Perencanan Penyetabil Tegangan dan Rangkaian Pelipat Tegangan (Rangkaian Dioda)

Perencanan Penyetabil Tegangan 

 

Perencanaan suatu rangkaian penyetabil tegangan dimulai dari spesifikasi yang diharapkan dari rangkaian terbut, kemudian dihitung harga-harga komponen yang diperlukan. Dalam praktek spesifikasi yang diinginkan adalah arus beban (IL) dan tegangan sumber (Vi) serta tegangan keluaran (Vz). Sedangkan komponen yang harus direncanakan adalah Rs dan Dioda zener.

Dari persamaan 2.3; 2.4 dan 2.5 diperoleh harga Rs:

 

 Karena dalam perencanaan harga IL, Vi dan Vz sudah diketahui (sesuai dengan permintaan  perencana), agar rangkaian bisa berfungsi dengan benar, maka pada dua kondisi ekstrem dapat diperoleh Rs:

Dari dua persamaan tersebut yang belum diketahui adalah harga Izmin dan Izmax (dan tentu saja Rs). Dalam praktek berlaku Izmin = 0,1 Izmax. Sehingga dengan menggabungkan persamaan 2.26 dan 2.27, diperoleh:




Contoh 2.3:
Rencanakan suatu rangkaian penyetabil tegangan sebesar 10 Volt apabila arus beban bervariasi dari 100mA hingga 200mA dan tegangan sumber bervariasi dari 14 Volt sampai 20 Volt.
Penyelesaian:

• Arus pada dioda zener maksimum adalah:

 

•   Disipasi daya maksimum pada dioda zener adalah: 

•  Rs dihitung dengan persamaan 2.12 (atau 2.11 dengan hasil yang sama):

• Disipasi daya maksimum pada resistor ini adalah:

Contoh 2.4:
Rencanakan suatu rangkaian penyetabil tegangan sebesar 10 Volt apabila arus beban bervariasi dari 20mA hingga 200mA dan tegangan sumber bervariasi dari 10,2 Volt sampai 14 Volt. 

Penyelesaian:

• Arus pada dioda zener maksimum adalah:

 

Izmax bernilai negatip berarti jarak antara Vimin dengan Vz kurang (tidak cukup) besar untuk mengatasi variasi arus beban. Pada kondisi terjelek, yakni Vi = 10,2 V dan IL = 200mA, tegangan output tidak bisa konstan 10 V. Oleh karena itu rangkaian penyetabil tidak berfungsi dengan baik untuk semua kemungkinan harga Rs.

Rangkaian Pelipat Tegangan

Dengan menggunakan rangkaian pelipat tegangan (voltage multiplier) pada skunder trafo yang relatif kecil dapat diperoleh tegangan searah keluaran sebesar dua, tiga, empat atau lebih kali lipat tegangan input. Rangkaian ini banyak digunakan pada pembangkit tegangan tinggi namun dengan arus yang kecil seperti pada catu daya tabung gambar.

Gambar 2.13 (a) Rangkaian pelipat tegangan dua kali setengah gelombang; (b)
kondisi pada saat siklus positip; (c) kondisi pada saat siklus negatip

Gambar 2.13 merupakan rangkaian pelipat tegangan dua kali setengah gelombang. Pada saat tegangan skunder trafo berpolaritas positip (setengah siklus positip), maka dioda D1 menghantar dan dioda D2 tidak menghantar. Secara ideal dioda yang sedang menghantar dianggap hubung singkat. Oleh karena itu C1 diisi tegangan melalui D1 hingga mencapai Vm dengan polaritas seperti ditunjukkan pada gambar 2.13 b.

Pada saat setengah siklus berikutnya yaitu siklus negatip, maka dioda D1 tidak menghantar dan dioda D2 menghantar. Oleh karena itu kapasitor C2 diisi tegangan dari skunder trafo sebesar Vm dan dari C1 sebesar Vm, sehingga total sebesar 2 Vm.
Apabila pada output diberi resistor beban (RL), maka tegangan pada ujung C2 turun selama siklus positip dan diisi kembali hingga 2 Vm selama siklus negatip. Bentuk gelombang output pada ujung C2 adalah seperti bentuk output penyearah setengah gelombang dengan filter C. Tegangan puncak inverse (PIV) untuk setiap dioda adalah 2 Vm.
Rangkaian yang ditunjukkan pada gambar 2.14 adalah pelipat tegangan dua kali gelombang penuh. Selama siklus positip dari skunder trafo dioda D1 menghantar dan C1 mengisi tegangan hingga Vm, sedangkan dioda D2 tidak menghantar (gambar 2.14 b). Selama siklus negatip dioda D2 menghantar dan C2 mengisi tegangan hingga Vm, sedangkan dioda D1 tidak menghantar (gambar 2.14 c). Tegangan puncak inverse (PIV) untuk setiap dioda adalah 2 Vm.
Jika tidak ada beban, maka tegangan pada ujung C1 dan C2 adalah 2 Vm. Jika beban dipasang pada output, maka bentuk gelombang pada ujung C1 dan C2 adalah seperti halnya pada kapasitor yang diumpankan dari penyearah gelombang penuh. Perbedaannya adalah bahwa pada rangkaian pelipat tegangan ini C1 dan C2 berhubungan secara seri, sehingga nilainya lebih kecil dari masing-masing C.
Dari rangkaian pelipat tegangan dua kali seperti yang sudah dijelaskan di depan kemudian dapat dikembangkan rangkaian pelipat tiga, empat kali tegangan input. Gambar 2.15 merupakan rangkaian pelita tegangan tersebut. Dari penjelasan di depan kiranya sudah cukup jelas bagaimana prinsip kerja rangkaian ini.

Gambar 2.14 (a) Rangkaian pelipat tegangan dua kali gelombang penuh;
(b) kondisi saat siklus positip; (c) kondisi saat siklus negatip

Gambar 1.15 Rangkaian pelipat tegangan dua, tiga, dan empat kali

Sumber Pustaka
Boylestad and Nashelsky. (1992). Electronic Devices and Circuit Theory, 5th ed. Engelwood
Cliffs, NJ: Prentice-Hall, Inc.
Floyd, T. (1991). Electric Circuits Fundamentals. New York: Merrill Publishing Co.
Malvino, A.P. (1993). Electronic Principles 5th Edition. Singapore: McGraw-Hill, Inc.
Milman & Halkias. (1972). Integrated Electronics: Analog and Digital Circuits and Systems.
Tokyo: McGraw-Hill, Inc.
Savant, Roden, and Carpenter. (1987). Electronic Circuit Design: An Engineering Approach.
Menlo Park, CA: The Benjamin/Cummings Publishing Company, Inc.
Stephen, F. (1990). Integrated devices: discrete and integrated. Englewood Cliffs, NJ: Prentice-
Hall, Inc.