Regulator Linier [PDF]

Citation preview

REGULATOR LINIER



Guna memenuhi tugas mata kuliah elektronika analog



Disusun oleh : Riris Fita A 5301412051 Sutrisno 5301412052 Andreas F. D 53014120



PENDIDIKAN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS NEGERI SEMARANG



BAB I PENDAHULUAN



A. Latar Belakang Regulator tegangan adalah rangkaian untuk mempertahankan agar tegangan searah pada keluaran tidak berubah, berapapun beban yang dihubungkan kepadanya. Itu idealnya, namun pada prakteknya ada batasan arus maksimal yang bisa dialirkan ke beban. Ada dua jenis regulator tegangan, switching dan linier. Regulator switching, tegangan keluarannya bisa lebih besar dari tegangan masukan atau kebalikannya (positif menjadi negatif atau sebaliknya). Sedangkan regulator linier, tegangan keluaran selalu lebih kecil daripada tegangan masukan. Pada kesempatan kali ini kelompok kami akan menjelaskan tentang “REGULATOR LINIER”. B. Rumusan Masalah Dari latar belakang tersebut, permasalahan yang hendak diuraikan adalah: 1. Apa itu regulator linier? 2. Bagaimana bentuk rangkaian regulator linier? 3. Bagaimana prinsip kerja regulator linier? 4. Apa kelebihan dan kekurangan regulator linier? 5. Bagaimana penggunaan regulator linier dalam kehidupan? C. Tujuan Tujuan penyusunan makal ini adalah untuk mengetahui: 1. Pengertian regulator linier. 2. Memahami bentuk rangkaian regulator linier. 3. Prinsip kerja regulator linier. 4. Kelebihan dan kekurangan regulator linier. 5. Penerapan regulator linier dalam kehidupan sehari-hari.



BAB II PEMBAHASAN



A. Regulator Linier Perkembangan teknologi penyediaan tenaga DC tidak hanya berkisar pada kemampuan untuk mengurangi atau menambah kapasitas daya serta menurunkan dimensi fisik, tetapi juga pada cara pengolahan daya itu sendiri. Pada mulanya metoda yang digunakan dikenal dengan nama tipe linier (linear mode). Pada sistim pengubahan AC ke DC, tipe linier bercirikan penggunaan kombinasi transformer 50/60Hz yang kemudian dilanjutkan dengan proses penyearah (rectifier), penyaring (filter), dan akhirnya pengatur linier (linear regulator). Oleh karena pengolahan frekuensi 50/60Hz inilah maka tipe linier cenderung menghasilkan alat penyedia daya DC yang relatif besar ukurannya, karena komponen yang dipakai untuk mengolah 50/60 Hz tersebut seperti transformer maupun kapasitornya akan berukuran besar pula.



Dua jenis rangkaian tipe linier Dalam elektronik , sebuah regulator linear adalah sistem yang digunakan untuk menjaga tegangan yang stabil . Hambatan dari regulator bervariasi sesuai dengan beban menghasilkan tegangan output konstan . Perangkat mengatur dibuat untuk bertindak seperti sebuah resistor variabel, menyesuaikan jaringan pembagi tegangan untuk mempertahankan tegangan output konstan, dan menghilang perbedaan antara input dan tegangan diatur sebagai limbah panas . Sebaliknya, switching regulator menggunakan perangkat aktif yang switch on dan off untuk mempertahankan nilai rata-rata output. Karena diatur tegangan regulator linear harus selalu lebih rendah dari tegangan input, efisiensi terbatas dan tegangan input harus cukup tinggi untuk selalu memungkinkan perangkat aktif untuk menjatuhkan beberapa tegangan . Beberapa fungsi regulator linier DC adalah sebagai berikut:   



Pengubahan Tegangan atau Voltase, berfungsi untuk mengubah tegangan listrik yang tersedia dari jaringan distribusi transmisi listrik ke level yang diinginkan Penyearah, sebagai pengubah arah tegangan atau voltase dari AC ke DC Filter atau penyaring, bertugas sebagai pembersih gelombang keluaran dari riak (ripple) yang berasal dari proses penyearahan







Pengaturan (regulation), bertujuan untuk mengendalikan tegangan keluaran sehingga menjadi stabil walaupun terjadi variasi atau perubahan pada suhu, beban, maupun tegangan masukan dari jaringan transmisi listrik



Regulator linier ada dua macam yaitu jenis series dan shunt. Regulator series, pengatur arus ke beban diseri dengan bebannya, kalau jenis shunt pengatur arus ke beban diparalel dengan bebannya. Idealnya, jika tidak ada beban yang tersambung pada regultor series, maka arus yang mengalir pada pengatur arus adalah nol. Sedangkan pada regulator shunt, jika tidak ada beban yang tersambung, arus yang mengalir ke pengatur arus adalah arus maksimal yang mungkin dialirkan ke bebannya. Contoh sederhana regulator shunt adalah pada gambar di bawah ini.



