Post on 24-Jun-2015
description
BAB I
DASAR TEORI
Adaptor/catu daya adalah sumber tegangan DC yang digunakan
untuk memberikan tegangan atau daya kepada berbagai rangkaian
elektronika yang membutuhkan tegangan DC agar dapat beroperasi.
Rangkaian pokok dari catu daya tidak lain adalah suatu penyearah yakni
suatu rangkaian yang mengubah sinyal bolak-balik (AC) menjadi sinyal
searah (DC). Sumber daya diperoleh dari baterai, solar sel, generator
AC/DC, dan jala-jala listrik PLN.
Berbagai sumber daya tersebut akan kita bahas salah satunya type
catu daya yang terjadi melalui suatu proses pengubahan dari tegangan
AC (bolak-balik) ke DC (searah ). Proses pengubahan dimulai dari
penyearahan oleh diode, penghalusan tegangan kerut (Ripple Voltage
Filter) dengan menggunakan condensator dan pengaturan (regulasi) oleh
rangkaian regulator. Pengaturan meliputi pengubahan tingkat tegangan
atau arus. Pada teknik regulasi pada pembuatan catu daya, kita mengenal
teknik regulasi daya linier dan teknik regulasi switching.
1) DIODA SEBAGAI PENYEARAH
Dioda semikonduktor
Bahan dasar yang banyak digunakan untuk membuat piranti
elektronik adalah bahan semikonduktor germanium (Ge) dan silikon
(Si), yang mana kedua bahan ini mempunyai elektron valensi yang
sama.
Sambungan bahan semikonduktor P dan N mendasari suatu piranti
elektronik aktif yang disebut sebagai Dioda.
Dioda mempunyai elektroda Anoda yang berkutub positif dan
elektroda Katoda yang berkutub negatif. Simbol dioda diperlihatkan
seperti pada gambar 1.1.
Gambar 1.1 Simbol Dioda
a. Bias Maju Dioda
Jika anoda dihubungkan pada polaritas positif batere, sedangkan
katoda pada polaritas negatif seperti gambar 1.2, maka keadaan
dioda disebut arah maju (forward-bias) aliran arus dari anoda
menuju katoda, dan aksinya sama dengan rangkaian tertutup
Gambar 1.2 Bias maju-Saklar on
I
Forward
U
Gambar 1.3 Kurva Hubungan arus dan tegangan bias maju
b. Bias Mundur Dioda
Jika katoda dihubungkan pada polaritas positif batere, sedangkan
anoda pada polaritas negatif seperti gambar 1.4, maka keadaan
dioda disebut arah mundur (reverse-bias) dan aksinya sama
dengan rangkaian terbuka.
Gambar 1.4 Bias mundur –Saklar off
Sebagai sifat dioda, pada saat reverse, nilai tahanan dioda relatif
sangat besar dan dioda ini tidak dapat menghantarkan arus.
Gambar 1.5 memperlihatkan kurva pada saat reverse. Harga-
harga nominal baik arus maupun tegangan tidak boleh
dilampaui, karena akan mengakibatkan rusaknya dioda.
-U
Reverse
-I
Gambar 1.5 Kurva Hubungan arus dan tegangan bias maju.
Secara umum dioda digunakan sebagai penyearah (rcctifier)
arus/tegangan arus bolak balik (AC) satu fasa atau tiga fasa
kedalam bentuk gelombang arus searah (DC).
Pada dasarnya penyearahan ini ada dua macam yaitu:
1. Penyearah setengah gelombang (half wave rectifier)
2. Penyearah gelombang penuh (full wave rectifier)
2) PENYEARAH (RECTIFIER)
Tegangan arus searah biasanya dibutuhkan untuk
mengoperasikan peralatan elektronik, misalnya pesawat
amplifier, peralatan kontrol elektronik, peralatan komunikasi dan
sebagainya.
Catu daya arus searah (DC) dapat diperoreh dari batere atau dari
sumber daya listrik 220/240 Volt Ac 50 Hz yang dirubah menjadi
arus searah melalui rangkaian penyearah (rectifier).
Pada sistem rangkaian penyearah ada 4 fungsi dasar yang
dibahas, yaitu:
1. Tranformasi tegangan yang diperlukan untuk menurunkan
tegangan yang diinginkan.
