Power Supply-teori Dan Analisis

BAB I DASAR TEORI

Adapto Adaptor/c r/catu atu daya daya adalah adalah sumber sumber tegang tegangan an DC yang yang diguna digunakan kan untu untuk k memb member erik ikan an tega tegang ngan an atau atau daya daya kepa kepada da berb berbag agai ai rang rangka kaia ian n elektr elektroni onika ka yang yang membut membutuhk uhkan an tegang tegangan an DC agar agar dapat dapat berope beroperas rasi. i. Rangkaian pokok dari catu daya tidak lain adalah suatu penyearah yakni suatu rangkaian yang mengubah sinyal bolak-balik (AC) menjadi sinyal searah searah (DC). (DC).

Sumber Sumber daya daya dipero diperoleh leh dari dari batera baterai, i, solar solar sel, sel, generat generator or

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 ) k e D C (searah ). Pros Proses es peng pengub ubah ahan an dimu dimula laii dari dari penyea penyearah rahan an oleh oleh diode, diode, pengha penghalus lusan an tegang tegangan an kerut kerut (Ripple Ripple Voltage 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 DIODA SEBAGAI SEBAGAI PENYEARAH PENYEARAH Dioda semikonduktor

Baha Bahan n dasa dasarr yang yang bany banyak ak digu diguna naka kan n untu untuk k memb membua uatt pira pirant ntii 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. Diod Dioda a memp mempun unya yaii elek elektr trod oda a Anod Anoda a yang yang berk berkut utub ub posi positi tiff dan dan elektroda Katoda yang berkutub negatif. Simbol dioda diperlihatkan seperti pada gambar 1.1.

Gambar 1.1 Simbol Dioda a. Bias Bias Maj Maju u Diod Dioda a

 Jika anoda dihubungkan pada polaritas positif batere, sedangkan katoda pada polaritas negatif seperti gambar 1.2, maka keadaan dioda dioda disebu disebutt arah maju maju (forwa (forwardrd-bia bias) s) aliran aliran arus arus dari dari anoda 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 Bias Mundu Mundur r Dioda Dioda

 Jika katoda dihubungkan pada polaritas positif batere, sedangkan anoda pada polaritas negatif seperti gambar 1.4, maka keadaan dioda dioda disebu disebutt arah mundur mundur (rever (reversese-bia bias) s) dan aksiny aksinya a sama sama dengan rangkaian terbuka.

Gambar 1.4 Bias mundur –Saklar off 

Sebagai sifat dioda, pada saat reverse, nilai tahanan dioda relatif  sangat sangat besar besar dan dioda dioda ini tidak tidak dapat dapat mengha menghanta ntarka rkan n arus. arus. Gambar Gambar 1.5 memperlihat memperlihatkan kan kurva kurva pada saat saat reverse. reverse. harga

nominal

baik

arus

maupun

tegangan

HargaHarga-

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 Penyearah setenga setengah h gelombang gelombang (half (half wave wave rectifier) rectifier) 2. Penyearah Penyearah gelomb gelombang ang penuh penuh (full (full wave rectifier) rectifier) 1) PENYEARAH PENYEARAH (RECTIFIER) (RECTIFIER)

Tegangan

arus

meng mengop oper eras asik ikan an

searah pera perala lata tan n

biasanya elek elektr tron onik ik,,

dibutuhkan misa misaln lnya ya

untuk

pesa pesawa watt

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 Pada sist sistem em rangk rangkai aian an peny penyea eara rah h ada ada 4 fung fungsi si dasa dasarr yang yang dibahas, yaitu: 1. Tran Tranfo form rmas asii tega tegang ngan an yang yang dipe diperl rluk ukan an untu untuk k menu menuru runk nkan an tegangan yang diinginkan. 2. Rangkaian Rangkaian penyearah, penyearah, rangkaia rangkaian n ini untuk mengub mengubah ah tingkat tingkat tegangan arus bolak balik ke arus searah. 3. Filt Filter er,, meru merupa paka kan n rang rangka kaia ian n untu untuk k memp mempro rose ses s fluk fluktu tuas asii penyearahan yang menghasilkan keluaran tegangan DC yang lebih rata. 4. Regula Regulasi, si, adalah adalah paramete parameterr yang yang sangat sangat penting penting pada catu daya dan regulator tegangan dengan bahan bervariasi. 1) PENYEARAH PENYEARAH SETENGAH SETENGAH GELOMB GELOMBANG ANG