Arus maksimal yang mungkin ditarik oleh beban adalah arus dioda zener yaitu 18,55mA pada contoh di atas. Namun pada prakteknya arus maksimal ini sedikit lebih rendah karena dioda zener perlu ada arus agar dia bisa mempertahankan tegangan terbalik (reverse)-nya. Dalam hal ini pengatur arus beban adalah dioda zener. Ketika diberi beban, maka arus dioda zener berkurang karena sebagian mengalir ke beban.



Arus maksimal yang bisa ditangani dioda zener terbatas, tergantung besar disipasi dayanya. Dioda zener ada memiliki disipasi daya maksimal 500mW, 1W, 2W, dan sebagainya. Jika ini tidak mencukupi maka bisa ditambah transistor seperti gambar di bawah ini.



Contoh regulator series sederhana ada di bawah ini.



Pengatur arus Q1 diseri dengan beban. Dioda zener berfungsi sebagai pemberi tegangan tetap. Arus pada dioda zener tidak banyak terpengaruh oleh besarnya beban R2 dari tak terhingga sampai 50 Ohm. Masing-masing jenis regulator memiliki kelebihan dan kekurangannya. Regulator series sering dipakai pada regulator yang tegangannya cukup tinggi dan arus beban yang besarnya berubah-ubah secara dinamis. Ini akan mengakibatkan pengatur arus mengeluarkan disipasi daya rata-rata relatif kecil. Sebaliknya dengan regulator shunt yang dipakai pada tegangan yang cukup rendah dan arus beban yang relatif stabil. Keunggulan lain dari regulator shunt adalah impedansinya yang cukup rendah sampai frekuensi tinggi sehingga noise-nya lebih rendah dalam jangkauan frekuensi yang lebar. Karakter ini yang diinginkan dalam membuat regulator untuk rangkaian audio yang mengolah sinyal kecil seperti pre-amp, tone control, equalizer, filter, dan sebagainya. Namun tidak berarti regulator series tidak bisa memiliki performa yang sama seperti regulator shunt. Hanya untuk memiliki impedansi yang rendah sampai pada frekuensi tinggi, umumnya rangkaian regulator series jauh lebih rumit daripada regulator shunt. B. Rangkaian Regulator Linier Regulator tegangan linier terdiri atas jaringan pembangkit tegangan acuan, jaringan pengendali dan komponen elektronika daya. Pembangkit tegangan acuan menyediakan tegangan acuan yang tidak terpengaruh perubahan tegangan masukan dan tidak terpengaruh pada perubahan suhu. Bagian kendali membentuk pola ikal tertutup yang terdiri dari jaringan umpan balik, penguat selisih, dan penguat kesalahan. Komponen elektronika daya berupa transistor bipolar atau FET melewatkan daya secara seri sehingga sering disebut sebagai komponen pelewat seri. Prinsip kerja regulator linier diperlihatkan pada gambar berikut:



Keluaran bagian kendali mengemudikan konduktifitas komponen elektronika daya. Bila tegangan keluaran kurang dari yang diharapkan, pengendali akan meningkatkan konduktivitas komponen elektronika daya sehingga tegangan keluaran naik. Sebaliknya jika tegangan keluaran terlalu tinggi pengendali akan mengurangi konduktifitas komponen daya sehingga tegangan keluaran turun. C. Prinsip Kerja Regulator Linier REGULATOR LINIER SERI



Diagram blok pengatur tegangan seri Resistor pembagi tegangan dibentuk oleh R2 dan R3 yang bertindak sebagai sensor bila terjadi perubahan tegangan keluaran. Jika tegangan keluaran turun yang disebabkan oleh penurunan tegangan masukan VIN atau bertambahnya arus beban IL, maka tegangan pada masukan inverting (-) dari Op-Amp (sebagai error detector) juga akan turun yang disebabkan oleh penurunan tegangan pada resistor pembagi tegangan. Diode zener yang digunakan sebagai masukan pada masukan Non-inverting (+) dari Op-Amp, juga bertindak sebagai tegangan acuan atau VREF, yang nilainya tetap. Selisih tegangan yang ada pada kedua masukan Op-Amp akan diperkuat, sehingga keluaran Op-Amp pun akan bertambah, demikian pula tegangan pada Basis dari transistor Q1, akibatnya tegangan pada Emittor Q1 atau VOUT juga naik sampai tegangan pada masukan inverting (-) sama dengan tegangan VREF. Tindakan ini akan menghindari penurunan tegangan pada keluaran dan mejaga tetap kontan. Transistor Q1 adalah power transistor yang diberi penyerap panas (heatsink) karena transistor ini harus melalukan semua arus yang mengalir ke beban.



