BAB I
PENDAHULUAN
1.1
Latar belakang
Catu daya membicarakan tentang pahlawan yang terlupakan dalam sebagian besar
system elektronik. Hampir semua rangkaian elektronik membutuhkan sumber tegangan DC yang teratur dengan besar antara 5
Volt hingga 30 Volt. Dalam beberapa kasus pencatuan ini dilakukan secara
langsung oleh baterai yang merupakan sumberarus DC misalnya 6 volt, 9 volt,
atau 12 volt. Namun dalam banyak kasus lainnya akan lebih menguntungkan apabila
kita menggunakan sumber AC standar. Disini dijelaskan bahwa bagaimana rangkaian penyearah atau
rectifier dan rangkaian penghalus atau smoothing bekerja dan
bagaimana tegangan-tegangan output catu daya dapat diatur dengan baik.
Daya sesaat merupakan hasil perkalian antara tegangan
domain waktu dan arus domaun waktu yang terkait dalam suatu elemen atau rangkaian tertentu. Mengetahui daya sesaat memberikan sebuah manfaat tersendiri
yaitu bahwa nilai maksimumnya dapat menjadi sarana control bagi kita untuk memastikan keamanan dan efektifitas pengoperasian sebuah alat. Akan tetapi yang menjadi daya tarik utama besaran- besaran
ini adalah karena berdasarkan nilainya kita dapat menghitung daya
rata-rata yang merupakan besran yang memiliki peranan yang lebih penting dalam analisis rangkaian.
1.2
Tujuan
1.
Untuk mengetahui prinsip
kerja regulator
2.
Untuk mengetahui
karakteristik dioda sebagai penyearah
3.
Untuk mengetahui prinsip
kerja catu daya
4.
Untuk mengetahui aplikasi
dari pencatu daya
BAB II
LANDASAN TEORI
Arus dan tegangan bolak memungkinkan
untuk menggunakan transformer. Ini adalah perangkat yang berubah (atau
transform) satu perbedaan potensial yang lain. Sebagai contoh, tabung gambar
televisi memerlukan beda potensial sekitar 20.000 V. Transformer A digunakan
untuk mengubah-110 V garis voltase yang 20.000V dibutuhkan. Sebagai contoh
lain, sebuah bel pintu membutuhkan perbedaan potensial mungkin 9V. Gunakan
dalam terbuat dari transformator untuk mendapatkan perbedaan potensial dari garis
110V. Mari kita lihat apa transformator dan bagaimana kerjanya. Sebuah diagram
skematik dari sebuah transformator yang khas ditunjukkan pada Gambar 27.12. Ini
terdiri dari dua kumparan luka pada kuk besi atau inti. Kumparan primer Np loop
di atasnya. Hal ini terhubung ke sumber listrik ac. Gelombang dalam lingkaran
mengingatkan kita bahwa tegangan bolak-balik. Sebuah aliran arus bolak melalui
primer karena sumber daya ac.
Kumparan sekunder memiliki daya. kita sebut jumlah loop pada Ns nya. mari kita cari
ggl inducced di sekunder karena ggl bolak (sumber tegangan) di primer.fluks
dari kumparan utama adalah karena sebagai souce tegangan dalam garis-garis
medan magnet primary.but mengikuti besi, seperti yang ditunjukkan dalam bab
terakhir. dalam gambar 27.12. Garis-garis
medan mengikuti besi dalam jumlah yang
sama.sebagai tegangan sinusoidal di SD bervariasi, fluks juga bervariasi. ini
bervariasi fluks melewati kumparan sekunder. ggl diberikan oleh hukum faraday
itu.dalam bab terakhir kami menemukan bahwa hubungan berikut berlaku untuk
transformator:Vs = Vp. menyatakan bahwa tegangan induksi pada sekunder
sebanding dengan rasio belitan, Ns / Np. Mari kita lihat
bahwa hukum
kekekalan energi menyatakan bahwa daya
masukan rata-rata primer harus sama dengan daya keluaran rata-rata dari
kerugian disediakan sekunder dalam transformator neglilible.kita kemudian dapat
menulis. {VpIp(cos∅)p)Vs}. Apakah (cos∅)s meskipun komplikasi ini, ada satu kasus khusus yang
dapat diobati dengan mudah. menganggap bahwa arus di sd adalah neglilible
ketika arus tidak sedang drawnb dari sekunder (yaitu, ketika perlawanan
sekunder tak terbatas).
