CATU DAYA DAN REGULATOR

BAB I

PENDAHULUAN

1.1  Latar Belakang

Catu daya suatu rangkaian elektronik yang dapat mengubah arus listrik bolak-balik (AC) dari PLN menjadi arus listrik searah (DC) yang akan digunakan sebagai sumber tenaga. Namun, untuk aplikasi yang membutuhkan catu daya lebih besar, sumber dari baterai tidak cukup. Sumber catu daya yang besar adalah sumber bolak-balik AC dari pembangkit tenaga listrik. Catu daya (power supply) merupakan salah satu peralatan yang sering kita jumpai dalam  kehidupan sehari-hari, biasanya digunakan sebagai sumber catu daya untuk alat-alat elektronik dengan daya rendah.

 Pada dasarnya power supply ini mempunyai konstruksi rangkaian yang hampir sama yaitu terdiri dari trafo, penyearah, dan penghalus teganagan. Dalam pembuatan rangkaian catu daya selain menggunakan komponen utama juga diperlukan komponen pendukung agar rangkaian  berfungsi dengan baik menggunakan komponen tersebut antara lain : multimeter digital dan analog, proto board, kabel jumper, penjepit buaya, dioda IN4002, kapasitor 0,01 dan 2200μF , trafo CT 1A, resistor 330Ω, IC regulator 7805 dan 7812.Catu daya merupakan suatu rangkaian elektronik yang mengunag arus listrik bolak-balik menjadi arus listrik searah. Hampir semua peralatan elektronik membutuhkan catu daya agar dapat berfungsi.

Sedangkan regulator berfungsi untuk membatasi tegangan. IC regulator contohnya IC LM7805  dimana batas tegangan maksimalnya adalah 5 Volt. Apabila IC regulator diberikan tegangan masukan bernilai di bawah 5 Volt, maka tegangan keluaran akan bernilai sama dengan tegangan masukan. Akan tetapi, apabila tegangan masukan diberikan lebih besar dari 5 Volt, maka tegangan keluaran akan tetap bernilai 5 Volt.

1.2  Tujuan

1.      Untuk mengetahui prinsip kerja regulator

2.      Untuk mengetahui karektiristik dioda sebagai penyearah

3.      Untuk mengetahui prisip kerja catu daya

4.      Untuk mengetahui aplikasi catu daya

BAB II

DASAR TEORI

Dioda-dioda semikonduktor biasanya digunakan untuk mengkonversi arus bolak-balik ac menjadi arus searah dc dimana dalam kasus ini dioda ini disebut sebagai penyearah (rectifier). Bentuk paling sederhana dari rectiifier memilki satu dioda tunggal dan, karena hanya bekerja pada setengah-siklus positif atau negatif dari sumber, rangkaian ini dikenal sebagai rectifier setengah gelombang.

