BAB IPENDAHULUAN

I.1 LATAR BELAKANGRegulator tegangan digunakan untuk menstabilkan keluaran tegangan dari sumber daya atau power supply. Unit sumber daya (power supply) biasanya terdiri atas rangkaian penyearah dan filter. Keluaran tegangan dari sumber daya yang belum distabilkan sangat dipengaruhi oleh perubahan tegangan masukan (listrik jala-jala) dan perubahan beban. Oleh karena itu tujuan regulator tegangan adalah untuk mengatasi kedua pengaruh tersebut, sehingga diperoleh tegangan keluaran yang stabil.

Pada makalah ini akan dibahas rangkaian dan analisis yang mendahului regulator tegangan tersebut. Makalah ini pembahasannya difokuskan pada macam macam regulator tegangan dan penerapannya.

BAB IIPEMBAHASAN

II.1. PENGERTIAN REGULATORRegulator tegangan adalah bagian power supply yang berfungsi untuk memberikan stabilitas output pada suatu power supply. Output tegangan DC dari penyearah tanpa regulator mempunyai kecenderungan berubah harganya saat dioperasikan. Adanya perubahan pada masukan AC dan variasi beban merupakan penyebab utama terjadinya ketidakstabilan pada power supply. Pada sebagian peralatan elektronika, terjadinya perubahan catu daya akan berakibat cukup serius. Untuk mendapatkan pencatu daya yang stabil diperlukan regulator tegangan. Regulator tegangan untuk suatu power supply paling sederhana adalah menggunakan dioda zener.Voltage Regulator atau Pengatur Tegangan merupakan salah satu rangkaian yang sering dipakai dalam peralatan Elektronika. Fungsi Voltage Regulator adalah untuk mempertahankan atau memastikan Tegangan pada level tertentu secara otomatis. Artinya, Tegangan Output (Keluaran) DC pada Voltage Regulator tidak dipengaruhi oleh perubahan Tegangan Input (Masukan), Beban pada Output dan juga Suhu. Tegangan Stabil yang bebas dari segala gangguan seperti noise ataupun fluktuasi (naik turun) sangat dibutuhkan untuk mengoperasikan peralatan Elektronika terutama pada peralatan elektronika yang sifatnya digital seperti Mikro Controller ataupun Mikro Prosesor.Rangkaian Voltage Regulator ini banyak ditemukan pada Adaptor yang bertugas untuk memberikan Tegangan DC untuk Laptop, Handphone, Konsol Game dan lain sebagainya. Pada Peralatan Elektronika yang Power Supply atau Catu Dayanya diintegrasi ke dalam unitnya seperti TV, DVD Player dan Komputer Desktop, Rangkaian Voltage Regulator (Pengatur Tegangan) juga merupakan suatu keharusan agar Tegangan yang diberikan kepada Rangkaian lainnya Stabil dan bebas dari fluktuasi.Terdapat berbagai jenis Voltage Regulator atau Pengatur Tegangan, salah satunya adalah Voltage Regulator dengan Menggunakan IC Voltage Regulator. Salah satu tipe IC Voltage Regulator yang paling sering ditemukan adalah tipe 7805 yaitu IC Voltage Regulator yang mengatur Tegangan Output stabil pada Tegangan 5 Volt DC.II.2. JENIS JENIS RANGKAIAN REGULATORA. Regulator Tegangan Seri Secara blok diagram regulator tegangan seri dapat ditunjukkan pada Gambar 2.1 Meskipun secara fisik masing masing blok agak sulit diidentifikasi dalam rangkaian yang sesungguhnya, namun secara fungsional blokblok tersebut menunjukkan kerjanya

Gambar 2.1 Blok diagram regulator tegangan seri

Pada blok diagram tersebut, elemen kontrol yang dihubung seri dengan beban mengontrol besarnya tegangan masukan yang akan menuju keluaran. Tegangan keluaran dicuplik oleh rangkaian sampling sehingga diperoleh tegangan umpan balik untuk kemudian dibandingkan dengan tegangan referensi.

