Sirkuit Elektronik - Regulator

Tahap selanjutnya dan terakhir sebelum pembebanan, dalam sistem catu daya adalah bagian Regulator. Sekarang mari kita coba memahami apa itu regulator dan apa fungsinya.

Bagian elektronik yang berhubungan dengan pengontrolan dan pengubahan tenaga listrik dapat disebut sebagai Power Electronics. Regulator adalah perangkat penting dalam hal elektronika daya karena ia mengontrol keluaran daya.

Kebutuhan akan Regulator

Suplai Daya untuk menghasilkan tegangan keluaran yang konstan, terlepas dari variasi tegangan masukan atau variasi arus beban, diperlukan pengatur tegangan.

SEBUAH voltage regulatoradalah perangkat yang mempertahankan tegangan keluaran konstan, sebagai ganti segala jenis fluktuasi tegangan masukan yang diterapkan atau variasi arus apa pun, yang ditarik oleh beban. Gambar berikut memberikan gambaran tentang seperti apa bentuk regulator praktis.

Jenis Regulator

Regulator dapat diklasifikasikan ke dalam kategori yang berbeda, tergantung pada cara kerja dan jenis koneksinya.

Depending upon the type of regulation, regulator terutama dibagi menjadi dua jenis yaitu, regulator garis dan beban.

Line Regulator - Regulator yang mengatur tegangan keluaran agar konstan, meskipun terdapat variasi jalur masukan, disebut sebagai Line regulator.
Load Regulator - Regulator yang mengatur tegangan keluaran agar konstan, meskipun terdapat variasi beban pada keluaran, hal itu disebut sebagai Load regulator.

Depending upon the type of connectionAda dua jenis regulator tegangan. Mereka

Regulator tegangan seri
Pengatur tegangan shunt

Susunannya di sirkuit akan seperti pada gambar berikut.

Mari kita lihat jenis regulator penting lainnya.

Regulator Tegangan Zener

Pengatur tegangan Zener adalah salah satu yang menggunakan dioda Zener untuk mengatur tegangan keluaran. Kami telah membahas detail tentang dioda Zener dalam tutorial BASIC ELECTRONICS.

Ketika dioda Zener dioperasikan dalam kerusakan atau Zener region, tegangan di atasnya secara substansial constant untuk sebuah large change of currentmelalui itu. Karakteristik inilah yang membuat dioda Zener agood voltage regulator.

Gambar berikut menunjukkan gambar regulator Zener sederhana.

Tegangan input yang diterapkan $ V_i $ ketika dinaikkan melebihi tegangan Zener $ V_z $, maka dioda Zener beroperasi di wilayah kerusakan dan mempertahankan tegangan konstan di seluruh beban. Rangkaian resistor pembatas $ R_s $ membatasi arus masukan.

Cara Kerja Regulator Tegangan Zener

Dioda Zener mempertahankan tegangan yang melewatinya konstan meskipun ada variasi beban dan fluktuasi tegangan input. Oleh karena itu kita dapat mempertimbangkan 4 kasus untuk memahami cara kerja regulator tegangan Zener.

Case 1- Jika arus beban $ I_L $ bertambah, maka arus yang melalui dioda Zener $ I_Z $ berkurang untuk menjaga arus yang melalui resistor seri $ R_S $ konstan. Tegangan keluaran Vo tergantung pada tegangan masukan Vi dan tegangan pada resistor seri $ R_S $.

Ini dapat ditulis sebagai

$$ V_o = V_ {in} -IR_ {s} $$

Dimana $ I $ konstan. Oleh karena itu, $ V_o $ juga tetap konstan.

Case 2- Jika arus beban $ I_L $ berkurang, maka arus yang melalui dioda Zener $ I_Z $ meningkat, karena arus $ I_S $ melalui resistor seri RS tetap konstan. Meskipun arus $ I_Z $ melalui dioda Zener meningkat, ia mempertahankan tegangan keluaran konstan $ V_Z $, yang mempertahankan tegangan beban konstan.

Case 3- Jika tegangan input $ V_i $ meningkat, maka arus $ I_S $ melalui resistor seri RS meningkat. Ini meningkatkan penurunan tegangan pada resistor, yaitu $ V_S $ meningkat. Meskipun arus melalui dioda Zener $ I_Z $ meningkat dengan ini, tegangan dioda Zener $ V_Z $ tetap konstan, menjaga tegangan beban keluaran konstan.

