Bangun Rangkaian Proteksi Tegangan Berlebih Terpercaya dengan Dioda Zener
Cara Membuat Rangkaian Proteksi Tegangan Berlebih menggunakan Dioda Zener?
Rangkaian listrik dan komponen yang digunakan saat ini memberikan banyak preferensi dan waktu untuk membuatnya semakin aman mungkin. Supply daya modern saat ini sangat terpercaya, tetapi selalu ada kemungkinan kegagalan. Supply daya dapat gagal dengan banyak cara, tetapi satu kemungkinan yang sangat mengkhawatirkan adalah elemen regulator seri, yaitu transistor atau FET mungkin gagal sedemikian rupa sehingga menjadi short circuit. Shorting elemen ini membuat tegangan sangat besar muncul pada rangkaian yang sedang dipasok, menyebabkan kerusakan parah pada seluruh peralatan. Kerusakan pada komponen dan pada rangkaian secara keseluruhan dapat diminimalkan atau sepenuhnya dihindari dengan menyediakan rangkaian perlindungan dalam bentuk perlindungan tegangan berlebih.
Perlindungan short circuit, perlindungan polaritas terbalik, dan perlindungan tegangan berlebih/kurang adalah beberapa rangkaian perlindungan yang digunakan untuk melindungi peralatan atau rangkaian elektronik dari kecelakaan tiba-tiba. Secara umum, sekring atau MCB digunakan untuk perlindungan tegangan berlebih, namun dalam proyek ini, tujuan kami adalah membuat rangkaian yang dapat bekerja lebih baik dari sekring atau MCB dan mengatasi keterbatasan perangkat keselamatan utama yang disebutkan di atas.
Perlindungan tegangan berlebih adalah karakteristik sistem supply daya, yang somehow menangani tegangan pada sisi beban saat tegangan input melebihi nilai yang telah ditetapkan. Dalam beberapa situasi di mana tegangan input lebih tinggi dari yang diharapkan, kita selalu menggunakan rangkaian perlindungan tegangan berlebih atau crowbar protection. Rangkaian perlindungan crowbar adalah salah satu rangkaian perlindungan tegangan berlebih yang paling banyak digunakan.
Supply daya dapat gagal dengan banyak cara; demikian juga, ada banyak cara untuk melindungi rangkaian dari tegangan berlebih. Cara termudah adalah dengan menyambungkan sekring di sisi input supply. Namun, kelemahan penggunaan sekring adalah ini adalah perlindungan sekali pakai, karena saat tegangan melebihi nilai yang telah ditetapkan, kawat sekring terbakar, menyebabkan rangkaian terbuka. Kemudian satu-satunya cara untuk membuat rangkaian bekerja lagi adalah mengganti sekring dengan yang baru dan merakit ulang semua rangkaian yang terkait dengan sekring.
Kasus kegagalan supply daya biasanya dilihat saat supply daya berhenti bekerja dan tidak ada output. Namun, ada beberapa kasus kegagalan yang langka, di mana terdapat short circuit dan tegangan sangat tinggi mungkin muncul pada output. Untuk regulator linier, kita dapat mengambil contoh regulator yang sangat sederhana berbasis dioda Zener. Kita dapat membuat rangkaian yang lebih canggih untuk mencapai hasil yang lebih baik, rangkaian tersebut menggunakan ide yang sama yaitu melewatkan arus melalui transistor.
- Post Terkait: Kalkulator Dioda Zener & Regulator Tegangan Zener
Perbedaan utama adalah cara tegangan regulator diterapkan pada basis transistor. Biasanya, tegangan pada sisi input sedemikian rupa sehingga beberapa volt jatuh di seluruh elemen regulator seri. Oleh karena itu, ini memungkinkan transistor pass seri untuk mengatur tegangan output dengan tepat. Biasanya transistor seperti ini akan jatuh dalam keadaan rangkaian terbuka, namun dalam beberapa situasi, transistor mungkin mengalami short circuit antara kolektor dan emitter. Jika ini terjadi, maka tegangan input tidak teratur penuh akan muncul di seluruh output.