Apabila tegangan keluaran naik, maka rangkaian pembanding memberikan sinyal kontrol kepada elemen kontrol sehingga elemen kontrol ini menurunkan besarnya tegangan keluaran. Dengan demikian elemen kontrol berusaha untuk menyetabilkan tegangan keluaran.

Apabila tegangan keluaran turun, maka rangkaian pembanding memberikan sinyal kontrol kepada elemen kontrol sehingga elemen kontrol ini menaikkan besarnya tegangan keluaran . Dengan demikian elemen kontrol berusaha untuk menyetabilkan tegangan keluaran.

Beberapa contoh rangkaian regulator tegangan seri akan dijelaskan berikut ini :Gambar 2.2 Rangkaian Regulator Seri dengan 1 Transistor

Gambar 2.2 merupakan rangkaian regulator tegangan seri yang sederhana, yakni menggunakan sebuah transistor dan sebuah dioda zener . Transistor Q1 berfungsi sebagai elemen kontrol dan Dioda Zener berfungsi untuk memberikan tegangan referensi sebesar V2. Prinsip kerja rangkaian regulator tersebut adalah sebagai berikut :

Apabila tegangan masukan (Vi) turun, maka tegangan keluaran (Vo) cenderung akan turun. Tegangan Vo yang turun ini bila dibanding dengan tegangan referensi (V2) yang tetap, maka akan menyebabkan tegangan VBE menjadi lebih besar dengan kata lain Transistor Q1 menjadi lebih menghantar. Istilah Transistor lebih menghantar berarti arus IC lebih besar, sehingga VCE lebih kecil dan turun tegangan pada RL menjadi lebih besar. Dengan demikian apabila tegangan Vi turun maka transistor akan berusaha menstabilkan tegangan Vo dengan jalan menaikkannya.Apabila tegangan masukan (Vi) naik, maka tegangan keluaran (Vo) cenderung akan naik. Tegangan Vo yang naik ini bila dibandingkan dengan tegangan referensi (V2) yang tetap, maka akan menyebabkan tegangan VBE menjadi lebih kecil dengan kata lain transistor Q1 menjadi kurang menghantar. Istilah transistor kurang menghantar berarti arus IC lebih kecil. Dengan demikian apabila tegangan Vi naik maka transistor akan berusaha menyetabilkan tegangan Vo dengan jalan menurunkannya.

Untuk mendapatkan hasil penyetabilan yang lebih baik, Gambar 2.2 tersebut diperbaiki dengan menambah sebuah transistor lagi seperti ditunjukkan pada Gambar 2.3 berikut .

Gambar 2.3 Rangkaian Regulator Seri 2 dengan Transistor

Pada rangkaian regulator (Gambar 2.3), R1 dan R2 berfungsi sebagai rangkaian sampling yang akan mencuplik tegangan keluaran. Kenaikan atau penurunan tegangan akan dirasakan pada kaki Basis Q2. Sedangkan Dioda zener memberikan tegangan referensi yang tetap sebesar V2. Kondisi Q2 akan mengontrol arus basis transistor Q1 yang kemudian akan mengontrol arus yang mengalir (IC) pada transistor Q1 tersebut dan akhirnya dapat menstabilkan tegangan keluaran.

Prinsip kerja rangkaian regulator tersebut adalah sebagai berikut :1. Apabila tegangan masukan (Vi) turun, maka tegangan keluaran (Vo) cenderung akan turun. Penurunan Vo ini dirasakan oleh pembagi tegangan R1 dan R2, sehingga tegangan VB pada Q2 akan turun. Oleh karena V2 tetap, maka VBE2 akan turun. Selanjutnya Q2 kurang menghantar, yang berarti arus IC2 menurun. Karena kolektor Q2 langsung terhubung ke basis Q1 , maka VBE1 menjadi naik (disebabkan VC2 naik atau IC2 turun), dengan kata lain transistor Q1 menjadi lebih menghantar. Istilah transistor lebih menghantar berarti arus IC1 lebih besar, sehingga VCE1 lebih kecil dan turun tegangan Vi turun maka transistor akan berusaha menyetabilkan tegangan Vo dengan jalan menaikkannya.

