Sub 15.5 (Fig 15.22, 15.23, 15.24)

[menuju akhir]

[KEMBALI KE MENU SEBELUMNYA]

DAFTAR ISI

1. Pendahuluan

6. Problem

1. Pendahuluan (kembali)

Dalam sistem elektronik, kestabilan tegangan merupakan hal yang sangat penting untuk menjaga kinerja dan keandalan suatu rangkaian. Salah satu metode yang digunakan untuk mencapai kestabilan ini adalah dengan menggunakan regulator tegangan. Regulator tegangan berfungsi untuk menjaga agar tegangan output tetap konstan meskipun terjadi perubahan pada tegangan input atau beban. Shunt voltage regulator merupakan salah satu jenis regulator yang bekerja dengan cara mengalirkan kelebihan arus ke ground. Perkembangan dari regulator ini meliputi penggunaan komponen seperti op-amp dan konfigurasi yang ditingkatkan (improved shunt regulator) untuk meningkatkan efisiensi dan akurasi.

2. Tujuan (kembali)

Menganalisis prinsip kerja dari rangkaian shunt voltage regulator.
Mengetahui perbedaan kinerja antara regulator shunt konvensional, improved shunt voltage regulator, dan shunt voltage regulator dengan op-amp.
Mengamati dan membandingkan kestabilan tegangan output terhadap variasi tegangan input.
Memahami peran masing-masing komponen dalam rangkaian dan dampaknya terhadap kestabilan sistem.

3. Alat dan Bahan (kembali)

A. ALAT

Breadboard
Power supply variabel
Multimeter
Resistor
Dioda zener (5.1V atau 6.2V)
Transistor (misal: 2N2222 atau BC547)
Op-Amp (misal: LM741 atau TL081)
Potensiometer (untuk pembagi tegangan referensi)

Beban (resistor atau lampu kecil)

4.Dasar Teeori (kembali)

a. Shunt Voltage Regulator

Shunt voltage regulator adalah jenis regulator yang bekerja dengan menyambungkan elemen pengatur (seperti dioda zener) secara paralel dengan beban. Ketika tegangan input meningkat, regulator menyerap kelebihan arus sehingga tegangan pada beban tetap stabil. Kelemahan dari jenis ini adalah efisiensinya yang rendah karena selalu menyerap arus lebih.

b. Improved Shunt Voltage Regulator

Pada versi yang ditingkatkan, digunakan transistor atau elemen aktif lain untuk meningkatkan efisiensi dan kestabilan. Biasanya, tegangan referensi dari dioda zener digunakan untuk mengendalikan basis transistor, sehingga tegangan output dapat dikontrol lebih presisi.

c. Shunt Voltage Regulator using an Op-Amp

Dalam konfigurasi ini, op-amp digunakan sebagai penguat kesalahan (error amplifier) yang membandingkan tegangan output dengan tegangan referensi. Op-amp kemudian mengontrol transistor untuk menjaga tegangan output tetap konstan. Sistem ini menawarkan kestabilan dan akurasi yang lebih tinggi dibandingkan regulator pasif konvensional.

5.Prinsip Kerja (kembali)

Regulator Shunt Konvensional: Ketika tegangan input lebih tinggi dari tegangan breakdown dioda zener, dioda akan menghantar dan menjaga tegangan pada beban tetap konstan.
Improved Shunt Regulator: Tegangan zener mengatur basis transistor. Ketika tegangan output naik, transistor menghantar lebih banyak arus ke ground untuk menstabilkan tegangan.

Shunt Regulator dengan Op-Amp: Op-amp mendeteksi selisih antara tegangan referensi dan tegangan output. Hasil penguatan op-amp digunakan untuk mengatur transistor, sehingga output tetap stabil meskipun terjadi variasi beban atau input.

6. Problem (kembali)

Problem 1

Soal:

Diberikan sebuah rangkaian seperti berikut:

Sumber tegangan $12V$

Dua resistor:

$R_{1} = 2 k Ω$

$R_{2} = 4 k Ω$

Kedua resistor terhubung secara seri.

Pertanyaan:

Berapa total hambatan rangkaian?
Berapa arus yang mengalir di rangkaian?
Berapa tegangan pada R2?
Jawaban:

$R_{total} = R_{1} + R_{2} = 2 k Ω + 4 k Ω = 6 k Ω$
I=Vs/ Rtotal= 12V / 6kΩ =2mA

$V_{R 2} = I \cdot R_{2} = 2 m A \cdot 4 k Ω = 8 V$

Problem 2

Soal:

Sebuah improved shunt voltage regulator menggunakan zener diode 6.2V, resistor $R = 330 Ω$ dan transistor NPN. Regulator dirancang untuk memberikan tegangan output sebesar 6.2V pada beban.

