BAB IV HASIL PERCOBAAN DAN ANALISIS -...

21

BAB IV

HASIL PERCOBAAN DAN ANALISIS

4.1. Topik 1. Rangkaian Pemicu SCR dengan Menggunakan Rangkaian RC

(Penyearah Setengah Gelombang dan Penyearah Gelombang Penuh).

A. Penyearah Setengah Gelombang

Gambar 4.1. Tegangan Keluaran Kondisi Potensiometer Minimum (Penyearah

Setengah Gelombang).

22

Gambar 4.2. Tegangan Keluaran Kondisi Potensiometer Tengah (Penyearah


Gambar 4.3. Tegangan Keluaran Kondisi Potensiometer Maksimum (Penyearah


23

Gambar 4.4. Tegangan Thyristor Kondisi Potensiometer Minimum (Penyearah


Gambar 4.5. Tegangan Thyristor Kondisi Potensiometer Tengah (Penyearah


24

Gambar 4.6. Tegangan Thyristor Kondisi Potensiometer Maksimum (Penyearah


Percobaan ini menghasilkan bentuk penyearah setengah gelombang dengan

sudut picu tertentu yang dikarenakan efek thyristor. Bentuk tegangan keluaran pada

resistor beban dan tegangan thyristor yang diharapkan terlihat pada Gambar 4.7.

Gambar 4.7. Tegangan Keluaran Resistor Beban dan Tegangan Thyristor.

Hasil percobaan yang didapat sesuai dengan yang diharapkan dengan analisis

berikut. Dari Gambar 3.1 tegangan masukan berupa tegangan AC 220 volt. Tegangan

ini diperlemah dengan menggunakan Trafo menjadi 12 Vpp pada keluarannya.

25

Thyristor dapat diaktifkan dengan cara memicu kaki gerbang dengan pulsa pada saat

kaki anoda Thyristor lebih positif dari kaki katoda. Pada rangkaian Gambar 3.1

tersebut, saat t=0 yang terjadi adalah kaki anoda Thyristor lebih positif dari kaki

katoda. Tetapi Thyristor belum aktif karena belum dipicu. Jalan pemicuannya adalah

arus yang mengalir melalui resistor 100 ohm 20 watt, mengalir juga menuju resistor

100 ohm lalu ke potensiometer dan mulai mengisi kapasitor. Setelah kapasitor penuh,

maka arus menuju ke dioda. Dioda mengalami bias maju yang memberikan tegangan

pada kaki gerbang sehingga Thyristor mulai terpicu. Thyristor yang dalam kondisi

aktif ini menyebab rangkaian menjadi hubung singkat sehingga tegangan thyristor

sama dengan nol. Untuk grafik tegangan Thyristor dapat dilihat pada Gambar 4.4, ini

saat kondisi potensiometer bernilai minimum. Tetapi pada resistor beban (100 ohm

20 watt) berupa tegangan masukan mulai dari thyristor terpicu sampai kondisi tidak

aktifnya yang dapat dilihat pada Gambar 4.1. Jika nilai potensiometer diubah, maka

saat pemicuan pun juga akan berubah. Perubahan waktu pemicuan dengan besarnya

potensiometer berbanding lurus, yaitu jika nilai potensiometer diperbesar maka

pemicuan menjadi lama. Pada percobaan ini, pemicuan berada diantara 0 dan 90

derajat (Gambar 4.2), dikarenakan jika lebih dari 90 derajat tegangan kaki gerbang

thyristor kecil dan tidak mampu membuat thyristor aktif (Gambar 4.3). Ini terjadi saat

tegangan masukan pada siklus positif. Pada siklus negatif, Thyristor mengalami

kondisi tidak aktif dengan sendirinya dikarenakan arus pada kaki katoda lebih positif

daripada kaki anoda. Thyristor yang tidak aktif dapat dianalogikan sebagai hubung

buka sehingga tegangan thyristor sama dengan tegangan masukan (Gambar 4.6) dan

tegangan pada resistor beban sama dengan nol (Gambar 4.3).

26

B. Penyearah Gelombang Penuh

Gambar 4.8. Tegangan Keluaran Kondisi Potensiometer Minimum (Penyearah

Gelombang Penuh).

Gambar 4.9. Tegangan Keluaran Kondisi Potensiometer Tengah (Penyearah

Gelombang Penuh).

27

Gambar 4.10. Tegangan Keluaran Kondisi Potensiometer Maksimum

(Penyearah Gelombang Penuh).

Gambar 4.11. Tegangan Thyristor Kondisi Potensiometer Minimum (Penyearah

Gelombang Penuh).