Rangkaian dasar pengatur tegangan seri



DASAR PENGATUR TEGANGAN PARALEL Pengatur tegangan parallel menempatkan transistor, sebagai elemen kontrol, parallel terhadap beban. Gambaran sederhana dari pengatur tegangan parallel ditunjukkan pada gambar blok diagram berikut ini.



Diagram blok pengatur tegangan paralel Rangkaian dasar pengatur tegangan parallel ditunjukkan pada gambar 8. Operasi rangkaian ini mirip dengan pengatur tegangan seri. Ketika tegangan keluaran turun yang dapat disebabkan oleh perubahan tegangan VINatau arus beban. Penurunan ini disensor oleh R3 dan R4 dan dikirim ke masukan Non-inverting (+) dari Op-Amp. Selisih tegangan ini akan mengurangi tegangan keluaran Op-Amp, akibatnya mengurangi dorongan ke transistor Q1, sehingga arus kolektor akan berkurang dan secara efektif menaikkan nilai resistansi kolektoremitor rCE . rCE yang bertindak sebagai pembagi tegangan bersama R1 .Dengan tindakan ini VOUT akan dipertahankan tetap konstan. Hal yang sama jika tegangan keluaran naik. D. Kelebihan dan Kekurangan Regulator Linier



Spesifikasi



Tipe Linier



Tipe Switching



Pengaturan Beban (Load regulation) Variasi Gelombang Keluaran (Output Ripple) Variasi Voltase masukan (Input Voltage Range) Efisiensi Densitas Daya (Power Density) Waktu Peralihan (Transient Recovery)



0.02-0.01% 0.5-2 mV rms +/- 10% 40-55% 0.5 W/in^3 50 usec



0.1-1.0% 25-100 mV p-p +/- 50% 60-80% 2.3 W/in^3 300 usec



Dari segi efisiensi, tipe linier tidak begitu baik, karena pada prosesnya hasil keluaran penyearah diturunkan tegangannya melalui pengatur linier (linear regulator), dan selisih antara tegangan yang masuk dan tegangan yang dihasilkan dibuang dalam bentuk panas. Akibat



penyerapan panas (pembuangan energi) yang besar dalam proses tipe linier tersebut sehingga efisiensinya pun menjadi kecil. Kelebihan jenis ini adalah Regulasi lebih baik dibanding tipe switching. E. Penerapan Regulator Linier dalam kehidupan Catu daya tergulasi secara linear/linear regulated power supply Catu daya/power supply jenis ini menghasilkan tegangan AC/DC teregulasi. Tegangan yang dihasilkan oleh power supply yang tak teregulasi akan bervariasi/fluktuatif tergantung pada variasi tegangan input AC (PLN). Untuk aplikasi elektronik penting sekali adanya sebuah regulator linear yang dapat digunakan untuk mengatur tegangan ke nilai yang tepat/ideal, stabil terhadap fluktuasi tegangan input dan beban. Regulator ini juga sangat mengurangi riple/riak pada output arus searah/DC. Regulator linier ini saat ini, dapat melindungi catu daya/power supply dan rangkaian dari arus yang berlebih Sirkuit terpadu seri 78xx (kadang-kadang dikenal sebagai LM78xx) 12V linear regulator for Transceiver Radio



BAB III SIMPULAN



A. Simpulan Dari uraian di atas dapat diambil kesimpulan bahwa : 1. Regulator linier merupakan penyearah yang tegangan keluaran selalu lebih kecil daripada tegangan masukan. 2. Regulator linier berupa seri dan paralel.



Spesifikasi Pengaturan Beban (Load regulation) Variasi Gelombang Keluaran (Output Ripple) Variasi Voltase masukan (Input Voltage Range) Efisiensi Densitas Daya (Power Density) Waktu Peralihan (Transient Recovery)



Tipe Linier 0.02-0.01% 0.5-2 mV rms +/- 10% 40-55% 0.5 W/in^3 50 usec



Tipe Switching 0.1-1.0% 25-100 mV p-p +/- 50% 60-80% 2.3 W/in^3 300 usec



3. Dari tabel di atas dapat diambil data kekurangan dan kelebihan regulator linier.