Untuk
seperti sebuah transformator hubungan yang sederhana, berlaku ketika cukup saat
ini sedang ditarik oleh begitu sekunder yang arus utama adalah besar. dalam
kasus ini jelas bahwa energi neglilible sedang disimpan dan dikonsumsi dalam
kumparan transformator. maka kita dapat menulis, untuk nilai seketika. karena
mereka berada dalam fase jadi saya di sd sama dengan aku di dalam sekunder
berada dalam fase. sebagai akibatnya, hubungan di atas berlaku untuk
nilai-nilai rumus serta untuk instant values. dengan demikian kita menemukan
bahwa dalam persamaan.{Vp/Vs}Is={IpNp}/Ns. (Frederick Bueche,1817)
Dalam dioda,elektron yang dipancarkan dari katoda akan
mengalir menuju anoda,kalau anoda dijaga tetap
berpotensial positif dibandingkan dengan katoda. Aliran
ini dalam dioda akan menghasilkan arus dalam
arah dari anoda ke katoda.untuk dioda yang diketahui,arus
ini dinamakan arus anoda.tergantung pada tegangan anoda dan katoda(dinamakan
tegangan anoda)dan juga pada temperatur katoda.kalau anoda mempunyai potensial
lebih rendah daripada katoda,tidak ada arus mengalir dalam tabung karena
elektron-elektron ditolak oleh anoda.
Untuk
temperatur filamen yang diketahui,grafik yang menunjukkan perubahan arus anoda
dari dioda menurut tegangan anoda dinamakan lengkung karakteristik satatis dari
dioda atau karakteristik dioda.Dalam daerah terbatas muatan ruang dan daerah terbatas temperatur.
Dalam daerah terbatas muatan ruang,arus naik menurut kenaikan potensial anoda
menurut hukum pangkat
. Dalam daerah terbatas temperatur,
lengkungan hampir paralel dengan sumbu tegangan dioda. Kenaikan sedikit arus anoda menurut tegangan anoda dalam daerah terbatas
temperatur,disebabkan oleh efek Schottky.
Perpindahan daerah
terbatas muatan ruang ke daerah terbatas
temperatur tidak begitu tajam, tetapi terjadi dalam daerah sempit tegangan
anoda. Lebih lanjut, untuk harga – harga filamen rendah, terjadi perpindahan
pada harga tegangan anoda yang lebih rendah,Satu set lengkung yang
menghubungkan arus anoda dengan temperatur katoda untuk tegangan anoda yang
diketahui dapat digambarkan. Lengkung – lengkung demikian juga dikenal sebagai karakteristik
dioda. Dalam karakteristik dioda juga ditunjukkan dua daerah arus anoda, yaitu
daerah terbatas temperatur dan daerah teerbatas muatan ruang.
Dioda merupakan salah satu komponen – komponen elektronika yang memiliki
dua elektrode logam, katoda dan anoda yang dipisahkan oleh hampa,maka alat ini
membentuk kapasitor. Besar kapasitansi ini 5-10 pF. Suatu
dioda dikatakan ideal kalau lengkung karakteristik volt dan ampere
seperti yang trtera pada gambar sebelumnya. Resistansi maju dari dioda ideal
sama dengan nol dan resistansi baliknya sama dengan tidak
terhingga.karakteristik dioda ideal juga tidak tergantung pada temperatur
filamen.
Kapasitansi dioda dalam keadaan ideal diabaikan. Dalam
rangkaian, dioda praktis digambarkan oleh dioda ideal secara seri dengan
resistansi maju Rf.Salah satu fungsi dari dioda ialah sebagai penyearah arus
,dimana penyearahan merupakan proses dimana arus atau tegangan bolak – balik diubah menjadi arus atau tegangan searah. Setiap peralatan listrik
yang memberikan resistansi rendah ke arus menurut satu arah dan resistansi
tinggi pada arah yang berlawanan dinamakan penyearah. Karena resistansi maju
dari dioda hampa rendah dan resistansi
baliknya sangat tinggi . dioda dapat digunakan sebagai penyearah
sifat penyearahan dioda dapat dipelajari dengan cara berikut dengan pertolongan karakteristik dinamisnya.