Jika tegangan penuh muncul pada output, maka itu dapat merusak banyak IC yang ada dalam rangkaian dan sedang dipasok. Dalam hal ini, rangkaian mungkin terlampaui batas perbaikan ekonomis. Cara kerja switching regulator sangat berbeda, namun ada situasi di mana output penuh dapat muncul pada output supply daya.
Kita dapat membuat rangkaian perlindungan tegangan berlebih menggunakan dioda Zener dan transistor Bipolar dengan dua metode.
- Post Terkait: Rangkaian Flasher 24V
Rangkaian Regulator Tegangan Zener:
rangkaian ini menggunakan dioda Zener untuk menyediakan output yang teratur ke sisi beban, melindungi rangkaian. Namun koneksinya sedemikian rupa sehingga aliran daya ke sisi beban tidak diputus bahkan saat tegangan melebihi batas keamanan. Output akan selalu menerima tegangan yang tergantung pada rating dioda Zener.
Rangkaian Perlindungan Tegangan Berlebih menggunakan Dioda Zener:
metode ini lebih sederhana, di mana rangkaian dirancang untuk memutus daya ke sisi beban saat tegangan melebihi nilai yang ditetapkan.
Bahan yang Diperlukan
- Dioda Zener 1N4740A
- Transistor PNP FMMT718
- Resistor – 1k, 2.2k dan 6k
- Transistor NPN 2N2222
Post Terkait: Bell Pintu Otomatis dengan Deteksi Objek Menggunakan Arduino
Dioda Zener
Dioda Zener adalah jenis dioda yang memungkinkan arus mengalir melaluiinya di kedua arah tidak seperti dioda normal yang hanya mengizinkan aliran arus dalam satu arah yaitu dari anoda ke katoda. Aliran arus ini dalam arah berlawanan hanya terjadi saat tegangan di seluruh terminal melebihi tegangan ambang yang disebut tegangan Zener. Tegangan Zener ini adalah karakteristik perangkat, yang mengatur efek Zener yang pada gilirannya mengatur cara kerja dioda.
Diagram skematis dioda Zener yang umum digunakan dalam rangkaian diberikan di bawah ini.
Dioda Zener memiliki p-n junction yang sangat doted, yang memungkinkan perangkat berfungsi dengan baik bahkan ketika ada tegangan terbalik yang diterapkan melaluiinya. Namun, banyak dioda Zener bergantung pada avalanche breakdown. Kedua jenis breakdown terjadi dalam perangkat perbedaannya hanya, efek Zener predominan pada tegangan rendah sementara avalanche breakdown terjadi pada tegangan tinggi. Digunakan untuk menghasilkan supply daya terstabil daya rendah. Digunakan juga untuk melindungi rangkaian dari tegangan berlebih, dan discharge elektrostatis.
- Post Terkait: Rangkaian Konverter 12V ke 5V
Transistor NPN 2N2222
2N2222 adalah transistor NPN bipolar yang sangat umum, terutama digunakan untuk aplikasi amplifikasi atau switching daya rendah tujuan umum. 2N222 dirancang untuk beroperasi secara moderat pada kecepatan tinggi. Ini adalah transistor yang sangat umum dan digunakan sebagai contoh transistor NPN.
Diagram skematis transistor diberikan di bawah ini.
Pinout untuk transistor NPN 2N2222 diberikan di bawah ini.
| 2N2222 |
| 1 | Emitter |
| 2 | Base |
| 3 | Collector, terhubung ke casing |
Karena biaya rendah dan ukuran kecil, ini adalah transistor yang paling banyak digunakan. Salah satu fitur utamanya adalah kemampuannya untuk menangani nilai arus yang tinggi dibandingkan transistor kecil serupa lainnya. Ini terbuat dari bahan silikon atau geranium dan doted dengan bahan bermuatan positif atau negatif. Saat melakukan aplikasi amplifikasi, menerima sinyal analog melalui kolektor dan sinyal lain diterapkan pada basisnya. Sinyal analog dapat berupa sinyal suara dengan frekuensi analog hampir 4kHz (suara manusia).
