Materi Sub Bab 15.5

KEMBALI KE MENU SEBELUMNYA]

DAFTAR ISI

1. Pendahuluan

1. Pendahuluan [Kembali]

Regulasi tegangan adalah komponen vital dalam sistem elektronika untuk menjaga stabilitas tegangan DC meskipun terjadi fluktuasi input atau perubahan beban. Bab 15.5 membahas Discrete Transistor Voltage Regulation, yang menggunakan transistor diskrit (bukan IC terintegrasi) untuk merancang regulator tegangan seri (series) dan shunt. Regulator seri bekerja dengan mengontrol resistansi elemen yang terhubung seri antara input dan output, sementara regulator shunt mengalihkan arus berlebih ke ground. Keduanya dirancang untuk mengatasi masalah seperti:

Variasi tegangan input (misalnya, dari rectifier atau baterai).
Perubahan arus beban yang tiba-tiba.
Ripple pada output akibat ketidaksempurnaan filter.
Selain itu, bab ini juga mencakup teknik proteksi seperti current limiting dan foldback limiting untuk mencegah kerusakan komponen, serta pengenalan konsep switching regulation yang efisien.

2. Tujuan [Kembali]

Tujuan:

Memahami prinsip kerja regulator tegangan seri dan shunt berbasis transistor.
Menganalisis peran komponen seperti transistor, dioda zener, dan op-amp dalam rangkaian regulasi.
Menghitung parameter kritis seperti tegangan output, arus, dan ripple menggunakan persamaan yang relevan.
Mengidentifikasi teknik proteksi arus (current limiting dan foldback limiting) dan aplikasinya.
Memahami keunggulan dan kelemahan regulator seri, shunt, dan switching.

3. Alat dan Bahan [Kembali]

Alat dan Bahan:

Transistor NPN (2N2222A)

Dioda Zener

Resistor

Sumber Tegangan DC

Beban variable

4. Dasar Teori [Kembali]

1. Series Voltage Regulation

Regulator seri mengontrol tegangan output dengan menyesuaikan resistansi transistor yang terhubung secara seri antara input dan output.

a. Series Regulator Circuit

Komponen Utama:

Transistor Q₁ (elemen seri).
Dioda Zener (Dz) sebagai referensi tegangan.
Resistor R untuk membatasi arus basis.

Prinsip Kerja:

Jika V_O turun → V_BE Q₁ naik → Q₁ menghantar lebih banyak → V_O naik.
Jika V_O naik → V_BE Q₁ turun → Q₁ menghantar lebih sedikit → V_O turun.

Rumus Output:

b. Improved Series Regulator

Perbaikan:

Menambahkan transistor Q₂ untuk meningkatkan respons kontrol.
Resistor R₁ dan R₂ sebagai voltage divider untuk sampling tegangan output.

Prinsip Kerja:

Jika V_O naik → V₂ (di R₂) naik → Q₂ menghantar lebih banyak → arus basis Q₁ berkurang → V_O turun.

Rumus Output:

c. Op-Amp Series Regulator

Komponen Utama:

Op-amp sebagai komparator presisi.
Dioda Zener sebagai referensi.

Prinsip Kerja:

Op-amp membandingkan VZ dengan tegangan feedback dari R1 dan R2.
Jika V_O menyimpang → op-amp mengatur konduksi Q₁ untuk menstabilkannya.

Rumus Output:

d. Current-Limiting Circuit

Tujuan: Mencegah kerusakan akibat arus berlebih.
Komponen Utama:

Resistor sensing (R_SC).
Transistor Q₂ untuk membatasi arus basis Q₁.

Mekanisme:

Jika I_L melebihi batas → tegangan di R_SC mengaktifkan Q₂ → Q₁ menghantar lebih sedikit.

e. Foldback Limiting

Perbedaan dari Current Limiting:

Tidak hanya membatasi arus, tetapi juga menurunkan tegangan saat overload.

Komponen Tambahan:

Jaringan resistor R4 dan R5 untuk feedback tegangan output.

Keuntungan:

Proteksi ganda (arus dan tegangan) untuk beban dan regulator.

2. Shunt Voltage Regulation

Regulator shunt menjaga stabilitas tegangan dengan mengalihkan arus berlebih ke ground.

a. Basic Transistor Shunt Regulator

Komponen Utama:

Transistor Q₁ (shunt).
Dioda Zener (V_Z) dan resistor seri (R_S).

Rumus Output:

b. Improved Shunt Regulator

Perbaikan:

Menambahkan transistor Q₂ untuk meningkatkan arus shunt.

Prinsip Kerja:

Jika V_O naik → Q₂ menghantar lebih banyak → Q₁ mengalihkan arus lebih besar → V_O turun.

Rumus Output:

c. Shunt Voltage Regulator Using Op-Amp

Komponen Utama:

Op-amp sebagai komparator.
Transistor Q₁ sebagai elemen shunt.

Prinsip Kerja:

Op-amp membandingkan V_Z dengan feedback dari R1 dan R2 → mengatur konduksi Q₁.

3. Switching Regulation

Prinsip Dasar:

Menggunakan pulsa tegangan yang difilter menjadi DC halus.
Efisiensi tinggi karena transistor bekerja dalam mode ON/OFF.

Aplikasi:

Catu daya untuk perangkat portabel, sistem tenaga tinggi.

Contoh IC: LM2576, LM2596.

Perbandingan Seri vs. Shunt Regulator

Parameter	Series Regulator	Shunt Regulator
Efisiensi	Tinggi (khusus untuk beban besar)	Rendah (arus terbuang di shunt)
Kompleksitas	Sederhana	Membutuhkan tambahan Q₂/op-amp
Proteksi	Current limiting + Foldback	Current limiting
Aplikasi Khas	Power supply, motor	Sensor, sistem low-noise