2. Rangkaian penyearah, rangkaian ini untuk mengubah tingkat
tegangan arus bolak balik ke arus searah.
3. Filter, merupakan rangkaian untuk memproses fluktuasi
penyearahan yang menghasilkan keluaran tegangan DC yang
lebih rata.
4. Regulasi, adalah parameter yang sangat penting pada catu
daya dan regulator tegangan dengan bahan bervariasi.
3) PENYEARAH SETENGAH GELOMBANG
Contoh sederhana rangkaian penyearah setengah gelombang
diperlihatkan seperti gambar 1.6
Us Diode
+
Time Us RL
-
common
Gambar 1.6 Rangkaian Penyearah setengah gelombang
Jika dioda dalam kondisi menghantar (conduct) pada setengah
perioda positif, dioda tersebut pada keadaaan forward biased
sehingga arus mengalir dan melewati tahanan beban RL.
Pada saat setengah perioda negatif, dioda bersifat menghambat
(reverse biased) nilai tahanan dioda sangat tinggi dan dioda
tidak menghantar.
Secara praktis, tegangan keluaran (UL) hampir sama dengan
sumber Us
Drop tegangan pada dioda lebih kurang 700mV.
Gambar 1.7 memperlihatkan bentuk gelombang proses
penyearahan setengah gelombang.
Gambar 1.7 Bentuk Gelombang Output Penyearah Setengah
Gelombang
Untuk menghitung besarnya harga rata-rata dari signal yang
disearahkan, kita dapat menghitung dari luas kurva seperti pada
gambar 1.8
Gambar 1.8 kurva harga rata-rata
4) PENYEARAH GELOMBANG PENUH
Rangkaian penyearah gelombang penuh dapat diperoleh
dengan dua cara.
Cara pertama memerlukan transformator sadapan pusat
(Centre Tap-CT).
Cara yang lain untuk mendapatkan keluaran (output)
gelombang penuh adalah dengan menggunakan empat dioda
disebut penyearah jembatan (rectifier bridge).
4.1 Rangkaian Penyearah Centre Tap
Penyearah gelombang penuh dengan menggunakan
transformator sadapan pusat (Center Tap) diperlihatkan seperti
gambar 1.10 dan 1.11
D1
A
D2 R
L
B
Gambar 1.10 Penyearah dengan Trafo CT
Bila U1 dan U2 mempunyai polaritas, ujung A berpolaritas positif
dan ujung B berpolaritas negatif. Pada saat ini D1 menghantar
(conduct) sedangkan D2 tidak menghantar (reverse biased).
Pada saat A berpolaritas negatif , sedang B berpolaritas positif,
pada saat ini D2 menghantar sedangkan D1 tidak menghantar.
Bentuk gelombang input dan output ditunjukkan seperti terlihat
pada gambar 1.11
Gambar 1.11 Bentuk gelombang Penyearah gelombang
penuh
Harga tegangan dapat dihitung:
Ueff = 0,707 x Um
Udc = 0,636 x Um
Harga arus dapat dihitung dengan rumus sebagai berikut:
Um
Im = ---------
RL
Udc
Idc = ----------
Bridge rectifier
RL
4.2 Penyearah Gelombang Penuh Sistem Jembatan
Rangkaian penyearah ini memerlukan empat buah dioda yang
dipasang dengan konfigurasi jembatan seperti terlihat pada
gambar 1.13
a) b)
A +
D1 D2
- + RL -
B D3 D4 120 Ώ
Gambar 1.13 Rangkaian penyearah sistem jembatan
Pada saat terminal A positif dan terminal B negatif , dioda-dioda
D2 dan D3 berada dalam kondisi menghantar seadangkan D4
dan D1 tidak menghantar.
Pada saat terminal A negatif dan B positip , dioda yang
menghantar adalah D4 dan D1, sedang D2 dan D3 tidak
menghantar.
Dengan demikian setiap setengah perioda tegangan bolak balik
ada dua dioda yang menghantar (conduct) secara bersamaan
dan dua buah dioda lainnya tidak menghantar sehingga
menghasilkan bentuk gelombang penuh.
Tegangan rata-rata (Udc) sama dengan sistem penyearah
dengan menggunakan trafo CT.