2. Apabila tegangan masukan (Vi) naik, maka tegangan keluaran (Vo) cederung akan naik. Kenaikan Vo ini dirasakan oleh pembagi tegangan R1 dan R2, sehingga tegangan VB pada Q2 akan naik juga . Oleh karena V2 tetap, maka VBE2 akan naik. Selanjutnya Q2 menjadi lebih menghantar, yang berarti arus IC2 menjadi naik. Karena kolektor Q2 langsung terhubung ke basis Q1, maka VBE1 menjadi turun (disebabkan VC2 turun atau IC2 naik), dengan kata lain transistor Q1 menjadi kurang menghantar. Istilah transistor kurang menghantar berarti arus IC1 menjadi turun, sehingga VCE1 lebih besar dan turun tegangan pada RL menjadi lebih kecil. Dengan demikian apabila tegangan Vi naik maka transistor akan berusaha menyetabilkan tegangan Vo dengan jalan menurunkannya.

Turun tegangan pada R2, VR2 (atau VB2 ) adalah :VB2 = VR2 = {R2/(R1 + R2)}. VoSedangkan pada masukan Q2 berlaku :VB2 = VBE2 + VzSehingga diperoleh persamaan tegangan keluaran sebagai berikut :

Contoh rangkaian regulator tegangan seri dengan menggunakan Transistor dan Op-Amp ditunjukkan pada Gambar 2.4 . Pada rangkaian ini Op-Amp akan membandingkan tegangan umpan balik yang dicuplik dari keluaran dengan tegangan referensi Vz. Apabila tegangan keluaran bervariasi, maka Op-Amp akan mengontrol arus basis Q1, sehingga Q1 dapat menyetabilkan tegangan keluaran Vo. Tegangan keluaran Vo dapat diperoleh dengan persamaan berikut :

Gambar 2.4 Rangkaian regulator tegangan seri dengan Op-Amp

B. Regulator Tegangan Paralel Regulator tegangan paralel melakukan pengontrolan tegangan keluaran Vo dengan cara melewatkan sebagian arus beban (arus keluaran) melalui komponen pengontrol yang terhubung paralel dengan beban. Regulator ini terutama dipakai untuk beban bervariasi. Istilah beban ringan berarti memerlukan arus kecil, sehingga tekanan beban (tegangan keluaran, Vo) cenderung untuk turun. Secara blok diagram regulator tegangan paralel terlihat pada Gambar 2.5

Gambar 2.5 Blok diagram regulator tegangaan paralel

Pada regulator tegangan paralel, sebagian arus yang berasal dari tegangan masukan (Vi) juga dilewatkan ke elemen kontrol (Ish) disamping diberikan ke beban (IL). Apabila terjadi perubahan beban (IL naik atau turun ), maka tegangan keluaran juga cenderung untuk berubah. Perubahan ini dirasakan oleh rangkaian sampling yang kemudian akan memberikan sinyal umpan balik kepada pembanding. Rangkaian pembanding berdasarkan sinyal umpan balik dan tegangan referensi akan memberikan sinyal ke pengontrol agar dapat mengalirkan arus Ish sesuai dengan kebutuhan, sehingga memberikan efek penyetabilan tegangan keluaran Vo.