Harga arus searah
atau harga rata – rata tegangan masuk e adalah nol. Tetapi dengan tidak adanya setengah
siklus negatif, tegangan keluaran
mempunyai komponen arus searah (dc).jadi telah terjadi penyearahan.Suatu
transformator digunakan pada masukan dalam
tugasnya adalah menaikkan
atau menurunkan tegangan bolak –balik
(ac) utama yang dihubungkan ke kumparan primer. Kalau tegangan utama ac,
tegangan masukan penyearah sama dengan
e,dimana n adalah perbandingan antara jumlah lilitan transformator sekunder ke primer.
Dari pembahasan ssebelumnya diketahui bahwa tegangan keluarannya
hanya berisi setengah siklus positif,karena dioda
mengantar hanyaselama interval – interval tersebut. Hal inilah yang disebut
dengan penyearah setengah gelombang. Dalam proses penyearahan setengah gelombang,arus mengalir
melewati resistansi beban hanya selama setengah bagian positif dari sinyal
masuk. Kalau arus yang telah diserahkan
mengalir lewat resistansi beban menurut arah yang sama selama siklus
penuh dari sinyal masuk, penyearah dinamakan penyearah gelombang penuh.dua
dioda serupa dan sadapan – tengah (centre tap) pada kumparan sekunder
transformator digunakan .karena masing – masing
setengah dari kumparan sekunder trafo mempunyai lilitan yang
sama,tegangan yang diinduksikan dalam masing – masing setengah kumparan
sekunder trafo akan mempunyai besar yang
sama. Namun kedua tegangan ini bergeser fasenya sebesar
satu sama lain. Untuk mengetahui penampilan
suatu rangkaian penyearah, kita harus mengevaluasi beberapa besaran yang ada
hubungannyadengan proses penyearahan. Ada beberapa faktor yagn mempengaruhi
mutu penyearahan yaitu :
1.
Harga
rata –rata atau harga dc (Arus searah)
dan arus beban
Arus beban dalam
rangkaian penyearah dalam rangkaian
penyearah tidak mantap sempurna, tetapi merupakan fungsi periodik menurut
waktu. Mutu penyearahan ditentukan olehkomponen dc dari fungsi periodik.
2.
Faktor
kerutan
Arus keluaran dari
penyearah terdiri dari bagian mantap. Bagian mantap tersebut ditambahkan
komponen – komponen fluktuasiperiodik,
yang mengakibatkan arus bolak – balik ke arus searah oleh penyearah menjadi
tidak sempurna. Ukuran dari ketidak sempurnaan atau dari komponen fluktuasi
diberikan oleh faktor kerutan (ripple)yang didefinikan sebagai hasil bagi
antara komponen arus atau tegangan beban
dan harga rata –rata arus atau tegangan beban.
3.
Efisiensi penyearah
Efisiensi penyearah didefinisikan sebagai hasil bagi
antara daya keluaran dc dari penyearah ke daya pemasukan ac. Perbandingan ini
juga dikenal sebagai efisiensi konversi atau sering juga disebut efisiensi
teoretis.
Faktor kerutan dari penyearah gelombang penuh juga leb ih
kecil.jadi penyearah gelombang penuh lebih baik dan lebih menguntungkan
dibanding penyearah setengah gelombang.Tegangan balik puncak yaitu : besaran
ini disingkat dengan PIV (peak inverse voltage) merupakan tegangan balik
maksimum lewat dioda,yakni antara katoda dan anoda,kalau tabung tidak
menghantar.
Dalam penyearah setengah gelombang, PIV merupakan
tegangan maksimum lewat sekunder transformator. Dalam penyearah gelombang
penuh,dengan mengabaikan penurunan tegangan lewat tabung, PIV untuk masing –
masing dioda, tegangan balik puncak rata –
rata ditentukan oleh pabrik pembuat tabung. Dalam operasi
sebenarnya,PIV tidak boleh melebihi harga rata –rata ini. Kalau tidak, dioda
akan mengalami kerusakan. Dalam hal ini kita akan membahas mengenai penyaring atau
filter. Rangkaian penyearah yang harus sempurna memberikan tegangan mantap
bebas kerutan lewat resistansi bebannya.