Bentuk gelombang keluaran (output) terlihat seperti gambar
1.14.
a. Kelebihan sistem jembatan terhadap sistem trafo CT adalah
adanya dioda yang tersambung seri sehingga masing-masing
dioda dapat menahan tegangan balik maksimumnya.
5) FILTER
Penyearah tanpa filter menghasilkan keluaran sinyal output yang
berupa pulsa. Walaupun nilai rata-rata dari sinyal ini tidak nol,
akan tetapi sinyal ini masih belum dapat dipakai sebagai sumber
daya atau catu daya untuk peralatan elektronika seperti pesawat
radio, tape, komputer dan lain-lain. Oleh karena itu diperlukan
rangkaian tambahan untuk lebih menghaluskan atau meratakan
sinyal keluaran tersebut. Rangkaian ini disebut dengan filter.
Setiap gelombang keluaran hasil penyearahan baik yang tanpa
filter maupun yang dengan filter terdiri atas komponen DC dan
komponen AC (ripel). Akan tetapi sumber tegangan baterai/accu
tidak mempunyai komponen AC. Semakin baik kualitas suatu catu
daya berarti semakin kecil perbandingan antara nilai komponen
AC (ripel) terhadap komponen DC. Ukuran ini disebut dengan
istilah faktor ripel (r).
tegangan ripel (rms)r = ------------------------------------ tegangan dc
Ur (rms)r = ----------------------- x 100 % U dc
Faktor lain yang juga penting dalam menentukan kualitas suatu
catu daya adalah regulasi tegangan (V.R.). Tegangan keluaran
suatu catu daya dalam keadaan ada beban cenderung lebih kecil
dibanding dengan tegangan keluaran dalam keadaan tanpa
beban. Semakin kecil perbedaan tersebut, semakin baik kualitas
suatu catu daya. Demikian pula sebaliknya, semakin besar
perbedaan tersebut, semakin jelek kualitas suatu catu daya.
Regulasi tegangan bisa didefinisikan sebagai berikut.
Udc tanpa beban – Udc beban penuhU.R. = -------------------------------------------------
Udc beban penuh
UNL – VFL
% U.R. = ----------------- x 100 % VFL
Suatu penyearah tanpa filter akan menghasilkan tegangan keluaran
yang juga terdiri atas komponen DC dan komponen AC (ripel).
Penyearah setengah gelombang menghasilkan tegangan DC dan AC
sebesar:
Udc = 0,318 Vm
Ur(rms) = 0,385 Vm
Oleh karena itu faktor ripel (r) dari penyearah setengah gelombang
adalah:
r =121 %
Sedangkan Penyearah gelombang penuh menghasilkan tegangan
DC dan AC sebesar:
Udc = 0,636 Vm
Ur(rms) = 0,308 Vm
Oleh karena itu faktor ripel (r) dari penyearah gelombang penuh
adalah:
r =48 %
Filter yang banyak digunakan dalam rangkaian catu daya adalah
filter kapasitor (C). Filter C ini sangat sederhana yaitu dengan cara
menambahkan secara parallel komponen C pada penyearah.
Semakin besar nilai C yang digunakan, semakin baik factor ripelnya
atau semakin halus/kecil komponen AC (ripel)nya.
Pada penyearah gelombang penuh dengan filter C, nilai tegangan
ripel dapat ditentukan sebagai berikut.
Vdc
Vr(rms) = --------------- 43.f.R.C
Sehingga faktor ripelnya dapat diperoleh:
1 r = --------------- x 100 %
43.f.R.C
Untuk memperoleh keluaran catu daya yang lebih halus dapat
digunakan filter RC, yakni gabungan antara komponen C dan R.
Rangkaian dasar filter RC dapat dilihat pada gambar 1.18.
Gambar 1.18. Rangkaian dasar filter RC
6) IC. (Integrated Circuit)
Regulator tegangan dengan menggunakan komponen utama IC
(integrated circuit) mempunyai keuntungan karena lebih kompak
(praktis) dan umumnya menghasilkan penyetabilan tegangan yang
lebih baik. Fungsi-fungsi seperti pengontrol, sampling, komparator,
referensi, dan proteksi yang tadinya dikerjakan oleh komponen
diskrit, sekarang semuanya dirangkai dan dikemas dalam IC. Ada
beberapa jenis IC yang menghasilkan tegangan keluaran tetap baik
positip maupun negatip, ada pula yang menghasilkan tegangan
keluaran yang bisa diatur. IC regulator tegangan tipe LM78xx
(series) menghasilkan tegangan tetap positip, sedangkan tipe
LM79xx (series) menghasilkan tegangan tetap negatip.
