MATERI ELEKTRONIKA DASAR DAN RANGKAIAN CATU DAYA

DISUSUSUN OLEH: PETRUS JOMAN,SST

MATERI

1. KOMPONEN ELEKTRONIKA, FUNGSI DAN KARAKTERISTIKNYA

1. KOMPONEN FILTER FUNGSI SERTA APLIKASI DALAM RANGKAIAN CATU DAYA

2. RANGKAIAN CATU DAYA SETENGAH GELOMBANG, GELOMBANG PENUH, CARA KERJA DAN TIMING DIAGRAM

TUJUAN: SETELAH SELESAI PELATIHAN PESERTA

PELATIHAN MAMPU MEMAHAMI JENIS-JENIS KOMPONEN ELEKTRONIKA DASAR, FUNGSI, DAN CARA KERJA RANGKAIAN CATU DAYA SERTA MERAKITNYA DENGAN BENAR

ALAT : OSCILOSCOPE AVO METER TOOLKIT SOLDERBAHAN: KOMPONEN TIMAH PCB TRAFO

Atomsilicon

AtomTrivalensi

hole

Atomsilicon

Atomsilicon

Atomsilicon

VCE

+VccICRL

C

E

BRB

IB

VBO

VEBI

IE

VBO

BEBANSUMBER

AC

TRAFO

filter

KOMPONEN DASAR DAN SYMBOLNAMA KOMPONEN

RESISTOR

CAPASITOR, INDUKTOR

GROUND, CHASIS

OSCILATOR

FUSE, SUMBER DC

BATERAY, ACCU

SPEAKER, MICROPHONE

NAMA KOMPONEN

DC

SEMIKONDUKTOR (DIODA)

• Dioda berasal dari bahasa yunani yaitu: di artinya: dua (2) dan Oda artinya elektroda. Jadi dioda sama dengan elektroda yang mempunyai dua kutup yaitu: kutup positip (anoda) dan kutup negatip (Katoda).

Pada komponen listrik dioda disebut komponen semi konduktor. karena berfungsi sebagai: penghantar (konduktor) dan penghalang atau penyekat (isolator). Tetapi dioda bukan sebagai penghantar maupun penyekat yang baik.

Bahan dasar dioda adalah silicon dan germanium. Penambahan atom-atom impuritas pada suatu kristal untuk menambah jumlah electron bebas maupun hole disebut doping.

Semi Konduktor terdiri dari

1. Semikonduktor Tipe n Semikonduktor type(n) merupakan semikonduktor

kelebihan elektron (mempunyai elektron valensi) seperti gambar disamping bagian atas. Proses penambahan atom-atom impuiritas pada suatu kristal untuk menambah jumlah electron bebas maupun hole disebut doping seperti pada gambar disamping bagian bawah.

Atomsilicon

Atompentavalen

Kelebihanelectron

electron

Atomsilicon

Atomsilicon

Atomsilicon

Jalurkonduksi

Jalurvalensi

Energi

Atomsilicon

AtomTrivalensi

hole

Atomsilicon

Atomsilicon

Atomsilicon Jalur konduksi

Jalur valensi

Energi electron

hole

2.2. Semikonduktor Tipe PSemikonduktor Tipe P Semikonduktor type (P) merupakan Semikonduktor type (P) merupakan

semikonduktor kelebihan hole. (atom semikonduktor kelebihan hole. (atom trivalensi). Seperti gambar brikuttrivalensi). Seperti gambar brikut

3. Dioda Tanpa Bias (Unibiased)

• Dioda tapa bias adalah dioda yang belum di beri ransangan (stimulus) dari luar atau sumber energi (tegangan) sehingga jumlah tipe-p dan tipe-n sama banyak seperti pada gambar disamping: gambar bagian atas belum difusi dan gambar bagian bawah setelah difusi

P n

P n

Lapisan kosong/tipis(depletion layer)

Proses difusi sebelum dihubung dengan sumber tegangan dan setelah dihubung dengan sumber tegangan seperti pada gambar berikut

0 Volt Volt

4. Arus konvensional dan Arus listrik

• Arus konvensional dan arah arus listrik. arah arus konvensional mengalir dari kutup Positif ke kutup negatif dengan loop tertutup. Sedangkan arah arus electron mengalir dari kutup negatif ke kutup positif dengan loop tertutup.

