Tegangan Power Supply Variabel
Regulator tegangan tetap linier 3-terminal adalah pilihan populer untuk menciptakan tegangan positif atau negatif. Dan untuk melanjutkan dari tutorial kami tentang mengubah PSU ATX ke power supply bench, satu tambahan yang sangat bagus untuk ini adalah regulator tegangan positif LM317T.
Ada juga serangkaian 79xx regulator tegangan negatif tetap yang menghasilkan tegangan negatif komplementer dari -5 ke -24 volt tetapi dalam tutorial ini kita hanya akan menggunakan tipe 78xx positif.
Regulator 3-terminal yang tetap berguna dalam aplikasi jika output yang dapat disesuaikan tidak diperlukan sehingga power supply output sederhana, tetapi sangat fleksibel karena tegangan yang dihasilkan bergantung hanya pada regulator yang dipilih. Mereka disebut regulator tegangan 3-terminal karena mereka hanya memiliki tiga terminal untuk dihubungkan dan masing-masing adalah Input, Common dan Output.
Tegangan input ke regulator adalah kabel kuning +12v dari PSU (atau supply transformator terpisah), dan dihubungkan antara input dan terminal common atau umum. +9 volt yang distabilkan dibawa melintasi output dan common seperti yang ditunjukkan.
Jadi misalkan kita menginginkan tegangan output +9 volt dari power supply PSU kami, maka yang harus kita lakukan adalah menghubungkan regulator tegangan +9v ke kabel kuning +12V. Karena PSU telah melakukan perbaikan dan penghalusan ke output +12v, satu-satunya komponen tambahan yang diperlukan adalah kapasitor di seluruh input dan lainnya di seluruh output.
Kapasitor tambahan ini membantu stabilitas regulator dan dapat berada di antara 100nF dan 330nF. Kapasitor output 100uF tambahan membantu memperlancar konten riak bawaan sehingga memberikan respon sementara yang baik. Kapasitor nilai besar ini ditempatkan di output dari rangkaian power supply yang biasa disebut "Kapasitor Penghalus/smoothing".
Ini 78xx seri regulator memberikan arus output maksimum sekitar 1.5 amp pada tegangan stabil tetap dari 5, 6, 8, 9, 12, 15, 18 dan 24V masing-masing. Tetapi bagaimana jika kita menginginkan tegangan output +9V tetapi hanya memiliki regulator 7805, +5V ?. Output +5V dari 7805 direferensikan ke terminal "ground, Gnd" atau "0v".
Jika kita meningkatkan tegangan terminal pin-2 ini dari 0V ke 4V maka output juga akan naik 4 volt tambahan asalkan ada tegangan input yang cukup. Kemudian dengan menempatkan 4 volt (nilai preferensi terdekat adalah dari 4.3V) dioda Zener antara pin-2 dari regulator dan ground, kita dapat membuat regulator 7805 5V menghasilkan tegangan output +9 volt seperti yang ditunjukkan.
Jadi bagaimana cara kerjanya. 4.3V Dioda Zener membutuhkan arus reverse bias sekitar 5mA untuk mempertahankan output dengan regulator mengambil sekitar 0.5mA. Total arus 5.5mA ini disupply melalui resistor “R1” dari pin-3 output.
Jadi nilai Resistor yang diperlukan untuk regulator 7805 adalah R = 5V/5.5mA = 910 Ohm. Dioda umpan balik, D1 yang terhubung melintasi terminal input ke output adalah untuk perlindungan dan mencegah regulator dari reverse bias ketika tegangan supply input dimatikan sementara supply output tetap ON atau aktif untuk periode waktu singkat karena induktif yang besar memuat seperti solenoida atau motor.
Kemudian kita dapat menggunakan regulator tegangan 3-terminal dan dioda Zener yang cocok untuk menghasilkan berbagai tegangan output tetap dari power supply bench kami sebelumnya mulai dari +5V hingga +12V. Tetapi kita dapat memperbaiki desain ini dengan mengganti regulator tegangan tetap dengan regulator tegangan variabel seperti LM317T.