28

Gambar 4.12. Tegangan Thyristor Kondisi Potensiometer Tengah (Penyearah

Gelombang Penuh).

Gambar 4.13. Tegangan Thyristor Kondisi Potensiometer Maksimum

(Penyearah Gelombang Penuh).

29

Pada percobaan ini, hasil yang diharapkan berbentuk penyearah gelombang

penuh dengan sudut picu tertentu. Bentuk gelombangnya dapat dilihat pada Gambar

4.14 berikut.

Gambar 4.14. Tegangan Keluaran Resistor Beban dan Tegangan Thyristor.

Hasil percobaan sesuai dengan yang diharapkan dengan analisis berikut. Baik

saat siklus positif maupun negatif tegangan masukan, arus tetap mengalir melalui

rangkaian dioda-dioda 1N4007 yang dapat juga disebut rangkaian diode-bridge

penyearah. Sehingga untuk kedua siklus ini, kaki anoda thyristor selalu lebih positif

dari kaki katodanya tiap pergantian siklus. Tegangan keluaran (tegangan resistor

beban) berbentuk sinus yang sudah disearahkan (Gambar 4.8, Gambar 4.9, Gambar

4.10). Thyristor akan aktif saat pemicuan terjadi. Namun tidak sepenuhnya thyristor

berada pada kondisi aktif secara terus menerus. Pada saat terjadi pergantian siklus

sesaat (saat beda tegangan anoda dan katoda thyristor bernilai 0 V), menyebabkan

thyristor tidak aktif sesaat. Setelah itu kaki anoda bernilai lebih positif dari kaki

katoda pada siklus selanjutnya (siklus negatif tegangan masukan) dan hanya

menunggu pemicuan untuk membuat thyristor aktif. Tegangan yang dapat memicu

kaki gerbang bergantung pada nilai potensiometer. Untuk Gambar 4.8 didapatkan bila

nilai potensiometer diambil minimum. Gambar 4.9 didapat saat potensiometer

bernilai sekitar 14 kilo ohm. Dan Gambar 4.10 didapat saat potensiometer bernilai

lebih dari 14 kilo ohm. Tegangan Thyristor membentuk grafik kebalikan dari

30

tegangan resistor beban. Ini terlihat pada Gambar 4.11, dimana tegangan thyristor

bernilai nol yang menunjukkan kondisi Thyristor aktif atau bisa dianggap sebagai

hubung singkat. Begitu juga dengan analisis grafik tegangan Thyristor pada Gambar

4.12 dan Gambar 4.13.

4.2. Topik 2. Rangkaian Osilasi Pencuplik.

Percobaan ini menghasilkan gelombang DC yang berosilasi atau dapat juga

dikatakan sebagai gelombang kotak seperti keluaran timer. Bentuk gelombang DC

dan gelombang keluaran yang diharapkan terlihat pada Gambar 4.15.

Gambar 4.15. Tegangan DC dan Tegangan Resistor Beban.

Hasil percobaan menunjukkan bahwa tegangan resistor beban berosilasi dan

membentuk gelombang kotak dengan analisis berikut. Pada rangkaian Gambar 3.3

dapat dibagi menjadi 2 bagian, yaitu rangkaian yang berfungsi sebagai pembangkit

pulsa dan rangkaian yang berfungsi sebagai penghasil gelombang kotak.

31

Gambar 4.16. Rangkaian Pembangkit Pulsa.

Dari Gambar 4.16 dapat dianalisis bahwa saat pertama (t = 0s) UJT tidak aktif.

Arus tidak mengalir dari kaki E menuju kaki B1 pada UJT. Arus mengalir dari

sumber tegangan Vbb menuju resistor 100 ohm menuju potensiometer kemudian

mengisi kapasitor C1. Lama pengisian kapasitor dapat dilihat pada rumus 4.1.

)1.0)(100( uFR

RC

terPotensiomePengisian

Pengisian (4.1)

Beda tegangan pada kaki B1 UJT terhadap bidang bumi menghasilkan tegangan

0 Volt (tidak ada tegangan). Setelah kapasitor C1 penuh, kapasitor C1 mengosongkan

muatannya. Arus kemudian mengalir melalui kaki E menuju kaki B1 (UJT). Kondisi

UJT menjadi aktif. Waktu yang dibutuhkan untuk mengosongkan kapasitor C1 dapat

dilihat pada rumus 4.2.

