1

TransistorDRIVER dan REGULATOR

olehIr. Bambang Sutopo, M.Phil

Jurusan Teknik ElektroFT-UGM

2007

Kuliah Elektronika DasarPertemuan minggu ke 9

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)

Te

ga

ng

an

Ba

sis

Em

itor

VB

E (

Vo

lt)

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

6

0 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)

Te

ga

ng

an

Ba

sis

Em

iter

VB

E (

Vo

lt)

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 LED

VVCC

Deretan pulsaDeretan pulsa • Deretan pulsa

membuat transistor On dan OFF

LEDLED

R

DIODA

CELEDCC

I

VVVR

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 DC

1. 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 2 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

LCR

V

fC

IV 04,2

34 Ripple

Ada dua persamaan :

diodepeak VVDCV 2)( 0

Vf

T

2

1

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

VV00417,0

1

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 Vr

Tegangan ripel dalam prosen:

100% xV

Vripple

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

oV

VVmV

)/(tegangan Regulasi

oi

oV

xV

Vregulasi

100%

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

oI

VAmV

)/(bebanRegulation

oL

oV

xI

V 100beban regulasi%

28

Spesifikasi lain

Definisi regulasi tegangan :

100(%)tegangan regulasi xV

VV

FL

FLNL

Kemampuan mengurangi ripel tegangan keluaran :

)(

)(log20)(ripelpenolakan

inr

outr

V

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

VV

I

VVR

Untuk nilai Vi yang tetap, tetapi RL bervariasi :

ZMRs

Z

L

ZL

Zi

Zs

Rs

ZL

II

V

I

VR

VV

VR

I

VR

(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 :

)()( //

//inr

sZL

ZLoutr V

RRR

RRV

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 :

R

VVI

R

VV

R

VI 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 Zener

Hambatan 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

BEZi

Rs

L

BEZ

L

L

L R

)VV(VI;

R

VV

R

VI

IE = IRs - IL = hFEIZT

37

REGULATOR TEGANGAN dgn OP-AMP

Zo VR

RV

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)

7,0

RIL

Arus output dibatasi :

40

Pembatas arus terlipat balik

Cara lebih baik dalam melindungi regulator terhadap arus hubung singkat

oLooBBE VRIVRR

RVVV

)( 4

65

622

41

Rumus perancangan pembatas arus terlipat balik

Maksimum arus beban tanpa pembatas arus :

64

655(max)

)(7,0

RR

RRVRI oL

Tegangan keluaran pada kondisi pembatasan arus :

L

Lo RRRR

RRRV

564

65 )(7,0'

Arus hubung singkat ( bila Vo = 0) :

64

65 )(7,0

RR

RRIshort

42

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

43

Regulator arus transistor

Dirancang 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,

44

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.

45

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.

46

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)

47

LM723 konfigurasi tegangan tinggi

Perlu tambahan transistor luardetektor arus.

Persamaan :

2

21 )(

R

RRVV ref

o

21

213 RR

RRR

max

7.0

IRsens

Pilih R1 + R2 = 10 k,dan Cc = 100 pF.

Ganti R1 dengan potensio agar Vo variable,

48

LM723 konfigurasi tegangan rendah

sens5

54o4

(max)L RR

)RR(7.0VRI

sens5

54

short RR

)RR(7.0I

(max)Loshort

o

sens I7.0)7.0V(I

V7.0R

L4sens5

54L

o RRRR

)RR(R7.0'V

Dalam kondisi terlipat :

21

ref2

o RR

VRV

49

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

50

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

51

Dual-Polarity Output with 78/79XX Regulators

52

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

1

7.0

IR

22

7.0

RIR

53

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

54

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).

55

LM317 untuk Variable Regulator

Circuit with capacitorsto improve performance

Circuit with protectivediodes

(a) (b)

56

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.

57

Other LM317 Regulator Circuits

Circuit with pass transistorand current limiting

Circuit to give 0V min.output voltage