Regulator tegangan variabel LM317T juga telah dibangun dalam pembatasan arus dan kemampuan mematikan panas yang membuatnya menjadi bukti hubungan arus pendek dan ideal untuk power supply tegangan rendah atau power supply buatan rumah.
Tegangan output dari LM317T ditentukan oleh rasio dari dua resistor umpan balik R1 dan R2 yang membentuk jaringan Pembagi Potensial di terminal output seperti yang ditunjukkan di bawah ini.
Tegangan melintasi resistor umpan balik R1 adalah tegangan referensi 1.25V yang konstan, Vref dihasilkan antara terminal “output” dan “adjusment/penyesuaian”. Arus terminal penyesuaian adalah arus konstan 100uA. Karena tegangan referensi pada resistor R1 adalah konstan, arus konstan i akan mengalir melalui resistor R2 lainnya, menghasilkan tegangan output:
Kemudian apa pun arus yang mengalir melalui resistor R1 juga mengalir melalui resistor R2 (mengabaikan arus terminal penyesuaian yang sangat kecil), dengan jumlah tegangan turun di R1 dan R2 sama dengan tegangan output, Vout. Jelas tegangan input, Vin harus setidaknya 2.5 volt lebih besar dari tegangan output yang diperlukan untuk menyalakan regulator.
Juga, LM317T memiliki regulasi beban yang sangat baik dengan ketentuan bahwa arus beban minimum lebih besar dari 10mA. Jadi untuk mempertahankan tegangan referensi konstan 1.25V, nilai minimum resistor umpan balik R1 harus 1.25V/10mA = 120 Ohm dan nilai ini dapat berkisar dari 120 ohm hingga 1.000 ohm dengan nilai khas R1 sekitar 220Ω hingga 240Ω untuk stabilitas yang baik.
Jika kita mengetahui nilai tegangan output yang diperlukan, Vout dan resistor umpan balik R1 adalah 240 ohm, maka kita dapat menghitung nilai resistor R2 dari persamaan di atas. Sebagai contoh, tegangan output asli kami sebesar 9V akan memberikan nilai resistif untuk R2 :
atau 1.500 Ohm (1k5Ω) ke nilai pilihan terdekat.
Tentu saja dalam praktiknya, resistor R1 dan R2 biasanya akan digantikan oleh Potensiometer sehingga menghasilkan power supply tegangan variabel, atau dengan beberapa resistansi preset aktif jika diperlukan beberapa tegangan output tetap.
Tetapi untuk mengurangi matematika yang diperlukan dalam menghitung nilai resistor R2 setiap kali kita menginginkan tegangan tertentu, kita dapat menggunakan tabel resistansi standar seperti yang ditunjukkan di bawah ini yang memberi kita regulator tegangan output untuk rasio resistor yang berbeda dari R1 dan R2 menggunakan nilai resistansi E24.
Memperbaiki Power Supply 9v
Ada berbagai macam regulator tegangan 3-terminal yang tersedia dalam paket TO-220 standar dengan regulator tegangan tetap yang paling populer adalah regulator positif seri 78xx yang berkisar dari 7805, +5V regulator tegangan tetap hingga 7824, +24V regulator tegangan tetap.Ada juga serangkaian 79xx regulator tegangan negatif tetap yang menghasilkan tegangan negatif komplementer dari -5 ke -24 volt tetapi dalam tutorial ini kita hanya akan menggunakan tipe 78xx positif.
Regulator 3-terminal yang tetap berguna dalam aplikasi jika output yang dapat disesuaikan tidak diperlukan sehingga power supply output sederhana, tetapi sangat fleksibel karena tegangan yang dihasilkan bergantung hanya pada regulator yang dipilih. Mereka disebut regulator tegangan 3-terminal karena mereka hanya memiliki tiga terminal untuk dihubungkan dan masing-masing adalah Input, Common dan Output.
Tegangan input ke regulator adalah kabel kuning +12v dari PSU (atau supply transformator terpisah), dan dihubungkan antara input dan terminal common atau umum. +9 volt yang distabilkan dibawa melintasi output dan common seperti yang ditunjukkan.