)1.0(1 uFR

RC

BnPengosonga

nPengosonga (4.2)

Nilai hambatan pada kaki B1 (RB1) dapat dihitung melalui lebar pulsa yang

keluar dari UJT (tegangan VB1g) terhadap bidang bumi. Rumus 4.2 yang merupakan

waktu untuk membuat 1 pulsa VB1g sama dengan juga waktu pengosongan kapasitor

32

C1. Beda tegangan kaki B1 (UJT) terhadap bidang bumi memiliki nilai walaupun

kecil. Dari rangkaian Gambar 3.3, variabel resitor (potensiometer) berfungsi sebagai

pengatur lamanya pengisian kapasitor C1. Jika nilai variabel resistor tersebut

diperbesar maka pengisian kapasitor berlangsung secara lama. Begitu pula

sebaliknya, jika nilai variabel resistor diubah minimum, maka pengisian kapasitor

berlangsung secara lebih cepat. Oleh karena itu, perubahan nilai potensiometer akan

mengubah lebar sempitnya pulsa (waktu). Rangkaian pada Gambar 4.16 dapat

dianalogikan dengan rangkaian timer yang menghasilkan nilai 1 (Vcc) dan nilai 0 (0

Volt). Namun yang membedakan dengan rangkaian timer adalah fasanya. Perbedaan

ini akan dibahas pada topik peragaan selanjutnya. Bentuk gelombangnya dapat dilihat

pada Gambar 4.17.

Gambar 4.17. Gelombang pulsa yang merupakan keluaran rangkaian Gambar

4.16.

33

Gambar 4.18. Rangkaian Penghasil Gelombang Kotak.

Gambar 4.18 menunjukkan rangkaian penghasil gelombang kotak. Ini

dikarenakan adanya thyristor yang berfungsi sebagai saklar. Saat kaki gerbang dipicu

yang membuat thyristor aktif, maka tegangan keluaran (tegangan pada resistor beban)

menjadi sama dengan Va. Tegangan ini dipertahankan sampai saat pengosongan

induktor (dengan arus balik) dan kapasitor. Hal ini membuat thyristor tidak aktif dan

nilai tegangan thyristor menjadi 0 Volt. Pengosongan induktor (dengan arus balik)

dan kapasitor menyebabkan tegangan pada kaki anoda thyristor menjadi negatif

daripada kaki katodanya. Kondisi ini dinamakan komutasi sendiri. Bentuk tegangan

keluaran saat thyristor tidak aktif menjadi negatif karena tegangan pengosongan

kapasitor dijumlahkan dengan tegangan pengosongan induktor lebih besar daripada

tegangan supply. Duty-cycle Gambar 4.18 dapat diubah lebar sempitnya dengan cara

mengubah nilai kapasitor atau induktor. Namun nilai kapasitor dan induktor pada

peraga tetap karena tujuan dari percobaan ini adalah untuk menunjukkan osilasi

Pencuplik.

Agar membuat thyristor aktif, kaki gerbang membutuhkan suatu tegangan yang

cukup. Namun keluaran dari rangkaian pulsa masih belum dapat mampu membuat

thyristor on. Oleh karena itu, dibutuhkan transformator yang membuat tegangan pulsa

menjadi lebih besar. Selain itu, fungsi dari transformator ini juga untuk membedakan

bidang bumi dengan tujuan menyelamatkan komponen yang membutuhkan ground

yang berbeda nilainya. Sedangkan dioda pada Gambar 3.3 berfungsi melindungi UJT

34

karena efek dari pengisian dan pengosongan arus balik induktor. Gambar 4.19

merupakan gelombang pada resistor beban.

Gambar 4.19. Gelombang keluaran pada resistor beban.

4.3. Topik 3. Rangkaian Pemicu Thyristor dengan Menggunakan UJT.

Gambar 3.4 dan 3.5 dapat dibagi menjadi 2 bagian rangkaian, yaitu rangkaian

penghasil pulsa dan rangkaian pemicuan thyristor.

Gambar 4.20. Rangkaian Penghasil Pulsa.

35

Tegangan Vin (220 Volt AC) pada Gambar 4.20 dikecilkan dengan

menggunakan trafo. Kemudian sinyal AC yang telah diperkecil tersebut disearahkan

menggunakan rangkaian diode-bridge. Itulah yang menjadi keluaran grafik tegangan

V1g.

Gambar 4.21. Tegangan V1g.

Setelah disearahkan, sinyal tersebut dibatasi sampai nilai puncak tegangan

hanya 24 Volt. Seandainya nilai puncak tegangan lebih dari 24 Volt maka sinyal

tersebut akan dipotong. Inilah fungsi dari dioda zener. Namun pada percobaan grafik

tegangan V1g tidak memiliki puncak lebih atau sama dengan 24 Volt, jadi tidak ada

sinyal yang terpotong.

