Post on 27-May-2017
1
TransistorDRIVER dan REGULATOR
olehIr. Bambang Sutopo, M.Phil
Jurusan Teknik ElektroFT-UGM
2012
Kuliah Elektronika DasarPertemuan minggu ke 6
2
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45
0.58
0.6
0.62
0.64
0.66
0.68
0.7
0.72
0.74
0.76ARUS KOLEKTOR vs VBE
Arus KOLEKTOR IC (mili Amper)
Tega
ngan
Bas
is E
mito
r VB
E (V
olt)
BD 139
30 5 10 15 20 25 30 35 40 45
110
120
130
140
150
160
170
180
190ARUS KOLEKTOR vs BETA
Arus KOLEKTOR IC (mili Amper)
BE
TA
BD 139
4
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50140
160
180
200
220
240
260
280
300ARUS KOLEKTOR vs BETA
Arus KOLEKTOR IC (mili Amper)
BE
TA
BC 108
BC 109
50 5 10 15 20 25 30 35 40 45
40
60
80
100
120
140
160
180ARUS KOLEKTOR vs BETA
Arus KOLEKTOR IC (mili Amper)
BE
TA
2N 2222
60 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50
0.62
0.64
0.66
0.68
0.7
0.72
0.74
0.76
0.78
0.8ARUS KOLEKTOR vs VBE
Arus KOLEKTOR IC (mili Amper)
Tega
ngan
Bas
is E
mite
r VB
E (V
olt)
7
RANGKAIAN
R1
RE
R2
RC
C1
C2
IC
8
RANGKAIAN
R1
R2
RC C2
IC
VCE
R2 min (R2 << R1)Transistor OFFIB =0 IC = 0VCE = VCC
R2 max (mis : R2 = R1)Transistor JENUHIB =besar IC IBVCE = 0,2 atau 0,3 Volt
IB
9
TRANSISTOR JENUH
• VCE = 0,2 – 0,3 Volt
• Penyebabnya :• Arus basis IB yang terlalu besar
atau• RC yang terlalu besar
10
DRIVER LEDVVCC
Deretan pulsaDeretan pulsa • Deretan pulsa membuat transistor On dan OFF
LEDLED
R
DIODA
CELEDCC
IVVVR
11
DRIVER RELAY
VVCC
RELAYDIODADIODAfreewheelfreewheel
Relay membutuhkan arus sekitar 50 sampai 100 mili Amper
RB
JENUHB
BECCB I
VVR
2
IB-JENUH = arus basis yang membuat transistor dalam kondisi jenuh.
12
RELAY
13
TRANSISTOR DARLINGTONUNTUK DRIVER RELAY DAN LED
14
• DRIVER MOTOR PENGGERAK MOTOR DC
VVCC
Deretan pulsaDeretan pulsa • Deretan pulsa membuat transistor On dan OFF
Dioda freewheelMotor DCMotor DC
15
• Pengubah DC ke DC dengan menggunakan chopper.
CHOPPER
Tegangan DCTegangan DC CHOPPERCHOPPER Keluaran ChopperKeluaran Chopper
AA BB
ONON
• Dengan mengubah duty cycle maka besar tegangan keluaran dapat diubah.
OFFOFF
16
CATU DAYA DC1. Hampir semua peralatan elektronis membutuhkan
sumber DC yang stabil. Baterei yang biasa digunakan untuk keperluan ini terbatas daya yang disimpannya.
2. Contoh :
Baterei alkalin 9 V akan habis dalam satu hari pada arus 100 mA.
Aki mobil akan habis dalam 12 jam pada 1 A.