Rangkaian Tegangan Regulator
Jadi misalkan kita menginginkan tegangan output +9 volt dari power supply PSU kami, maka yang harus kita lakukan adalah menghubungkan regulator tegangan +9v ke kabel kuning +12V. Karena PSU telah melakukan perbaikan dan penghalusan ke output +12v, satu-satunya komponen tambahan yang diperlukan adalah kapasitor di seluruh input dan lainnya di seluruh output.
Kapasitor tambahan ini membantu stabilitas regulator dan dapat berada di antara 100nF dan 330nF. Kapasitor output 100uF tambahan membantu memperlancar konten riak bawaan sehingga memberikan respon sementara yang baik. Kapasitor nilai besar ini ditempatkan di output dari rangkaian power supply yang biasa disebut "Kapasitor Penghalus/smoothing".
Ini 78xx seri regulator memberikan arus output maksimum sekitar 1.5 amp pada tegangan stabil tetap dari 5, 6, 8, 9, 12, 15, 18 dan 24V masing-masing. Tetapi bagaimana jika kita menginginkan tegangan output +9V tetapi hanya memiliki regulator 7805, +5V ?. Output +5V dari 7805 direferensikan ke terminal "ground, Gnd" atau "0v".
Jika kita meningkatkan tegangan terminal pin-2 ini dari 0V ke 4V maka output juga akan naik 4 volt tambahan asalkan ada tegangan input yang cukup. Kemudian dengan menempatkan 4 volt (nilai preferensi terdekat adalah dari 4.3V) dioda Zener antara pin-2 dari regulator dan ground, kita dapat membuat regulator 7805 5V menghasilkan tegangan output +9 volt seperti yang ditunjukkan.
Meningkatkan Tegangan Output
Jadi bagaimana cara kerjanya. 4.3V Dioda Zener membutuhkan arus reverse bias sekitar 5mA untuk mempertahankan output dengan regulator mengambil sekitar 0.5mA. Total arus 5.5mA ini disupply melalui resistor “R1” dari pin-3 output.
Jadi nilai Resistor yang diperlukan untuk regulator 7805 adalah R = 5V/5.5mA = 910 Ohm. Dioda umpan balik, D1 yang terhubung melintasi terminal input ke output adalah untuk perlindungan dan mencegah regulator dari reverse bias ketika tegangan supply input dimatikan sementara supply output tetap ON atau aktif untuk periode waktu singkat karena induktif yang besar memuat seperti solenoida atau motor.
Kemudian kita dapat menggunakan regulator tegangan 3-terminal dan dioda Zener yang cocok untuk menghasilkan berbagai tegangan output tetap dari power supply bench kami sebelumnya mulai dari +5V hingga +12V. Tetapi kita dapat memperbaiki desain ini dengan mengganti regulator tegangan tetap dengan regulator tegangan variabel seperti LM317T.
Tegangan Power Supply Variabel
LM317T adalah regulator tegangan positif 3-terminal yang dapat disetel sepenuhnya yang mampu men-suppy 1.5 amp dengan tegangan output mulai dari sekitar 1.25 volt hingga lebih dari 30 volt. Dengan menggunakan rasio dua resistansi, satu dari nilai tetap dan variabel lainnya (atau keduanya tetap), kita dapat mengatur tegangan output ke tingkat yang diinginkan dengan tegangan input yang sesuai berada di mana saja antara 3 dan 40 volt.Regulator tegangan variabel LM317T juga telah dibangun dalam pembatasan arus dan kemampuan mematikan panas yang membuatnya menjadi bukti hubungan arus pendek dan ideal untuk power supply tegangan rendah atau power supply buatan rumah.
Tegangan output dari LM317T ditentukan oleh rasio dari dua resistor umpan balik R1 dan R2 yang membentuk jaringan Pembagi Potensial di terminal output seperti yang ditunjukkan di bawah ini.
