Lab TF 1 – Modul 6kuliah.itera.ac.id/pluginfile.php/86351/mod_resource... · 2019. 11. 8. · Lab...

Lab TF 1 – Modul 6

6 Rangkaian Switching

6.1 Tujuan Praktikum

Dalam kebanyakan sistem elektronika, luaran akhir memerlukan komponen yang dapat mengubah

energi listrik menjadi energi fisis lain (suara, cahaya, gerak mekanis, dll). Komponen tersebut

menarik daya cukup besar, sehingga diperlukan rangkaian switching. Pada praktikum ini,

mahasiswa akan dikenalkan pada rangkaian tersebut dengan tujuan:

• Sanggup mengaplikasikan teori daya listrik pada rangkaian switching.

• Sanggup mengapliksikan teori pembagi tegangan sebagai pemicu rangkaian switching.

• Sanggup menjelaskan kelebihan dan kekurangan empat jenis komponen switching, yaitu

thyristor, transistor, dan MOSFET.

• Sanggup mengukur karakteristik komponen switching, khususnya tegangan picu.

• Sanggup menyusun rangkaian low side switching dan high side switching.

• Sanggup merangkai beban resistif dan induktif.

• Sanggup merangkai pemicu dengan potensiometer maupun sensor.

• Sanggup mensimulasi rangkaian switching.

• Sanggup mendesain PCB, membuat PCB, dan menyolder komponen untuk mewujudkan

rangkaian switching.

6.2 Alat dan Bahan

Untuk pelaksanaan praktikum modul ini, alat dan bahan yang diperlukan adalah:

No Nama Banyak Keterangan

1 AVO Meter 1 Disiapkan praktikan

2 Tool-Kit (solder, tang potong, dll) 1 Disiapkan praktikan

3 Osiloskop 1 Disediakan

4 Catu daya 3A 1 Disediakan

5 Catu daya 12V 1 Disiapkan praktikan (tugas modul 2)

6 Kit Rangkaian Switching 1 Disediakan

7 Kit LED + Kipas 1 Disediakan

8 Komponen LDR Switching 1 Disediakan

9 PCB LDR Switch 1 Disiapkan praktikan (tugas awal regu)

Praktikum Laboratorium TF I Rangkaian Arus Bolak-Balik - 1

PCB LDR Switch dibuat oleh regu sebelum praktikum dimulai. Skematik dan petunjuk pembuatan

diberikan terpisah dari petunjuk praktikum ini.

Setiap praktikan wajib memakai alat pelindung diri untuk bekerja di lab elektronika (minimal: jas

lab, sepatu tertutup ber-sol karet, pengaman rambut).

6.3 Dasar Teori

Rangkaian switching bertugas mengalirkan listrik kepada beban yang meminta daya besar,

berdasarkan sinyal kontrol berdaya kecil. Secara umum, diagram blok rangkaian switching nampak

pada Gambar .6.1 Kita akan menelaah satu persatu seperti berikut ini.

6.3.1 Beban

Dalam istilah elektronika, beban (load) adalah komponen yang perlu diberi daya, biasanya untuk

diubah menjadi besaran fisis lain. Daya yang ditarik oleh suatu beban biasanya tertera pada

spesifikasi, dimana hubungan yang berlaku adalah:

V : teganganI : ArusZ : impedansiP : daya

6.3.1.1 Jenis Beban

Sesuai sifat impedansinya, beban dikategorikan sebagai :

• Resistif : harga impedansi adalah sesuai dengan resistansi beban. Beban ini menarik

tegangan maupun arus, dan tak akan menyebabkan efek pembalikan daya.

• Induktif: harga impedansi akan berubah, sesuai dengan induktansi dan frekuensi arus listrik

AC yang mengalir padanya. Daya yang ditarik berbanding lurus dengan tegangan yang

dipasok. Beban ini punya efek mengembalikan daya berupa arus balik ke pemasok.


Gambar 6.1: Diagram blok rangkaian switching

P=V I=I 2Z=V2

Z

• Kapasitif: harga impedansi akan berubah, sesuai dengan kapasitansi dan frekuensi arus

listrik AC yang mengalir padanya. Sanggup menarik daya yang besar apabila pemasok

sanggup menyediakan arus yang besar, bahkan punya resiko menarik arus lebih besar dari

kemampuan pemasok.

Beberapa contoh beban diberikan pada Tabel 6.1.

Tabel 6.1.Contoh-contoh beban elektronika

Jenis Nama Deskripsi

Resistif Kawat nikelin Mengubah energi listrik jadi kalor

Lampu pijar Mengubah energi listrik jadi cahaya

LED Mengubah energi listrik jadi cahaya

Induktif Motor DC Mengubah energi listrik menjadi energi mekanik. Akanmembalikkan arus jika motor berputar berbalik arah.

Speaker Mengubah energi listrik jadi suara.

Kapasitif Baterai / Aki Menarik arus dan menyimpannya menjadi energi kimia. Akanmembalikkan tegangan ketika muatan sudah cukup terkumpul.

Pada praktikum ini, akan dipakai beban berupa LED daya tinggi (1W) yang bekerja pada tegangan

3.3V, dan arus 350 mA. Sifat LED adalah menarik arus, sehingga dapat disambung langsung ke

sumber arus yang sesuai. Namun jika disambung ke sumber tegangan, maka diperlukan resistor

pembatas arus yang dipasang secara seri. Besar resistor pembatas arus adalah:

Rs = Vs / Iled

Sementara itu beban kedua adalah kipas 12V yang bersifat induktif. Untuk mengamankan pemasok

dari efek pembalikan daya, beban induktif perlu di-paralel dengan dioda. Pemasangan dioda tak

boleh terbalik, dimana katoda disambung ke kutub positif dan sebaliknya anoda ke kutub negatif.