Sinyal keluaran tersebut kemudian memasuki bagian terakhir yang

menghasilkan pulsa dengan menggunakan komponen UJT. Awalnya UJT belum

dapat diaktifkan karena arus mengalir untuk mengisi kapasitor. Setelah kapasitor

penuh, kapasitor akan mengosongkan muatan. Inilah yang membuat UJT aktif.

Kemudian sinyal keluaran VB1g menjadi berbentuk pulsa-pulsa. Grafik tegangan V2g

berbentuk sinyal gigi gergaji ini dikarenakan dampak pengisian pengosongan

36

kapasitor. Cara perhitungan lamanya pengisian dan pengosongan kapasitor dapat

dilihat pada Persamaan 4.1 dan 4.2. Dari Persamaan 4.1 didapatkan waktu pengisian

minimum 0.01 ms (saat potensiometer 0 ohm) dan waktu pengisian maksimum 50 ms

(saat potensiometer 500 kilo ohm). Untuk pengosongan kapasitor karena nilai

hambatan dalam UJT begitu kecil maka jika dijumlahkan dengan pengisian kapasitor

dapat diabaikan. Perhitungan ini sesuai dengan hasil pada Gambar 4.22 dimana

proses pengisian dan pengosongan kapasitor diperkirakan diantara 0.01 ms dan 50

ms. Pada Gambar 4.22 proses pengisian dan pengosongan kapasitor berlangsung

selama 10 ms.

Gambar 4.22. Tegangan V2g.

37

Gambar 4.23. Tegangan VB1g.

Kemudian grafik tegangan VB1g ini akan diperkuat dengan menggunakan

transformer yang nantinya masuk melalui kaki gerbang thyristor. Tujuan perlu adanya

transformer ini adalah untuk menguatkan tegangan VB1g dikarenakan adanya

tegangan minimal yang harus dipenuhi kaki gerbang. Selain itu juga untuk

membedakan bidang bumi atau tegangan minimum antara rangkaian penghasil pulsa

dengan rangkaian pemicu thyristor. Dimana rangkaian penghasil pulsa memiliki

tegangan minimum 0 Volt, sedangkan rangkaian pemicu thyristor memiliki tegangan

minimum lebih kecil dari 0 Volt. Jika tidak menggunakan transformer ini maka

rangkaian penghasil pulsa akan mengalami gangguan yang dapat merusak komponen.

Dioda disebelah transformer bertujuan untuk mengantisipasi arus balik yang datang

menuju UJT. Jika tidak ada dioda ini menyebabkan UJT menjadi panas, dan

kelamaan UJT akan meledak karena arus berlebih.

Rangkaian pemicu thyristor pada topik ini dapat dibedakan menjadi 2, yaitu

penyearah setengah gelombang dan penyearah gelombang penuh. Ini bergantung

38

pada masukan tegangan awalnya. Walaupun memiliki bentuk gelombang yang

berbeda, tetapi rangkaian pemicu thyristornya sama. Hal ini berarti bukan rangkaian

tersebut yang mempengaruhi tetapi bergantung pada masukan yang disearahkan

terlebih dahulu atau tidaknya.

Gambar 4.24. Rangkaian Pemicuan Thyristor.

Pada penyearah setengah gelombang dan penyearah gelombang penuh dengan

menggunakan UJT untuk memicu thyristor mendapatkan hasil yang sama dengan

menggunakan rangkaian RC. Bentuk gelombang keluaran berupa penyearah setengah

gelombang dengan sudut pemicuan tertentu. Bentuk gelombang keluaran resistor

beban dan thyristor yang diharapkan dapat dilihat pada Gambar 4.25.

39

Gambar 4.25. Tegangan Keluaran Resistor Beban dan Tegangan Thyristor

Penyearah Gelombang Penuh dan Penyearah Setengah Gelombang.

Pada percobaan ini hasilnya sama dengan yang diinginkan. Untuk analisisnya

masing-masing antara penyearah setengah gelombang dan penyearah gelombang

penuh dapat dilihat berikut.

A. Penyearah Setengah Gelombang

Penyearah setengah gelombang terjadi karena grafik tegangan keluaran

mempunyai setengah siklus dari gelombang masukan. Ini dikarenakan siklus negatif

tegangan masukan menghasilkan tegangan keluaran bernilai 0 Volt. Hal ini dapat

dilihat pada Gambar 3.4, dimana sinyal tegangan masukan yang belum disearahkan

masuk kedalam rangkaian pemicu thyristor melalui resistor beban 100 ohm 20 watt.