Contoh rangkaian regulator tegangan paralel yang sederhana dapat dilihat pada Gambar 2.5 Transistor Q1 berfungsi sebagai elemen kontrol yang melewatkan sebagian arus beban guna menyetabilkan tegangan keluaran. Tegangan referensi diperoleh dari Vz. Apabila beban (RL) turun, maka tegangan VBE1 turun , sehingga transistor menjadi kurang menghantar. Oleh karena itu arus IC juga turun , dan arus beban menjadi naik. Dengan demikian transistor berusaha untuk menaikkan tegangan output (sehingga menjadi stabil) dengan cara menurunkan jumlah arus yang melewati transistor dan menaikkan arus ke beban. Tegangan keluaran regulator tersebut adalah :

Gambar 2.6 Regulator Tegangan Paralel 1 Transistor

Untuk mendapatkan hasil penyetabilan yang lebih baik, dapat digunakan tambahan sebuah Op-Amp seperti ditunjukkan pada Gambar 2.7. Perubahan beban akan dirasakan oleh rangkaian sampling yang berupa pembagi tegangan R1 dan R2.Kemudian sinyal umpan balik ini dibandingkan dengan tegangan referensi oleh Op-Amp untuk selanjutnya digunakan sebagai sinyal pengontrol transistor Q1. Besarnya tegangan keluaran dapat dihitung dengan persamaan berikut :

Gambar 2.7 Rangkaian Regulator Tegangan Paralel Dengan Op-Amp

C. Regulator Tegangan ICRegulator tegangan dengan menggunakan komponen utama IC (Integrated Circuit) mempunyai keuntungan karena lebih kompak (praktis) dan umumnya menghasilkan penyetabilan tegangan yang lebih baik. Fungsi fungsi seperti pengontrol, sampling , komparator, referensi ,dan proteksi yang tadinya dikerjakan oleh komponen diskret, sekarang semuanya dirangkai dan dikemas dalam IC. ada beberapa jenis IC (Integrated Circuit) yang mengahsilkan tegangan keluaran tetap baik positif maupun negatif, ada pula yang menghasilkan tegangan keluaran yang bisa diatur. IC regulator tegangan tipe LM78xx (series) menghasilkan tegangan tetap negatif.

Gambar 2.8 IC regulator tipe LM7812

Pada Gambar 2.8 terlihat bahwa IC regulator tipe LM7812 akan menghasilkan tegangan keluaran tetap sebesar positif 12 volt. IC jenis ini mempunyai 3 buah terminal, yakni masukan (input), keluaran (output), dan ground (GND). Spesifikasi tegangan pada beberapa IC regulator seri LM78xx dan 79xx series terlihat pada Tabel 2.1 berikut:

Tabel 2.1 Spesifikasi Tegangan IC Regulator LM 78xx dan LM 79xxApabila dikehendaki suatu tegangan keluaran stabil yang bisa diatur, maka dapat digunakan IC regulator LM317; LM 117; LM 138 dan lain-lain untuk tegangan positif , dan IC regulator LM337; LM137 ;dan lain-lain untuk tegangan negatif. Contoh penggunaan IC LM317 dalam rangkaian regulator tegangan dapat dilihat pada Gambar 2.7. Tegangan keluaran IC LM317 bisa diatur dari 1,2 Volt sampai 37 Volt. Spesifikasi jenis IC lainnya dapat dilihat pada Tabel 2.2

Gambar 2.7 Regulator tegangan IC LM317Pada Gambar 2.7 tersebut, tegangan keluaran dapat diatur dengan mengubah harga R2 (perbandingan R1 dan R2).