Dioda sebaiknya dekat dengan beban (jika perlu di solder pada pin beban, bukan pada PCB).


Gambar 6.2: Koneksi LED ke sumber tegangan dan sumber arus

6.3.1.2 Pemasangan Beban

Ada dua konfigurasi dasar pemasangan beban terhadap komponen switching, yaitu:

• Low Side Switching: masukan positif beban terhubung langsung ke catu daya, sementara

masukan negatif lewat ke komponen switching sebelum ke ground.

• High Side Switching: masukan negatif beban terhubung langsung ke ground, sementara

masukan positif mendapat daya dari komponen switching.

Masing-masing konfigurasi punya kelebihan/kekurangan, tergantung pada komponen switching-

nya. Kita akan lihat contoh-contohnya pada pembahasan berikut.

6.3.2 Komponen Switching

6.3.2.1 Thyristor

Thyristor, atau SCR (Silicon Controlled Rectifier), adalah komponen yang memiliki 3 kaki (anoda,

katoda, gate), dengan sifat dasar sebagai berikut:

• Pada awalnya, thyristor berada dalam keadaan tertutup. Listrik tak bisa mengalir melalui

anoda ke katoda.

• Ketika tegangan pada gate naik melewati ambang tertentu, maka thyristor akan terpicu

menuju kondisi terbuka. Jika saat itu tegangan antara anoda ke katoda bernilai positif, maka

listrik bisa mengalir dari anoda ke katoda.

• Kondisi terbuka bertahan, meskipun tegangan pada gate turun lagi di bawah ambang picu.

• Kondisi terbuka akan terhenti menjadi tetutup lagi ketika tegangan di antara anoda katoda

turun dibawah ambang cut-off.


Gambar 6.3: Koneksi motor dengan dioda

Contoh rangkaian dasar Thyristor pada LTSpice nampak pada Gambar 6.4. Pada gambar terlihat

thyristor (U1) yang anodanya terhubung ke sumber daya (V1). Di sisi lain, katoda terhubung ke

beban, lalu ke ground membentuk konfigurasi high side switching. Beban yang terpasang adalah

LED yang diseri dengan resistor, dan bersifat resistif. Sementara itu kaki gate terhubung ke sinyal

(V2) melalui resistor R2, dimana R2 berfungsi sebagai pembatas arus.

Untuk membuat rangkaian itu di LTSpice, langkah-langkahnya sedikit di luar standar karena

thyristor belum menjadi komponen built-in. Silahkan lakukan:

1. Unduh pustaka Thyristor_SCR_EC103xx.lib dari LMS, letakkan pada folder kerja anda

(dimana file LTSpice .asc akan dibuat).

2. Jalankan LTSpice. Buat file baru.

3. Pilih menu “Edit – SPICE directive”, lalu isikan “.lib Thyristor_SCR_EC103xx.lib”.

4. Untuk komponen U1, anda harus tambahkan dari folder Misc/SCR. Untuk memberi nilai,

klik kanan untuk mengeluarkan dialog Component Attribute Editor, lalu isikan “Value =

EC103D1”.

5. Tambahkan komponen lain seperti biasa (voltage source, resistor, dan LED). Beri nama dan

nilai resistor seperti nampak pada gambar.

6. Untuk V1, buat agar menghasilkan tegangan DC 5V.

7. Untuk V2, buat agar menghasilnya sinyal segitiga memakai function PWL.

8. Tambahkan ketiga titik pengukuran tegangan (P1, P2, P3).


Gambar 6.4: Rangkaian dasar thyristor

Gambar 6.5: Atribut untuk U1 dan V2

Berikut plot hasil simulasi rangkaian tersebut. Perhatikan bagaimana sinyal P2 naik perlahan, dan

setelah mencapai ambang picu, barulah P3 akan naik. Harga P3 tidak sama dengan P1 (sumber)

karena pada thyristor ada tegangan jatuh.

6.3.2.2 Transistor

Transistor, nama panjangnya adalah bi-junction transistor (BJT), adalah komponen semikonduktor

yang punya tiga kaki, yaitu base, emitor, dan kolektor. Ada dua jenis transistor yaitu :

• NPN : kaki base dibuat dari semikonduktor positif, sementara emitor dan kolektor dari semi-

konduktor negatif.

• PNP : kebalikan dari NPN.


Gambar 6.6: Plot rangkaian thyristor

Pada praktikum ini yang akan digunakan adalah transistor NPN. Rangkaiannyanya sebagai low side

switch diberikan pada Gambar 6.7. Nampak bahwa transistor Q1 memiliki kaki emitor (ada

panahnya keluar) yang tersambung ke ground. Di sisi lain kaki kolektor tersambung ke beban (R1)

lalu ke catu daya (V1). Kaki base mendapat sinyal dari V2 melalui resistor pembatas arus (R2).

Pada rangkaian tersebut, sifat transistor NPN sebagai switching adalah:

• Daya listrik akan mengalir dari kolektor ke emitor, sehingga tegangan pada kolektor harus

lebih tinggi dari pada emitor. Jika terbalik, transistor bisa rusak !!!

• Kaki base menerima sinyal masukan.