Contoh Contoh sederh sederhana ana rangka rangkaian ian penyea penyearah rah seteng setengah ah gelomb gelombang ang diperlihatkan seperti gambar 1.6 Us

Diode

+ Time

-

Us

RL

common Gambar 1.6 Rangkaian Penyearah setengah setengah gelombang gelombang

  Jika dioda dalam kondisi menghantar (conduct) pada setengah period perioda a positi positif, f, dioda dioda terseb tersebut ut pada pada keadaa keadaaan an forwar forward d biased 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 Secara prakti praktis, s, tegang tegangan an keluar keluaran an (UL) hamp hampir ir sama sama deng dengan an sumber Us Drop tegangan pada dioda lebih kurang 700mV. Gamb Gambar ar

1.7 1.7

memp memper erli lih hatk atkan

ben bentuk tuk

gelo gelomb mban ang g

pro proses ses

penyearahan setengah gelombang.

Gambar 1.7 Bentuk Gelombang Output Penyearah Setengah Gelombang

Untuk Untuk menghi menghitun tung g besarn besarnya ya harga harga rata-r rata-rata ata dari dari signal signal yang yang disearahkan, kita dapat menghitung dari luas kurva seperti pada gambar 1.8

Gambar 1.8 kurva harga rata-rata 2) PENYEARAH PENYEARAH GELOM GELOMBANG BANG PENUH

Rang Rangka kaia ian n

peny penyea eara rah h

gelo gelomb mban ang g

penu penuh h

dapa dapatt

dipe dipero role leh h

dengan dua cara. Cara Cara

pert pertam ama a

meme memerl rluk ukan an

tran transf sfor orma mato torr

sada sadapa pan n

pusa pusatt

(Centre Tap-CT). Cara

yang

lain

untuk

mendapatkan

keluara aran

(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 B

R L

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 D 1 menghantar (conduct) sedangkan D 2 tidak menghantar (reverse biased). Pada saat A berpolaritas negatif , sedang B berpolaritas positif, pada saat ini D 2 menghantar sedangkan D1 tidak menghantar. Bentuk gelombang input dan output ditunjukkan seperti terlihat pada gambar 1.11

Gambar Gambar 1.11 1.11

Bentuk Bentuk

gelom gelomban bang g Penyea Penyearah rah gelom gelomban bang g

 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 = ----------

RL

4.2 Penyearah Gelombang Penuh Sistem Jembatan

Rangkaian penyearah ini memerlukan empat buah buah dioda dioda yang dipasa dipasang ng dengan dengan konfig konfigura urasi si jembat jembatan an sepert sepertii terlih terlihat at pada pada gambar 1.13 a)

b) A

+

D1

D2

B

Bridge rectifier 

D3

+ D4

RL

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 kondisi menghant menghantar ar seadangka seadangkan n

D4

dan D1 tidak menghantar. Pada Pada saat saat termi termina nall A nega negati tiff

dan dan B posi positi tip p , diod dioda a yang yang

meng mengha hant ntar ar adal adalah ah 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 dan dua dua buah buah diod dioda a lain lainny nya a tida tidak k meng mengha hant ntar ar sehi sehing ngga ga menghasilkan bentuk gelombang penuh.   Teg Tegan anga gan n ratarata-ra rata ta (Udc) sama sama deng dengan an sist sistem em peny penyea eara rah h dengan menggunakan trafo CT. Bentuk Bentuk gelombang gelombang keluaran keluaran (output) (output) terlihat terlihat seperti seperti gambar gambar 1.14.

a. Kelebi Kelebihan han sistem sistem jembata jembatan n terhad terhadap ap siste sistem m trafo trafo CT adalah adalah adanya dioda yang tersambung seri sehingga masing-masing dioda dapat menahan tegangan balik maksimumnya. 1) FILT FILTER ER

Penyearah tanpa filter menghasilkan keluaran sinyal output yang berupa pulsa. Walaupun nilai rata-rata dari sinyal sinyal ini tidak nol, akan tetapi sinyal ini masih belum dapat dipakai sebagai sumber daya atau catu daya untuk peralatan elektronika e lektronika seperti pesawat radio, tape, komputer komputer dan lain-lain. lain-lain. Oleh karena itu itu diperlukan rangkaian tambahan untuk lebih menghaluskan atau meratakan sinyal keluaran tersebut. 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 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 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 daya adalah regulas regulasii tegangan tegangan (V.R.). (V.R.).

