PENGATUR VOLTAN (VOLTAGE REGULATOR) DI DALAM LITAR BEKALAN KUASA JENIS LINEAR. ETN4024 KP3
Pengatur voltan transistor jenis pirau.
Fungsi komponen:
1. Diod Zener DZ- menetapkan atau membekalkan voltan tetap antara Base dan Collector Q1.
2. Perintang RS- memberi voltan pincang hadapan kepada transistor Q1 dan Q2.
3. Perintang R1- perintang siri menyusutkan voltan jika nilai voltan keluaran meningkat.
4. Transistor Q1 dan Q2 – transistor pengatur voltan yang berfungsi mengawal voltan jika voltan keluaran atau voltan masukan berubah.
Terlebih dahulu perlu difahami konsep Hukum Kirchhoff Voltan (HKV) di dalam litar di bawah di mana:
Hukum Kirchhoff Voltan (HKV) menyatakan bahawa hasil tambah susutan voltan pada setiap perintang sama dengan voltan bekalan. Perhatikan litar di atas Voltan Bekalan 18V adalah hasil tambah voltan VR1 dengan voltan beban.
Voltan Masukan = VR1 + VBeban.
18V = 2V + 16V
Harus difahami jika voltan beban meningkat kepada 17V maka secara tak langsung voltan VR1 akan menurun kepada 1V.
Voltan Masukan = VR1 + VBeban. (Voltan beban boleh meningkat atau menurun bergantung kepada nilai rintangan dalam sesuatu peralatan yang digunakan.)
18V = 1V + 17V
Begitu juga jika voltan beban menurun kepada 15V, maka voltan VR1 akan bertambah kepada 3V
Voltan Masukan = VR1 + VBeban.
18V = 3V + 15V
Oleh yang demikian konsep HKV ini berlaku di dalam litar pengatur voltan di atas di mana jika voltan beban meningkat, maka VR1 akan bertindak balas dengan meningkatkan voltan susut padanya untuk menurunkan semula voltan beban tersebut.
Penting untuk difahami juga konsep Diod Zener di mana ia berfungsi menetapkan voltan. Lihat contoh berikut:
Jika kita menggunakan diod zener 6.2V maka voltan keluaran akan menjadi 6.2V di mana selebihnya voltan akan susut pada R.
18V = VR + VZ
18V = 11.8V + 6.2V
Begitulah juga jika kita menggunakan diod zener bernilai 9V, makan voltan keluaran akan menjadi 9V. Kesimpulannya voltan keluaran bergantung kepada voltan diod zener.
Mari kita fahami rajah di bawah ini pula. Litar di bawah menggunakan diod zener yang bernilai 6.2V
Jika voltan keluaran bernilai 15V dan voltan zener 6.2V , maka voltan yang susut pada RS = 8.8V
iaitu Voltan keluaran = V Z+ VRS
15V = 6.2V + 8.8V
Begitulah jika kita menggunakan diod zener bernilai 3V, voltan yang susut pada RS menjadi 12V.
15V = 3V + 12V
Demikian juga jika voltan keluaran bernilai 15V meningkat menjadi 17V, maka voltan susut VRS akan meningkat kepada 10.8V kerana nilai VZ tetap. Sebaliknya jika voltan keluaran bernilai 15V menurun kepada 13V, maka voltan susut VRS akan menjadi 6.8V kerana niali VZ sentiasa tetap 6.2V.
Mari pula kita memahami konsep pengaliran arus di dalam transistor
Lihat rajah di atas di mana transistor NPN telah disambungkan dengan bateri boleh laras. Sambungan positif bateri kepada kaki Base (P) dan sambungan negatif bateri ke kaki Emitter(N). Sambungan ini dipanggil sambungan pincang hadapan. Bila kaki Base dan Emitter disambung dengan pincang hadapan barulah ia dapat berkerja (iaitu boleh mengalirkan arus IC dari kaki Collectror terus ke bumi melalui kaki Emitter) . Untuk transistor mula berkerja, nilai voltan pincang hadapan mestilah 0.3V bagi transistor yang diperbuat dari bahan Germinium manakala 0.6V bagi transistor yang diperbuat dari bahan jenis Silicon.