5 Karakteristik Dioda,simbol dioda, bias maju dan bias

mundur

Vd

Id

Kat

oda

Ano

da

Karakteristik dioda bias maju dan bias mundur

• PIV ( pick inverse voltage)• Knee voltage: tegangan lutut• Vd: tegangan dioda• Id: arus dioda• Vr: tegangan reverse sudah jenu

atau dioada tidak mampu menahan disipasi panas

• Piv: piak inverse voltage (tegangan tembus)

VdPiv

Riverse bias (Vr)

Id

Knee voltage

Forward bias

6. Transistor

Pemakaian Transistor pada system Tenaga????

• Berfungsi sebagai switching (ON-OFF)

• Bekerja pada daerah jenuh (saturasi, cut-Off)

• Bentuk fisik relatif kecil• Harga relatif murah

Transistor terdiri dari: Transistor PNP dan Transistor

NPN

IbVce

E

C

B

C

P

N

P

E

B

C

VceIb

E

B

C

N

P

N

E

B

Aplikasi transistor pada rangkaian listrik

maupun pada rangkaian elektronika

Cara kerjanya:• Transistor bekerja pada daerah jenuh

(saturasi, cut-off)• Mengatur tegangan basis (tegangan

basis) dapat diatur• Mengatur tahanan pada basisnya

atau tahanan basis transistor (RB)• Mengatur Tahanan beban (RL)• VB = 0. Transistor cut-Off• VB =V1.

+VC C +

IBVCE

-

VB E

CRB

VCE

+VccICRL

C

E

BRB

IB

Persamaan garis beban Transistor: Y = VCE

= VCE.IC.RLJika IC = 0. maka VCE = VCC

Jika VCE = 0. maka IC = VCC/RL

Pulsa trigger dan teganagan output VCE seperti pada gambar berikut

VCE

VCC

V1

VB

t

t t

V1

VB

t

VC C

VC E

7. THYRISTOR

• Thyristor pada dasarnya sama dengan PNPN dioda. karena thyristor mempunyai 4 lapisan (4layer). Seperti pada gambar dibawah. Kemudian bahan dasarnya silicon. Dan symbol thyristor seperti pada gamabar disamping kanan atas dan bawah.

VD

AnodaID

- KAtoda

VD

-

+

++

+ +++++++

++ --

----

-----

-

Karakteristik thyristor

Dari gambar karakteristik thyristor.• VR = Tegangan tembus/batas

tegangan tembus• VBO = Batas tegangan

penyalaan/Tegangan kerja• IH = Arus genggam( holding current).

Atau arus yg terjadi pada saat thyristor konduksi. dimana arus genggam sangat kecil (IH <<) Pada orde MA

VRVD

III

VBOI

IHII

Sifat Thyristor• Pada kwadran I sama seperti dioda. (I

<<<), sampai batas VR• Pada kwadran II (I <<<), sampai batas

VBO• Sampai batas VBO Tegangan menurun

( <<<), dan I ada (mulai naik) sampai >>>• Untuk Thyristor kembali off,turunkan

arus sedikit dibawah IH.• Untuk Thyristor kembali on,perlu

tegangan penyalaan (tegangan kerja).

Dari gambar karakteristik thyristor dapat disimpulkana bahwa:Thyristor mempunyai beberapa sifat yang terdiri dari:

• Tegangan tembus (VR) pada kwadran I.

• Tegangan maju pada kwadran II• Tyristor konduksi pada

kwadran III.

8. UJT

UJTUJT merupakan singkatan dari uni junction Transistor.