Keluaran dari penyearah setengah gelombang atau penyearah dari gelombang penuh
terdiri dari komponen- komponen kerutan ditambah suku
(dc) searah. Penampilan penyearah demikian dapat
diperbaiki dengan memasukkan rangkaian tambahan antara penyearah dan beban
untuk mengurangi komponen – komponen utama kerutan. Rangkaian tambahan ini
disebut penyaring atau filter. Dalam peristiwa yang sederhana filter terdiri
dari kapasitor C yang ditempatkan bercabang dengan resistansi beban
, atau suatu
induktor L. Yang ditempatkan seri dengan resistansi
.
Isi keluaran dari kerutan penyearah dapat diperkecil
lebih lanjut dengan menggunakan rangkaian filter LC seksi”L”atau seksi”
”.Aksi
rangkaian filter dapat dimengerti dengan cara berikut. Dalam peristiwa filter
kapasitor yang digunakan paralel dengan resistansi beban, reaktansi dari
kapasitansi C pada frekuensi sinyal masuk diambil sangat kecil dibandingkan
dengan. Maka komponen
kerutan dipintas oleh kapasitor dan fluktuasi tegangan dekat resistansi
berkurang.Dalam peristiwa induktor yang seri dengan resistansi beban,reaktansi
induktor pada frekuensi sinyal masuk diambil jauh lebih besar daripada
. Maka
komponen ac dari keluaran penyearah terutama akan muncul lewat induktansi.
Komponen dc dilewatkan induktor tanpa mengalami banyak
perlemahan kalau resistansi induktor ke arus searah diabaikan. Jelas, fluktuasi
dari tegangan lewat
akan lebih kecil.Dalam rangkaian LC, yang
ditunjukkan merupakan aksi penyaringan baik dari filter induktor maupun filter
kapasitor ditunjukkan.
Tegangan kerutan
diperlemah oleh induktor seri dan kapasitor cabang, dan hasilnya
tegangan keluaran yang rata lewat
.Apabila di
gambarkan suatu rangkaian suatu rangkaian penyearah gelombang penuh dengan
menggunakan filter cabang kapasitor. Akan kita anggap kerja suatu rangkaian
lebih terperinci. Kalau kapasitor tidak ada,selama setengah siklus sinyal
masukkan,salah satu tabung dan penguat gelombang penuh akan menghantar dan
kalau masukannya sinusoidal, keluarannya muncul tegangan setengah sinusoidal.
Harga puncak tegangan setengah sinusoidal sama dengan harga penuh tegangan yang
terinduksi dalam setengah bagian sekunder transformator(asalkan penurunan
tegangan lewat tabung diabaikan). Kalau kapasitor ada,tegangan ini memberi
muatan kapasitor C sampai harga puncaknya. Penghantaran tabung berarti
memberikan arus pengisi muatan.
Pada fase penurunan gelombang masuk, kapasitor C
mengosongkan muatan lewat resistansi beban
dengan konstanta waktu yang diberikan oleh
hasil kali
. Bentuk
gelombang tegangan pada keluaran penyearah dengan dan tanpa adanya kapasitor
dapat ditunjukkan melalui berturut – turut oleh garis penuh dan garis putus dan
jugabentuk golongan arus yang mengalir dalam dua tabung.
Disini, reaktansi dari kapasitor pada frekuensi kerutan
jauh lebih kecil daripada resistansi beban. Ini berarti bahwa konstanta waktu
jauh lebih besar daipada periode waktu T dari
tegangan bolak – balik. Kalau salah satu tabung menghantar, kapasitornya
penyaring mengisi muatan.karena tabung dimisalkan ideal, maka selama periode
menghantar,tabung – tabung tersebut seperti rangkaian terhubung singkat dan
kapasitor mengisi muatan sampai tegangan maksimum, yang sama dengan harga
maksimum dari sinyal masuk. Selama penghantaran kalau sinyal masuk jatuh lebih
rendah harga puncak, tabung tidak bekerja dan kapasitor mengosongkan muatan dengan perlakuan dengan konstanta waktu
Selama
setengah periode sinyal masuk yang lain, tabung kedua akan mulai menghantar kalau tegangan
masuk menjadi lebih besar daipada
.