Jika nilai voltan pincang hadapan ditingkatkan lagi maka arus IC akan turut meningkat. Jika voltan pincang hadapan dikurangkan maka arus IC akan turur berkurang. Begitulah konsep pengaliran arus di dalam transistor.
Sekarang kita sudah memahami ketiga-tiga konsep di atas. mari kita memahami pula bagaimana litar pengatur voltan pirau berkendali supaya voltan keluaran sentiasa tetap dan stabil.
KENDALIAN LITAR
Andaikan voltan keluaran asal 16V.
Jika rintangan beban bertambah, voltan beban atau voltan keluaran juga akan bertambah, contohnya kepada 18V.
Ini bermakna voltan yang merentas DZ dan RS bertambah. Oleh kerana voltan susut pada DZ tetap (6.2V) maka voltan yang susut pada RS akan bertambah sebanyak 2V.
Pertambahan voltan susut ini membuatkan nilai voltan pincang hadapan transistor Q1 dan Q2 akan meningkat.
Arus IC transistor Q1 juga akan meningkat.
Arus yang melalui R1 juga akan meningkat.
Voltan susut pada R1 iaitu VR1 akan meningkat. Ini kerana V= I x R (arus berkadar terus dengan voltan)
Dengan pertambahan voltan susut pada R1, makan Voltan keluaran akan berkurang iaitu kembali ke nilai asal. (Ingat semula konsep HKV yang telah direangkan di atas).
Sebaliknya jika rintangan beban berkurang, voltan beban atau voltan keluaran akan berkurang.
Ini bermakna voltan yang merentas DZ dan RS berkurang. Oleh kerana voltan susut pada DZ tetap maka voltan yang susut pada RS akan berkurang.
Pengurangan voltan susut pada RS ini membuatkan nilai voltan pincang hadapan transistor Q1 dan Q2 akan menurun.
Arus IC transistor Q1 juga akan menurun.
Arus yang melalui R1 juga akan menurun.
Voltan susut pada R1 iaitu VR1 akan menurun. Ini kerana V= I x R (arus berkadar terus dengan voltan)
Dengan penurunan voltan susut pada R1, makan Voltan keluaran akan bertambah iaitu kembali ke nilai asal. (Ingat semula konsep HKV yang telah diteangkan di atas).
Pengatur voltan transistor jenis siri
Fungsi komponen:
1. Perintang RS – untuk membolehkan DZ mengalirkan arus pada nilai voltan 12V.
2. Diod Zener – menetapkan nilai voltan 12V pada Base Q1
3. Transistor Q1- mengawal voltan keluaran yang berubah supaya menjadi stabil semula.
Perlu diketahui dahulu Voltan keluaran:
VO = VZ – VBE
VO = 12V – 0.6V
VO = 11.4V
Manakala voltan merentasi Collector – Emitter (VCE) ialah:
VCE = VIN – VO
VCE = 18V – 11.4V
VCE = 6.6V
KENDALIAN LITAR
Sekiranya rintangan beban berkurang, voltan keluaran VO juga akan berkurang. Voltan VE (seperti yang ditunjukkan oleh meter di dalam litar di atas) transistor juga berkurang. Oleh itu VBE akan bertambah. Macamana VBE bertambah? Mari kita fahaminya. Lihat rajah di bawah di mana nilai voltan keluaran asal VO = 11.4V:
Rajah di bawah pula menunjukkan nilai VO menurun kepada 10.4V.
Kiraan di atas menunjukkan apabila nilai VO menurun, maka nilai VBE akan bertambah.
Pertambahan nilai VBE bermaksud nilai pincang hadapan Q1 bertambah.
