PERANCANGAN REGULATOR TEGANGAN BERUBAH

disusun
oleh
Ir. Bambang Sutopo, M.Phil
Jurusan Teknik Elektro,
UGM
SKEMA
• Rancanglah sebuah regulator
yang :
Tegangan keluaran : 5 s/d 15 Volt
Arus keluaran : 0 s/d 500 mA
• Vin bervariasi dari 27,9 Volt s/d 32,5 Volt
• Dioda zener merupakan penentu tegangan
keluaran minimum sebuah regulator maka
dipilih dioda zener yang Vz= 3,9 Volt dan
arusnya 20 mA. Arus zener max = 80 mA.
• Penentuan Rs digunakan rumus :
Vin min  VZ 27,8  3,9
RS 

 1200
3
IZ
20  10
Vin max  VZ 32,5  3,9
RS 

 357
3
I Z  max
80 10
Dipilih
RS=1000Ω
• Tegangan maximum masukan : 32,5 volt
• Nilai ini harus kurang dari spesifikasi catu daya
tegangan maksimum suatu op-amp.
V pk  Vsupplyrating of op-amp
• Op-amp 741 : 36 Volt
Vmin  Vload  2 Volt
• Vmin=27,8>Vload+2 Volt
• VZ=3,9 volt dan VL max = 15 Volt
Rf
15
 1
3,9
Ri
Rf=(3,85-1) x Ri
Dengan Ri=3,3 kΩ, maka Rf=9,4 kΩ
• Keluaran op-amp 741 akan mengeluarkan arus
paling tidak sebesar 10 mA, untuk mencapai arus
kolektor maksimum adalah 500 mA.
• Jadi nilai penguatan arus transistor minimum
adalah :
500
 min 
 50
10
• Kondisi terburuk untuk disipasi daya transistor
terjadi saat tegangan output turun sampai batas
minimum dan beban maksimum
PQ  VDC  VLOAD  I LOAD  29,5  3,9 0,5  12,6 W
• Pilih transistor yang memiliki  = 50 atau lebih dan
disipasi daya = 15 Watt atau lebih
• Rangkaian regulator ini mempunyai
kelemahan yakni : bila terjadi hubung
singkat pada output maka transistor akan
selalu memberi arus yang dibutuhkan,
sampai suatu saat tak tertahan lagi oleh
transistor sehingga transistor akan
terbakar.
• Kondisi arus besar seperti ini harus dibatasi.
SKEMA
V
I
Batas arus
• Penambahan transistor T2 dengan RSC, akan mampu mengatasi short
circuit.
• Bila arus beban membesar maka tegangan VRsc juga membesar,
demikian juga VBE.
• Bila tegangan VBE mencapai 0,5 Volt maka transistor T2 akan mulai
menghantar.
• Bila arus bertambah besar maka transistor T2 akan jenuh, sehingga
VCE = 0,3 Volt.
• Artinya tegangan Output akan 0,3 dan transistor T1 akan OFF.
• Kalau op-amp tidak terlindungi terhadap arus short circuit ke ground
maka akan merusakkan op-amp.
• Cari op-amp yang mempunyai perlindungan terhadap short circuit.
VBE 0,5
I batas 

RSC RSC
• Saat terjadi hubung singkat, arus yang mengalir sangat
besar, tegangan output nol, sehingga penurunan
tegangan ditanggung oleh transistor.
• I=ISC dan Vout=0
• Transistor harus dilindungi terhadap arus sangat
besar ini  skema arus terlipat
• Dengan cara ini, saat arus membesar, tegangan output
dipertahankan konstan sampai dengan tercapai besar
arus tertentu (Iknee)
• Bila permintaan arus melbihi batas ini maka tegangan
output dan arus output akan berkurang.
• R3 dan R4 merupakan pembagi tegangan
VRSC
• Transistor T2 tetap OFF sampai arus
cukup besar, membuat tegangan VBE >0,5
sehingga transistor T2 ON.
• Transistor T2 mulai menghantar,
mengambil sebagian arus basis T1,
sehingga membuat T1 mulai OFF.
• Penurunan arus akan mengurangi tegangan
output dan tegangan beban.
• Kedua tegangan ini akan berkurang dengan
laju penurunan yang sama. (biasanya RSC jauh
lebih kecil dari hambatan beban).
• Tetapi tegangan basis T2 berkurang lebih
lambat dibanding tegangan output karena
adanya R3 dan R4.
• Tegangan basis dan emitor berkurang, tetapi
• Akibatnya : perbedaan tegangan basis dan
emitor T2 membesar, membuat T2
menghantar lebih. Kondisi ini mengambil
lebih banyak arus basis T1, sehingga
membuat T1 kurang menghantar.
• Proses ini berlangsung terus sampai V0=0
dan V1 cukup besar untuk mempertahankan
tegangan 0,5 Volt pada R4 dan sambungan
basis emitor T2.
• Arus hubung singkat Isc, dicapai oleh
penurunan I dan V0
• Arus membalik mulai saat tegangan VBE (Q2)=0,5
volt diatas tegangan output.
VR 4  Vreg  0,5 V
• VR4 dihasilkan dari pembagi tegangan V1
VR 4
• Hubungan V1 dan Vreg
R4V1

R3  R4
V1  Vreg  I K RSC
• Substitusi menghasilkan VR4
VR 4
R4
Vreg  I K RSC 

R3  R4
• Menghasilkan IK
IK
• Eliminasi VR4
IK 

R3  R4 VR 4 Vreg


RSC R4
R3  R4 Vreg  0,5
RSC R4
RSC


R3  R4 0,5
• Menghasilkan ISC
I SC 
RSC R4
Vreg
RSC
• Rencanakan rangkaian foldback dengan
spesifikasi sbb :
– Ik
– Isc
– Vreg
= 100 mA
= 20 mA
= 8 Volt
• Pilih R4=10kΩ
RSC 
0,5  Vreg
I SC Vreg  0,5  I K  0,5
I SC R4 R SC
R3 
 R4
0,5
• Applications and Design with Analog
Integrated Circuits
• oleh J. Michael Jacob
• Reston Publishing Company, Virginia
• 1982
• Halaman : 68 s/d 136