024VP Vr RL C F 20 t

21 PENYEARAH SEPAROH GELOMBANG VP 2 VS 0,7 0,00833 Vdc VP 1 R C L F V 0,0048VP Vr RL C F t 21

22 PENYEARAH GELOMBANG PENUH VP 0,707Vs 0,7 0,00417 Vdc VP 1 R C L F V t 0,0024VP Vr RL C F 22

23 RUMUS LAINNYA.. Mengatur pers. sebelumnya: VP = Vdc + 1,736 Vr Tegangan ripel dalam prosen: Vr % ripple x100 Vdc Dioda harus mampu menahan arus surja: I surge VP RW RW adalah hambatan belitan trafo : VNL VFL RW I FL 23

24 PERBANDINGAN BEBERAPA JENIS PENYEARAH 1. Penyearah separoh gelombang hanya membutuhkan satu dioda tetapi ripelnya dua kali lipat terhadap jenis lain. 2. Penyearah gelombang penuh membutuhkan trafo dengan tap ditengah. 3. Penyearah jembatan merupakan yang terbaik, walaupun membutuhkan 4 buah dioda. 24

25 MENGAPA REGULATOR DIPERLUKAN? 1.Karena ada variasi tegangan masukan (dari sumber AC) yang tak terduga. 2.Ada pembebanan yang bervariasi terhadap waktu. 25

26 REGULASI TEGANGAN Merupakan ukuran efektifitas suatu regulator tegangan untuk mempertahankan tegangan keluaran terhadap perubajhan tegangan sumber. Vo Regulasi tegangan (mv / V ) Vi Vo 100 % regulasi x Vi Vo 26

27 REGULASI BEBAN Merupakan kemampuan regulator untuk mempertahankan tegangan keluaran walaupun ada perubahan arus beban Regulation beban (mv / A) Vo I L Vo 100 % regulasi beban x I L Vo 27

28 SPESIFIKASI LAIN Definisi regulasi tegangan : V VFL regulasi tegangan (%) NL x100 VFL Kemampuan mengurangi ripel tegangan keluaran : penolakan ripel (db) 20 log Hambatan regulator : Rs Vr (out ) Vr (in) Vo I L 28

29 REGULATOR TEGANGAN YANG MENGGUNAKAN DIODA ZENER Karakteristik I-V Rangkaian IZM 29

30 REGULATOR DIODA ZENER VZ tergantung pada arus I dan suhu. Dioda Zener dengan tegangan rated < 6 V mempunyai koefisien suhu negatif; untuk yang > 6 V mempunyai koefisien positip. Agar Vo tetap, IZT bervariasi dalam menanggapi perubahan IL atau Vi. Misal, bila RL membesar, IL menurun, maka IZT harus membesar untuk mempertahankan arus yang lewat Rs tetap. 30 Karena tegangan pada Rs tetap, maka Vo tetap.

31 RUMUS DALAM UNTAI REGULATOR Rs menentukan arus bias zener, IZT: Vi VZ Vi VZ Rs I Rs I ZT I L Untuk nilai Vi yang tetap, tetapi RL bervariasi : RsVZ VZ min. RL I Rs Vi VZ max. RL VZ I L (min) VZ I Rs I ZM 31

32 RUMUS (LANJUTAN) Untuk Rl yang tetap, tetapi Vi bervariasi : RL Rs min.vi VZ RL max.vi I R (max) Rs VZ where I R (max) I ZM I L Tegangan riak output pada regulator dengan zener : Vr ( out ) RL // RZ Vr (in ) RL // RZ Rs RZ = hambatan ac dioda zener 32

33 REGULATOR TEGANGAN DENGAN TRANSISTOR SERI Regulator sederhana dapat diperbaiki dengan penambahan transistor VBE = VZ - VL, maka setiap pengurangan/ penambahan VL akan di imbangi dengan penambahan atau pengurangan IE. Arus DC dalam rangkaian sbb : Vi VZ VL VZ VBE IL ; IR RL RL R IL = hfeib; IZT = IR - IB 33