• Selama tegangan base terhadap emitor (Vbe) lebih kecil dari ambang picu, transistor akan

terputus (tak ada listrik mengalir dari kolektor ke emitor).

• Jika Vbe sudah positif melewati ambang picu tersebut, transistor akan mulai tersambung di

area linier. Saat ini daya listrik yang lewat tergantung pada arus yang diterima base (Ib) dan

spesifikasi penguatan transistor, tak peduli berapapun daya yang diminta beban.

• Setelah arus Ib melewati ambang saturasi, transistor akan tersambung sepenuhnya. Daya

yang lewat sesuai dengan daya yang diminta baban. Namun ingat bahwa daya yang lewat

tidak boleh melewati rating daya transistor. Jika lebih, transistor akan terbakar.

Untuk membuat simulasi LTSpice rangkaian di atas, langkah-langkah khusus adalah:

• Komponen transistor bisa diambil dari pustaka komponen standar. Saat memilih value,

pilihlah tipe TIP31.

• Untuk masukan sinyal segitiga, pada V2 gunakan function PWL.


Gambar 6.7: Rangkaian transistor NPN untuk Low Side Switching

Gambar 6.8 memperlihatkan hasil simulasi LTSpice atas rangkaian tersebut. Hal-hal istimewa yang

bisa diamati adalah :

• Tegangan kerja P1 selalu positif (DC 5V). Pada saat awal transistor masih terputus sehingga

tegangan luaran di P3 juga masih positif penuh (5V).

• Tegangan sinyal P2 perlahan-lahan naik. Sampai batas tegangan picu, mulai nampak

tagangan P3 turun. Itu artinya mulai ada arus yang mengalir melalui transistor maupun

beban, besarnya adalah Ic = (Vp1 – Vp3 ) / R1 = β . Ib ; dimana β adalah penguatan transistor.

• Ketika sinyal P2 naik terus, arus Ib akan mencapai saturasi yaitu Ibmax=Vp2saturasi / R2. Saat

itulah daya maksimum melewati transistor dan beban.

• Transistor kembali ke daerah kerja linier setelah tegangan sinyal turun, dan kembali terputus

saat tegangan P2 dibawah ambang picu.

Transistor juga bisa dipakai sebagai high side switching. Rangkaiannya nampak pada Gambar 6.9.

Terlihat bahwa beban kini terpasang diantara kaki emitor dan ground.


Gambar 6.8: Plot Rangkaian Transistor NPN low side switching

Gambar 6.9: Transistor NPN sebagai high side switching

6.3.2.3 MOSFET

MOSFET adalah komponen semikonduktor yang lebih baru dibanding transistor. Ada berbagai jenis

MOSFET, dimana yang digunakan pada paraktikum ini adalah P-Channel MOSFET.

Pemasangannya sebagai high side switching nampak pada Gambar 6.10. Sifat MOSFET P-Channel

pada rangkaian ini adalah:

• MOSFET akan mengalirkan arus dari kaki source (s) ke kaki drain (d), sehingga s harus

lebih positif dari d. Jika terbalik MOSFET bisa rusak.

• Kaki gate (g) menerima sinyal masukan.

• Selama tegangan gate (Vg) masih lebih kecil dari ambang picu, MOSFET akan terputus.

• Ketika Vg lebih besar dari tegangan picu, dengan cepat MOSFET akan tersambung dan arus

akan mengalir sebanyak yang diminta beban.

• MOSFET kembali terputus begitu Vg turun dibawah tegangan picu.

6.3.3 Pengolah Sinyal

Dalam percobaan, sinyal masukan ke rangkaian switching bisa diberikan dari generator sinyal.

Dalam kenyataannya, sinyal ini bisa berasal dari berbagai sumber. Prinsip dasar masukan yang

paling umum digunakan adalah pembagi tegangan sebagai berikut:


Gambar 6.10: Rangkaian MOSFET P-Channel sebagai low side switching

Pada prakteknya, R2 atau R1 diganti dengan resistor yang bisa berubah nilainya. Berikut ini

beberapa contoh aplikasinya.

6.3.3.1 Rangkaian Dimmer Thyristor

Salah satu kelebihan thyristor adalah kemampuannya menyearahkan listrik AC. Oleh karena itu

komponen ini dapat dipakai untuk dimmer (peredup) LED dengan rangkaian Gambar 6.11.

Tegangan catu daya dihasilkan dari penyearah gelombang penuh (ingat modul catu daya). Tegangan

tersebut kemudian dibagi oleh resistor R1 dan potensiometer POT1 sehingga diperoleh tegangan

pemicu thyristor T1. Thyristor hanya akan menyala ketika tegangan ini melebihi tegangan picu.

Oleh karena itu mengubah-ubah harga POT1 akan bisa mengatur banyaknya listrik yang mengalir

melalui beban. Menariknya, rangkaian ini justru tak akan bisa berfungsi sebagai dimmer jika diberi

catu daya DC.

6.3.3.2 Rangkaian Dimmer Transistor

Transistor memiliki daerah kerja “linier” yang cukup luas, dimana arus kolektor akan sebanding

dengan arus basis. Oleh karena itu transistor mudah dipakai sebagai rangkaian dimmer seperti

nampak pada Gambar 6.12. Jika harga POT1 dikecilkan maka tegangan maupun arus basis akan

naik, sehingga tegangan dan arus ke beban juga akan naik.


V 2=R2

R1+R2

V 1

Gambar 6.11: Rangkaian Thyristor untuk dimmer

6.3.4 Persepsi Cahaya

Pada praktikum ini kita akan memakan LED untuk mengubah energi listrik menjadi cahaya.