            Gambar memperlihatkan sebuah rectifier sederhana. Tegangan sumber (240V) diumpankan ke sisi primer dari sebuah transformator step-down (T1). Sisi sekunder dari T1 menurunkan tegangan rms yang besarnya 240V ke rms 12V (rasio lilitan T1 oleh karenanya adalah 240/12 atau 20:1). Dioda D1 hanya akan mengizinkan arus untuk mengalir pada arah yang diperlihatkan (yaitu dari katoda ke anoda). D1 akan dibias maju selama berlangsungnya setiap setengah siklus positif (relatif terhadap common) dan secara efektif akan bekerja menyerupai suatu saklar tertutup. Ketika arus rangkaian berusaha mengalir ke arah yang berlawanan, mendapati energi kinetik untuk mencapainya. Ketika dioda terhubung ke sebuah sumber tegangan bolak-balik, anoda dari sebuah dioda akan berganti menjadi positif dan negatif ke katoda bias tegangan pada dioda akan berbalik mundur, menyebabkan dioda akan bekerja menyerupai suatu saklar terbuka.Dalam rangkaian, dioda praktis digambarkan oleh dioda ideal secara seri dengan resistansi maju Rf.Salah satu fungsi dari dioda ialah sebagai penyearah arus ,dimana penyearahan merupakan proses dimana arus atau  tegangan bolak – balik diubah  menjadi arus atau  tegangan searah. Setiap peralatan listrik yang memberikan resistansi rendah ke arus menurut satu arah dan resistansi tinggi pada arah yang berlawanan dinamakan penyearah. Karena resistansi maju dari dioda hampa rendah  dan resistansi baliknya sangat tinggi .Pesaklaran D1 akan menghasilkan tegangan output yang berdenyut yang timbul pada resistor beban (R_L). Karena sumber berada pada frekuensi 50 Hz, pulsa-pulsa tegangan yang timbul pada R_L juga akan berada pada frekuensi 50 Hz, sekalipun hanya setengah dari siklus ac saja yang muncul. Selama setengah siklus positif, dioda tersebut akan memiliki nilai ambang tegangan maju sebesar 0,6 V hingga 0,7 V yang merupakan sifat dioda silikon pada umumnya. Tetapi, selama setengah siklus negatif ini puncak tegangan ac pada D1 akan jatuh karena D1 mengalami bias mundur. Hal ini merupakan salah satu faktor pertimbangan yang penting dalam memilih dioda untuk suatu aplikasi tertentu. Dengan mengasumsikan bahwa sisi sekunder T1 memberikan tegangan rms 12 V, tegangan output puncak dari lilitan sekunder transformator akan diberikan oleh :

V_pk = 1,414 x V_rms = 1,414 x 12 V = 16,986 V   ................................................................. (2.22)

Tegangan puncak yang diberikan ke D1 oleh karenanya adalah sekitar 17 V. Setengah siklus negatif diblok oleh D1 sehingga hanya setengah siklus positif sajalah yang muncul pada R_L. Tetapi, perhatikan bahwa tegangan puncak aktual pada R_L adalah tegangan positif puncak 17 V yang diberikan oleh sisi sekunder T1, dikurangi nilai ambang tegangan maju 0,7 V dari D1. Dengan kata lain, akan muncul pulsa-pulsa setengah siklus positif dengan amplitudo sebesar 16,3 V pada R_L.

Rangkaian penghalus dan reservoir

Sebuah kapasitor C1, telah ditambahkan untuk memastikan bahwa tegangan output tetap berada pada

atau mendekati, tegangan puncak bahkan disaat dioda tidak melakukan penghantaran. Ketika tegangan primer diberikan pertama kali kepada T1, tegangan output setengah siklus pertama dari sisi sekunder akan mengisi C1 dengan muatan hingga mencapai nilai puncak, dilihat dari R_L. Karena C1 dan R_L terhubung paralel, tegangan pada R_L akan sama dengan tegangan pada C1. Waktu yang dibutuhkan untuk mengisi C1 hingga mencapai level maksimum (puncak) ditentukan oleh konstanta waktu rangkaian pengisinya (resistansi seri dikalikan nilai kapasitansi).  Konstanta waktu pelepasan muatan ditentukan oleh nilai resistansinya dan resistansi beban R_L. Dalam prakteknya, R_L jauh lebih besaar dari pada resistansi rangkaian sekunder sehingga C1 membutuhkan waktu yang cukup lama untuk melepas muatan.                                                                                                                                                    (Michael Tooley, 1995)

Tabung Dioda Mengubah AC ke DC

Tabung vakum “rectifier”, atau “dioda”, telah dijelaskan oleh fisikawan Inggris J. A. Fleming (1849-1945) pada tahun 1904. Sebuah dioda terdiri dari dua konduktor terpisah yang diketahui sebagai elektroda (karenanya dinamakan “di-oda”) ditambah sebuah elemen pemanas, dikelilingi sebuah kaca yang dipisahkan atau berisi logam. Kabel dihubungkan ke pemanas dan kedua elektroda saling berhadapan satu sama lain dari tabung dan terhubung ke pin dalam dasar tabung. Catu daya suatu rangkaian elektronik yang dapat mengubah arus listrik bolak-balik (AC) dari PLN menjadi arus listrik searah (DC) yang akan digunakan sebagai sumber tenaga.