34 REGULATOR TEGANGAN DENGAN DIODA ZENER Unregulated Vin Tegangan keluaran : Vout = VZ - VBE VZ 0,7. R RC VZ tergantung pada arus yang mengalir lewat dioda. Tetapi arus basis ini lebih kecil dibanding arus dioda Zener. Pemilihan hambatan R tergantung pada arus yang diinginkan lewat dioda dan arus bebabn. Bila catu daya harus mengeluarkan arus 1 A maka Regulated arus basis 10 ma, (bila =100). Arus dioda zener harus lebih besar lagi, sehingga Vout perubahannya tak berpengaruh pada tegangan referensi Untuk zener 1 W, arus normalnya ~20-50 ma (untuk 0,5 W, normalnya sekitar puluhan µas) 34

35 REGULATOR TEGANGAN DENGAN DIODA ZENER Unregulated Vin Hambatan RC digunakan untuk membatasi arus saat keluaran terhubung singkat. R RC Kalau hal itu terjadi maka tak ada regulasi dan tegangan Vin muncul antara RC dan R, karena emiter dan basis ter-grounded. Agar aman maka saat arus maksimum dibuat tegangan drop pada RC dibuat lebih kecil dibanding tegangan drop pada R. Regulated Contoh : Bila maksimum arus = 1 A dan Vout tegangan taktergulasi 5 V lebih besar dibanding keluaran maka RC ~ 4.3 V/1 A = 4Ω. Ini akan membuat BJT berada jauh dari kondisi jenuh karena arus output kurang dari Vin/RC. 35

36 REGULATOR TEGANGAN DGN TRANSISTOR SHUNT VBE = VL - VZ, Penurunan VL Atau penambahan Akan menambah IRs Atau menurunkan IRs. VL = Vi - IRsRs. VL VZ VBE Vi (VZ VBE ) IL ; I Rs RL RL RS IE = IRs - IL = hfeizt 36

37 REGULATOR TEGANGAN DGN OP-AMP Series Shunt R2 Vo 1 VZ R3 37

38 CATATAN PADA REGULATOR TEGANGAN DENGAN OPAMP Lebih fleksibel dalam perancangan dibanding regulator dengan IC. Elemen yang utama : zener, seri atau shunt transistor, untai perasa, dan penguat kesalahan. Vo tergantung R2, R3, dan VZ. Konfigurasi shunt kurang efisien karena R2 bisa menyebabkan ada pembatasan arus short-circuit. 38

39 PEMBATAS ARUS Cara ini dapat digunakan untuk mengatasi arus hubung singkat atau arus lebih pada regulator seri Arus output dibatasi : I L(max) 0,7 R4 39

40 PEMBATAS ARUS TERLIPAT BALIK Cara lebih baik dalam melindungi regulator terhadap arus hubung singkat VBE 2 R6 VB 2 Vo (Vo I L R4 ) Vo R5 R6 40

41 RUMUS PERANCANGAN PEMBATAS ARUS TERLIPAT BALIK Maksimum arus beban tanpa pembatas arus : R V 0,7( R5 R6 ) I L(max) 5 o R4 R6 Tegangan keluaran pada kondisi pembatasan arus : Vo ' 0,7( R5 R6 ) RL R 4 R6 R5 RL Arus hubung singkat ( bila Vo = 0) : 0,7( R5 R6 ) I short R4 R6 41

42 KARAKTERISTIK PEMBATAS TERLIPAT BALIK Vo IL Ishort < IL(max) dan Vo konstan setelah RL > nilai kritis. Untuk perancangan, R5 + R6 = 1 kω Dan bila Ishort dan L(max) ditentukan, maka R4 0,7Vo I short (Vo 0,7) 0,7 I L (max) 42

43 REGULATOR ARUS TRANSISTOR Dirancang untuk menjaga arus konstan pada beban untuk variasi Vi atu RL. Untuk BJT, VEB = VZ - VRE. Setiap perubahan IL akan diimbang perubahan yang berlawanan dari VEB, 43

44 IC VOLTAGE REGULATORS There are basically two kinds of IC voltage regulators: Multipin type, e.g. LM723C 3-pin type, e.g. 78/79XX Multipin regulators are less popular but they provide the greatest flexibility and produce the highest quality voltage regulation. 3-pin types make regulator circuit design simple. 44