Tegangan input dan arus beban maksimum adalah 20 mA. Diketahui transistor memiliki .

Pertanyaan:

Berapa arus minimum yang harus mengalir melalui zener agar tetap dalam regulasi jika transistor mengalirkan arus beban penuh?
Hitung nilai resistor $R$ yang cocok untuk memastikan regulator berfungsi dengan baik.

Jawaban:

Tegangan pada basis transistor adalah:
$V_{B} = V_{Z} = 6.2 V \Rightarrow V_{E} = V_{B} - V_{BE} = 6.2 - 0.7 = 5.5 V$
Tapi karena kita ingin $V_{o u t} = 6.2 V$ , maka output diambil dari emitter zener langsung, dan transistor sebagai follower.
Arus maksimum dari beban $I_{L} = 20 m A$ . Total arus melalui resistor:
$I_{R} = I_{Z} + I_{L}$
Misal $I_{Z} = 5 m A$ , maka:
$I_{R} = 5 m A + 20 m A = 25 m A$
Hitung nilai
$R$ :
$R = \frac{V _{in} - V _{Z}}{I _{R}} = \frac{12 - 6.2}{25 m A} = \frac{5.8}{0.025} = 232 Ω$
Jadi gunakan nilai standar terdekat: 220 Ω atau 240 Ω.

Problem 3: Shunt Voltage Regulator Using Op-Amp

Soal:

Sebuah shunt regulator menggunakan op-amp sebagai kontroler tegangan, dengan referensi 2.5V (menggunakan IC seperti TL431), dan membandingkan output dengan tegangan referensi. Rangkaian memiliki:

Input $V_{i n} = 15 V$

Feedback dibentuk oleh divider $R_{1}$ dan $R_{2}$ , di mana output dari op-amp mengendalikan transistor shunt.

Pertanyaan:
1. Jika kita menginginkan output $V_{o u t} = 5 V$ , dan tegangan referensi 2.5 V, berapa rasio

2. Jika $R_{1} = 1 k Ω$ , berapa nilai $R_{2}$ ?

Jawaban:

Op-amp akan menjaga:
R1+R2 ⇒ R1 / R1+R2 = 2.5 / 5 =0.5

Maka:

$\frac{R_{1 /}}{R_{1} + R_{2}}$
Jadi:
$\frac{R_{2 /}}{R_{1}} = 1$

Jika $R_{1} = 1 k Ω$ , maka $R_{2} = 1 k Ω$

7. Soal Latihan (kembali)

Pilihan ganda 1

Soal:

Sebuah rangkaian terdiri dari sumber tegangan 9 V dan dua resistor $R_{1} = 1 k Ω$ dan $R_{2} = 2 k Ω$ yang dihubungkan seri. Berapakah tegangan pada $R_{2}$ ?

A. 3 V
B. 6 V
C. 2 V
D. 4.5 V

Jawaban:
B. 6 V

Pembahasan:

Total resistansi:
$R_{t o t a l} = R_{1} + R_{2} = 3 k Ω$
Arus rangkaian:
$I =$ 9V / 3kΩ=3mA

Tegangan di $R_{2}$ :
$V_{R 2} = I \cdot R_{2} = 3 m A \cdot 2 k Ω = 6 V$

Pilihan Ganda 2

Soal:

Dalam improved shunt regulator, zener 5.1 V digunakan bersama dengan transistor NPN. Jika $V_{BE} = 0.7 V$ , berapakah tegangan output $V_{o u t}$ ?

A. 5.8 V
B. 5.1 V
C. 4.4 V
D. 0.7 V

Jawaban
A. 5.8 V

Pembahasan:

Tegangan output diambil dari emitter transistor. Basis transistor dihubungkan ke zener 5.1 V, maka:
$V_{o u t} = V_{B} - V_{BE} = 5.1 V - (- 0.7 V) = 5.1 + 0.7 = 5.8 V$
Untuk soal ini, jika output diambil dari emitter, maka:

C. 4.4 V

(tergantung interpretasi – bila output = basis → A, bila output = emitter → C)

Pilihan Ganda 3

Soal:

Dalam shunt regulator berbasis op-amp, jika tegangan referensi adalah 2.5 V dan rasio resistor $\frac{R _{2}}{R _{1}} = 3$ , berapakah tegangan output yang dihasilkan?

A. 7.5 V
B. 10 V
C. 5 V
D. 2.5 V

Jawaban:
A. 7.5 V

Pembahasan:

Jawaban yang benar: B. 10 V

8.Percobaan (kembali)

9. Download File [klik disini]

Cari Blog Ini

Ratih Juwita Asri