Penghantaran tabung berhenti kalau tegangan masuk
berkurang lebih rendah harga puncaknya. Jadi,arus tabung mengalir dalam selang waktu yang
kecil dari setengah siklus sinyal masuk.Arus tabung ini terbagi ke dlam dua
bagian yaitu: satu mengalir lewat
dan yang lain lewat C untuk menyimpan kembali
muatan pada kapasitor tersebut,yang sebagian telah ada yang hilang selama
periode penghantaran sebelumnya.
Karena arus kapasitor mendahului tegangan yang diberikan
sebesar setengah radian,jelas bahwa arus tabung akan mendahului tegangan yang
diberikan dengan sudut kurang dari setengah radian. Akibatnya,arus dioda dan
tegangan masuk yang diberikan tidak mencapai harga-harga maksimumnya dengan
serempaknya,tetapi arus dioda mendahuluinya tegangan masuk.Untuk penyearah
gelombang penuh dengan filter kapasitor, tegangan puncak balik sama dengan 2Em,
dimana Em adalah puncak tegangan antara sadapan tengah dan kedua ujung sekunder
trafo. Untuk penyearah setengah gelombang dengan filter kapasitor, PIV juga
mendekati 2Em, tetapi disini Em adalah tegangan puncak total lewat sekunder
trafo. Jadi,kalau filter digunakan,PIV naik untuk penyearah setengah
gelombang,tetapi untuk penyearah gelombang penuh tidak berubah. (D.Chattopadhyay,1989)
Sebuah potensial masukkan gelombang sinus menghasilkan
sebuah gelombang keluaran gelombang setengah,dengan pelurus dioda. Dengan
pelurus diodayang pada pokonya bertindak sebagai sebuah rangkaianpendek untuk
satu polaritas potensial masukan dan yang lainnya. Ternyata,sebuah pelurus
dioda ideal ,hanya mempunyai kedua ragam operasi ini. Operasi itu adalah ON
(yakni hambatannya nol) atau OFF
(yakni hambatannya tak terhinnga).
Ada beberapa tanda yang digunakan untuk menunjukan ciri
dari dioda yakni: kepala panah bersesuaian dengan terminal bertipe- p dari alat
tersebut dan menunjuk di dalam arah aliran arus konvensional
”yang mudah”. Yakni,dioda itu adalah ON bila terminal
dengan kepala panah (cukup) positiif terhadap terminal yang lainnya. Tidak
banyak pengangkut mayoritas itu yang dapat mengatasi rintangan terssebut,dan
sebagai akibatnya maka arus difusi akan berkurang secara nyata.
Akan tetapi,arus hanyut tidak mengindera adanya rintangan
dengan demikian tidak akan bergantung dari besarnya atau arahnya potensial luar
tersebut.
Keseimbangan arus yang mulus yang terdapat pada kecondongan
nol dengan demikian akan terganggu,dan seperti yang telah diketahui sebuah arus
tetapi merupakan arus yang sangat kecil muncul di dalam rangkaian tersebut.hal
ini kelihatannya waajr karena terminal aki positif yang dihubungkan ke ujung
tipe n dari sambungan tersebut,cenderung menarik elektron keluar dari zona
penipisan kembali ke bahan dalam tipe n dan cenderung menolak lubang kembali ke dalam bahan
bertipe p. Karena zona penipisan mengandung sangat sedikit pengangkut
muatan,maka zona penipisan ini adalah kawasan yang resistivitasnya tinggi.
Jadi,lebarnya yang bertambah cukup banyak yang konsisten dengan nilai arus condong
belakang yang kecil. (David,halliday,1999)
BAB
III
METODOLOGI
PERCOBAAN
3.1
Peralatan
dan Komponen
3.1.1
Peralatan
dan Fungsi
1. Multimeter
Fungsi : sebagai indikator dari PSA dan
untuk mengukur tegangan keluaran dari rangkaian regulator.