Persepsi mata manusia terhadap cahaya adalah :

• Terang / gelap ditentukan oleh intensitas cahaya (energi / satuan waktu / luas).

• Warna ditentukan oleh frekuensi cahaya.

Dalam hal ini, tersedia LED yang dapat menghasilkan berbagai warna (merah, kuning, hijau, biru,

dll). Dengan mencampur cahaya dari LED merah, hijau, dan biru, ternyata mata manusia juga dapat

melihat berbagai warna.

Tabel 6.2. Kombinasi Campuran warna

Merah Hijau Biru Terlihat sebagai

Nyala Padam Padam Merah

Nyala Nyala Padam Kuning

Mati Nyala Padam Hijau

Mati Nyala Nyala Cyan

Mati Mati Nyala Biru

Nyala Mati Nyala Ungu

Nyala Nyala Nyala Putih

6.4 Tugas Awal

6.4.1 Tugas Perseorangan

Ada tiga rangkaian yang ingin disimulasikan. Bagilah tiga tugas awal simulasi LTSpice berikut


Gambar 6.12: Rangkaian Dimmer Transistor

diantara anggota regu.

1. Buatlah rangkaian thyristor seperti telah dijelaskan pada teori (Gambar 6.4), dan

simulasikan sehingga diperoleh grafik seperti Gambar 6.6. Selanjutnya coba ganti agar

sumber tegangan V1 menjadi arus bolak balik (AC) 5 Volt peak to peak dengan frekuensi 50

Hz. Simulasikan sehingga keluar grafiknya. Dari grafik, tentukan tegangan picu thyristor.

2. Buatlah rangkaian transistor low side switching seperti Gambar 6.7, lalu simulasikan

sehingga diperoleh grafik seperti Gambar 6.8. Selanjutnya ubah rangkaian tersebut menjadi

high side switching seperti Gambar 6.9, dan simulasikan. Dari grafik, cobalah menentukan

tagangan picu transistor, maupun tegangan saturasi transistor.

3. Buatlah rangkaian MOSFET low side switching seperti Gambar 6.10. Simulasikan sehingga

keluar grafik P1, P2 dan P3. Dari grafik, tentukan tegangan picu MOSFET.

Agar lebih paham komponen yang digunakan, carilah datasheet berikut (bawalah saat praktikum

dalam bentuk softcopy di tablet / HP / laptop ATAU cetakan) :

1. Transistor : TIP31 dan TIP32

2. MOSFET: IRF540

3. SCR : MCR106

Lalu jawab pertanyaan berikut:

1. Berapa tegangan dan arus maksimum yang dapat dialirkan TIP31 ?

2. Berapa tegangan dan arus maksimum yang dapat dialirkannya IRF540 ?

3. Berapa tegangan dan arus kerja maksimum MCR106 ?

6.5 Praktikum

Pada Praktikum ini, akan dipakai alat ukur AVO Meter dan osiloskop. Siapkan kedua instrumen

tersebut, kalibrasi seperlunya. Kemudian siapkan tiga kit praktikum berikut:


Kit source, disiapkan untuk memberikan tegangan sekitar 6 Volt.Sambungkan trafo AC +12V → AAC -12V → BAC CT → C

Pasang jumper seperti pada Gambar

Koneksikan sumber ke kit switchingKonektor D → V+ Konektor 0 → GND

Gambar 6.13: Kit Praktikum Rangkaian Switching


Skema lengkap kit switching adalah sebagai berikut:

Gambar 6.14: Skema Kit Switching

6.5.1 Beban LED

Sebagai percobaan awal, kita akan mencoba mengukur daya yang diambil oleh LED. Pada Kit

LED+Kipas, terdapat 3 buah high power LED dengan spesifikasi:

• Daya : 1W

• Tegangan kerja: 3.3 V

• Arus maksimum : 350 mA

Untuk ukuran elektronika, daya ini cukup besar. Karena itu berhati-hatilah mengkoneksikannya ke


catu daya, sebab jika terjadi salah koneksi / konslet, kemungkinan hangus cukup besar. Catu daya

juga memiliki batas daya yang bisa disalurkan, bila kelebihan beban akan panas dan bisa rusak.

Untuk diperhatikan, pada praktikum ini ada 3 catu daya:

• Catu daya standar dengan tegangan yang bisa diatur. Gunakan untuk percobaan daya LED &

kipas.

• Catu daya pada kotak praktikum (kit source). Gunakan untuk percobaan lainnya.

• Catu daya buatan anda sendiri, sanggup 12V/ 1A. Gunakan saat mencoba switch LDR.

Untuk mengukur daya yang diambil oleh beban, diperlukan pengukuran tegangan dan arus,

nantinya daya dihitung sesuai rumus. Percobaannya adalah sebagai berikut:

1. Catat nilai tahanan dan rating daya resistor seri (Rs) pada Kit LED+Kipas, lalu dengan

dengan ohm meter, ukur tahanan Rs+LED, yaitu dari soket A ke soket-0.

2. Tutup LED dengan kap kertas yang sudah anda siapkan.

3. Siapkan catu daya, atur agar tegangannya sekitar 5V (nampak pada display catu daya).

Untuk memastikan ukurlah dengan AVO Meter secara paralel. Caranya: pindah mode AVO

ke Volt-DC, lalu hubungkan probe merah ke (+) catu daya dan probe hitam ke (-) catu daya.

Catat harga tegangan ini.