            Dioda digunakan untuk mengubah AC menjadi DC. Karena kebanyakan alat elektronik adalah AC, dan kebanyakan tabung elektronik dan semikonduktor memerlukan operasi DC, dioda ditemukan pada kebanyakan instrumen elektronik, termasuk radio dan satu set TV.

            Sebuah dioda bekerja dengan cara berikut. Pemanas dihubungkan ke sumber tegangan dan arus yang melewati seluruh pemanas menyebabkan pemanas menjadi panas. Pemanas sangat dekat kepada salah satu elektroda yang disebut katoda dan menyebabkan katoda sendiri menjadi sangat panas. Katoda terbuat dari sebuah logam khusus atau sebuah logam oksida. Oleh karenanya, ketika dipanaskan, banyak dari elektron mendapati energi kinetik untuk mencapainya. Ketika dioda terhubung ke sebuah sumber tegangan bolak-balik, anoda dari sebuah dioda akan berganti menjadi positif dan negatif ke katoda. Ketika anoda menjadi positif, muatan elektron yang negatif diemisikan (dikeluarkan) oleh katoda panas yang ditarik kepadanya, dan sejumlah besar aliran arus meliputi seluruh tabung. Ketika anoda kembali negatif, elektron-elektron diusir olehnya dan tinggal mendekati katoda; tak ada aliran arus sama sekali. Dengan demikian sebuah dioda mengizinkan arus mengalir hanya dalam satu arah, tidak sebaliknya. Maka dari itu, dioda dikatakan dapat mengubah arus bolak balik AC menjadi arus yang searah atau DC. Karena itulah dalam pemakaiannya, dioda sangat diperlukan dalam pelajaran elektronik yang telah dipelajari.                                                                                                                             (Giancoli, 2001)

Rangkaian penyearah adalah suatu rangkaian yang mengubah tegangan bolak balik (ac) menjadi tegangan searah (dc).  Terdapat beberapa jenis rangkaian penyearah, yang masing-masing kenis memberikan hasil yang berbeda-beda terhadap bentuk tegangan dc yang keluar. Perbandingan antar tegangan dc yang keluar terhadap tegangan ac yang ikut serta pada hasil output dinamakan faktor ripple (riak). Notasi untuk faktor ripple yang diberikan disini adalah r. Biasanya faktor ripple dapat dihitung dengan rumus :

r        ..................................................................................... (2.1)

Komponen dc adalah harga rata-rata tegangan dc pada output. Ini dapat dihitung dengan rumus :

V_dc =     ................................................................................................. (2.2).

Komponen ac adalah harga rms dari tegangan ac yang keluar. Komponen ac tercampur dengan komponen dc. Sangat sulit memisahkan terlebih dahulu komponen ac dari komponen dc. Maka untuk menghitung faktor ripple, digunakan rumus pendekatan :

r =       ......................................................................................... (2.3)

dimana   merupakan harga rms total (mengandung komponen ac dan komponen dc) dari tegangan output. Ini dapat dihitung dengan rumus :

V_rms  =     .................................................................................................. (2.4)

Penyearah Setengah Gelombang  

Apabila tegangan input berbentuk sinus, dapat dituliskan :

V_i =       untuk  0 < t < T/2    ...................................................................... (2.5)

Bentuk gelombang output V₀ , apabla dituliskan secara matematik adalah sebagai berikut :

V₀(t) = V_m sin t        untuk  0 < t < T/2      .............................................................. (2.6)

V₀(t) = 0                      untuk  T/2 < t < T      ............................................................. (2.7)

Berdasarkan rumus diatas, dapat dihitung V_dc dan V_rms yaitu :

V_dc =

       =  

                               =         .............................................................................................................. (2.8)

V_rms =

        =

        = V_m

        =                    .................................................................................................. (2.9)

       Nilai inilah nantinya yang akan menjadi nilai  rms total yang mengandung komponen ac dan komponen dc.