Tegangan Tegangan keluaran keluaran

suatu catu daya dalam keadaan ada beban cenderung lebih kecil dibanding dengan tegangan keluaran dalam keadaan tanpa beban. Semaki Semakin n kecil kecil perbed perbedaan aan terseb tersebut, ut, semaki semakin n baik baik kualit kualitas as suatu suatu catu daya. daya. Demikian Demikian pula sebalikny sebaliknya, a, semakin semakin besar perbedaa perbedaan n ters terseb ebut ut,, sema semaki kin n jele jelek k kual kualit itas as suat suatu u catu catu daya daya..

Regu Regulas lasii

tegangan bisa didefinisikan sebagai berikut. Udc tanpa beban – Udc beban penuh U.R. = ------------------------------------------------Udc beban penuh UNL – VFL % U.R. = ----------------- x 100 % VFL Suatu penyearah tanpa filter akan menghasilkan tegangan keluaran yang yang juga juga terd terdir irii atas atas komp kompon onen en DC dan dan komp kompon onen en AC (rip (ripel el). ). 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 Sedangkan Penyearah Penyearah gelombang gelombang penuh penuh menghasilk menghasilkan an tegangan 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). (C). Filter C ini sangat sangat sederhana yaitu dengan cara mena menamb mbah ahka kan n seca secara ra para parall llel el komp kompon onen en C pada pada peny penyea eara rah. h. 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) = --------------4 3.f.R.C 

Sehingga faktor ripelnya dapat diperoleh: 1 r = --------------- x 100 % 4√3.f.R.C Untu Untuk k memp memper erol oleh eh kelu keluar aran an catu catu daya daya yang yang lebi lebih h halu halus s dapa dapatt diguna digunakan kan filter filter RC, yakni yakni gabung gabungan an antara antara kompon komponen en C dan R. Rangkaian dasar filter RC dapat dilihat pada gambar 1.18.

Gambar 1.18. Rangkaian dasar filter RC

2) IC. (Inte (Integrate grated d Circuit) Circuit)

Regula Regulator tor tegang tegangan an dengan dengan menggu menggunak nakan an kompon komponen en utama utama IC (integrate (integrated d circuit) circuit) mempunyai mempunyai keuntunga keuntungan n karena karena lebih kompak kompak (praktis) dan umumnya menghasilkan penyetabilan tegangan yang lebih baik. Fungsi-fungsi seperti pengontrol, pengontrol, sampling, sampling, komparator, komparator, refere referensi nsi,, dan protek proteksi si yang yang tadiny tadinya a dikerj dikerjaka akan n oleh oleh kompon komponen en diskrit, diskrit, sekarang sekarang semuanya semuanya dirangkai dirangkai dan dikemas dikemas dalam dalam IC. Ada beberapa jenis IC yang menghasilkan tegangan keluaran tetap baik positi positip p maupun maupun negati negatip, p, ada pula pula yang yang mengha menghasil silkan kan tegang tegangan an keluar keluaran an yang bisa bisa diatur. diatur.

IC regulat regulator or teganga tegangan n tipe LM78xx LM78xx

(ser (serie ies) s) meng mengha hasi silk lkan an tega tegang ngan an teta tetap p posi positi tip, p, seda sedang ngka kan n tipe tipe LM79xx (series) menghasilkan tegangan tetap negatip.

Gambar 7.2 bentuk IC regulator regulator dan simbol simbol rangakain

Pada Pada gambar gambar 7.1 terlih terlihat at bahwa bahwa IC regula regulator tor tipe tipe LM7812 LM7812 akan akan menghasilka menghasilkan n tegangan tegangan keluaran keluaran tetap tetap sebesar sebesar positip positip 8 Volt.