4. Setelah itu kita akan mengukur arus, dimana AVO Meter harus dipasang seri terhadap

beban. Untuk itu pastikan bahwa AVO meter anda sanggup mengukur arus setidaknya

400mA. Pindahkan mode pada mode mengukur arus. Pada beberapa AVOMeter, probe juga

harus dipindah ke soket lain.

5. Koneksikan kutub (-) catu daya ke probe hitam AVO Meter.

6. Koneksikan probe merah AVO Meter ke soket-0 kit LED.

7. Koneksikan kutub (+) catu daya ke soket-A kit LED. Apa warna LED ? Catat arus yang


Gambar 6.15: Pengukuran arus

diberikan catu daya.

8. Pindah koneksi kutub (+) catu daya dari soket-A ke soket-C. Catat arus yang diberikan catu

daya dan warna LED.

9. Koneksikan kutub positip catu daya ke soket-A dan soket-C sehingga kedua LED menyala.

Catat warna yang tampak pada kap LED, dan arus yang ditarik.

10. Jika memungkinkan, cobalah kurangi tegangan catu daya sedikit-demi sedikit ke 4V, 3V, 2V,

lalu 1V. Pada masing-masing tegangan, catat arus dari catu daya, dan lihat efeknya pada

warna di kap.

6.5.2 Beban Kipas

Pada Kit LED+Kipas, terdapat 1 buah kipas. Kipas ini diambil dari komputer bekas sehingga

spesifikasinya tidak diketahui, selain bahwa tegangan kerja-nya adalah 12V. Cobalah:

1. Dengan AVO meter, ukur tahanan dalam kipas dari soket-D ke soket-E. Karena di kipas ini

sudah ada diodanya, cobalah juga ukur dari soket-E ke soket-E. Tahanan terbesar adalah

yang benar.

2. Siapkan catu daya yang bisa 12V, namun mula-mula atur agar tegangannya sekitar 5V saja.

Untuk memastikan ukur dengan AVO Meter.

3. Siapkan AVO Meter untuk mode pengukuran arus.

4. Koneksikan kutub (-) catu daya ke probe hitam AVO Meter.

5. Koneksikan probe merah AVO Meter ke soket-E kit kipas.

6. Koneksikan kutub (+) catu daya ke soket-D kit kipas.

7. Perlahan-lahan naikkan tegangan catu daya hingga kipas berputar. Catat tegangan dan arus

yang diberikan oleh catu daya.

8. Perlahan-lahan naikkan tegangan catu daya hingga 12V. Perhatikan efeknya pada kecepatan

putar kipas. Catat tegangan dan arus yang diambil.

6.5.3 Rangkaian Thyristor

Kita akan mulai mencoba rangkaian dasar thyristor. Pada kit praktikum, skemanya nampak seperti

Gambar 6.16 berikut. Untuk membentuknya, lakukan :

1. Pastikan tidak ada listrik mengalir dirangkaian ! (Matikan catu daya ke rangkaian).

2. Pada kit switching, cari JP1. Pasang jumper di posisi ke-1 dari atas agar sinyal pemicu

masuk ke SCR (T1).

3. Pada JP2, pasang jumper di posisi ke-2 dari kiri untuk mengkoneksikan resistor 2K2 ke

POT1. Untuk memastikan, coba baca / ukur nilai resistor tersebut.


4. Pada JP3, pasang jumper di posisi ke-1 dari kiri sehingga POT1 terkoneksi langsung ke

GND.

5. Koneksikan soket +V (sisi kanan) ke soket SA (kaki anoda thyristor)

6. Koneksikan soket SC (kaki katoda thyristor) ke soket A (LED merah) pada kit LED.

7. Koneksikan soket 0V pada kit switching (ini adalah GND) ke soket 0 pada kit LED.

6.5.3.1 Dengan Catu Daya AC Gelombang Setengah

Kita akan mencoba rangkaian thyristor ini jika diberi daya DC setengah gelombang. Untuk itu

siapkan kit catu daya :

1. Pastikan tidak ada koneksi pada kit itu.

2. Sambung trafo CT ke soket C.

3. Sambung trafo +12V ke soket-A. Pada luaran soket-H seharusnya akan diperoleh AC

gelombang setengah (lihat Gambar 6.17.a).

Selanjutnya:

4. Sambung soket-H kit catu daya ke soket +V kit switching.

5. Sambung soket-0 kit catu daya ke soket 0V kit switching.

6. Pastikan switch S1 dalam keadaan OFF (ke bawah).

7. Siapkan AVO Meter pada mode mengukur tegangan AC untuk tegangan > 12V.

8. Jika ada, siapkan osiloskop. Kanal A mengukur tegangan masukan ke gate (check point P1),

sementara kanal B mengukur tegangan kaki katoda (soket SC).


Gambar 6.16: Skema percobaan thyristor

Catu daya gelombang setengah Catu daya gelombang penuh

Gambar 6.17: Skema kit catu daya untuk percobaan thyristor

Setelah siap, hubungkan trafo ke jala-jala listrik.

9. Naikkan switch S1 ke keadaan ON (ke atas).

10. Putar potensiometer sampai minimal, sehingga LED mati. Jika LED masih menyala, putar

potensiometer ke arah sebaliknya.

11. Dengan AVO Meter, ukur tegangan di soket SA (masukan daya ke SCR). Ingat bahwa yang

terukur ini adalah tegangan Vrms. Seharusnya akan tinggi. Catat.