       Jadi faktor ripple untuk penyearah setengah gelombang adalah

                        r =

                          = 121 %

Penyearah Gelombang Penuh

            Rangkaian penyearah gelombang penuh menggunakan rangkaian jembatan (bridge) dapat dilihat pada gambar rangkaian yang telah diberikan dibawah ini sehingga lebih memudahkan pemahaman kita.

            Gambar 2.2 Rangkaian Penyearah Gelombang Penuh          

Terbentuknya tegangan dari penyearah gelombang penuh dengan menggunakan rangkaian jembatan . Pada setengah siklus positif (0-T/2)  dioda D₁ dan D₃ konduksi on dan menghasilkan gelombang output setengah siklus.

            Selanjutnya, untuk setengah siklus negatif (0-T/2), maka dioda D₁ dan D₄ konduksi dan menghasilkan gelombang. Gelombang yang terjadi adalah positif, sebab titik A adalah nol, dan titik B adalah positif. Pada penyearah gelombang penuh, faktor ripple lebih kecil daripada faktor-faktor dari terhubung ke sebuah sumber tegangan bolak-balik, anoda dari sebuah dioda akan berganti menjadi penyearah setengah gelombang dimana faktor ripple untuk penyearah gelombang penuh adalah 48,4 %. Makin kecil faktor ripple, makin baik hasil tegangan dc (tegangan dc makin datar). Jadi terbukti, bahwa penyearah gelombang penuh lebih baik daripada penyearah setengah gelombang).

            Daya sesaat yang diberikan ke sebuah perangkat atau elemen rangkaian didefenisikan sebagai hasil kali tegangan sesaat diperangkat tersebut dengan arus sesaat yang mengalir melewatinya (konvensi tanda negatif/positif  elemen pasif diasumsikan berlaku). Sehingga :

                        p(t) = v(t) i(t)   .......................................................................................................... (2.10)

Jika perangkat yang dibicarakan adalah sebuah resistor dengan tahanan R, maka daya dapat dinyatakan hanya dalam besaran arus atau tegangan saja :

                        p(t) = v(t) i(t) = i² (t) R =    ............................................................................... (2.11)

jika arus dan tegangan ini terkait dengan sebuah perangkat yang sepenuhnya bersifat induktif, maka :

                        p(t) = v(t) i(t) = L i(t)  =  v(t)    ..................................................... (2.12)

dimana kita akan mengasumsikan bahwa tegangan bernilai nol pada t = . Jika kita menghadapi elemen atau perangkat yang murni kapasitif,

                        p(t) = v(t) i(t) = C v (t)  =  i(t)    .................................................... (2.13)

Namun, penulisan persamaan-persamaan daya sebagai fungsi dari arus saja atau tegangan saja tidak akan banyak bermanfaat ketika kita telah beralih ke rangkaian-rangkaian yang lebih umum. Persamaan-persamaan ini sebenarnya juga tidak terlalu penting, karena kita hanya perlu menentukan arus dan tegangan di terminal-terminal input saja. Tanggapan arus yang telah kita kenal adalah

                        i(t) =    .................................................................................... (2.14)

sehingga daya total yang dipasok oleh sumber atau diserap oleh rangkaian pasif ini adalah

                        p(t) = v(t) i(t) =    ................................................................... (2.15)

karena kuadrat dari sebuah fungsi unit-step ini adalah fungsi unit-step itu sendiri. Daya yang diberikan ke atau diterima oleh resistor adalah

                         P_R(t) =  i² (t) R =    .............................................................. (2.16)

Untuk mengetahui daya yang diserap oleh induktor, pertama-tama kita menentukan tegangan induktor

                        V_L(t) = L

                                 = V₀

                                 = V₀    ........................................................................................... (2.17)