IC

  jen jenis is ini ini memp mempun unya yaii 3 buah buah term termin inal al,, yakn yaknii masu masuka kan n (inp (input ut), ), keluaran keluaran (output), (output), dan ground ground (GND). (GND).

Spesifikas Spesifikasii tegangan 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)

LM7805

LM7905

Tegangan Output (Volt) +5 -5

Tegangan Input Minimal (Volt) + 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)

Regu Regula lato torr tiga tiga term termin inal al adal adalah ah “ Inte Integr grat ated ed Volt Voltag age e Regu Regula lato torr Circ Circu uit

“

yang ang

dira diranc ncan ang g

untu untuk k

mem mempert pertah ahan anka kan n

tegan egang gan

outputnya tetap dan mudah untuk dirangkai. Keuntungannya adalah: 1. Membutuhk Membutuhkan an penambahan penambahan komponen komponen luar luar yang sangat sangat sedikit, sedikit, ukuran kecil 2. Mempunyai Mempunyai proteks proteksii terhadap terhadap arus arus hubung hubung singkat. singkat. 3. Mempunyai Mempunyai automatic automatic thermal thermal shutdo shutdown. wn. 4. Mempunyai Mempunyai tegang tegangan an output output yang yang sangat sangat konstan konstan

5. Mempun Mempunyai yai arus arus rendah rendah 6. Mempunyai Mempunyai ripple ripple outpu outputt yang sangat sangat kecil. kecil. 7. Pemb Pembiy iyaa aan n rend rendah ah Seri eri LM 78XX 78XX adala dalah h reg regulat ulato or deng engan tiga iga term erminal inal,, dap dapat diperoleh dengan berbagai tegangan tetap Bebera Beberapa pa IC regula regulator tor mempun mempunyai yai kode kode yang yang dibuat dibuat oleh oleh pabrik 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   Z

Standart ketepatan Tipe pembungkus , ZTO-92 Plastic

Seri LM 78XXC dapat diperoleh dalam kemasan TO-3 alamunium, arus arus kelu keluar aran an (out (outpu put) t)

1A ,bol ,boleh eh lebi lebih h asal asalka kan n IC regu regula lato torr

dilen dilengk gkap apii deng dengan an pend pendin ingi gin n (heat (heat-- sink sink). ). Regu Regula lato torr LM 78XX 78XXC C mudah mudah dipaka dipakaii dan tambah tambahan an kompon komponenen-kom kompon ponen en ektern ektern tidak tidak banyak. Sifat-sifat IC regulator LM 78XX adalah sebagai berikut: 1. Arus Arus kelua keluaran ran melebi melebihi hi 1A 1A 2. Pengamanan Pengamanan pembebanan pembebanan lebih termik 3. Tidak diperlukan diperlukan komponen komponen tambahan tambahan 4. Ada pengaman pengamanan an untuk untuk transisto transistorr keluaran keluaran ( output output ) Dapat diperoleh dalam kemasan TO-3 aluminium

BAB II PENGUKURAN

1) Gamb Gambar ar Ke Kerj rja: a:

 Schematic Diagram Power Supply

 PCB Power Supply

2) Hasi Hasill Peng Penguk ukur uran an ➢ Osciloscope A. Penguk Pengukura uran n teganga tegangan n input input AC V= 18Vp-p Vrms= Vp-p/2,828 Vrms= 6,36V B. Penguk Pengukura uran n Frekuen Frekuensi si input input AC T= 2mS F= 1/T F= 1/2 x10 -3 F= 500Hz C. Penguk Pengukura uran n tegang tegangan an outpu outputt V= 5V ➢

Multimeter  A. Penguk Pengukura uran n teganga tegangan n input input AC V= 6,2V

B. Penguk Pengukura uran n tegang tegangan an outpu outputt V= 5V Tabel perbandingan pengukuran Oscisolcope dengan Multimeter

Satuan Ukur Fin Vin Vout

Osciloscope 500Hz 6,36V 5V

Multimeter   ~ 6,2V 5V