12. Ukur Vrms di soket SC. Seharusnya masih rendah. Catat.

13. Ukur Vrms di titik P1, dan catat. Pada osiloskop, amati bentuk gelombang (potret) dan catat

tegangan peak-to peak di titik P1.

14. Putar potensiometer perlahan-lahan sampai LED tepat akan menyala. Inilah saat tegangan di

titik P1 sudah mencapai tegangan picu thyristor. Ukur Vrms titik P1. Dengan osiloskop, amati

juga bentuk gelombang dan Vpp titip tersebut.

15. Putar potensiometer perlahan-lahan. Amati perubahan terang LED, catat bagaimana

berubahnya (apakah perlahan-lahan atau seketika).

16. Setelah potensiometer maksimum, ukur Vrms di titik P1, soket SA, dan soket SC. Pada

osiloskop, amati juga bentuk gelombang dan Vpp pada titip P1 dan soket SC.

17. Coba putar potensiometer ke arah minimal, sampai LED mati. Ukur Vrms di P1. Catat

sebagai tegangan pemadaman.

18. Setelah selesai, cabut koneksi trafo ke jala-jala AC dan putar potensiometer kembali ke

minimal.


6.5.3.2 Dengan Catu Daya AC Gelombang Penuh

Kini kita coba rangkaian thyristor ini jika diberi daya AC gelombang penuh. Lakukan seperti

prosedur percobaan sebelumnya sampai langkah 3, lalu tambahkan satu koneksi:

3a. Pada kit catu daya, sambung trafo -12V ke soket-B, sehingga pada soket-H seharusnya

diperoleh listrik AC gelombang penuh (lihat Gambar 6.17.b).

Setelah itu lanjutkan langkah 4 hingga selesai.

6.5.3.3 Dengan Catu Daya DC

Percobaan ketiga dengan thyristor, akan dipakai daya DC. Untuk persiapan catu daya, lakukan

seperti prosedur percobaan sebelumnya (langkah 1-3) dan tambahkan:

3b. Aktifkan kapasitor perata, dengan menyambung soket-K ke soket-Z.

Sementara itu untuk AVO Meter, sekarang siapkan untuk mode pengukuran VDC. Lanjutkan seperti

prosedur percobaan sebelumnya dari langkah 4 s.d 16. Setelah itu, kita akan mengukur daya total

yang diambil rangkaian saat LED menyala maksimum sebagai berikut:

17. AVO Meter dalam mode mengukut VDC, ukur tegangan antara soket +V dan soket 0V.

18. Siapkan AVO Meter ke mode ukur arus (harus kuat arus besar !).

19. Lepas koneksi soket-0 catu daya ke soket 0V.

20. Hubungkan soket-0 kit catu daya ke probe hitam AVO Meter.

21. Hubungkan soket 0V kit switching ke probe merah AVO Meter.

22. LED masih menyala penuh, catat arus yang terukur oleh AVO Meter.

23. Putar potensiometer ke arah minimal. Apakah LED bisa mati ?

24. Pindah saklar ke posisi OFF. Apakah LED mati ?

25. Pindah saklar ke posisi ON lagi. Apakah LED menyala ?

6.5.4 Rangkaian Transistor

Pada percobaan kali ini akan dipakai catu daya 5V. Siapkan sebagai berikut:

1. Cabut dulu koneksi listrik AC ke trafo, agar output pada source padam dulu.

2. Tambahkan jumper pada posisi P41, sehingga luaran soket D menghasilkan +5V. Ukur

dengan AVO Meter dan catat.

3. Koneksikan soket-0 kit source ke soket-0 kit switching.

4. Koneksikan soket-D kit source ke soket V+ kit switching.


6.5.4.1 High Side Switching

Pastikan tidak ada listrik mengalir dirangkaian, lalu bentuk rangkaian transistor high side switching

sebagai berikut:

1. Pada kit switching, cari JP1. Pasang jumper di posisi ke-2 dari atas (menuju BJT).

2. Pada JP2, pasang jumper di posisi ke-2 dari kiri untuk mengkoneksikan resistor 2K2.

3. Pada JP3, pasang jumper di posisi ke-1 dari kiri sehingga terkoneksi langsung ke GND.

4. Koneksikan soket +V (sisi kanan) ke soket TC (kaki collector)

5. Koneksikan soket TE (kaki emitor) ke soket A (LED merah) pada kit LED.

6. Koneksikan soket 0V pada kit switching ke soket 0 pada kit LED.

Selanjutnya lakukan percobaan beban sebagai berikut :

1. Nyalakan kit source (sambung trafo ke sumber AC).

2. Hidupkan switch S1 ke posisi ON (toggle ke atas).

3. Putar potensiometer dalam posisi minimal (penuh ke kanan atau ke kiri), sampai LED mati.

4. Dalam keadaan LED mati, potensiometer minimal, ukur tegangan Vdc di titik P1, soket-TC

dan soket TE.

5. Putar potensiometer perlahan-lahan sampai LED tepat akan menyala. Ukur tegangan di titik

P1, soket-TC dan soket TE.

6. Ukurkan AVO meter di soket TE. Putar potensiometer perlahan-lahan ke arah maksimal.

Amati perubahan cahaya LED, dan tegangan TE. Coba temukan titik ketika TE tidak

berubah lagi (transistor sudah saturasi). Ukur tegangan di titik P1, soket-TC dan soket TE.