Karena  adalah nol untuk t > 0 dan  bernilai nol pada t = 0, daya yag diserap oleh induktor oleh karenanya adalah

                        P_L(t) = V_L(t) i(t) =    .................................................. (2.18)

Daya Oleh Sumber-Sumber Sinusoid

Tanggapan domain waktu yang telah kita kenal baik untuk sumber ini adalah

                        i(t) = I_m cos (    ............................................................................................ (2.19)

dimana

                        I_m =    dan     

Daya sesaat yang diberikan keseluruh angkaian saat berada dalam keadaan tunak sinusoid adalah

                        p(t) = v(t) i(t) = V_m I_m cos (  cos    ......................................................... (2.20)

yang akan lebih memudahkan kita jika dituliskan dalam bentuk yang diperoleh dengan merujuk ke identitas trigonometri untuk hasil kali dua fungsi kosinus. Sehingga

p(t) =  

       =   + cos (    ........................................................ (2.21) Persamaan terakhir ini memperlihatka sejumlah karakteristik tertentu yang berlaku secara umum untuk rangkaian-rangkaian dalam keadaan tunak sinusoid. Salah satu suku yaitu suku pertama bukan merupakan sebuah fungsi waktu, suks kedua pada persamaan ini berubah-ubah nilainya menurut siklus yang periodenya setengah dari periode gelombang sumber atau pada frekuensi dua kali frekuensi sumber.                             

            Dalam dioda,elektron yang dipancarkan dari katoda akan mengalir menuju anoda,kalau anoda dijaga tetap berpotensial positif dibandingkan dengan katoda. Aliran ini dalam dioda akan menghasilkan arus dalam arah dari anoda ke katoda.untuk dioda yang diketahui,arus ini dinamakan arus anoda.tergantung pada tegangan anoda dan katoda(dinamakan tegangan anoda)dan juga pada temperatur katoda.kalau anoda mempunyai potensial lebih rendah daripada katoda,tidak ada arus mengalir dalam tabung karena elektron-elektron ditolak oleh anoda.                                                                        (Purwoko,1993) Untuk temperatur filamen yang diketahui,grafik yang menunjukkan perubahan arus anoda dari dioda menurut tegangan anoda dinamakan lengkung karakteristik satatis dari dioda atau karakteristik dioda.Dalam daerah terbatas  muatan ruang dan daerah terbatas temperatur. Dalam daerah terbatas muatan ruang,arus naik menurut kenaikan potensial anoda menurut hukum pangkat . Dalam daerah terbatas temperatur, lengkungan hampir paralel dengan sumbu tegangan dioda. Kenaikan sedikit arus anoda menurut tegangan  anoda dalam daerah terbatas temperatur,disebabkan oleh efek Schottky.

Perpindahan  daerah terbatas muatan  ruang ke daerah terbatas temperatur tidak begitu tajam, tetapi terjadi dalam daerah sempit tegangan anoda. Lebih lanjut, untuk harga – harga filamen rendah, terjadi perpindahan pada harga tegangan anoda yang lebih rendah,Satu set lengkung yang menghubungkan arus anoda dengan temperatur katoda untuk tegangan anoda yang diketahui dapat digambarkan. Lengkung – lengkung  demikian juga dikenal sebagai karakteristik dioda.

Dalam karakteristik dioda juga ditunjukkan dua daerah arus anoda, yaitu daerah terbatas temperatur dan daerah teerbatas muatan ruang. Dioda merupakan salah satu  komponen – komponen elektronika yang memiliki dua elektrode logam, katoda dan anoda yang dipisahkan oleh hampa,maka alat ini membentuk kapasitor. Besar kapasitansi ini 5-10 pF. 