Regulator Tegangan Variabel LM317T
Tegangan melintasi resistor umpan balik R1 adalah tegangan referensi 1.25V yang konstan, Vref dihasilkan antara terminal “output” dan “adjusment/penyesuaian”. Arus terminal penyesuaian adalah arus konstan 100uA. Karena tegangan referensi pada resistor R1 adalah konstan, arus konstan i akan mengalir melalui resistor R2 lainnya, menghasilkan tegangan output:
Kemudian apa pun arus yang mengalir melalui resistor R1 juga mengalir melalui resistor R2 (mengabaikan arus terminal penyesuaian yang sangat kecil), dengan jumlah tegangan turun di R1 dan R2 sama dengan tegangan output, Vout. Jelas tegangan input, Vin harus setidaknya 2.5 volt lebih besar dari tegangan output yang diperlukan untuk menyalakan regulator.
Juga, LM317T memiliki regulasi beban yang sangat baik dengan ketentuan bahwa arus beban minimum lebih besar dari 10mA. Jadi untuk mempertahankan tegangan referensi konstan 1.25V, nilai minimum resistor umpan balik R1 harus 1.25V/10mA = 120 Ohm dan nilai ini dapat berkisar dari 120 ohm hingga 1.000 ohm dengan nilai khas R1 sekitar 220Ω hingga 240Ω untuk stabilitas yang baik.
Jika kita mengetahui nilai tegangan output yang diperlukan, Vout dan resistor umpan balik R1 adalah 240 ohm, maka kita dapat menghitung nilai resistor R2 dari persamaan di atas. Sebagai contoh, tegangan output asli kami sebesar 9V akan memberikan nilai resistif untuk R2 :
R1. ((Vout/1.25) -1) = 240.((9/1.25)-1) = 1.488 Ohm
Tentu saja dalam praktiknya, resistor R1 dan R2 biasanya akan digantikan oleh Potensiometer sehingga menghasilkan power supply tegangan variabel, atau dengan beberapa resistansi preset aktif jika diperlukan beberapa tegangan output tetap.
Tetapi untuk mengurangi matematika yang diperlukan dalam menghitung nilai resistor R2 setiap kali kita menginginkan tegangan tertentu, kita dapat menggunakan tabel resistansi standar seperti yang ditunjukkan di bawah ini yang memberi kita regulator tegangan output untuk rasio resistor yang berbeda dari R1 dan R2 menggunakan nilai resistansi E24.
Rasio Resistansi R1 ke R2
Nilai R2
|
Nilai Resistor R1
|
||||||||
150
|
180
|
220
|
240
|
270
|
330
|
370
|
390
|
470
|
|
100
|
2.08
|
1.94
|
1.82
|
1.77
|
1.71
|
1.63
|
1.59
|
1.57
|
1.52
|
120
|
2.25
|
2.08
|
1.93
|
1.88
|
1.81
|
1.70
|
1.66
|
1.63
|
1.57
|
150
|
2.50
|
2.29
|
2.10
|
2.03
|
1.94
|
1.82
|
1.76
|
1.73
|
1.65
|
180
|
2.75
|
2.50
|
2.27
|
2.19
|
2.08
|
1.93
|
1.86
|
1.83
|
1.73
|
220
|
3.08
|
2.78
|
2.50
|
2.40
|
2.27
|
2.08
|
1.99
|
1.96
|
1.84
|
240
|
3.25
|
2.92
|
2.61
|
2.50
|
2.36
|
2.16
|
2.06
|
2.02
|
1.89
|
270
|
3.50
|
3.13
|
2.78
|
2.66
|
2.50
|
2.27
|
2.16
|
2.12
|
1.97
|
330
|
4.00
|
3.54
|
3.13
|
2.97
|
2.78
|
2.50
|
2.36
|
2.31
|
2.13
|
370
|
4.33
|
3.82
|
3.35
|
3.18
|
2.96
|
2.65
|
2.50
|
2.44
|
2.23
|
390
|
4.50
|
3.96
|
3.47
|
3.28
|
3.06
|
2.73
|
2.57
|
2.50
|
2.29
|
470
|
5.17
|
4.51
|
3.92
|
3.70
|
3.43
|
3.03
|
2.84
|
2.76
|
2.50
|
560
|
5.92
|
5.14
|
4.43
|
4.17
|
3.84
|
3.37
|
3.14
|
3.04
|
2.74
|
680
|
6.92
|
5.97
|
5.11
|
4.79
|
4.40
|
3.83
|
3.55
|
3.43
|
3.06
|
820
|
8.08
|
6.94
|
5.91
|
5.52
|
5.0
|
4.36
|
4.02
|
3.88
|
3.43
|
1000
|
9.58
|
8.19
|
6.93
|
6.46
|
5.88
|
5.04
|
4.63
|
4.46
|
3.91
|
1200
|
11.25
|
9.58
|
8.07
|
7.50
|
6.81
|
5.80
|
5.30
|
5.10
|
4.44
|
1500
|
13.75
|
11.67
|
9.77
|
9.06
|
8.19
|
6.93
|
6.32
|
6.06
|
5.24
|
Dengan mengubah resistor R2 untuk potensiometer 2k ohm kita dapat mengontrol rentang tegangan output power supply bench PSU kami dari sekitar 1.25 volt ke tegangan output maksimum 10.75 (12-1.25) volt. Kemudian rangkaian power supply variabel terakhir yang dimodifikasi ditampilkan di bawah ini.