45 MULTIPIN IC VOLTAGE REGULATOR The LM723 has an equivalent circuit that contains most of the parts of the op-amp voltage regulator. It has an internal voltage reference, error amplifier, pass transistor, and current limiter all in one IC package. LM 723C Schematic 45

46 CATATAN LM pin DIP atau 10-pin, TO-100 Dapat + atau -, variable or fixed regulated voltage output Max. output current with heat sink is 150 ma Drop voltage is 3 V (i.e. VCC > Vo(max) + 3) 46

47 LM723 KONFIGURASI TEGANGAN TINGGI Persamaan : Vo Vref ( R1 R2 ) R2 R1 R2 0.7 R3 Rsens R1 R2 I max Pilih R1 + R2 = 10 kω, dan Cc = 100 pf. Perlu tambahan transistor luar detektor arus. Ganti R1 dengan potensio agar Vo variable, 47

48 LM723 KONFIGURASI TEGANGAN RENDAH I L (max) R 4 Vo 0.7(R 4 R 5 ) R 5 R sens I short R sens 0.7(R 4 R 5 ) R 5 R sens 0.7 Vo I short (Vo 0.7) 0.7 I L (max) Dalam kondisi terlipat : R 2 Vref Vo R1 R R L ( R 4 R 5 ) Vo ' R 5 R sens R 4 R L 48

49 REGULATOR 3 TERMINAL TEGANGAN KONSTAN Sederhana, Standard kemasan transistor TO-3 (20 W) or TO-220 Seri 78/79XX untuk 5, 6, 8, 12, 15, 18, or 24 V output Max. arus 1 A (dengan pendingin) Ada proteksi termal. Drop tegangan 3-V, max. input : 37 V 49

50 REGULATORS 78/79XX Regulator 78XX / 79XX bisa untuk teg pos/neg C1 untuk menghilangkan efek induktansi C2 memperbaiki transient response. Biasanya 1 µf tantalum atau 0.1 µf mica 50

51 DUAL-POLARITY OUTPUT WITH 78/79XX REGULATORS 51

52 REGULATOR 78XX DENGAN PASS TRANSISTOR 0.7 R1 I max 0.7 R2 I R2 Q1 mulai ON saat VR2 = 0.7 V. R2 pilih max shg IR2 : 0.1 A. Disipasi daya Q1 P = (Vi - Vo)IL. Q2 untuk proteksi pembatas arus. ON saat VR1 = 0.7 V. Q2 harus mampu mengalirkan arus sampai 1 A; max. VCE2 hanya 1.4 V. 52

53 78XX FLOATING REGULATOR Untuk output > the Vreg sampai 37 V. R1 dipilih shg R1 = 0.1 Vreg/IQ, IQ adalah arus kerja regulator. Vo Vreg Vreg I Q R2 R1 atau R2 R1 (Vo Vreg ) Vreg I Q R1 53

54 3-TERMINAL VARIABLE REGULATOR The floating regulator could be made into a variable regulator by replacing R2 with a pot. However, there are several disadvantages: Minimum output voltage is Vreg instead of 0 V. IQ is relatively large and varies from chip to chip. Power dissipation in R2 can in some cases be quite large resulting in bulky and expensive equipment. A variety of 3-terminal variable regulators are available, e.g. LM317 (for +ve output) or LM 337 (for -ve output). 54

55 LM317 UNTUK VARIABLE REGULATOR (a) Circuit with capacitors to improve performance (b) Circuit with protective 55 diodes

56 LM317 CIRCUITS C3 untuk mengurangi riak tegangan. Dioda proteksi diperlukan saat pengguanaan untuk arus/tegangan tinggi. Vo Vref R2 Vref I adj R2 R1 Bila Vref = 1.25 V, arus Iadj biasanya 50 µa). R1 (Vo Vref ) Vref I adj R1 R1 = Vref /IL(min), IL(min) :10 ma. 56

57 OTHER LM317 REGULATOR CIRCUITS Circuit with pass transistor and current limiting Circuit to give 0V min. 57 output voltage