3. Salah satu catu daya yang sederhana adalah terbuat dari dioda penyearah, trafo, dan filter serta untai regulator.
17
Bahasan Utama
• Catu Daya Analog – Review penyearahan dan filtering– Review dioda zener sebagai regulator
tegangan– Regulator tegangan dengan Transistor seri– Regulator arus transistor– IC regulator tegangan (mis. 78/79XX, LM317)
18
Diagram kotak catu daya
19
CATU DAYA TAK TEREGULASI
I
LCRV
fC
IV 04,2
34 Ripple
Ada dua persamaan :
diodepeak VVDCV 2)( 0
VfT
21
2
V0 Pilihan kapasitor tergantung pada ripel yang diijinkan dan arus yang mengalir
Lihat buku : Boylestad, hal. 894
20
Penyearah jembatan
4,12 sP VV
FLPdc CR
VV00417,01
FL
Pr CR
VV
0024,0
V
t
21
Penyearah separoh gelombang
7,02 SP VV
FLPdc CR
VV00833,0
1
FL
Pr CR
VV
0048,0
V
t
22
Penyearah gelombang penuh
7,0707,0 sP VV
FLPdc CR
VV00417,0
1
FL
Pr CR
VV
0024,0
V
t
23
Rumus lainnya…………. .
Mengatur pers. sebelumnya: VP = Vdc + 1,736 VrTegangan ripel dalam prosen:
100% xVVripple
dc
r
Dioda harus mampu menahan arus surja:
W
Psurge R
VI RW adalah hambatan belitan trafo :
FL
FLNLW I
VVR
24
Perbandingan beberapa jenis penyearah
1. Penyearah separoh gelombang hanya membutuhkan satu dioda tetapi ripelnya dua kali lipat terhadap jenis lain.
2. Penyearah gelombang penuh membutuhkan trafo dengan tap ditengah.
3. Penyearah jembatan merupakan yang terbaik, walaupun membutuhkan 4 buah dioda.
25
Mengapa regulator diperlukan ?
1.Karena ada variasi tegangan masukan (dari sumber AC) yang tak terduga.
2.Ada pembebanan yang bervariasi terhadap waktu.
26
Regulasi Tegangan
i
oVV
VmV
)/(tegangan Regulasi
oi
oV
xVV
regulasi100
%
Merupakan ukuran efektifitas suatu regulator tegangan untuk mempertahankan tegangan keluaran terhadap perubajhan tegangan sumber.
27
Regulasi beban
Merupakan kemampuan regulator untuk mempertahankan tegangan keluaran walaupun ada perubahan arus beban
L
oIV
AmV
)/(bebanRegulation
oL
oV
xIV 100beban regulasi%
28
Spesifikasi lain
Definisi regulasi tegangan :
100(%)tegangan regulasi xV
VV
FL
FLNL
Kemampuan mengurangi ripel tegangan keluaran :
)(
)(log20)(ripelpenolakan inr
outrV
VdB
Hambatan regulator :
L
os I
VR
29
Regulator tegangan yang menggunakan Dioda Zener
Rangkaian
Karakteristik I-V
IZM
30
Regulator Dioda Zener • VZ tergantung pada arus I dan suhu.
• Dioda Zener dengan tegangan rated < 6 V mempunyai koefisien suhu negatif; untuk yang > 6 V mempunyai koefisien positip.
• Agar Vo tetap, IZT bervariasi dalam menanggapi perubahan IL atau Vi. Misal, bila RL membesar, IL menurun, maka IZT harus membesar untuk mempertahankan arus yang lewat Rs tetap. Karena tegangan pada Rs tetap, maka Vo tetap.
31
Rumus dalam untai regulator
Rs menentukan arus bias zener, IZT:
LZT
Zi
Rs
Zis II
VVI
VVR
Untuk nilai Vi yang tetap, tetapi RL bervariasi :
ZMRs
Z
L
ZL
Zi
Zs
Rs
ZL
IIV
IVR
VVVR
IVR
(min)
.max
.min
32
Rumus (lanjutan)
Untuk Rl yang tetap, tetapi Vi bervariasi :
LZMR
ZsRi
ZL
sLi
IIIwhere
VRIV
VR
RRV
(max)
(max).max
.min
Tegangan riak output pada regulator dengan zener :
)()( ////
inrsZL
ZLoutr V
RRRRRV
RZ = hambatan ac dioda zener
33
REGULATOR TEGANGAN DENGAN TRANSISTOR SERI
Regulator sederhana dapat diperbaiki dengan penambahan transistor
VBE = VZ - VL , maka setiap pengurangan/ penambahan VL akan di imbangi dengan penambahan atau pengurangan IE. Arus DC dalam rangkaian sbb :
RVVI
RVV
RVI Zi
RL
BEZ
L
LL
;
IL = hFEIB; IZT = IR - IB
34
Regulator Tegangan dengan Dioda Zener
Tegangan keluaran : Vout = VZ - VBE VZ – 0,7.
