FIG 15.22, FIG 15.23, DAN FIG 15,24


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]

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

 

3. Alat dan Bahan[Kembali]

Alat dan Bahan:

1. Transistor NPN

Transistor adalah komponen elektronik yang berfungsi sebagai penguat sinyal, saklar, atau pengatur arus dalam rangkaian listrik. Transistor terbuat dari bahan semikonduktor, biasanya silikon, dan memiliki tiga terminal: emitter (E), base (B), dan collector (C). Ada dua jenis utama transistor, yaitu transistor bipolar (BJT) dan transistor efek medan (FET).

Gambar Transistor NPN pada Proteus

 

Gambar Transistor NPN

 

2. Resistor

Resistor adalah komponen pasif yang digunakan untuk mengatur aliran arus listrik dalam suatu rangkaian. Fungsinya adalah untuk membatasi arus, menurunkan tegangan, atau mengatur pembagian tegangan dalam rangkaian.

Gambar Resistor pada Proteus

 

Gambar Resistor

 

3. Dioda Zener

Dioda zener adalah jenis khusus dari dioda yang dirancang untuk beroperasi dalam kondisi bias balik (reverse bias) dan tetap menjaga tegangan tetap (stabil) saat terjadi lonjakan tegangan. Fungsi utama dioda zener adalah sebagai penstabil tegangan dalam rangkaian elektronik.

Gambar Dioda Zener pada Proteus

Gambar Dioda Zener

 

 4. Power

Power merupakan komponen yang berfungsi sebagai sumber tegangan. Nilai tegangan pada power dapat diubah-ubah, sesuai dengan kebutuhan.

 

Gambar Power



5. Ground

Ground adalah titik referensi tegangan nol volt (0V) yang digunakan sebagai acuan untuk semua tegangan lain dalam rangkaian. Ground juga berfungsi sebagai jalur arus balik dan penyeimbang sistem agar rangkaian bisa bekerja dengan benar dan stabil.

Gambar Ground pada Proteus

 

6. Voltmeter

Voltmeter merupakan alat untuk mengukur tegangan pada rangkaian. Dalam dua rangkaian ini, masing-masing Voltmeter yang digunakan adalah voltmeter biasa dan voltage probe. Voltage probe adalah komponen virtual yang digunakan dalam software simulasi rangkaian (seperti Proteus) untuk mengukur beda potensial (tegangan) antara dua titik dalam rangkaian.

Gambar Voltmeter pada Proteus

 

Gambar Voltage Probe pada Proteus

 

Gambar Voltage Probe

 

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 VO​ turun → VBE​ Q₁ naik → Q₁ menghantar lebih banyak → VO​ naik.
    • Jika VO​ naik → VBE​ Q₁ turun → Q₁ menghantar lebih sedikit → VO​ 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 VO​ naik → V2​ (di R₂) naik → Q₂ menghantar lebih banyak → arus basis Q₁ berkurang → VO 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 VO​ menyimpang → op-amp mengatur konduksi Q₁ untuk menstabilkannya.
  • Rumus Output:

 

 

d. Current-Limiting Circuit 

  • Tujuan: Mencegah kerusakan akibat arus berlebih.
  • Komponen Utama:
    • Resistor sensing (RSC​).
    • Transistor Q₂ untuk membatasi arus basis Q₁.
  • Mekanisme:
    • Jika IL​ melebihi batas → tegangan di RSC​ 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 (VZ) dan resistor seri (RS​).
  • Rumus Output:

 

b. Improved Shunt Regulator

  • Perbaikan:
    • Menambahkan transistor Q₂ untuk meningkatkan arus shunt.
  • Prinsip Kerja:
    • Jika VO​ naik → Q₂ menghantar lebih banyak → Q₁ mengalihkan arus lebih besar → VO 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 VZ​ 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


5. Example[Kembali]

Soal 1


Soal 2

Soal 3

 

 .

6. Problem[Kembali]

Soal 1

 

Soal 2

 


Soal 3

 

7. Pilihan Ganda[Kembali]

Soal 1

Apa prinsip kerja utama dari series voltage regulator?

A. Mengalihkan arus berlebih ke ground melalui transistor shunt.

B. Mengontrol tegangan output dengan menyesuaikan resistansi elemen seri antara input dan output.

C. Menggunakan op-amp untuk mengatur tegangan referensi.

D. Menstabilkan tegangan output dengan meningkatkan arus input.

Jawaban Benar: B

Penjelasan: Regulator seri bekerja dengan mengatur resistansi transistor seri (Q₁) untuk mengontrol tegangan yang sampai ke output, sesuai perubahan beban atau input.

