Instruksi ini akan mengajarkan Anda cara membuat sumber tegangan yang hebat menggunakan beberapa resistor, sumber tegangan, dan transistor. Hanya diperlukan sedikit pengetahuan elektronik!
Persediaan:
Langkah 1: Motivasi
Secara sederhana, kita dapat memikirkan a voltase (atau lebih khusus, beda potensial) sebagai sumber energi dalam suatu rangkaian. Apa pun beban Anda (iPhone, speaker, dll.), Anda harus menyediakan voltase agar berfungsi.
Katakanlah Anda memiliki sumber tegangan, tetapi tidak dapat disesuaikan dan beban Anda membutuhkan tegangan yang lebih kecil. Cara paling sederhana untuk memperbaiki ini adalah dengan satu set dua resistor, yang akan membentuk a pembagi tegangan. Jika Anda tahu cara kerja pembagi tegangan, Anda akan tahu bagaimana sebagian besar rangkaian elektronik bekerja!
Langkah 2: Cara Kerja Pembagi Tegangan - Contoh
Pembagi tegangan bekerja dengan mengeluarkan sebagian kecil dari tegangan input. Fraksi ini ditentukan oleh hubungan antara dua resistor. Hukum Kirchoff memberi tahu kami bahwa, dalam rangkaian yang terdiri dari beberapa tegangan input Vin dan dua resistor R1 dan R2, tegangan yang dihamburkan ke seluruh R2 akan menjadi
Vin * R2 / (R1 + R2) .
Jika kita menghubungkan beban kita secara paralel dengan R2, kita dapat memberikan tegangan apa pun (kurang dari Vin) dengan pilihan nilai R1 dan R2 yang baik.
Sebagai contoh, jika Vin adalah 15 Volts dan R1 dan R2 keduanya 100 ohm (seperti dalam file terlampir voltage-divider.pdf ), Vout = 15 * (100) / (200) = 7,5 V. Dengan demikian kita bisa mendapatkan output 7,5 Volts dari sumber 15 Volt tetap!
Langkah 3: Masalah dengan Pembagi Tegangan Sebagai Sumber Tegangan (atau Pengantar Sag)
Itu resistensi thevenin (yang dapat kita anggap sebagai hambatan internal dari sumber tegangan) dari pembagi tegangan
R1R2 / (R1 + R2) .
Meskipun cukup mudah untuk hanya membangun pembagi tegangan dan menggunakannya sebagai sumber tegangan, kami mengalami satu masalah besar. Tegangan aktual melintasi beban ternyata agak tergantung pada resistansi beban.
Ketergantungan tegangan ini pada hasil resistensi beban dalam melengkung, yang tidak diinginkan untuk sumber tegangan. Idealnya, kami akan memiliki tegangan konstan melintasi beban, tidak peduli resistansinya. Namun, ketika kita menghubungkan beban, kita harus mempertimbangkan resistensi beban dan R2 secara paralel. Untuk menambahkan resistensi ini, Anda cukup mengikuti persamaan
1 / Req = 1 / R2 + 1 / R3 ,
di mana 1 / R3 adalah resistansi beban. Ini memungkinkan kita untuk menambahkan resistansi keduanya, karena resistansi ekuivalen dari dua resistor itulah yang membentuk pembagi tegangan aktual. Dengan memikirkan keduanya, mari kita lihat contoh berapa banyak pembagi tegangan dapat turun dengan beban kecil.
Katakanlah kita memiliki resistor yang sama seperti sebelumnya. Namun, kali ini kami akan menambahkan dalam beban 10 ohm. Alih-alih resistor kedua di pembagi tegangan yang sama dengan 100 ohm, kita harus memperhitungkan resistor paralel dan menggunakan Req sebagai tahanan kita.
Dengan 10 ohm dan resistor 100 ohm secara paralel, resistansi yang setara adalah 9,09 ohm (1/10 + 1/100 = .11, 1 / .11 = 9.09). Ketika ini digunakan sebagai resistor kedua dalam pembagi tegangan, kita mendapatkan pembagi tegangan yang mengeluarkan 9.09 / 109.09 * 15 = 1,25 V, jauh lebih kecil dari 7,5 volt yang kita inginkan!
Apa yang akhirnya kita inginkan adalah a kaku sumber tegangan, atau yang tidak mengubah output tegangan, apa pun resistan bebannya.
Langkah 4: Transistor Memecahkan Masalah Kami - Pengikut Emitor
Ternyata solusi yang baik untuk masalah ini adalah rangkaian khusus yang disebut pengikut emitorr. Pengikut emitor terdiri dari tegangan input (yang mungkin atau mungkin tidak berasal dari sumber yang sama) di mendasarkan dan pengumpul dari apa yang kita sebut a transistor, dengan tegangan keluaran (dan beban kami, akhirnya) di transistor emitor.
Ada dua aturan utama yang perlu diketahui saat bekerja dengan transistor.
1. Tegangan emitor akan selalu menjadi tegangan basis dikurangi penurunan 0,6 V (yang untuk dioda yang menghubungkan basis ke emitor.
2. Arus dari emitor selalu sama dengan arus dari kolektor, yang TENTANG 100 kali lebih besar dari arus dari pangkalan. ( Ada batasan tertentu untuk ini: jika sumber kolektor tidak dapat mengeluarkan cukup tegangan untuk menjaga arus pada tingkat itu, beban Anda tidak akan mendapatkan tegangan yang Anda coba berikan. Juga, tegangan dari pengumpul harus selalu sekitar 0,2 V lebih tinggi dari tegangan dari pangkalan. Kalau tidak, transistor akan pecah.)
Pada pandangan pertama, pengikut emitor seperti sirkuit yang tidak berguna. Tegangan output kami hanyalah tegangan input kami, minus 0,6 Volts yang hilang karena transistor.
Namun, pengikut emitor dapat sangat berguna dalam hal “mengeraskan” sumber tegangan kita (mis., Mengurangi sag). Idealnya, resistansi internal sumber tegangan minimal, dan resistansi beban kami maksimal. Kita dapat menganggap ini sebagai sumber tegangan "menyukai" beban dengan resistansi besar dan beban "menyukai" sumber tegangan dengan resistansi internal rendah.
Faktor perbedaan ~ 100 dalam arus antara emitor dan basis berarti bahwa hambatan dari sumber tegangan kami (yang dalam kasus kami adalah sesuatu yang disebut resistensi Thevenin dari pembagi tegangan kami) terlihat ~ 100 kali lebih kecil dari beban kami, yang membantu dengan masalah melorot kami!
Mari kita kembali contoh kita sebelumnya, tetapi sekarang menggunakan sumber tegangan pengikut emitor kami. Kemudian Vout = Vin * (Rload) / (Rload + Rth / 100) = 15 * (10) / (10 + 50/100) = 15 * (10) / (10.5) = 14,28 V.
Langkah 5: Sumber Tegangan Baik (Atau Setidaknya Banyak yang Lebih Baik)
Sirkuit ini ditampilkan di sini adalah salah satu yang akan memberikan arus 5V kaku yang akan melorot hanya 5% pada arus maksimum melalui beban, yaitu 25 mA. Ini adalah angka yang umumnya baik untuk sebagian besar sirkuit yang akan Anda gunakan dan jumlahnya dapat diubah sesuai dengan kebutuhan Anda. Resistor kedua yang keluar dari emitor akan menjaga beban agar tidak meledak. Untuk menjaga agar resistor kedua tidak mempengaruhi desain Anda, Anda ingin menjaga resistansi itu secara signifikan lebih tinggi dari resistansi beban (lihat persamaan resistansi paralel jika ini tidak masuk akal).