Suatu  dioda dikatakan ideal kalau lengkung karakteristik volt dan ampere seperti yang trtera pada gambar sebelumnya. Resistansi maju dari dioda ideal sama dengan nol dan resistansi baliknya sama dengan tidak terhingga.karakteristik dioda ideal juga tidak tergantung pada temperatur filamen. Kapasitansi dioda dalam keadaan ideal diabaikan. Dalam rangkaian, dioda praktis digambarkan oleh dioda ideal secara seri dengan resistansi maju Rf.Salah satu fungsi dari dioda ialah sebagai penyearah arus ,dimana penyearahan merupakan proses dimana arus atau  tegangan bolak – balik diubah  menjadi arus atau  tegangan searah. Setiap peralatan listrik yang memberikan resistansi rendah ke arus menurut satu arah dan resistansi tinggi pada arah yang berlawanan dinamakan penyearah. Karena resistansi maju dari dioda hampa rendah  dan resistansi baliknya sangat tinggi . dioda dapat digunakan sebagai penyearah sifat penyearahan dioda dapat dipelajari dengan  cara berikut dengan pertolongan  karakteristik dinamisnya. Harga arus searah  atau harga rata – rata tegangan masuk e adalah  nol. Tetapi dengan tidak adanya setengah siklus negatif, tegangan keluaran  mempunyai komponen arus searah (dc).jadi telah terjadi penyearahan.Suatu transformator digunakan pada masukan dalam  tugasnya adalah  menaikkan atau  menurunkan tegangan bolak –balik (ac) utama yang dihubungkan ke kumparan primer. Kalau tegangan utama ac, tegangan masukan  penyearah sama dengan e, dimana n adalah perbandingan antara jumlah lilitan transformator  sekunder ke primer.

 Dari pembahasan ssebelumnya diketahui  bahwa tegangan keluarannyahanya berisi setengah siklus positif,karena dioda mengantar hanyaselama interval – interval tersebut. Hal inilah yang disebut dengan penyearah setengah gelombang.

Dalam proses penyearahan setengah gelombang,arus mengalir melewati resistansi beban hanya selama setengah bagian positif dari sinyal masuk. Kalau arus yang telah diserahkan  mengalir lewat resistansi beban menurut arah yang sama selama siklus penuh dari sinyal masuk, penyearah dinamakan penyearah gelombang penuh.dua dioda serupa dan sadapan – tengah (centre tap) pada kumparan sekunder transformator digunakan .karena masing – masing  setengah dari kumparan sekunder trafo mempunyai lilitan yang sama,tegangan yang diinduksikan dalam masing – masing setengah kumparan sekunder trafo akan  mempunyai besar yang sama. Namun kedua tegangan ini bergeser fasenya sebesar  satu sama lain. Untuk mengetahui penampilan suatu rangkaian penyearah, kita harus mengevaluasi beberapa besaran yang ada hubungannyadengan proses penyearahan. Ada beberapa faktor yagn mempengaruhi mutu penyearahan yaitu :

1.      Harga rata –rata atau  harga dc (Arus searah) dan arus beban

Arus beban dalam rangkaian penyearah  dalam rangkaian penyearah tidak mantap sempurna, tetapi merupakan fungsi periodik menurut waktu. Mutu penyearahan ditentukan olehkomponen dc dari fungsi periodik.

2.      Faktor kerutan

Arus keluaran dari penyearah terdiri dari bagian mantap. Bagian mantap tersebut ditambahkan komponen – komponen  fluktuasiperiodik, yang mengakibatkan arus bolak – balik ke arus searah oleh penyearah menjadi tidak sempurna. Ukuran dari ketidak sempurnaan atau dari komponen fluktuasi diberikan oleh faktor kerutan (ripple)yang didefinikan sebagai hasil bagi antara  komponen arus atau tegangan beban dan harga rata –rata arus atau tegangan beban.

3.      Efisiensi  penyearah

Efisiensi penyearah didefinisikan sebagai hasil bagi antara daya keluaran dc dari penyearah ke daya pemasukan ac. Perbandingan ini juga dikenal sebagai efisiensi konversi atau sering juga disebut efisiensi teoretis.