Soal 2

Diketahui rangkaian improved series regulator dengan:

R1=15 kΩ 

R2=10 kΩ

VZ=6 V

VBE=0.7 V

R1​=15kΩ

R2​=10kΩ

VZ​=6V

VBE​=0.7V.

Berapakah tegangan output (VO​) yang dihasilkan?

A. 9.45 V

B. 10.05 V

C. 12.25 V

D. 8.55 V

Jawaban Benar: B

Penjelasan:

VO = (VZ + VBE) = (6 + 0.7) = 2.5 x 6.7 = 10.05 V

Soal 3

Apa perbedaan utama antara current limiting dan foldback limiting?

A. Current limiting hanya membatasi arus, sedangkan foldback limiting mengurangi tegangan dan arus saat overload.

B. Foldback limiting menggunakan dioda zener, sedangkan current limiting menggunakan op-amp.

C. Current limiting diterapkan pada regulator shunt, sedangkan foldback limiting pada regulator seri.

D. Foldback limiting meningkatkan efisiensi regulator, sedangkan current limiting tidak.

Jawaban Benar: A

Penjelasan: Current limiting membatasi arus maksimum, sementara foldback limiting mengurangi baik arus maupun tegangan saat terjadi overload untuk proteksi lebih baik.

 

5. Percobaan[Kembali]

  FIG 15.22



    FIG 15.23


    FIG 15.24


6. Link Download[Kembali]

Download Proteus Fig 15.22 [disini]

Download Proteus Fig 15.23 [disini]

Download Proteus Fig 15.24 [disini]

 [Klik untuk download Resistor Datasheet]

 [Klik untuk download LM741 Datasheet]

 [Klik untuk download Dioda Zener Datasheet]

 [Klik untuk download Transistor 2N2222 Datasheet]

 [Klik untuk download Transistor 2N2222 Datasheet Tambahan]

 

Komentar

Posting Komentar

Postingan populer dari blog ini

Gambar
[KEMBALI KE MENU SEBELUMNYA] DAFTAR ISI 1. Pendahuluan 2. Tujuan 3. Alat dan Bahan 4. Dasar Teori 5. Percobaan Percobaan ... 1. Tugas Pendahuluan 2 .Laporan Akhir MODUL 2 OSCILLOSCOPE DAN PENGUKURAN DAYA 1. Pendahuluan [Kembali] Dalam era modern teknologi, pemahaman yang mendalam tentang prinsip-prinsip dasar elektronika menjadi kunci bagi setiap praktisi teknik. praktikum menjadi landasan yang penting, memungkinkan mahasiswa untuk mendapatkan pengalaman praktis yang tak ternilai dalam menerapkan konsep-konsep teoritis ke dalam konteks dunia nyata. Sehingga mahasiswa tidak hanya sekedar mengetahui teorinya saja. Pada praktikum ini, fokusnya terletak pada dua konsep utama dalam bidang elektronika: oscilloscope dan pengukuran daya. Oscilloscope, sebagai alat yang sering menjadi pusat perhatian dalam laboratorium teknik, memainkan peran krusial dalam pemantauan, analisis, dan debugging sinyal listrik. Sementara itu, pengukuran daya menjadi landasan untuk memahami efisi...
Baca selengkapnya
Gambar
  Bahan Presentasi  Mata Kuliah Elektronika 2024 Disusun Oleh: Nabila Asyifa NIM : 2410953008 Dosen Pengampu : Dr. Darwison ,MT Referensi : Darwison, 2010, ”TEORI, SIMULASI DAN APLIKASI ELEKTRONIKA ”, Jilid 1, ISBN: 978-602-9081-10-7, CV Ferila, Padang Darwison, 2010, ”TEORI, SIMULASI DAN APLIKASI ELEKTRONIKA ”,Jilid 2,  ISBN: 978-602-9081-10-8, CV Ferila, Padang Robert L. Boylestad and Louis Nashelsky, Electronic Devices and Circuit Theory, Pearson, 2013 Jimmie J. Cathey, Theory and Problems of Electronic Device and Circuit, McGraw Hill, 2002. Keith Brindley, Starting Electronics, Newness 3rd Edition, 2005 Ian R. Sinclair and John Dunton, Practical Electronics Handbook, Newness, 2007. John M. Hughes, Practical Electronics: Components and Techniques, O’Reilly Media, 2016.    
Baca selengkapnya