Arus yang melalui IC Q1 juga akan bertambah, ini membuatkan nilai rintangan RCE akan berkurang.
Nilai rintangan RCE berkurang menyebabkan voltan susut di antara Collector dan Emitter iaitu VCE akan berkurang.
Berkurangnya nilai voltan VCE menyebabkan nilai voltan keluaran VO meningkat atau kembali ke nilai asal.
Begitu juga jika nilai rintangan beban bertambah, voltan keluaran VO juga akan bertambah. Voltan VE (seperti yang ditunjukkan oleh meter di dalam litar di atas) transistor juga bertambah. Oleh itu VBE akan berkurang.
Pengurangan nilai VBE bermaksud nilai pincang hadapan Q1 berkurang.
Arus yang melalui IC Q1 juga akan berkurang, ini membuatkan nilai rintangan RCE akan bertambah.
Nilai rintangan RCE bertambah menyebabkan voltan susut di antara Collector dan Emitter iaitu VCE akan bertambah.
Bertambahnya nilai voltan VCE menyebabkan nilai voltan keluaran VO menurun atau kembali ke nilai asal.
Pengatur Voltan Boleh Laras Jenis Siri
Fungsi Komponen:
1. DZ dan RS – memberi voltan rujukan yang tetap kepada pada Emitter Q2.
2. R1, VR2 dan R2 – Rangkaian perintang pembahagi voltan dan berkadaran voltan yang sesuai untuk Base Q2.
3. Q1 dan Q2 – mengawal voltan keluaran jika berlaku perubahan voltan pada masukan atau keluaran.
4. RB – memberi voltan pincang hadapan kepada transistor Q1.
Voltan Base VB = Voltan Zener VDZ + VBE
Voltan Base VB = 12V +0.6V
Voltan Base VB = 12.6V
Kendalian litar.
Jika VR1 dilaras pada kedudukan A iaitu VR1 maksimum. Voltan pada Base Q2 akan meningkat maksimum.
Voltan VBE Q2 juga akan meningkat menyebabkan arus IC transistor Q2 akan meningkat.
Voltan Base Q1 akan berkurangan. Kenapa BERKURANG? mari kita fahaminya.
Berpandukan kepada rajah di atas Voltan Base Q1 ialah VB = VCE Q2 + VZ, di mana arus IC akan melalui Collector- Emitter Q2. Arus IC Q2 yang meningkat membuat rintangan pada Collector- Base Q2 akan berkurangan. Apabila rintangan ini berkurangan membuatkan voltan susut pada C-E Q2 iaitu VCE akan berkurang. Menurunnya voltan VCE inilah menyebabkan voltan Base Q1 berkurangan kerana VB = VCE Q2 + VZ.
Apabila VB Q1 berkurang bermakna VBE Q1 juga akan berkurang. Arus IC Q1 juga akan berkurangan.
Ini membuatkan rintangan pada C-E Q1 bertambah. Voltan susut VCE Q1 akan bertambah. Pertambahan voltan VCE Q1 membuatkan voltan keluaran menurun atau menjadi minima.
Demikian juga bila VR1 diputarkan ke titik B atau minimum.
Voltan pada Base Q2 akan menurun atau minimum.
Voltan VBE Q2 juga akan menurun menyebabkan arus IC transistor Q2 akan menurun.
Ini menyebabkan Voltan Base Q1 akan bertambah (ini kerana VCE Q2 bertambah, VCE bertambah kerana RCE Q2 bertambah, RCE Q2 bertambah kerana IC Q2 berkurang).
Apabila VB Q1 bertambah bermakna VBE Q1 juga akan bertambah. Arus IC Q1 juga akan bertambah.
Ini membuatkan rintangan pada C-E Q1 berkurang. Voltan susut VCE Q1 akan berkurang. Pengurangan voltan VCE Q1 membuatkan voltan keluaran pada keluaran menjadi meningkat atau maksimum.