Nilai 0 Volt ini karena thyristor tidak dapat aktif karena nilai tegangan pada kaki

katodanya lebih besar daripada kaki anoda. Sehingga thyristor mendapat arus bias

balik. Oleh karena itu, thyristor dapat dianggap hilang. Pada kondisi ini tegangan

40

keluaran (tegangan pada resistor beban) menjadi 0 Volt karena dapat dianggap

hubung singkat. Sedangkan tegangan thyristor sama dengan tegangan masukan. Pada

siklus positif, thyristor dapat aktif karena kaki anoda lebih positif daripada kaki

katodanya. Sehingga thyristor mendapat arus bias maju dan thyristor dapat dianggap

sebagai hubung singkat. Sementara itu grafik tegangan resistor beban sama dengan

tegangan masukan. Tegangan thyristor sama dengan 0 Volt. Sudut picu ini

bergantung dari letak pulsa yang diatur oleh variabel resistor atau potensiometer.

Dimana variabel resistor ini menentukan waktu yang dibutuhkan untuk pengisian

ataupun pengosongan. Berikut ini adalah gambar grafik tegangan thyristor dan

tegangan resistor beban untuk 3 kondisi nilai variabel resistor. Sudut picu pada

percobaan ini berada pada 0 derajat sampai dengan 180 derajat. Ini disebabkan efek

dari UJT. Jika tanpa UJT hasil yang sama dengan Topik 1 akan didapatkan.

Gambar 4.26. Tegangan resistor beban saat potensiometer minimum.

41

Gambar 4.27. Tegangan resistor beban saat potensiometer ditengah-tengah.

Gambar 4.28. Tegangan resistor beban saat potensiometer maksimum.

42

Gambar 4.29. Tegangan thyristor saat potensiometer minimum.

Gambar 4.30. Tegangan thyristor saat potensiometer ditengah-tengah.

43

Gambar 4.31. Tegangan thyristor saat potensiometer maksimum.

B. Penyearah Gelombang Penuh

Penyearah gelombang penuh memiliki bentuk gelombang positif baik dalam

siklus positif maupun siklus negatif dari tegangan masukan. Ini dapat dilihat pada

Gambar 3.5, dimana sinyal masukan yang berbentuk sinusoidal disearahkan terlebih

dahulu sebelum masuk pada rangkaian pemicuan thyristor. Baik siklus positif

maupun negatif tegangan pada kaki anoda lebih besar daripada kaki katoda sehingga

thyristor mengalami bias maju yang membuat thyristor aktif. Saat tegangan thyristor

bernilai 0 Volt, maka thyristor menjadi tidak aktif. Pada penyearah gelombang penuh

ini juga memiliki sudut picu yang sama dengan penyearah setengah gelombang yaitu

antara 0 derajat sampai dengan 180 derajat. Ini dikarenakan peranan UJT. Untuk

memperbesar atau memperkecil sudut picu dilakukan dengan mengubah nilai variabel

resistor. Berikut gambar grafik tegangan keluaran dan tegangan thyristor untuk 3 nilai

variabel resistor yang berbeda.

44



45


Gambar 4.35. Tegangan thyristor saat potensiometer minimum.

46

Gambar 4.36. Tegangan thyristor saat potensiometer ditengah-tengah.

Gambar 4.37. Tegangan thyristor saat potensiometer maksimum.

47

4.4. Topik 4. Rangkaian Pemicuan Digital.

Pada percobaan ini, thyristor dapat dipicu dengan menggunakan suatu rangkaian

digital dengan bentuk tegangan thyristor yang diharapkan terlihat pada Gambar 4.38.

Gambar 4.38. Tegangan Thyristor.

Hasil yang didapat saat percobaan hampir sama bergantung dengan frekuensi

yang diberikan akibat keluaran rangkaian timer. Untuk analisisnya dapat dilihat

berikut. Dari Gambar 3.6, dapat dilihat bahwa pemicu thyristor berupa rangkaian

digital. Rangkaian digital yang dipakai adalah rangkaian timer yang menggunakan IC

NE555. Tegangan keluaran yang dihasilkan dari rangkaian timer berupa sinyal kotak.

Tegangan yang digunakan pada rangkaian timer tersebut diantara 5 Volt dan 10 Volt.

Batas minimum ini digunakan dengan tujuan agar keluaran rangkaian timer tersebut

dapat membuat thyristor aktif. Sedangkan batas maksimum 10 Volt dengan tujuan

agar tidak merusak IC NE555. Grafik tegangan SCR yang dihasilkan berupa grafik

sinusoidal yang terkadang nilai positifnya terpotong. Ini karena frekuensi antara

sinyal masukan dan sinyal timer tidak sama.

Gambar 4.39. Rangkaian Timer.