Gambar 6.18: Percobaan Transistor High Side Switching

7. Putar potensiometer ke arah maksimal. Ukur tegangan di titik P1, soket-TC dan soket TE.

8. Untuk mengukur daya total yang ditarik rangkaian, ukur tegangan di soket V+.

9. Pindah mode pengukuran AVO Meter ke mode arus.

10. Lepas koneksi soket-0 kit source ke soket 0V kit.

11. Koneksikan soket-0 kit source ke probe hitam AVO Meter.

12. Koneksikan soket 0V kit switching ke probe merah AVO Meter.

13. Baca pengukuran arus pada AVO Meter, catat.

14. Setelah selesai, putar potensiometer kembali ke minimal sampai LED mati.

15. Matikan sumber daya.

6.5.4.2 Low Side Switching

Dari rangkaian sebelumnya, ubah ke bentuk low side switching sebagai berikut:

1. Pindah koneksi soket +V (sisi kanan) ke soket A (LED merah) pada kit LED.

2. Pindah koneksi soket TC (collector) ke soket 0 (GND) pada kit LED.

3. Koneksikan soket TE (emitor) ke 0V pada kit switching.

Kemudian lakukan percobaan seperti pada percobaan high side switching sebelumnya, namun saat

mencari titik saturasi, yang diukur adalah tegangan di TC. Nanti pada laporan, hasil keduanya akan

dibandingkan.


Gambar 6.19: Percobaan Transistor Low Side Switching

6.5.5 Rangkaian MOSFET

Pada percobaan kali ini akan dilakukan percobaan MOSFET low side switching. Hasilnya akan

dibandingkan dengan transistor. Koneksi ke catu daya masih sama seperti sebelumnya.

6.5.5.1 Low Side Switching

MOSFET memerlukan tegangan picu yang tinggi dibanding thyristor maupun transistor. Karena itu

rangkaian bias-nya harus diubah. Bentuk rangkaian MOSFET low side switching sebagai berikut:

1. Matikan dulu kit source (cabut trafo dari sumber AC)

2. Pada kit switching, cari JP1. Pasang jumper di posisi ke-3 dari atas (menuju MOSFET).

3. Pada JP2, pasang jumper di posisi ke-4 dari kiri untuk koneksi langsung ke V+.

4. Pada JP3, pasang jumper di posisi ke-2 dari kiri sehingga terkoneksi lewat resistor 2K2 ke

GND (baca harga transistor untuk memastikan).

5. Koneksikan soket +V (sisi kanan) ke soket A (LED merah)

6. Koneksikan soket MD (drain) ke soket 0 (GND) kit LED.

7. Koneksikan soket MS (source) ke 0V pada kit switching.

Selanjutnya lakukan percobaan beban mirip seperti transistor sebagai berikut :

1. Nyalakan sumber daya.


Gambar 6.20: Percobaan MOSFET Low Side Switching

2. Hidupkan switch S1 ke posisi ON (toggle ke atas).

3. Putar potensiometer dalam posisi minimal (penuh ke kanan atau ke kiri), sampai LED mati.

4. Dalam keadaan LED mati, potensiometer minimal, ukur tegangan Vdc di titik P1, soket-MD

dan soket-MS.

5. Putar potensiometer perlahan-lahan sampai LED tepat akan menyala. Ukur tegangan di titik

P1, soket-MD dan soket-MS.

6. Ukurkan AVO meter di soket-MD. Putar potensiometer perlahan-lahan ke arah maksimal,

sampai MD tidak berubah lagi. Inilah saat MOSFET sudah saturasi. Ukur tegangan di titik

P1, soket-MD dan soket-MS.

7. Putar potensiometer ke arah maksimal. Ukur tegangan di titik P1, soket-MD dan soket-MS.

8. Untuk mengukur daya total yang ditarik rangkaian, ukur tegangan di soket V+.

9. Pindah mode pengukuran AVO Meter ke mode arus.

10. Lepas koneksi soket-0 kit source ke soket 0V kit switching.

11. Koneksikan soket-0 kit source ke probe hitam AVO Meter.

12. Koneksikan soket 0V kit ke probe merah AVO Meter.

13. Baca pengukuran arus pada AVO Meter, catat.

14. Setelah selesai, putar potensiometer kembali ke minimal sampai LED mati.

15. Matikan sumber daya.

6.5.5.2 Rangkaian Dimmer Transistor

Kini kita akan memakai transistor sebagai dimmer untuk mengamati warna kombinasi dua LED.

Untuk itu satu LED akan nyala sepenuhnya, sementara LED lainnya diatur oleh transistor sebagai

dimmer. Koneksi catu daya masih seperti sebelumnya.

Transistor dirangkai sebagai high side switching seperti Gambar 6.18, namun dengan bias yang

tinggi seperti MOSFET sebagai berikut:

1. Padamkan catu daya dari kit source.

2. Pada kit switching, cari JP1. Pasang jumper di posisi ke-2 dari atas (menuju BJT).

3. Pada JP2, pasang jumper di posisi ke-4 dari kiri untuk mengkoneksikan langsung ke V+.

4. Pada JP3, pasang jumper di posisi ke-3 dari kiri sehingga terkoneksi via resistor 2K2 ke

GND.

5. Koneksikan soket +V (sisi kanan) ke soket TC (kaki collector)

6. Koneksikan soket TE (kaki emitor) ke soket A (LED merah) pada kit LED.

7. Koneksikan soket 0V pada kit switching ke soket 0 pada kit LED.

8. Tambah koneksi dari soket +V (sisi kanan) ke soket C (LED biru) pada kit LED.


9. Nyalakan sumber daya sehingga LED biru langsung menyala.

10. Putar potensiometer POT1 dari minimal ke maksimal. Amati perubahan warna yang terjadi.

Coba lakukan sebaliknya:

1. Lepas koneksi soket-TE ke soket-A (LED merah), pindahkan menjadi koneksi soket +V (sisi

kanan) ke soket-A.

