Catu Daya 5 volt 5 A dengan pass transistor Pada satu tulisan di

Catu Daya 5 volt 5 A dengan pass transistor
Pada satu tulisan di website ini, ada artikel yang membahas tentang desain catu daya
teregulasi (regulated power supply) dengan menggunakan komponen regulator tegangan
positif seri 78XX. Misalnya adalah regulator tengangan positif 5 volt dengan komponen
7805. Dengan menggunakan komponen seperti ini, dengan mudah dapat dibuat rangkaian
catu daya yang sangat baik regulasi tegangan keluarannya. Namun, komponen 7805
hanya bisa efektif mencatu arus sampai 1 A saja. Catu daya 5 volt umumnya banyak
sekali digunakan untuk mencatu berbagai aplikasi, sehingga kadang kala catu arus 1A
tidak cukup.
Pada tulisan kali ini electroniclab menyajikan desain catu daya teregulasi 5 volt yang
dapat mensuplai arus sampai 5 A, setidaknya ini yang pernah diuji coba di workshop
electroniclab. Sebenarnya rangkaian ini bisa mencatu sampai 10 A atau bahkan lebih jika
pembaca tahu kiat-kiat untuk memodifikasinya.
Inti dari rangkaian ini tentu saja adalah rangkaian dasar regulator 5 volt dengan 7805.
Perbedaannya adalah, pada rangkaian ini ditambahkan rangkaian pass transistor yang
terdiri dari transistor Q1 serta 2 buah resistor R1 dan R2. Komponen 7805 memegang
kendali meregulasi tegangan output, dan rangkaian pass transistor berperan penting
untuk mengalirkan arus selebihnya ke beban RL.
Transistor yang digunakan adalah transistor PNP yaitu MJ2955. Transistor ini dikenal
dengan sebutan bipolar silicon power transistor yang banyak dijumpai di pasar. Pembaca
pada prinsipnya bisa mengantikannya dengan power transistor bipolar lain, asal saja
dengan karakteristik yang hampir sama. Dari datasheet, dapat diketahui bahwa transistor
ini termasuk kategori transistor power karena arus kolektor Ic dapat mencapai 15A
dengan disipasi daya yang bisa mencapai 115 watts. Tentu dalam mendesain suatu
rangkaian semestinya batas-batas maksimum ini perlu diketahui, sehingga tidak
melampaui batas optimum yang dapat dicapai.
Catu daya 5V 5A dengan pass transistor
Perhatikan gambar rangkaian diatas. Pada arus loop tertutup yang melewati resistor R1,
R2 dan emiter-base transistor Q1, dapat dirumuskan secara matematis :
I1R1 = IeR2 + Vbe(on) ……… (1)
Untuk transistor silicon biasanya Vbe(on) = 0.7 volt, yaitu tegangan base-emitor yang
menyebabkan transistor mulai bekerja (ON). Dari datasheet diketahui tegangan ini
Vbe(on) ini dapat bervariasi antara 0.6 ~ 1.4 volt tergantung dari besar arus Ic yang
melewati transistor tersebut. Namun untuk penyederhanaan perhitungan, kita tetapkan
saja Vbe(on) = 0.7 volt.
I1 adalah arus yang melewati 7805 yang seterusnya akan mensuplai beban RL. Dengan
rangkaian ini kita akan menetapkan besar arus yang boleh melewati 7805, misalkan anda
menetapkan arus I1 = 500 mA. Lalu bagaimana caranya mensuplai arus ke beban RL
sampai 5A ? Tentu saja arus selebihnya akan dilewatkan melalui transistor MJ2955. Dari
rumus (1) dapat dimengerti bahwa arus Ie yang melewati R2 akan mulai mengalir hanya
jika tegangan jepit pada resistor R1 lebih besar dari Vbe(on) atau secara matematis :
I1R1 >= Vbe(on) …. (2)
Jika besaran di atas disubsitusikan ke rumus (2) maka dapat dihitung besar R1 yang
dibutuhkan adalah :
R1 = Vbe(0n)/I1 = 0.7/0.5 = 1.4 Ohm
Bagaimana menetapkan besar arus I1 = 500 mA, boleh kah lebih atau kurang. Jika kita
runut sedikit ke belakang, pertama kita ingin membuat catu daya dengan Io = 5 A. Pada
rangkaian di atas, Io = Ic + Io’. Kalau kita anggap Io’ cukup kecil dibanding Ic, maka
dapat ditulis Ic = Io. Dari teori transistor diketahui bahwa Ic = Hfe Ib. Dari datasheet
MJ2955 diketahui besar Hfe ini 20 ~ 70. Anda bisa mencari transistor dengan Hfe = 50.
Jika ini yang dipakai, maka arus base yang mesti disuplai adalah Ib = Ic/Hfe = 5/50 = 100
mA. Dengan perhitungan ini tidak salah kalau diasumsikan arus masksimum yang boleh
melewati R1 sebesar 500 mA. Karena akan cukup mensuplai arus base Ib (sebesar 100
mA) yang diperlukan transistor Q1 mensuplai arus Ic mencapai 5 A.
Besar resistansi R2 dapat dihitung dengan loop dari Vin ke Vout melalui transistor Q1
yang dirumuskan dengan :
Vin = IeR2 + Vce(on) + Vout …. (3)
Vin adalah tegangan keluaran dari rangkaian penyearah yang dibuat dari rangkaian trafo,
dioda bridge dan kapasitor elco. Jika misalnya Vin = 7 volt dan tegangan keluaran Vout
= 5 volt, maka rumus (3) dapat ditullis menjadi :
7 = IeR2 + Vce(on) + 5
atau
IeR2 + Vce(on) = 2 volt ….. (4)
Inilah garis beban atau garis kerja transistor Q1. Dengan anggapan bahwa Ie = Ic = 5 A
dan Vce(on) = 0 volt (ideal) ketika transistor Q1 bekerja (ON), maka dapat dihitung besar
R2 = 2/5 = 0.4 Ohm. Selesai … ? tentu saja belum, karena harus ditentukan besar watt
dari resistor ini. Dari rumus umum P = I2R dapat dihitung disipasi daya pada resistor R2
adalah P = 52(0.4) = 10 watt (minimun), maka yang digunakan adalah resistor 0.4 Ohm
20 watt supaya aman.
Demikian urutan dari perancangan catu daya ini. Tentu rancangan ini dapat dimodifikasi
sesuai dengan kebutuhan. Sebagai tips terakhir, Dengan arus yang demikian besar,
temperatur resistor dan transistor akan sedemikian panas. Sangat dianjurkan
menggunakan heatsink untuk transistor Q1 dan juga resitor R2. Komponen 7805
mestinya tidak memerlukan heatsink, karena arus yang melewati komponen ini relatif
kecil sekali. Kapasitor elco C1 adalah anjuran dari datasheet 7805 agar tegangan output
lebih stabil.
Untuk kebutuhan arus yang lebih besar lagi, transistor Q1 bisa diganti dengan transistor
Darlington atau dengan cara meng-cascade rangkaian pass transistor menjadi 2 atau 3
tingkat. Pada prinsipnya, perhitungan di atas dapat juga diterapkan untuk mendesain
rangkaian catu daya lain misalnya 12 volt ataupun 24 volt.