48

Pada Gambar 4.39, resistor RA berupa potensiometer dengan nilai batas 0-500

kΩ, resistor RB 51 kΩ, dan kapasitor C bernilai 0.1uF. Dari ketiga nilai tersebut

dapat digunakan untuk menghitung frekuensi gelombang kotak yang akan

dikerluarkan dengan menggunakan Persamaan 4.3.

CRBRAf

*)2(*2ln

1 (4.3)

Dari Persamaan 4.3 dapat diketahui frekuensi minimum dan maksimum yang

bekerja pada rangkaian timer Gambar 4.39 secara teoritis yaitu sebagai berikut.

Hzf

f

97.23

10*)51000*2500000(*2ln

1

min

7min

Hzf

f

44.141

10*)51000*20(*2ln

1

max

7max

Namun pada praktek frekuensi maksimum melebihi teori dikarenakan toleransi

komponen yang digunakan.

49

Gambar 4.40. Tegangan keluaran timer dengan frekuensi 200 Hz.

Gambar 4.41. Tegangan SCR dengan frekuensi timer 200 Hz.

Gambar 4.42. Tegangan keluaran timer dengan frekuensi 100 Hz.

50

Gambar 4.43. Tegangan SCR dengan frekuensi timer 100 Hz.

Dari rangkaian Gambar 3.6 dapat dianalisis saat siklus positif, SCR aktif

(tergantung dengan frekuensi timer) sehingga SCR dapat dianggap hubung singkat.

Sehingga tegangan SCR (VSCR) bernilai 0 Volt. Saat masukan berada pada siklus

negatif maka SCR berada pada kondisi tidak aktif dan SCR dianggap sebagai hubung

buka. Ini memberikan nilai tegangan SCR sama dengan tegangan masukan. Duty-

cycle pada percobaan ini tidak berpengaruh pada bentuk gelombang yang

dikeluarkan.

4.5. Topik 5. Rangkaian Pengendali Tegangan AC dengan Menggunakan Kombinasi

TRIAC-DIAC.

Percobaan ini menghasilkan gelombang sinusoidal dengan sudut picu tertentu.

Ini dikarenakan untuk kedua siklus yaitu positif dan negatif dari gelombang masukan

dilanjutkan atau disearahkan pada siklus masing-masing dengan sudut picu yang

sama. Gelombang keluaran resistor beban dan TRIAC yang diinginkan pada

percobaan ini dapat dilihat pada Gambar 4.44.

51

Gambar 4.44. Tegangan Keluaran Resistor Beban dan Tegangan TRIAC.

Hasil yang didapat dari percobaan sesuai dengan yang diharapkan dengan

analisis berikut. Rangkaian pada Gambar 3.7 menghasilkan grafik tegangan

penyearah gelombang penuh yang dikendalikan dengan sebuah sudut picu TRIAC.

Baik siklus positif maupun siklus negatif sinyal masukan yang melewati DIAC akan

disearahkan menjadi berada pada siklus positif sebelum masuk menuju kaki gerbang

TRIAC. Dengan kata lain sinyal masukan yang tadinya berbentuk sinusoidal

disearahkan oleh DIAC. Saat kaki gerbang TRIAC terpicu maka TRIAC dapat

dianggap sebagai hubung singkat. Jadi tegangan keluaran (tegangan resistor beban)

sama dengan tegangan masukan. Di sini juga TRIAC selalu aktif baik pada siklus

masukan positif maupun negatif setelah kaki gerbangnya terpicu. Bentuk tegangan

keluaran juga berada sama dengan siklus tegangan masukan. Besar sudut picu

dipengaruhi oleh lamanya pengisian dan pengosongan kapasitor yang dikendalikan

oleh besarnya variabel resistor. Sudut picu yang dapat ditempuh pada percobaan ini 0

derajat sampai dengan 180 derajat. Terlebih dari itu tegangan gerbang TRIAC tidak

memenuhi syarat untuk membuat TRIAC aktif. Sehingga TRIAC pada kondisi ini

dapat dianggap sebagai hubung buka. Nilai tegangan keluaran menjadi 0 Volt.

Sedangkan tegangan TRIAC sama dengan tegangan masukan.

52



53


Gambar 4.48. Tegangan TRIAC saat potensiometer minimum.

54

Gambar 4.49. Tegangan TRIAC saat potensiometer ditengah-tengah.

Gambar 4.50. Tegangan TRIAC saat potensiometer maksimum.

55

4.6. Topik 6. Penyearah Kendali Gelombang Penuh Fasa Tunggal.

Penyearah kendali gelombang penuh fasa tunggal merupakan gabungan dari 2

penyearah setengah gelombang yang berbeda 180 derajat sehingga mendapatkan

bentuk penyearah gelombang penuh. Hasil keluarannya sama dengan penyearah

gelombang penuh murni. Bentuk gelombang tegangan keluaran resistor beban yang

diharapkan terlihat pada Gambar 4.51.

