Apa yang perlu dilakukan jika, misalnya, kita memiliki catu daya 9 V (DC) sementara kita membutuhkan tegangan 5 V (DC)?
Cara yang paling mudah adalah dengan menggunakan pembagi tegangan dengan resistor. Misalkan beban berupa resistor 10 Ω, sehingga dengan beda potensial sebesar 5 V akan memerlukan arus sebesar 500 mA.
Gambar 1.
Gambar 2. Pembagi tegangan dengan resistor
Gambar 3. Pemeriksaan rancangan dengan perhitungan
Pada Gambar 1 dapat dilihat bahwa meskipun rancangan ini memberikan nilai yang mendekati nilai sasaran awal (5 V, 500 mA) namun efisiensinya masih sangat rendah. Tidak sampai 8,538 % daya yang dipakai oleh rangkaian benar-benar dipakai oleh resistor beban Rload. Pada Gambar 2 terlihat bahwa dari 3.302 A arus yang ditarik dari sumber, sebenarnya hanya 500 mA yang benar-benar mengalir ke beban. Demikian pula diperlihatkan bahwa dari total disipasi daya sebesar 29,72 W hanya 2,537 W saja daya yang dipergunakan oleh beban.
Selain masalah efisiensi daya, ada masalah lain yang dalam gambar-gambar di atas tidak diperlihatkan, yaitu risiko apabila nilai tegangan pada sumber berubah-ubah. Masalah lain (yang juga berlaku sama untuk semua sistem untai terbuka atau “open loop“) adalah jika arus beban berubah nilainya. Dengan kata lain penggunaan daya oleh beban meningkat.
Alternatif sederhana lainnya yang dapat dipergunakan adalah dengan mempergunakan zener.
Gambar 4. Perhitungan dasar zener dengan bantuan aplikasi Android
Gambar 5. Simulasi rangkaian dasar zener
Gambar 6. Simulasi perubahan tegangan sumber
Dari Gambar 5 kita bisa melihat perbaikan efisiensi daya, sekitar 52,88 % daya dipergunakan oleh beban, jauh lebih baik daripada yang ditunjukkan pada Gambar 1 sebesar 8,538 %. Gambar 6 memberikan informasi hasil simulasi perubahan pada tegangan sumber. Sebagai regulator yang paling sederhana, zener dapat membantu mengurangi efek dari variasi pada sumber maupun beban. Tentu saja kemampuan ini terbatas pada rentang tertentu.
Gambar 7. Regulasi tegangan menggunakan LM7805
Gambar 8. Hasil simulasi perubahan sumber dan beban pada sistem dengan regulator LM7805
Gambar 9. Detail hasil simulasi pengaruh variasi sumber dan beban
Gambar 10. Rata-rata disipasi daya
Sebagaimana terlihat dari Gambar 7 sampai Gambar 9, penggunaan regulator tegangan linear seperti LM7805 mampu membantu sistem untuk mengatasi pengaruh perubahan sumber dan beban. Pada simulasi tersebut sengaja kapasitor pada input dan output tidak dipasang, dengan demikian kerja tunggal voltage regulator dapat lebih terlihat. Pada penggunaan yang sesungguhnya, sebaiknya kapasitor masukan dan keluaran benar-benar dipergunakan.
Dari informasi pada Gambar 10, dapat diperkirakan bahwa disipasi daya oleh beban sekitar 55,12 %. Disipasi daya oleh LM7805 sendiri dalam simulasi sekitar 2,03 Watt, daya ini diwujudkan dalam bentuk panas oleh komponen.
Komponen voltage regulator semacam LM7805 maupun yang bertipe LDO sudah sangat lazim dipergunakan. Tipe regulator ini mudah untuk dirancang ke dalam sistem dan mudah untuk diwujudkan dalam bentuk rangkaian fisik. Hanya saja tipe linear ini secara umum masih kalah dari tipe non-linier (SMPS; switched mode power supply) dalam hal efisiensi penggunaan energi (daya). Bahasan tentang bagian dari SMPS akan dilanjutkan pada post di lain waktu.
- BZX384-Series (PDF)
- BZX585_SERIES (PDF)