- Post Terkait: Cara Memeriksa Transistor dengan Multimeter (DMM+AVO) – NPN & PNP – 4 Cara
Transistor PNP FMMT718
FMMT718 adalah transistor PNP sehingga kolektor dan emitter akan tertutup (bias maju) saat pin basis dipertahankan di ground dan akan terbuka (bias terbalik) saat sinyal diberikan ke pin basis. Inilah perbedaan transistor PNP dari transistor NPN; sebuah gerbang logika digunakan untuk bergeser antara tegangan sinyal ground.
Diagram skematis transistor PNP diberikan di bawah ini.
Pinout untuk FMMT718 diberikan dalam bentuk tabel di bawah ini.
| FMMT718 |
| 1 | Collector | Arus mengalir masuk melalui kolektor |
| 2 | Base | Mengontrol bias transistor |
| 3 | Emitter | Arus mengalir keluar melalui emitter |
Rangkaian Regulator Tegangan Zener
Ini adalah salah satu dari dua konfigurasi rangkaian perlindungan tegangan berlebih menggunakan dioda Zener. Rangkaian ini tidak hanya melindungi rangkaian sisi beban tetapi juga mengatur tegangan supply input untuk mempertahankan tegangan yang stabil. Diagram rangkaian untuk perlindungan tegangan berlebih menggunakan rangkaian regulator tegangan Zener diberikan di bawah ini.
Tegangan ambang di atasnya rangkaian memutus supply ke sisi beban disebut nilai pre-set tegangan rangkaian. Desain rangkaian sedemikian rupa sehingga nilai pre-set rangkaian adalah rating dioda Zener. Jadi nilai ambang di atasnya rangkaian tidak mengkonduksi adalah sekitar 5.1V.
Konduksi transistor Q1 bergantung pada tegangan basis emitter transistor. Saat tegangan output rangkaian mulai naik, ini meningkatkan Vbe transistor dan transistor mengkonduksi lebih sedikit. Ini pada gilirannya mengurangi tegangan output, mempertahankan tegangan output hampir konstan.
- Post Terkait: Rangkaian Saklar Sensitif Sentuh Sederhana menggunakan Timer 555 & Transistor BC547
Diagram Rangkaian Perlindungan Tegangan Berlebih menggunakan Dioda Zener
Diagram rangkaian untuk rangkaian perlindungan tegangan berlebih diberikan di bawah ini.
Pertama, kita mempertimbangkan cara kerja rangkaian saat supply daya bekerja dengan baik. Dalam keadaan kerja yang benar, terminal basis transistor Q2 tinggi yang menyebabkan transistor itu mati. Saat Q2 mati, terminal basis transistor Q1 rendah dan mulai mengkonduksi. Dengan cara ini beban terhubung ke supply saat tegangan supply di bawah nilai ambang yang ditetapkan.
Sekarang, saat tegangan supply lebih tinggi dari nilai ambang, Zener breakdown terjadi dan dioda Zener D2 mulai mengkonduksi. Ini membuat terminal basis Q2 yang sebelumnya tinggi menjadi ground. Sekarang terminal basis Q2 terhubung ke ground, mulai mengkonduksi. Basis transistor Q1 yang terhubung ke output Q2 sekarang tinggi dan berhenti mengkonduksi. Ini mengisolasi beban dari supply menyelamatkannya dari kerusakan potensial yang mungkin terjadi karena lonjakan tegangan.
Cara kerja rangkaian yang diberikan di atas juga tergantung pada penurunan tegangan setiap transistor. Idealnya, harus rendah untuk rangkaian agar sesuai dengan versi teoritisnya. Untuk menjaga penurunan tegangan transistor menjadi minimum, kita telah menggunakan transistor PNP FMMT718 yang memiliki nilai saturasi kolektor emitter yang sangat rendah. Nilai Vce rendah ini memungkinkan penurunan tegangan di seluruh transistor menjadi rendah.