UJT:• Mempunyai tiga kaki,

satu Emiter & dua Basis.• Akan konduksi jika VEBI

mencapai VBO• Akan off jika IE turun

dibawah IH

+

VEBI

RB

-

B2

IBE

BI

VBO

VEBI

IE

VBO

UJT dengan Thyrystor

Penurunan tegangan VEBI pada UJT tidak setajam (sedrastis ) dengan thyristor artinya: UJT masih terdapat daerah konduksi untuk tegangan VEBI yang besar dan IEyang kecil..

9. SCR

• SCR: Silikon controlled Rectifier

• Karakteristik SCR=Thyristor• VBO dapat diatur sesuai

dengan IG (arus gate) dari SCR

• IG sebanding dengan VBO

+

IG

anoda

_

katoda

VD

iD

VBO

IHVDVR

VBO1VBO1

VBO3 VBO2 VBO1

VBO1VBO1VBO1

ig1ig3 ig2

Ig1<Ig2<Ig3

10. DIAC

• DIAC: Merupakan suatu komponen yang berkelakuan seperti dua (2) buah Thyristor yang dihubungkan saling bertolak belakang. Seperti pada gambar disamping bagian atas. Dan pada gambar paling bawah merupakan karakteristik DIAC. Diac mempunyai dua (2) tegangan penyalaan yg terdiri dari: +VBO & -VBO

VD

ID_

+

ig

IH VD

IsVBO

11. TRIAC

• Triac merupakan suatu komponen:Yang berkelakuan seperti dua (2) buah SCR yang digabungkan saling bertolak belakangKarakteristiknya = SCR

VD

IG

ID

_+

iD

VBO

IH

t-VBOIg=0

ig2 ig1

o<Ig1<Ig2Ig=0 ig1 ig2

BAB II. RANGKAIAN PADA FILTER CATU DAYA

Macam-macam komponen rangkaian filter pada rangkaian catu daya

• Rangkaian filter diperlukan pada rangkaian elektronika Karena dapat mengurangi factor ripple yang terjadi pada suatu rangkaian penyearah (rectifier). Komponennya terdiri dari:

• Kapasitor dihubungkan parallel pada terminal keluaran (Output) pada rangkaian penyearah (rectifier)

• Inductor dihubung seri pada rangkaian rectifier (setengah gelombang)

2.1. Kapasitor (capasitor) sebagai filter

• Penggunaan kapasitor pada rangkaian penyearah sebagai filter untuk memperkecil faktor riplle

• Dari gambar di samping bagian atas maka keluaran (output) gelombang dari rangkaian penyearah seperti pada gambar bagian bawah

• Dari Gambar bagian bawah maka:• Pada saat/keadaan 0<t<T/2. Dioda konduksi dan

{C} terisi muatan (charge)• Pada saat/keadaan T/2<t<T. {C} akan

membuang muatan (discharge)• Tegangan pada pada C tidak dapat berubah

dengan tiba-tiba. Merupakan sifat kapasitor (capasitor). VO(t) =VC (t)

VO(t)vs(t) C RL

vo(t)

TT/2 t

2.2. Induktor sebagai filter

• Penggunaan induktor sebagai filter pada rangkaian catu daya fungsinya = kapasitor tetapi pengaruh sinyal keluaran rangkaian catu daya berbeda seperti pada gambar disamping bagian bawah

• Pada saat: 0<t<T/2. terjadi penyimpanan energi elektromagnetik pada Induktor (L).

• Pada saat T/2<t<T. terjadi pembuangan energi elektromagnetik pada Induktor (L).