2. Penjepit buaya (2 pasang)
Fungsi : untuk menghubungkan
transformator ke rangkaian pencatu daya dan menghubungkan PSA adjust ke
regulator.
3. Transformator
CT 3A
Fungsi : Untuk menurunkan tegangan pada rangkaian pencatu
daya.
4. Osiloskop
Fungsi
: untuk menampilkan
bentuk gelombang yang dihasilkan dari rangkaian pencatu daya.
5.
Protoboard
Fungsi :
sebagai tempat untuk merangkai sementara catu daya dan regulator.
3.1.2
Komponen
dan Fungsi
1.
Kapasitor (0,33μF dan 3,3 μF)
Fungsi : Untuk menyimpan
muatan yang akan diberi ke IC regulator.
2. Resistor
(330Ω)
Fungsi : Untuk menghambat
arus yang akan masuk ke rangkaian
pencatu daya gelombang setengah
penuh.
3. Dioda
IN4002 (4 buah)
Fungsi : sebagai penyearah arus
yang masuk ke rangkaian pencatu daya.
4. IC Regulator 7805 (1 buah)
Fungsi : untuk membatasi
tegangan keluaran tetap 5 volt atau menstabilkan tegangan
3.2
Prosedur
Percobaan
3.2.1
Penyearah
Pencatu daya gelombang penuh
1. Dirangkai
rangkaian seperti pada gambar berikut ini.
2. Dihubungkan
kutub positif osiloskop ke titik a pada rangkaian penyearah.
3. Dihubungkan
kutub negatif osiloskop ke titik b pada rangkaian penyearah.
4. dipasang
0 dan dan 220 volt dari trafo dari trafo ke PLN.
5. Dihidupkan
osiloskop dan dilihat bentuk gelombang yang ditampilkan pada osiloskop.
6. Dicatat
bentuk gelombang pada kertas milimeter.
3.2.2
Penyearah
pencatu daya gelombang setengah penuh
1.
Dirangkai rangkaian seperti gambar
dibawah ini.
2. Dihubungkan
kaki resistor yang berhubungan langsung dengan dioda ke kutub positif osiloskop.
3. Dihubungkan
kaki resistor lainnya ke kutub negatif osiloskop.
4. Dipasang
0 dan 220 volt dari trafo ke PLN.
5. Dihidupkan
osiloskop dan dilihat bentuk gelombang pada osiloskop.
6. Dicatat
bentuk gelombang pada kertas milimeter.
3.2.3
Percobaan
dengan regulator
1. Dirangkai
rangkaian seperti gambar dibawah ini.
2. Dihubungkan
positif PSA adjust ke kaki positif kapasitor 0,33μF atau ke kaki 1 IC
regulator.
3. Dihubungkan
negatif PSA adjust ke kaki negatif kapasitor 0,33μF atau ke kaki 2 IC
regulator.
4. Dihubungkan
positif multimeter – 1 ke kutub positif
PSA Adjust.
5. Dihubungkan
negatif multimeter – 1 ke kutub negatif
PSA Adjust.
6. Dihubungkan
positif multimeter – 2 ke kaki positif kapasitor 3,3μF atau ke kaki 3 IC
regulator.
7. Dihubungkan
negatif multimeter – 2 ke kaki negatif kapasitor 3,3μF atau ke kaki 2 IC
regulator.
8. Dihidupkan
PSA adjust.
9. Divariasikan
tegangan dari PSA adjust mulai (1−10) volt dengan interval 1 volt.
10. dicatat
hasil dari multimeter – 2 pada kertas data.
Gambar Percobaan
1.
Penyearah
gelombang penuh
DAFTAR
PUSTAKA
Bueche,F.1817.Technical Physics.Third Edition.Harper : New York.
Page 596 - 635
Chattopadhday,D.1989.Dasar Elektronika.UI Press
: Jakarta
Halaman 40
- 61
Halliday,D.1999.Fisika Modern.Edisi Ke 3.Penerbit Erlangga : Jakarta.
Halaman 108
-109
Tidak ada komentar:
Posting Komentar