Faktor kerutan dari penyearah gelombang penuh juga leb ih kecil.jadi penyearah gelombang penuh lebih baik dan lebih menguntungkan dibanding penyearah setengah gelombang.Tegangan balik puncak yaitu : besaran ini disingkat dengan PIV (peak inverse voltage) merupakan tegangan balik maksimum lewat dioda,yakni antara katoda dan anoda,kalau tabung tidak menghantar.

Dalam penyearah setengah gelombang, PIV merupakan tegangan maksimum lewat sekunder transformator. Dalam penyearah gelombang penuh,dengan mengabaikan penurunan tegangan lewat tabung, PIV untuk masing – masing dioda, tegangan balik puncak rata –rata ditentukan oleh pabrik pembuat tabung. Sebuah potensial masukkan gelombang sinus menghasilkan sebuah gelombang keluaran gelombang setengah,dengan pelurus dioda. Dengan pelurus diodayang pada pokonya bertindak sebagai sebuah rangkaianpendek untuk satu polaritas potensial masukan dan yang lainnya. Ternyata,sebuah pelurus dioda ideal ,hanya mempunyai kedua ragam operasi ini. Operasi itu adalah ON (yakni hambatannya nol) atau OFF (yakni hambatannya tak terhinnga).

Dalam operasi sebenarnya,PIV tidak boleh melebihi harga rata –rata ini. Kalau tidak, dioda akan mengalami kerusakan. Dalam hal ini kita akan membahas mengenai penyaring atau filter. Rangkaian penyearah yang harus sempurna memberikan tegangan mantap bebas kerutan  lewat resistansi bebannya. Keluaran dari penyearah setengah gelombang atau penyearah dari gelombang penuh terdiri dari komponen- komponen kerutan ditambah suku (dc) searah. Penampilan penyearah demikian dapat diperbaiki dengan memasukkan rangkaian tambahan antara penyearah dan beban untuk mengurangi komponen – komponen utama kerutan. Rangkaian tambahan ini disebut penyaring atau filter.

Dalam peristiwa yang sederhana filter terdiri dari kapasitor C yang ditempatkan bercabang dengan resistansi beban , atau suatu induktor L. Yang ditempatkan seri dengan resistansi   . Isi keluaran dari kerutan penyearah dapat diperkecil lebih lanjut dengan menggunakan rangkaian filter LC seksi”L”atau seksi” ”.Aksi rangkaian filter dapat dimengerti dengan cara berikut. Dalam peristiwa filter kapasitor yang digunakan paralel dengan resistansi beban, reaktansi dari kapasitansi C pada frekuensi sinyal masuk diambil sangat kecil dibandingkan dengan   . Maka komponen kerutan dipintas oleh kapasitor dan fluktuasi tegangan dekat resistansi berkurang.Dalam peristiwa induktor yang seri dengan resistansi beban,reaktansi induktor pada frekuensi sinyal masuk diambil jauh lebih besar daripada  . Maka komponen ac dari keluaran penyearah terutama akan muncul lewat induktansi.