VZ tergantung pada arus yang mengalir lewat dioda. Tetapi arus basis ini lebih kecil dibanding arus dioda Zener.
Pemilihan hambatan R tergantung pada arus yang diinginkan lewat dioda dan arus bebabn.
Bila catu daya harus mengeluarkan arus 1 A maka arus basis 10 mA, (bila =100).
Arus dioda zener harus lebih besar lagi, sehingga perubahannya tak berpengaruh pada tegangan referensi
Untuk zener 1 W, arus normalnya ~20-50 mA
(untuk 0,5 W, normalnya sekitar puluhan As)
Unr
egul
ated
Vin
RRC
Regulated Vout
35
Regulator Tegangan dengan Dioda ZenerHambatan RC digunakan untuk membatasi arus saat keluaran terhubung singkat.
Kalau hal itu terjadi maka tak ada regulasi dan tegangan Vin muncul antara RC dan R, karena emiter dan basis ter-grounded.
Agar aman maka saat arus maksimum dibuat tegangan drop pada RC dibuat lebih kecil dibanding tegangan drop pada R.
Contoh : Bila maksimum arus = 1 A dan tegangan taktergulasi 5 V lebih besar dibanding keluaran maka RC ~ 4.3 V/1 A = 4. Ini akan membuat BJT berada jauh dari kondisi jenuh karena arus output kurang dari Vin/RC.
Unr
egul
ated
Vin
RRC
Regulated Vout
36
Regulator Tegangan dgn Transistor Shunt
VBE = VL - VZ,Penurunan VL
Atau penambahan Akan menambah IRs
Atau menurunkan IRs. VL = Vi - IRsRs.
S
BEZiRs
L
BEZ
L
LL R
)VV(VI;R
VVRVI
IE = IRs - IL = hFEIZT
37
REGULATOR TEGANGAN dgn OP-AMP
Zo VRRV
3
21
Series Shunt
38
Catatan pada Regulator tegangan dengan Opamp
• Lebih fleksibel dalam perancangan dibanding regulator dengan IC.
• Elemen yang utama : zener, seri atau shunt transistor, untai perasa, dan penguat kesalahan.
• Vo tergantung R2, R3, dan VZ.
• Konfigurasi shunt kurang efisien karena R2 bisa menyebabkan ada pembatasan arus short-circuit.
39
Pembatas arus Cara ini dapat digunakan untuk mengatasi arus hubung singkat atau arus lebih pada regulator seri
4(max)
7,0R
IL
Arus output dibatasi :
40
Pembatas arus terlipat balikCara lebih baik regulator terhadap arus hubung singkat dalam melindungi
oLooBBE VRIVRR
RVVV
)( 465
622
41
42
Rumus perancangan pembatas arus terlipat balik
Maksimum arus beban tanpa pembatas arus :
64
655(max)
)(7,0RR
RRVRI oL
Tegangan keluaran pada kondisi pembatasan arus :
L
Lo RRRR
RRRV
564
65 )(7,0'
Arus hubung singkat ( bila Vo = 0) :
64
65 )(7,0RR
RRIshort
43
Karakteristik pembatas terlipat balik
• Ishort < IL(max) dan Vo konstan setelah RL > nilai kritis.
• Untuk perancangan,• R5 + R6 = 1 k
• Dan bila Ishort dan L(max) ditentukan , maka
(max)4 7,0)7,0(
7,0
Loshort
oIVI
VR
Vo
IL
44
Regulator arus transistorDirancang untuk menjaga arus konstan pada beban untuk variasi Vi atu RL.