Dimana harga tipikal untuk IC tersebut, Vref = 1,25 V dan Iadj = 100 A

Tabel 2.2

II.3. PENGELOMPOKAN RANGKAIAN REGULATOR1. Fixed Voltage Regulator (Pengatur Tegangan Tetap)IC jenis Pengatur Tegangan Tetap (Fixed Voltage Regulator) ini memiliki nilai tetap yang tidak dapat disetel (di-adjust) sesuai dengan keinginan Rangkaiannya. Tegangannya telah ditetapkan oleh produsen IC sehingga Tegangan DC yang diatur juga Tetap sesuai dengan spesifikasi IC-nya. Misalnya IC Voltage Regulator 7805, maka Output Tegangan DC-nya juga hanya 5 Volt DC. Terdapat 2 jenis Pengatur Tegangan Tetap yaitu Positive Voltage Regulator dan Negative Voltage Regulator. Angka terakhir pada IC ini menandakan tegangan Output yang diregulasi misalkan 7805, 7809, 7812 menunjukkan tegangan 5V, 9V, 12V sedangkan angka didepan menunjukkan jenis positif atau negatif ,78xx untuk positif dan 79xx untuk negatif. IC Fixed Voltage Regulator juga dikategorikan sebagai IC Linear Voltage Regulator. Dibawah ini adalah Rangkaian Dasar untuk IC LM78XX beserta bentuk Komponennya (Fixed Voltage Regulator):

2. Adjustable Voltage Regulator (Penguat Tegangan yang dapat disetel)IC jenis Adjustable Voltage Regulator adalah jenis IC Pengatur Tegangan DC yang memiliki range Tegangan Output tertentu sehingga dapat disesuaikan kebutuhan Rangkaiannya. IC Adjustable Voltage Regulator ini juga memiliki 2 jenis yaitu Positive Adjustable Voltage Regulator dan Negative Adjustable Voltage Regulator.Contoh IC jenis Positive Adjustable Voltage Regulator diantaranya adalah LM317 yang memiliki range atau rentang tegangan dari 1.2 Volt DC sampai pada 37 Volt DC. Sedangkan contoh IC jenis Negative Adjustable Voltage Regulator adalah LM337 yang memiliki Range atau Jangkauan Tegangan yang sama dengan LM317. Pada dasarnya desain, konstruksi dan cara kerja pada kedua jenis IC Adjustable Voltage Regulator adalah sama. Yang membedakannya adalah Polaritas pada Output Tegangan DC-nya.IC Fixed Voltage Regulator juga dikategorikan sebagai IC Linear Voltage Regulator. Dibawah ini adalah Rangkaian Dasar IC LM317 beserta bentuk komponennya (Adjustable).

3. Switching Voltage RegulatorSwitching Voltage Regulator ini memiliki Desain, Konstruksi dan cara kerja yang berbeda dengan IC Linear Regulator (Fixed dan Adjustable Voltage Regulator). Switching Voltage Regulator memiliki efisiensi pemakaian energi yang lebih baik hingga 85%. Hal ini dikarenakan kemampuannya yang dapat mengalihkan penyediaan energi listrik ke medan magnet yang memang difungsikan sebagai penyimpan energi listrik. Oleh karena itu, untuk merangkai Pengatur Tegangan dengan sistem Switching Voltage Regulator harus ditambahkan komponen Induktor yang berfungsi sebagai elemen penyimpan energi listrik.

BAB IIIPENUTUP

III.1.KESIMPULANAdapun kesimpulan dari makalah ini yaitu:1. Regulator tegangan sangat diperlukan untuk menyetabilkan tegangan hasil dari penyearahan terutama untuk rangkaian atau pesawat elektronika yang peka terhadap perubahan sumber daya.2. Ketidak-stabilan suatu sumber daya disebabkan oleh adanya perubahan AC dari PLN atau perubahan beban.3. Dilihat dari hubungan pengendalian dan bebannya, regulator tegangan bisa berupa seri atau paralel

DAFTAR PUSTAKA

http://elektronika-dasar.web.id/teori-elektronika/regulator-tegangan/diakses tanggal 12 Mei 2015 Pukul 17.13http://jiwa-elektro.blogspot.com/2015/05/jenis-jenis-ic-regulator-egangan.html/diakses tanggal 12 Mei 2015 Pukul 17.57http://elektronika-dasar.web.id/komponen/regulator-tegangan-positif-78xx/ diakses tanggal 12 Mei 2015 Pukul 17.28Surjono , Herman Dwi,Ph.D. 2009.Elektronika Lanjut.Penerbit Cerdas Ulet Kreatif:Jawa Timur