IC Voltage Regulators

[KEMBALI KE MENU SEBELUMNYA]

DAFTAR ISI

1. Pendahuluan

2. Tujuan

1. Pendahuluan [Kembali]

Rangkaian catu daya regulator adalah rangkaian yang digunakan untuk mengubah tegangan AC dari jaringan listrik menjadi tegangan DC yang stabil dan sesuai dengan kebutuhan peralatan elektronik. Rangkaian ini terdiri dari beberapa tahap utama, yaitu transformator, penyearah, filter, dan regulator tegangan. Fungsi utama dari catu daya adalah memberikan suplai tegangan DC yang konstan, baik dengan nilai tetap maupun variabel.

Regulator tegangan adalah komponen penting yang digunakan untuk menjaga kestabilan tegangan keluaran meskipun terjadi perubahan pada tegangan masukan atau beban. Jenis regulator yang umum digunakan antara lain regulator tegangan tetap seperti IC 7805 (5V), 7812 (12V), serta regulator tegangan variabel seperti IC LM317 yang dapat disesuaikan tingkat tegangannya melalui pengaturan nilai resistansi.

Catu daya dengan tegangan tetap digunakan pada sistem yang membutuhkan tegangan konstan, sedangkan catu daya variabel sangat berguna dalam pengujian dan pengembangan peralatan elektronik yang memerlukan variasi tegangan. Oleh karena itu, pemahaman tentang prinsip kerja dan perancangan rangkaian regulator tegangan ini sangat penting dalam bidang elektronika.

2. Tujuan [Kembali]

Menganalisis cara kerja rangkaian catu daya dengan regulator tegangan tetap dan variabel.
Mengetahui fungsi dari masing-masing komponen dalam catu daya.
Mengukur tegangan keluaran dari catu daya tetap (7812 & 7805) dan variabel (LM317).
Memahami proses penyearahan, penyaringan, dan regulasi tegangan.

3. Alat dan Bahan [Kembali]

1. Transformer

Transformator, atau sering disebut juga trafo, adalah sebuah perangkat listrik pasif yang berfungsi untuk memindahkan dan mengubah energi listrik antara dua atau lebih rangkaian melalui induksi elektromagnetik.

2. Dioda

Dioda (Diode) adalah Komponen Elektronika Aktif yang terbuat dari bahan semikonduktor dan mempunyai fungsi untuk menghantarkan arus listrik ke satu arah tetapi menghambat arus listrik dari arah sebaliknya.

3. Kapasitor

Kapasitor adalah komponen elektronik yang berfungsi untuk menyimpan dan melepaskan energi listrik dalam bentuk muatan. Dalam berbagai jenis rangkaian, kapasitor memiliki peran penting, seperti menyaring sinyal untuk menghilangkan noise atau komponen frekuensi tertentu, serta memblokir arus searah (DC) sambil meneruskan arus bolak-balik (AC), yang sering digunakan dalam proses kopling sinyal antar tahap rangkaian.

4. IC Regulator

IC regulator adalah sebuah rangkaian terintegrasi (integrated circuit) yang dirancang khusus untuk mempertahankan tegangan keluaran yang stabil pada nilai tertentu, terlepas dari perubahan pada tegangan masukan atau beban arus keluaran.

5. Resistor

Fungsi utama dari resistor adalah membatasi aliran arus. Resistor dapat menahan arus dan memperkecil besar arus. Besar resistansi (kemampuan menahan arus) resistor disesuaikan dengan kebutuhan perangkat elektronika.

6. Potensiometer

Potensiometer adalah sebuah resistor variabel tiga terminal yang berfungsi sebagai pembagi tegangan yang dapat diatur.

7. Power supply

Power supply (catu daya) adalah perangkat atau sistem yang menyediakan energi listrik ke beban listrik. Fungsi utamanya adalah untuk mengubah energi listrik dari satu bentuk (biasanya dari sumber utama seperti listrik PLN) menjadi bentuk lain yang sesuai dengan kebutuhan perangkat yang akan dioperasikan.