Untuk BJT, VEB = VZ - VRE.Setiap perubahan IL akan diimbang perubahan yang berlawanan dari VEB,
45
IC Voltage Regulators
• There are basically two kinds of IC voltage regulators:– Multipin type, e.g. LM723C– 3-pin type, e.g. 78/79XX
• Multipin regulators are less popular but they provide the greatest flexibility and produce the highest quality voltage regulation.
• 3-pin types make regulator circuit design simple.
46
Multipin IC Voltage Regulator
LM 723C Schematic
• The LM723 has an equivalent circuit that contains most of the parts of the op-amp voltage regulator.
• It has an internal voltage reference, error amplifier, pass transistor, and current limiter all in one IC package.
47
Catatan LM723
• 14-pin DIP atau 10-pin, TO-100• Dapat + atau -, variable or fixed
regulated voltage output• Max. output current with heat sink is 150
mA• Drop voltage is 3 V (i.e. VCC > Vo(max) + 3)
48
LM723 konfigurasi tegangan tinggi
Perlu tambahan transistor luardetektor arus.
Persamaan :
2
21 )(R
RRVV ref
o
21
213 RR
RRR
max
7.0I
Rsens
Pilih R1 + R2 = 10 k,dan Cc = 100 pF.
Ganti R1 dengan potensio agar Vo variable,
49
LM723 konfigurasi tegangan rendah
sens5
54o4(max)L RR
)RR(7.0VRI
sens5
54short RR
)RR(7.0I
(max)Loshort
osens I7.0)7.0V(I
V7.0R
L4sens5
54Lo RRRR
)RR(R7.0'V
Dalam kondisi terlipat :
21
ref2o RR
VRV
50
Regulator 3 terminaltegangan konstan
• Sederhana, • Standard kemasan transistor TO-3 (20 W) or
TO-220 • Seri 78/79XX untuk 5, 6, 8, 12, 15, 18, or 24 V
output• Max. arus 1 A (dengan pendingin)• Ada proteksi termal.• Drop tegangan 3-V, max. input : 37 V
51
Regulators 78/79XX
• Regulator 78XX / 79XX bisa untuk teg pos/neg• C1 untuk menghilangkan efek induktansi
• C2 memperbaiki transient response. • Biasanya 1 F tantalum atau 0.1 F mica
52
Dual-Polarity Output with 78/79XX Regulators
53
Regulator 78XX dengan Pass Transistor
• Q1 mulai ON saat VR2 = 0.7 V.
• R2 pilih max shg IR2 : 0.1 A.• Disipasi daya Q1• P = (Vi - Vo)IL.
• Q2 untuk proteksi pembatas arus. ON saat VR1 = 0.7 V.
• Q2 harus mampu mengalirkan arus sampai 1 A;
• max. VCE2 hanya 1.4 V.max
17.0
IR
22
7.0
RIR
54
78XX Floating Regulator
• Untuk output > the Vreg sampai 37 V.
• R1 dipilih shg
R1 = 0.1 Vreg/IQ, IQ adalah arus kerja regulator.
21
RIR
VVV Q
regrego
1
12
)(RIV
VVRR
Qreg
rego
atau
55
3-Terminal Variable Regulator
• The floating regulator could be made into a variable regulator by replacing R2 with a pot. However, there are several disadvantages:– Minimum output voltage is Vreg instead of 0 V.
– IQ is relatively large and varies from chip to chip.
– Power dissipation in R2 can in some cases be quite large resulting in bulky and expensive equipment.
• A variety of 3-terminal variable regulators are available, e.g. LM317 (for +ve output) or LM 337 (for -ve output).
56
LM317 untuk Variable Regulator
Circuit with capacitorsto improve performance
Circuit with protectivediodes
(a) (b)
57
LM317 Circuits
• C3 untuk mengurangi riak tegangan.• Dioda proteksi diperlukan saat
pengguanaan untuk arus/tegangan tinggi.
21
RIR
VVV adj
refrefo
Bila Vref = 1.25 V, arus Iadj biasanya 50 A).
1
12
)(RIV
VVRR
adjref
refo
R1 = Vref /IL(min), IL(min) :10 mA.
58
Other LM317 Regulator Circuits
Circuit with pass transistorand current limiting
Circuit to give 0V min.output voltage