Rangkaian Tegangan Power Supply Variabel
Kita dapat meningkatkan tegangan rangkaian regulator dasar kita sedikit lebih banyak dengan menghubungkan Ammeter dan Voltmeter ke terminal output. Instrumen-instrumen ini akan memberikan indikasi visual baik dari output arus dan tegangan dari tegangan regulator variabel.
Sekring (fuse) kerja cepat juga dapat dimasukkan jika diinginkan dalam desain untuk memberikan perlindungan hubung singkat tambahan seperti yang ditunjukkan.
Sekring (fuse) kerja cepat juga dapat dimasukkan jika diinginkan dalam desain untuk memberikan perlindungan hubung singkat tambahan seperti yang ditunjukkan.
Kekurangan dari LM317T
Salah satu kelemahan utama menggunakan LM317T sebagai bagian dari rangkaian tegangan power supply variabel untuk mengatur tegangan adalah sebanyak 2.5 volt jatuh atau hilang seperti panas di seluruh regulator.
Jadi misalnya, jika tegangan output yang dibutuhkan +9 volt, maka tegangan input harus sebanyak 12 volt atau lebih jika tegangan output tetap stabil di bawah kondisi beban maksimum. Penurunan tegangan ini melintasi regulator disebut "dropout". Juga karena tegangan putus ini diperlukan beberapa bentuk heatsink untuk menjaga regulator tetap dingin.
LM317T sebagai bagian dari rangkaian tegangan power supply variabel untuk mengatur tegangan adalah sebanyak 2.5 volt diturunkan atau hilang karena panas melintasi regulator. Untungnya regulator tegangan variabel dropout rendah tersedia seperti National Semiconductor "LM2941T" Low Voltage regulator tegangan variabel yang memiliki tegangan dropout rendah hanya 0.9 volt pada beban maksimum.
Dropout rendah ini berbayar karena perangkat ini hanya mampu menghasilkan 1.0 amp dengan output tegangan variabel dari 5 hingga 20 volt. Namun, kita dapat menggunakan perangkat ini untuk memberikan tegangan output sekitar 11.1V, hanya sedikit lebih rendah dari tegangan input.
Jadi untuk meringkas, power supply bench kami yang kami buat dari unit power supply PC lama dalam tutorial sebelumnya dapat dikonversi untuk menyediakan power supply tegangan variabel dengan menggunakan LM317T untuk mengatur tegangan.
Dengan menghubungkan input perangkat ini ke kabel output +12V kuning dari PSU kita dapat memiliki +5V, +12V dan tegangan output variabel berkisar antara 2 hingga 10 volt pada arus output maksimum 1.5A.
Dengan menghubungkan input perangkat ini ke kabel output +12V kuning dari PSU kita dapat memiliki +5V, +12V dan tegangan output variabel berkisar antara 2 hingga 10 volt pada arus output maksimum 1.5A.