Case 4- Jika tegangan input berkurang, arus yang melalui resistor seri berkurang yang membuat arus melalui dioda Zener $ I_Z $ berkurang. Tetapi dioda Zener mempertahankan tegangan keluaran konstan karena propertinya.

Batasan Regulator Tegangan Zener

Ada beberapa batasan untuk pengatur tegangan Zener. Mereka adalah -

Ini kurang efisien untuk arus beban berat.
Impedansi Zener sedikit mempengaruhi tegangan keluaran.

Oleh karena itu, pengatur tegangan Zener dianggap efektif untuk aplikasi tegangan rendah. Sekarang, mari kita bahas jenis regulator tegangan lainnya, yang dibuat menggunakan transistor.

Regulator Tegangan Seri Transistor

Regulator ini memiliki transistor yang di seri ke regulator Zener dan keduanya di paralel dengan beban. Transistor berfungsi sebagai resistor variabel yang mengatur tegangan emitor kolektornya untuk menjaga tegangan keluaran tetap konstan. Gambar di bawah ini menunjukkan regulator tegangan seri transistor.

Dengan kondisi operasi input, arus yang melalui basis transistor berubah. Ini mempengaruhi tegangan pada pertemuan basis emitor dari transistor $ V_ {BE} $. Tegangan keluaran dipertahankan oleh tegangan Zener $ V_Z $ yang konstan. Karena keduanya dijaga tetap sama, setiap perubahan dalam suplai input ditunjukkan oleh perubahan tegangan basis emitor $ V_ {BE} $.

Oleh karena itu tegangan keluaran Vo dapat dipahami sebagai

$$ V_O = V_Z + V_ {BE} $$

Cara Kerja Regulator Tegangan Seri Transistor

Kerja dari regulator tegangan seri harus dipertimbangkan untuk input dan variasi beban. Jika tegangan masukan dinaikkan, tegangan keluaran juga meningkat. Tetapi ini pada gilirannya membuat tegangan yang melintasi persimpangan dasar kolektor $ V_ {BE} $ menurun, karena tegangan Zener $ V_Z $ tetap konstan. Konduksi menurun saat resistansi di seluruh wilayah pengumpul emitor meningkat. Ini selanjutnya meningkatkan tegangan melintasi persimpangan emitor kolektor VCE sehingga mengurangi tegangan keluaran $ V_O $. Ini akan serupa ketika tegangan input menurun.

Ketika terjadi perubahan beban, yang berarti jika resistansi beban berkurang, arus beban bertambah $ I_L $, tegangan keluaran $ V_O $ menurun, meningkatkan tegangan basis emitor $ V_ {BE} $.

Dengan kenaikan tegangan dasar emitor $ V_ {BE} $ konduksi meningkat mengurangi resistansi kolektor emitor. Ini pada gilirannya meningkatkan arus input yang mengkompensasi penurunan resistansi beban. Ini akan serupa ketika arus beban meningkat.

Batasan Regulator Tegangan Seri Transistor

Regulator Tegangan Seri Transistor memiliki batasan berikut -

Tegangan $ V_ {BE} $ dan $ V_Z $ dipengaruhi oleh kenaikan suhu.
Tidak ada regulasi yang baik untuk arus tinggi.
Disipasi daya tinggi.
Disipasi daya tinggi.
Kurang efisien.

Untuk meminimalkan batasan tersebut, digunakan regulator shunt transistor.

Pengatur Tegangan Shunt Transistor

Rangkaian regulator shunt transistor dibentuk dengan menghubungkan resistor secara seri dengan input dan transistor yang basis dan kolektornya dihubungkan oleh dioda Zener yang mengatur, keduanya sejajar dengan beban. Gambar di bawah ini menunjukkan diagram rangkaian regulator shunt transistor.

Cara Kerja Transistor Shunt Voltage Regulator

Jika tegangan input meningkat, $ V_ {BE} $ dan $ V_O $ juga akan meningkat. Tetapi ini terjadi pada awalnya. Sebenarnya ketika $ V_ {in} $ meningkat, $ I_ {in} $ saat ini juga meningkat. Arus ini ketika mengalir melalui RS, menyebabkan penurunan tegangan $ V_S $ melintasi resistor seri, yang juga meningkat dengan $ V_ {in} $. Tapi ini membuat $ V_o $ menurun. Sekarang penurunan $ V_o $ ini mengkompensasi kenaikan awal yang menjaganya agar tetap konstan. Karenanya $ V_o $ dipertahankan konstan. Jika tegangan output menurun, sebaliknya terjadi.