4. Dasar Teori [Kembali]

IC Voltage Regulator adalah komponen elektronik berbentuk Integrated Circuit (IC) yang berfungsi untuk menjaga tegangan output tetap stabil, meskipun terjadi variasi pada tegangan input maupun perubahan beban. Regulator tegangan sangat penting dalam sistem elektronik untuk memastikan perangkat bekerja dalam kondisi tegangan yang aman dan konstan.

Jenis-Jenis IC Voltage Regulators

Regulator Tegangan Tetap (Fixed Voltage Regulator)
- Output tegangan tetap seperti +5V, +9V, +12V.
- Contoh IC: LM7805 (+5V), LM7812 (+12V).
Regulator Tegangan Variabel (Adjustable Voltage Regulator)
- Output dapat disesuaikan dengan kebutuhan.
- Contoh IC: LM317, yang bisa diatur dari 1.25V hingga 37V dengan resistor eksternal.
Regulator Tegangan Negatif
- Memberikan output tegangan negatif seperti -5V, -12V.
- Contoh IC: LM7905, LM7912.
Switching Voltage Regulator
- Menggunakan metode switching untuk efisiensi tinggi.
- Dapat menghasilkan step-up (boost), step-down (buck), atau kombinasi.
- Contoh: LM2575, LM2596.

5. Prinsip Kerja [Kembali]

Rangkaian ini merupakan sistem catu daya DC 12 Volt yang berfungsi untuk mengubah tegangan AC dari jaringan listrik menjadi tegangan DC yang stabil dan dapat digunakan untuk berbagai perangkat elektronik. Rangkaian ini terdiri atas beberapa tahap penting, yaitu trafo penurun tegangan, penyearah gelombang penuh, filter kapasitor, regulator tegangan, dan penyaring akhir.

Pada tahap pertama, trafo step-down (TR1) digunakan untuk menurunkan tegangan AC dari sumber utama (misalnya 220V AC) menjadi tegangan AC yang lebih rendah sesuai kebutuhan rangkaian. Tegangan keluaran trafo kemudian disalurkan ke dua buah dioda, yaitu D1 dan D2, yang disusun sebagai penyearah gelombang penuh dengan konfigurasi center tap. Susunan ini memungkinkan kedua dioda bekerja secara bergantian untuk menyearahkan seluruh siklus gelombang AC, sehingga menghasilkan tegangan DC berdenyut.

Setelah proses penyearahan, tegangan DC tersebut difilter menggunakan kapasitor C1 sebesar 470 µF untuk meredam ripple atau gelombang riak yang masih tersisa. Tegangan yang telah relatif lebih halus ini kemudian dimasukkan ke dalam IC regulator 7812 (U1). IC ini berfungsi untuk memastikan tegangan output tetap stabil di angka 12V, meskipun terdapat variasi pada tegangan input atau perubahan beban.

Selanjutnya, terdapat kapasitor C2 sebesar 0,01 µF yang berfungsi sebagai filter tambahan untuk menyaring noise berfrekuensi tinggi yang mungkin masih ada setelah tahap regulasi. Tegangan DC 12V yang sudah stabil kemudian disimpan atau digunakan oleh beban B1, yang pada simulasi ini direpresentasikan sebagai baterai atau perangkat elektronik.

Untuk memantau kondisi sinyal pada setiap tahap, tersedia koneksi ke osiloskop dengan empat kanal (A, B, C, D) yang memungkinkan pengguna melihat bentuk gelombang di titik-titik penting seperti sebelum dan sesudah penyearah, serta setelah regulator.

Rangkaian ini merupakan sistem catu daya (power supply) 5 Volt DC yang berfungsi untuk mengubah tegangan AC menjadi tegangan DC stabil sebesar 5 Volt. Rangkaian ini terdiri dari beberapa tahap utama, yaitu trafo penurun tegangan, penyearah gelombang penuh, filter kapasitor, dan regulator tegangan.