Gambar 4.51. Tegangan Keluaran Resistor Beban.

Hasil percobaan ini sesuai dengan yang diharapkan Gambar 4.51 dengan

analisis berikut. Pada rangkaian Gambar 3.8 dapat dibagi menjadi 2 bagian yaitu

rangkaian penghasil pulsa dan rangkaian penyearah gelombang seperti Gambar 4.20

dan 4.24. Pada percobaan ini ada 2 buah rangkaian penyearah setengah gelombang.

Karena pada percobaan ini menggunakan 2 buah thyristor yang berjalan secara

berkebalikan. Thyristor yang pertama berfungsi untuk menyearahkan siklus positif

sinyal masukan dan memblokir siklus negatif. Sedangkan thyristor ke-2 memiliki

peranan yang berkebalikan yaitu menyearahkan siklus negatif sinyal masukan dan

memblokir siklus positifnya. Rangkaian penghasil pulsa terdiri dari penyearah

gelombang, pemotong gelombang, dan pembentuk pulsa dengan menggunakan UJT.

Pertama sinyal masukan yang berupa sinusoidal disearahkan terlebih dahulu.

Dengan tujuan untuk membangkitkan 2 pulsa dalam 1 periodik. Pulsa inilah yang

digunakan untuk memicu kaki gerbang pada thyristor agar dapat menghasilkan

rangkaian penyearah gelombang penuh. Namun untuk memicu thyristor, kaki gerbang

diberi sinyal impuls bukan sinyal sinusoidal yang telah disearahkan. Agar

mendapatkan sinyal impuls tersebut maka sinyal sinusoidal yang telah disearahkan

tersebut dibatasi nilai puncaknya. Dengan tujuan UJT yang digunakan tidak

mendapatkan daya besar karena dapat membahayakan UJT tersebut. Sebagai

56

pengaman dipakai dioda zener 24 Volt. Jadi jika grafik tegangan masukan yang telah

disearahkan melebihi 24 Volt akan dipotong sampai bernilai 24 Volt. Jika tegangan

tersebut dibawah 24 Volt maka akan diloloskan. Kemudian barulah diproses untuk

mendapatkan sinyal impuls atau dalam percobaan ini menyerupai impuls untuk

memicu thyristor. Awalnya karena kapasitor baru memulai pengisian sehingga

kapasitor dapat dianggap sebagai hubung singkat, maka arus mengalir menuju

kapasitor dan mengisi kapasitor. Setelah batas pengisian kapasitor, kapasitor akan

mengosongkan sehingga UJT mengalami bias maju. Ini membuat UJT menjadi aktif

dan kapasitor mengalami pengosongan muatan. UJT yang aktif ini membuat tegangan

yang masuk transformer menjadi ada (tidak 0). Namun karena bernilai kecil maka

harus diperkuat agar kaki gerbang thyristor menjadi terpicu. Selain itu transformer ini

juga berfungsi untuk membedakan bidang bumi atau nilai minimum yang berbeda

antara rangkaian penghasil pulsa dan rangkaian penyearah gelombang. Dengan tujuan

untuk melindungi UJT dari arus balik.

Gambar 4.52. Tegangan kapasitor.

57


Karena tujuan dari percobaan topik ini adalah untuk mendapatkan penyearah

gelombang penuh maka tidak cukup dengan menggunakan 1 thyristor saja. 1 thyristor

hanya mengambil peranan pada setengah gelombangnya saja. Sedangkan thyristor

yang lain berperan dalam setengah gelombang yang lainnya. Masukan thyristor ini

juga berbeda karena yang satu berfungsi untuk menyearahkan siklus positif sinyal

masukan dan yang lain menyearahkan siklus negatif masukan. Namun pulsa yang

diberikan pada tiap kaki gerbang sama. Bila potensiometer diubah nilainya maka

yang berubah hanya 1 buah thyristor saja karena kedua thyristor tersebut tidak

sinkron.

58



59


4.7. Topik 7. Tugas Rancang : Step-Down Chopper.

Step-Down Chopper berfungsi mengubah tegangan masukan DC menjadi

tegangan keluaran DC yang lebih kecil. Rangkaian Step-Down Chopper dapat

direalisasikan dengan menggunakan IC MC34063. Dengan gambar rangkaian seperti

yang ditunjukkan pada Gambar 4.57.

60

Gambar 4.57. Rangkaian Step-Down Chopper.