Jika resistansi beban menurun, harus ada penurunan tegangan keluaran $ V_o $. Arus yang melalui beban meningkat. Hal ini membuat arus basis dan arus kolektor transistor berkurang. Tegangan di resistor seri menjadi rendah, karena arus mengalir deras. Arus masukan akan konstan.

Tegangan keluaran yang muncul akan menjadi perbedaan antara tegangan yang diterapkan $ V_i $ dan tegangan seri $ V_s $. Karenanya tegangan keluaran akan dinaikkan untuk mengkompensasi penurunan awal dan karenanya dipertahankan konstan. Kebalikannya terjadi jika tahanan beban meningkat.

Regulator IC

Regulator Tegangan sekarang-a-hari tersedia dalam bentuk Sirkuit Terpadu (IC). Ini singkatnya disebut sebagai Regulator IC.

Seiring dengan fungsionalitas seperti regulator normal, regulator IC memiliki properti seperti kompensasi termal, perlindungan hubung singkat, dan perlindungan lonjakan yang dibangun ke dalam perangkat.

Jenis regulator IC

Regulator IC dapat dari jenis berikut -

Regulator tegangan positif tetap
Memperbaiki regulator tegangan negatif
Regulator tegangan yang dapat disesuaikan
Regulator tegangan pelacakan ganda

Sekarang mari kita bahas secara rinci.

Regulator Tegangan Positif Tetap

Keluaran dari regulator ini ditetapkan ke nilai tertentu dan nilainya positif yang artinya tegangan keluaran yang diberikan adalah tegangan positif.

Seri yang paling banyak digunakan adalah seri 7800 dan IC akan seperti IC 7806, IC 7812 dan IC 7815 dll. Yang memberikan tegangan keluaran masing-masing + 6v, + 12v dan + 15v. Gambar di bawah ini menunjukkan IC 7810 yang terhubung untuk memberikan tegangan output yang diatur positif 10v tetap.

Pada gambar di atas, kapasitor input $ C_1 $ digunakan untuk mencegah osilasi yang tidak diinginkan dan kapasitor output $ C_2 $ bertindak sebagai filter saluran untuk meningkatkan respons transien.

Memperbaiki Regulator Tegangan Negatif

Keluaran regulator ini ditetapkan ke nilai tertentu dan nilainya negatif, yang berarti tegangan keluaran yang diberikan adalah tegangan negatif.

Seri yang paling banyak digunakan adalah seri 7900 dan IC akan seperti IC 7906, IC 7912 dan IC 7915 dll. Yang menyediakan tegangan keluaran masing-masing -6v, -12v dan -15v. Gambar di bawah ini menunjukkan IC 7910 yang terhubung untuk memberikan tegangan output yang diatur negatif 10v tetap.

Pada gambar di atas, kapasitor input $ C_1 $ digunakan untuk mencegah osilasi yang tidak diinginkan dan kapasitor output $ C_2 $ bertindak sebagai filter saluran untuk meningkatkan respons transien.

Regulator Tegangan yang Dapat Disetel

Regulator tegangan yang dapat disesuaikan memiliki tiga terminal IN, OUT dan ADJ. Terminal input dan output biasa digunakan sedangkan terminal yang dapat disesuaikan dilengkapi dengan resistor variabel yang memungkinkan output bervariasi antara berbagai macam.

Gambar di atas menunjukkan power supply yang tidak diatur yang menggerakkan regulator IC LM 317 yang biasa digunakan. LM 317 adalah regulator tegangan yang dapat disesuaikan dengan tiga terminal dan dapat menyuplai 1,5A arus beban melalui rentang keluaran yang dapat disesuaikan dari 1,25v hingga 37v.

Regulator Tegangan Pelacakan Ganda

Regulator pelacakan ganda digunakan saat tegangan suplai terpisah diperlukan. Ini memberikan tegangan keluaran positif dan negatif yang sama. Misalnya, RC4195 IC menyediakan output DC + 15v dan -15v. Ini membutuhkan dua tegangan input yang tidak diatur seperti input positif dapat bervariasi dari + 18v hingga + 30v dan input negatif dapat bervariasi dari -18v hingga -30v.

Gambar di atas menunjukkan regulator IC RC4195 pelacakan ganda. Regulator dual-tacking yang dapat disesuaikan juga tersedia yang outputnya bervariasi antara dua batas pengenal.