2. Lepas koneksi soket-V+ ke soket-C (LED biru), pindahkan menjadi koneksi soket-TE ke

soket-C.

3. Nyalakan sumber daya sehingga LED merah langsung menyala.

4. Putar potensiometer POT1 dari minimal ke maksimal. Amati perubahan warna yang terjadi.

6.6 Laporan

Buatlah laporan sesuai petunjuk umum. Masukkan data-data hasil percobaan ke spreadsheet untuk

diolah. Untuk analisis, jawablah pertanyaan-pertanyaan khusus berikut.

6.6.1 Beban LED

• Dari data-data hasil pengukuran tegangan maupun arus, berapakah daya yang diambil oleh

masing-masing LED ? Berapa daya total untuk 2 LED ?

• Jelaskan pengaruh turunnya tegangan catu daya terhadap daya yang ditarik LED, dan

efeknya pada nyala LED.

• Jelaskan hubungan nilai tahanan resistor Rs dengan daya yang diambil. Apakah cocok sesuai

rumus daya ? Jika tidak, kemana larinya daya ?


• Mengapa resistor pembatas arus memakai jenis resistor 5W ? Apakah bisa dikurangi ?

6.6.2 Beban Kipas

• Dari data-data hasil pengukuran bisakah anda tentukan spesifikasi kipas misteri tersebut ?

• Apakah harga tahanan dalam kipas cocok dengan tegangan dan arus yang diambilnya ?

• Berapakah daya yang diambil oleh kipas pada tegangan nominal ?

• Apa efek kenaikan tegangan pada kecepatan putar kipas ?

• Mengapa pada kipas tak dipasang resistor pembatas arus seperti hal-nya LED ?

6.6.3 Thyristor

Kumpulkan data-data hasil thyristor. Jawablah beberapa pertanyaan berikut:

1. Berapakan tegangan minimum dan maksimum yang dapat diukur pada titik P1 ? Apakah itu

sesuai dengan teori pembagi tegangan ?

2. Dari ketiga percobaan, berapa tegangan picu thyristor ?

3. Berdasar data-data pengukuran tegangan RMS di SA dan SC, berapakah tegangan jatuh

pada thyristor ?

4. Apakah anda dapat mengamati efek dimmer pada ketiga percobaan ketika potensiometer

dinaikkan maupun diturunkan ? Jelaskan sesuai dengan bentuk gelombang yang anda amati

pada osiloskop.

5. Apa fungsi saklar S1 pada ketiga percobaan ?

6.6.4 Transistor

Buatlah tabel untuk membandingkan data hasil percobaan low-side dan high side switching.

Jawablah beberapa pertanyaan berikut:

1. Berapa tegangan picu, dan tegangan saturasi transistor ?

2. Berapa tegangan jatuh transistor (beda antara tegangan TC dan TE) pada kedua

percobaan ? Apakah ada bedanya ?

3. Pada kondisi maksimum, coba bandingkan daya yang ditarik LED dan yang diberikan

catu daya pada kedua percobaan. Mana yang lebih baik ?

4. Dibandingkan dengan thyristor, bagaimanakah kegunaan transistor sebagai dimmer

(mengubah kecerahan LED) ?

6.6.5 MOSFET

Buatlah tabel untuk membandingkan data hasil percobaan low-side switching transistor dengan

MOSFET. Jawablah beberapa pertanyaan berikut:


1. Berapa tegangan picu, dan tegangan saturasi MOSFET ? Bandingkan dengan transistor.

2. Berapa tegangan jatuh MOSFET (beda antara tegangan MS dan MD). Bandingkan

dengan transistor.

3. Pada kondisi maksimum, coba bandingkan daya yang ditarik LED dan yang diberikan

catu daya. Bandingkan dengan transistor low side switching.

6.6.6 Dimmer

Dari hasil perubahan warna :

1. Apa beda warna antara percobaan pertama (biru tetap, merah berubah) dibanding kedua

(merah tetap, biru berubah). Mengapa bisa begitu ?

7 Referensi

Usahakan mencari sendiri sumber-sumber tambahan tentang thyristor, transistor, MOSFET maupun

LDR. Berikut beberapa sumber bacaan online:

• http://www.electronics-tutorials.ws/category/transistor

• Transistor as as switch: http://www.electronics-tutorials.ws/transistor/tran_4.html

• MOSFET as as switch: http://www.electronics-tutorials.ws/transistor/tran_7.html

• Thyristor / SCR : http://www.electronics-tutorials.ws/power/thyristor.html

• LDR: http://www.electronics-tutorials.ws/io/io_4.html


http://www.electronics-tutorials.ws/category/transistor

http://www.electronics-tutorials.ws/io/io_4.html

http://www.electronics-tutorials.ws/power/thyristor.html

http://www.electronics-tutorials.ws/transistor/tran_7.html

http://www.electronics-tutorials.ws/transistor/tran_4.html

Lab TF 1 – Modul 6kuliah.itera.ac.id/pluginfile.php/86351/mod_resource... · 2019. 11. 8. · Lab...

Documents

Transcript of Lab TF 1 – Modul 6kuliah.itera.ac.id/pluginfile.php/86351/mod_resource... · 2019. 11. 8. · Lab...