Menarik

Sirkuit Pengatur Tegangan

Sirkuit Pengatur Tegangan

Regulator tegangan banyak digunakan dalam rangkaian catu daya elektronik. Mereka memberikan tingkat regulasi yang sangat tinggi dan tingkat riak yang rendah, meskipun tingkat efisiensinya jauh lebih rendah daripada bentuk pengatur populer lainnya yang disebut pengatur mode sakelar. Namun regulator linier masih digunakan dalam jumlah besar karena kesederhanaan relatifnya dan tingkat kinerja yang tinggi.

Dimungkinkan untuk membuat rangkaian pengatur tegangan dari kedua komponen diskrit serta dapat menggunakan pengatur IC. Regulator IC memungkinkan pencapaian tingkat kinerja yang sangat tinggi, seringkali menggunakan komponen yang relatif sedikit, tetapi seringkali untuk banyak proyek dimungkinkan untuk menggunakan beberapa komponen yang tersedia untuk membuat rangkaian pengatur tegangan yang memadai.

Konsep dasar di balik rangkaian pengatur tegangan

Meskipun ada banyak rangkaian pengatur tegangan dan pengatur rangkaian terintegrasi, konsep dasar rangkaian ini termasuk dalam salah satu dari dua kategori dasar:

  • Sirkuit pengatur seri
  • Rangkaian regulator paralel atau shunt.

Semua rangkaian pengatur tegangan termasuk dalam salah satu kategori ini, meskipun dari keduanya, jenis yang paling umum terlihat untuk rangkaian pengatur tegangan penuh adalah pengatur seri.

Selain regulator tegangan yang dikategorikan sebagai regulator seri dan shunt, dimungkinkan juga untuk mengkategorikannya ke dalam dua kategori lain tergantung pada mode operasi:

  • Regulator tegangan linier.
  • Pengatur tegangan switching.

Sirkuit regulator linier dan switching banyak digunakan. Setiap tipe memiliki kelebihan dan kekurangannya masing-masing dan oleh karena itu pilihan tipe regulator perlu dibuat tergantung pada aplikasi yang direncanakan.

Rangkaian regulator tegangan seri

Rangkaian regulator tegangan seri beroperasi dengan menggunakan elemen kontrol seri seperti transistor bipolar atau transistor efek medan. Basis operasi rangkaian bergantung pada pengendalian konduktansi elemen seri ini dengan tegangan kontrol. Jika tegangan output cenderung naik, maka ini akan terdeteksi dan tegangan kontrol akan disesuaikan untuk mengurangi konduktansi elemen seri yang akan menyebabkan tegangan di elemen seri naik. Karena elemen seri dan beban membentuk rangkaian pembagi potensial, setiap kenaikan tegangan pada elemen kontrol seri akan menyebabkan penurunan tegangan pada beban.

Demikian pula jika tegangan melintasi beban cenderung turun terlalu rendah, maka ini akan terdeteksi, tegangan kontrol untuk elemen seri kemudian akan menyebabkan konduktansi elemen seri naik dan tegangan yang melintasi beban akan dipertahankan.

Ini adalah bentuk tipikal dari sistem umpan balik negatif. Tegangan kontrol harus memiliki referensi untuk membandingkan keluaran. Ini sering disediakan oleh rangkaian referensi tegangan yang berbasis di sekitar dioda zener. Tegangan keluaran dari regulator diambil, seringkali melalui pembagi potensial, dan dibandingkan dengan tegangan referensi, dan tegangan kesalahan diumpankan kembali sebagai tegangan kontrol untuk mengubah konduktansi elemen kontrol seri.

Dimungkinkan untuk memvariasikan tegangan keluaran dengan mengubah jumlah keluaran dibagi. Dengan menempatkan resistor variabel pada pembagi potensial, tegangan yang dibandingkan dengan tegangan referensi dapat diubah. Ini pada gilirannya akan mengubah tegangan keluaran dari rangkaian pengatur tegangan.

Rangkaian regulator tegangan shunt

Seperti namanya, pengatur tegangan shunt beroperasi secara paralel dengan beban, bukan secara seri dengannya. Menggunakan bentuk perangkat arus konstan, yang bisa sesederhana resistor, ia beroperasi secara paralel dengan beban, shunting, atau menyerap arus sehingga tegangan yang melintasi beban tetap sama.

Bentuk paling sederhana dari regulator shunt menggunakan perangkat tegangan konstan seperti dioda zener. Rangkaian ini menggunakan resistor seri untuk memberikan aksi pembatas arus, dan dioda zener ditempatkan antara resistor dan ground secara paralel dengan beban. Karena dioda zener mempertahankan tegangan konstan, dan variasi arus oleh beban tidak akan menyebabkan variasi tegangan (signifikan) karena dioda akan mempertahankan tegangan konstan, mengambil variasi arus. Tentu ada bentuk pengatur shunt lain yang lebih canggih, tetapi versi dioda zener adalah yang paling sederhana dan paling mudah.

Pengatur tegangan linier

Rangkaian pengatur tegangan linier adalah rangkaian di mana konduktansi elemen pengatur seri bervariasi secara linier untuk memastikan bahwa tegangan yang diperlukan dipertahankan pada keluaran. Dengan cara ini, tegangan keluaran dijaga agar tetap semirip mungkin dan diperoleh keluaran yang paling bersih.

Meskipun rangkaian pengatur tegangan linier menawarkan tingkat kinerja yang sangat tinggi dalam hal kebisingan, riak, dan pengaturan, rangkaian jenis ini tidak efisien. Elemen pengatur seri membutuhkan tegangan yang signifikan untuk dijatuhkan di atasnya agar dapat mempertahankan tingkat kebisingan yang tinggi dan penolakan riak yang diperlukan. Elemen pengatur seri harus dapat menghilangkan tingkat daya yang signifikan tergantung pada keluaran yang diperlukan. Artinya, catu daya ini bisa besar dan berat.

Pengatur tegangan switching

Tidak seperti regulator linier di mana elemen rangkaian bervariasi secara linier, elemen rangkaian dalam regulator switching hanya memiliki dua status - hidup dan mati. Regulator bekerja dengan mengisi kapasitor besar pada output. Saat tegangan turun saat muatan digunakan untuk memberi daya pada beban, regulator seri akan menyala. Setelah mencapai voltase yang dibutuhkan, perangkat akan mati lagi. Dengan memiliki kapasitor reservoir yang cukup besar pada output, lonjakan sakelar dihilangkan di utama.

Keuntungan dari regulator switching adalah tingkat efisiensi yang jauh lebih besar yang dapat mereka tawarkan. Elemen seri menghilangkan sedikit daya saat dihidupkan atau dimatikan. Hasilnya, catu daya ini tidak hanya sangat efisien, tetapi juga dapat dibuat jauh lebih kecil. Masalahnya adalah selalu ada beberapa lonjakan switching yang ada pada output, dan tingkat kebisingan keseluruhan pada output lebih besar daripada yang ditawarkan oleh regulator linier. Namun mereka cukup memadai untuk banyak aplikasi dan sebagai hasilnya mereka sangat banyak digunakan.

Ringkasan

Regulator tegangan linier sangat banyak digunakan dalam rangkaian elektronik. Dengan sirkuit yang beroperasi pada kecepatan tinggi dan membutuhkan rel suplai untuk dipelihara secara akurat, sirkuit pengatur tegangan digunakan untuk menyediakan suplai untuk kebanyakan sirkuit.


Tonton videonya: Voltage regulator tutorial u0026 USB gadget charger circuit (September 2021).