• Arus (I) pada Induktor (L) tdk dapat berubah dengan tiba-tiba dengan pers: Vs(t)= Vo(t)

i n d u kto r(L )VS (t)

V0(t)R L

vo(t)

TT/2

Capasitor and inductor• Output voltage on the RL is positive half wave of the sinus wave• If the output voltage on the RL is measured by Voltmeter dc,so the

voltage is Vac-Vpeak / ∏ ( Vac= 0,45 Vrms)• Dropping on the d1 are:

– Dropping voltage on the d1= 0,5 volt-0,8 volt for silicon– Dropping voltage on the d1= 0,1 volt-0,3 volt for germanium

• Dc voltage on the capasitor {C} = Peak voltage (Vpeak)• Dc voltage on the RL is dc voltage have riplle factor is 50 Hz• If the Rating of the riple factor high if capacity of the capasitor low• In the practicum capacity of the C=8000 µf for output current 1A

(ampere)

2.3. Induktor (L) & Capasitor (C) sebagai filter

• Kapasitor dan inductor dapat digunakan bersama sebagai filter pada rangkaian catu daya

Penggunaan inductor (L) dan kapasitor © sebagai filter mempunyai kelebihan jika dibandingkan dengan penggunaan inductor (L) atau kapasitor © saja pada suatu rangkain elektronika atau catu daya. Karena: Tegangan dc yg dihasilkan semakin mendekati searah atau factor ripple nya semakin kecil.

VS(t) VO(t)C

LRL

vo(t)

TT/2

BAB III. RANGKAIAN PENYEARAH (RECTIFIER)

Rangkaian penyearah ter diri dari:• Rangkaian penyearah setengah gelombang

( half wafe rectifier)• Rangkaian penyearah gelombang penuh

( full wafe rectifier)– Dengan dua buah (2) dioda– Dengan empat (4) buah dioda atau

dikenal dengan system jembantan.

3.1. Penyearah setengah gelombang (half wafe rectifier)

• Rangkaian penyearah setengah gelombang komponen penyearahnya terdiri dari satu buah dioda dan sinyal keluaran (output signal) seperti pada gambar disamping bagian bawah

Beb

an

DiodaSumber AC

+a

-a

3.2. Rectifier circuit full wave

• Rangkaian penyearah gelombang penuh terdiri dari:rangkaian penyearah gelombang penuh dengan dua buah diodadan sinyal keluaran seperti pada gambar disamping

cara kerja rangkaian:Dengan asumsi:• Pada saat (a) fasa positip (+) maka (b) fasa negatip

(-), d1 konduksi dan d2 non konduksi• Pada saat (b) fasa positip (+) maka (a) fasa negatip

(-), d2 konduksi dan d1 non konduksi• Maka tegangan keluaran seperti pada gambar• Dari no: 1,2,3 diatas adalah tanpa menggunakan

Capasitor {C} sebagai filter.

CT

Dioda 1

Sumber AC

Dioda 1

Beba

n

DARI RANGKAIAN PENYEARAH GLB PENUH (TIMING DIAGRAM)

• Tegangan pada RL, Vdc=2Vpeak/∏ atau Vdc=0,9, Vrms.

• Tegangan pada C, Vdc= Vpeak

• Tegangan pada RL,Vdc dengan ripple 100 Hz. Riple akan bertambah jika nilai C=4000 µf untuk arus 1A.

a+ (a+, d1,(c+Rl), b-

b+ (b+, d2,(c+Rl), a-

(a+b)

t

t

t

Rangkaian penyearah system jembatan

• Rangkaian penyearah system jembatan terdiri dari empat (4) buah dioda dan sinyal keluaran seperti pada gambar disamping bagian bawah

Be

ba

n

C

D4

D2D1

D3

su

mb

er

AC

b

a

CARA KERJA RANGKAIAN DAN TIMING DIAGRAM

• Cara kerja dan timing diagramrangkaian:

• Pada saat a positip (a+) thdp b arus akan mengalir melalui: a ke D2, beban, D3, -b

• Pada saat b positip (b+) thdp a arus akan mengalir melalui: b ke D4, beban, D1,-a

• Arus melalui beban adalah: glb, penuh sebesar; Vo=2Vpeak / ∏ atau Vo= 0,9 Vrms

Be

ba

n

C

D4

D2D1

D3

su

mb

er

AC

b

a

a+ (a+, d2,Rl, d3, -b

b+ (b+, d4,Rl, d1, -a

(a+b)

t

t

t