MC34063 berfungsi sebagai pengatur dengan memvariasikan waktu ton dan

siklus waktu switching keseluruhan. Analisis rangkaian Gambar 4.57 sebagai berikut.

Awalnya transistor Q1 dianggap tidak aktif, arus induktor IL menjadi 0, dan tegangan

keluaran sama dengan tegangan keluaran yang seharusnya. Tegangan keluaran yang

melalui kapasitor Co akan menurun dibawah nilai seharusnya karena arus itu adalah

komponen yang satu-satunya menyuplai arus ke beban RL. Penurunan tegangan

dipantau oleh rangkaian pengendali switching dan menyebabkan Q1 saturasi. Arus

induktor akan mengalir dari Vin melalui Q1 lalu induktor L kemudian menuju Co yang

paralel dengan RL. Saat transistor Q1 tidak aktif, medan magnet pada induktor mulai

mengosongkan muatan sehingga membangkitkan tegangan balik yang membuat

61

dioda Schotkey menjadi bias maju. Arus puncak akan menurun seiring dengan energi

yang disuplai untuk Co dan RL.

Untuk merancang sebuah step-down yang dapat menghasilkan tegangan

keluaran sebesar 15 V dari tegangan masukan 30 V, harus menentukan nilai-nilai

resistor ( 1R , 2R , dan SCR ), kapasitor ( TC dan OC ), dan induktor ( L ).

Sebelum menentukan nilai-nilai komponen tersebut, terlebih dahulu

menentukan lama waktu siklus on ( ont ) dan siklus off ( offt ) berlangsung dengan

menggunakan persamaan-persamaan berikut.

outsatin

Fout

off

on

VVV

VV

t

t

(min)

(4.4)

ftt offon

1 (4.5)

1off

on

offon

off

t

t

ttt (4.6)

offoffonon tttt (4.7)

Nilai-nilai komponen dapat dihitung dengan menggunakan persamaan-

persamaan berikut.

(max)2 outpk II (4.8)

pk

scI

R3,0

(4.9)

62

onT tC 5104 (4.10)

)(8

)(

Vppripple

offonPK

OV

ttIC (4.11)

on

pk

outsatint

I

VVVL

(min)

min (4.12)

Nilai resistor 1R dan 2R ditentukan sendiri agar dapat menghasilkan tegangan

keluaran yang sesuai dengan yang dikehendaki. Nilai tegangan keluaran dihitung

dengan Persamaan (4.13) berikut.

1

2125,1R

RVout (4.13)

Dengan menggunakan Persamaan 4.4 hingga Persamaan 4.13 tersebut,

diperoleh penghitungan dengan hasil sebagai berikut.

63

VK

K

R

RV

mFms

V

ttIC

mHmstI

VVVL

IR

AmAII

nFFtC

msmsmstttt

mssms

t

t

ttt

msKHzf

tt

VVV

VV

t

t

mVV

mAI

VV

VVVV

out

ripple

offonPK

O

on

pk

outsatin

pk

sc

outpk

onT

offoffonon

off

on

offon

off

offon

outsatin

Fout

off

on

ripple

mazout

out

in

151225,110

110125,1125,1

03125,01,08

05,05,0

8

)(

6325904,0028624,05,0

155,027

6,05,0

3,03,0

5,025022

1,11096,114410624,28104104

028624,0021,005,0

021376,010376,2113391,1

05,0

1

05,020

11

3391,15,11

4,15

155,027

4,015

100

250

15

3327%1030

1

2

(min)

min

(max)

12655

6

(min)

)(

Karena nilai-nilai komponen yang diperoleh dari hasil penghitungan tidak tersedia di

pasaran dengan nilai yang sama persis, maka nilainya disesuaikan dengan yang ada di

pasaran. Nilai-nilai komponen yang digunakan:

5,0scR

nFCT 1,1

64

uFCO 33

mHL 625,0min

Hasil tugas rancang dengan tegangan masukan (Vin) bernilai 28.6 Volt dapat

membuat tegangan keluaran (Vout) bernilai 15 Volt. Begitu tegangan masukan

diturunkan sampai diatas 15 Volt, tegangan keluaran masih bernilai 15 Volt. Setelah

tegangan masukan berada kurang dari 15 Volt, maka tegangan keluaran juga akan

turun dibawah 15 Volt. Bila diberi beban resistif, tidak ada dampak pada tegangan

keluaran. Hal ini berarti tegangan keluaran berubah bila tegangan masukan berada

dibawah spesifikasi tegangan keluaran yang diharapkan.

BAB IV HASIL PERCOBAAN DAN ANALISIS -...

Documents

Transcript of BAB IV HASIL PERCOBAAN DAN ANALISIS -...