Gambar 7.2 bentuk IC regulator dan simbol rangakain
Pada gambar 7.1 terlihat bahwa IC regulator tipe LM7812 akan
menghasilkan tegangan keluaran tetap sebesar positip 8 Volt. IC
jenis ini mempunyai 3 buah terminal, yakni masukan (input),
keluaran (output), dan ground (GND). Spesifikasi tegangan pada
beberapa IC regulator seri LM78xx dan 79xx series terlihat pada
tabel berikut.
Tabel 1. Spesifikasi Tegangan IC Regulator Lm78xx dan Lm79xx
LM 78xx/79xx (series)
Tegangan Output(Volt)
Tegangan Input Minimal(Volt)
LM7805 LM7905 + 5 - 5 + 7.3 - 7.3
LM7806 LM7906 + 6 - 6 + 8.3 - 8.3
LM7808 LM7908 + 8 - 8 + 10.5 - 10.5
LM7810 LM7910 + 10 - 10 + 12.5 - 12.5
LM7812 LM7912 + 12 - 12 + 14.6 - 14.6
LM7815 LM7915 + 15 - 15 + 17.7 - 17.7
LM7818 LM7918 + 18 - 18 + 21 - 21
LM7824 LM7924 + 24 - 24 + 27.1 - 27.1
(Sumber: Boylestad, 1992)
Regulator tiga terminal adalah “ Integrated Voltage Regulator
Circuit “ yang dirancang untuk mempertahankan tegangan
outputnya tetap dan mudah untuk dirangkai.
Keuntungannya adalah:
1. Membutuhkan penambahan komponen luar yang sangat sedikit,
ukuran kecil
2. Mempunyai proteksi terhadap arus hubung singkat.
3. Mempunyai automatic thermal shutdown.
4. Mempunyai tegangan output yang sangat konstan
5. Mempunyai arus rendah
6. Mempunyai ripple output yang sangat kecil.
7. Pembiyaan rendah
Seri LM 78XX adalah regulator dengan tiga terminal, dapat
diperoleh dengan berbagai tegangan tetap
Beberapa IC regulator mempunyai kode yang dibuat oleh pabrik
pembuat komponen, sebagai contoh: IC LM.7805 AC Z yang artinya
sebagai berikut:
LM Linear Monolithic
78L Bagian nomor dasar yang menyatakan tegangan positip
Tegangan output
AC Standart ketepatan
Z Tipe pembungkus , ZTO-92 Plastic
Seri LM 78XXC dapat diperoleh dalam kemasan TO-3 alamunium,
arus keluaran (output) 1A ,boleh lebih asalkan IC regulator
dilengkapi dengan pendingin (heat- sink). Regulator LM 78XXC
mudah dipakai dan tambahan komponen-komponen ektern tidak
banyak.
Sifat-sifat IC regulator LM 78XX adalah sebagai berikut:
1. Arus keluaran melebihi 1A
2. Pengamanan pembebanan lebih termik
3. Tidak diperlukan komponen tambahan
4. Ada pengamanan untuk transistor keluaran ( output )
Dapat diperoleh dalam kemasan TO-3 aluminium
BAB II
PENGUKURAN
1) Gambar Kerja:
Schematic Diagram Power Supply
PCB Power Supply
2) Hasil Pengukuran
OsciloscopeA. Pengukuran tegangan input AC
V= 18Vp-pVrms= Vp-p/2,828Vrms= 6,36V
B. Pengukuran Frekuensi input ACT= 2mSF= 1/TF= 1/2 x10-3
F= 500Hz
C. Pengukuran tegangan outputV= 5V
MultimeterA. Pengukuran tegangan input AC
V= 6,2V
B. Pengukuran tegangan outputV= 5V
Tabel perbandingan pengukuran Oscisolcope dengan Multimeter
Satuan Ukur Osciloscope MultimeterFin 500Hz ~Vin 6,36V 6,2VVout 5V 5V