Tahap pertama, trafo step-down (TR1) berfungsi untuk menurunkan tegangan AC dari jaringan listrik (misalnya 220V AC) menjadi tegangan AC lebih rendah yang sesuai untuk kebutuhan regulator di tahap selanjutnya. Tegangan keluaran trafo kemudian disalurkan ke bridge rectifier (BR1) berupa rangkaian penyearah gelombang penuh dengan konfigurasi empat dioda di dalam modul DF005M. Fungsi dari bridge rectifier ini adalah mengubah tegangan AC menjadi tegangan DC berdenyut.

Setelah proses penyearahan, terdapat kapasitor C1 sebesar 1nF yang berfungsi untuk membantu menyaring noise atau lonjakan tegangan yang mungkin terjadi setelah proses penyearahan. Selanjutnya, tegangan DC berdenyut ini dimasukkan ke dalam regulator tegangan IC 7805 (U1) yang berfungsi untuk menghasilkan tegangan DC tetap sebesar 5 Volt pada output-nya.

Untuk lebih memastikan kestabilan dan kebersihan tegangan output, terdapat kapasitor C2 sebesar 1nF yang berfungsi sebagai filter tambahan untuk mengurangi noise frekuensi tinggi yang mungkin tersisa setelah proses regulasi. Output dari IC 7805 ini kemudian digunakan untuk berbagai perangkat elektronik yang memerlukan tegangan kerja sebesar 5 Volt DC.

Rangkaian ini merupakan rangkaian regulator tegangan variabel berbasis IC LM317, yang digunakan untuk menghasilkan tegangan output yang dapat diatur sesuai kebutuhan. Sumber tegangan input berasal dari baterai B1 sebesar 12 Volt DC, yang kemudian diatur oleh IC LM317 untuk menghasilkan tegangan output yang lebih rendah dan bisa disesuaikan.

Pengaturan tegangan output dilakukan melalui kombinasi resistor R1 sebesar 10 kΩ dan potensiometer variabel RV1, yang diatur nilainya untuk menentukan besar kecilnya tegangan output. RV1 berfungsi sebagai pengatur utama untuk menentukan tegangan yang diinginkan pada output. R1 berperan sebagai pembagi tegangan tetap, sedangkan RV1 berperan sebagai pembagi tegangan yang dapat disesuaikan.

Prinsip kerjanya, pin ADJ (Adjust) pada LM317 akan menerima umpan balik dari kombinasi R1 dan RV1 untuk mengatur tegangan keluarannya di pin VO. Besarnya tegangan output mengikuti rumus:

$V_{out} = 1.25V \times \left(1 + \frac{R1 + RV1}{R2}\right)$

V_{o u t} = 1.25 V \times (1 + \frac{R 1 + R V 1}{R 2})

dengan R2 di sini adalah resistor ke ground (1kΩ pada rangkaian ini).

Output tegangan yang telah diatur kemudian dapat dibaca melalui voltmeter digital yang ditampilkan di rangkaian, untuk memastikan bahwa tegangan yang keluar sesuai dengan kebutuhan perangkat yang akan disuplai.

6. Example [Kembali]

Example 1: Gain on Instrumentation Amplifier

Sebuah Instrumentation Amplifier menggunakan:

R1 = 10 kΩ
Rgain = 1 kΩ

Hitung besar gain total dari rangkaian tersebut.

Jawaban:

Rumus gain pada instrumentation amplifier:

$\text{Gain} = 1 + \frac{2R1}{R_{gain}}$ $\text{Gain} = 1 + \frac{2 \times 10k\Omega}{1k\Omega} = 1 + 20 = 21$

Gain total = 21 kali

Example 2: Output Tegangan pada Wheatstone Bridge

Diketahui konfigurasi Wheatstone Bridge:

R1 = R2 = R3 = 100 Ω
R4 = 101 Ω
Tegangan supply Vex = 10 V

Hitung tegangan output (Vout) bridge.

Jawaban:

Rumus:

$V_{out} = V_{ex} \times \left(\frac{R4}{R3 + R4} - \frac{R2}{R1 + R2}\right)$ $\frac{R4}{R3 + R4} = \frac{101}{100 + 101} \approx 0.5025$ $\frac{R2}{R1 + R2} = 0.5$ $V_{out} = 10V \times (0.5025 - 0.5) = 10V \times 0.0025 = 0.025V$

Vout = 25 mV

Example 3: Differential Amplifier Output

Pada rangkaian differential amplifier:

R1 = R3 = 10 kΩ
R2 = R4 = 100 kΩ
V1 = 0.2 V
V2 = 1 V

Hitung output Vout.

Jawaban:

Rumus:

$V_{out} = \left(\frac{R2}{R1}\right) \times (V2 - V1)$ $V_{out} = 10 \times (1V - 0.2V) = 10 \times 0.8V = 8V$

Vout = 8V

7. Problem [Kembali]

Problem 1: Gain Instrumentation Amplifier

Sebuah instrumentation amplifier memiliki:

R1 = 5 kΩ
Rgain = 500 Ω
Input diferensial (V2 - V1) = 0.15 V

Pertanyaan:

Berapa besar gain total dari amplifier?
Berapa tegangan output (Vout) yang dihasilkan?

Problem 2: Wheatstone Bridge Output

Diberikan Wheatstone Bridge dengan konfigurasi:

R1 = R2 = R3 = 120 Ω
R4 = 123 Ω
Tegangan supply (Vex) = 8 V

Pertanyaan:

Hitung besar tegangan output (Vout) dari bridge.

Problem 3: Differential Amplifier Output

Sebuah differential amplifier menggunakan:

R1 = R3 = 8 kΩ
R2 = R4 = 80 kΩ
Input:
- V1 = 0.5 V
- V2 = 2 V

Pertanyaan:

Berapa besar tegangan output (Vout) dari differential amplifier?

8. Soal Latihan [Kembali]

Soal 1: Gain dan Output Instrumentation Amplifier

Sebuah Instrumentation Amplifier memiliki:

R1 = 10 kΩ
Rgain = 2 kΩ
Input diferensial (V2 - V1) = 0.2 V

Pertanyaan:
Hitung:

Gain total
Output voltage (Vout)

Jawaban:

Rumus gain:

$\text{Gain} = 1 + \frac{2R1}{R_{gain}} = 1 + \frac{2 \times 10k\Omega}{2k\Omega} = 11$

Output:

$V_{out} = 11 \times 0.2V = 2.2V$

Jawaban:

Gain = 11 kali
Vout = 2.2 V

Soal 2: Wheatstone Bridge Output

Diberikan Wheatstone Bridge dengan:

R1 = R2 = R3 = 100 Ω
R4 = 102 Ω
Vex = 5 V

Pertanyaan:
Berapa besar tegangan output (Vout) dari bridge?

Jawaban:

$V_{out} = V_{ex} \times \left(\frac{R4}{R3 + R4} - \frac{R2}{R1 + R2}\right)$ $\frac{R4}{R3 + R4} = \frac{102}{100 + 102} \approx 0.505$ $\frac{R2}{R1 + R2} = 0.5$ $V_{out} = 5V \times (0.505 - 0.5) = 5V \times 0.005 = 0.025V$

Jawaban:
Vout = 25 mV

Soal 3: Differential Amplifier Output

Sebuah differential amplifier:

R1 = R3 = 10 kΩ
R2 = R4 = 100 kΩ
Input:
- V1 = 0.5 V
- V2 = 1.5 V

Pertanyaan:
Tentukan output voltage (Vout).

Jawaban:

Rumus:

$V_{out} = \left(\frac{R2}{R1}\right) \times (V2 - V1)$ $V_{out} = 10 \times (1.5V - 0.5V) = 10 \times 1V = 10V$

Jawaban:
Vout = 10V

9. Percobaan [Kembali]

1. FIG 15.27

2. FIG 15.29

3. FIG 15.30

Cari Blog Ini

Tri Ashari Mukhti