Komponen dc dilewatkan induktor tanpa mengalami banyak perlemahan kalau resistansi induktor ke arus searah diabaikan. Jelas, fluktuasi dari tegangan lewat  akan lebih kecil.Dalam rangkaian LC, yang ditunjukkan merupakan aksi penyaringan baik dari filter induktor maupun filter kapasitor ditunjukkan. Tidak banyak pengangkut mayoritas itu yang dapat mengatasi rintangan terssebut,dan sebagai akibatnya maka arus difusi akan berkurang secara nyata. Akan tetapi,arus hanyut tidak mengindera adanya rintangan dengan demikian tidak akan bergantung dari besarnya atau arahnya potensial luar tersebut. Keseimbangan arus yang mulus yang terdapat pada kecondongan nol dengan demikian akan terganggu,dan seperti yang telah diketahui.Tegangan kerutan  diperlemah oleh induktor seri dan kapasitor cabang, dan hasilnya tegangan keluaran yang rata lewat .Apabila di gambarkan suatu rangkaian suatu rangkaian penyearah gelombang penuh dengan menggunakan filter cabang kapasitor.           Akan kita anggap kerja suatu rangkaian lebih terperinci. Kalau kapasitor tidak ada,selama setengah siklus sinyal masukkan,salah satu tabung dan penguat gelombang penuh akan menghantar dan kalau masukannya sinusoidal, keluarannya muncul tegangan setengah sinusoidal. Harga puncak tegangan setengah sinusoidal sama dengan harga penuh tegangan yang terinduksi dalam setengah bagian sekunder transformator(asalkan penurunan tegangan lewat tabung diabaikan). Kalau kapasitor yang ada,tegangan ini memberi muatan kapasitor C sampai harga mencapai puncaknya. Penghantaran tabung berarti memberikan arus pengisi muatan. Pada fase penurunan gelombang masuk, kapasitor C mengosongkan muatan lewat resistansi beban   dengan konstanta waktu yang diberikan oleh hasil kali .                                                                                                                                                (William H. H, dkk, 2005)

BAB III

METODOLOGI PERCOBAAN

3.1      Peralatan dan Komponen

3.1.1        Peralatan dan Fungsi

1.      Multimeter

Fungsi : sebagai indikator dari PSA dan untuk mengukur tegangan keluaran dari rangkaian regulator.

2.      Penjepit buaya (2 pasang)

 Fungsi : untuk menghubungkan transformator ke rangkaian pencatu daya dan menghubungkan PSA adjust ke regulator.

3.      Transformator CT 3A

        Fungsi : Untuk menurunkan tegangan pada rangkaian pencatu daya.

4.      Osiloskop

Fungsi : untuk menampilkan bentuk gelombang yang dihasilkan dari rangkaian pencatu daya.

5.      Protoboard

Fungsi : sebagai tempat untuk merangkai sementara catu daya dan regulator.

3.1.2        Komponen dan Fungsi

1.      Kapasitor (0,33μF dan 3,3 μF)

Fungsi : Untuk menyimpan muatan yang akan diberi ke IC regulator.

2.      Resistor (330Ω)

 Fungsi : Untuk menghambat arus yang akan masuk ke rangkaian  pencatu daya gelombang  setengah penuh.

3.      Dioda IN4002 (4 buah)

          Fungsi : sebagai penyearah arus yang masuk ke rangkaian pencatu daya.

4.      IC Regulator 7805 (1 buah)

         Fungsi : untuk membatasi tegangan keluaran tetap 5 volt atau menstabilkan tegangan.

3.2      Prosedur Percobaan

3.2.1        Penyearah Pencatu daya gelombang penuh

1.      Dirangkai rangkaian seperti pada gambar berikut ini.

2.      Dihubungkan kutub positif osiloskop ke titik a pada rangkaian penyearah.

3.      Dihubungkan kutub negatif osiloskop ke titik b pada rangkaian penyearah.

4.      dipasang 0 dan dan 220 volt dari trafo dari trafo ke PLN.

5.      Dihidupkan osiloskop dan dilihat bentuk gelombang yang ditampilkan pada osiloskop.

6.      Dicatat bentuk gelombang pada kertas milimeter.

3.2.2        Penyearah pencatu daya gelombang setengah penuh

1.      Dirangkai rangkaian seperti gambar dibawah ini.

2.      Dihubungkan kaki resistor yang berhubungan langsung dengan dioda ke kutub positif osiloskop.

3.      Dihubungkan kaki resistor lainnya ke kutub negatif osiloskop.

4.      Dipasang 0 dan 220 volt dari trafo ke PLN.

5.      Dihidupkan osiloskop dan dilihat bentuk gelombang pada osiloskop.

6.      Dicatat bentuk gelombang pada kertas milimeter.

3.2.3        Percobaan dengan regulator

1.      Dirangkai rangkaian seperti gambar dibawah ini.

2.      Dihubungkan positif PSA adjust ke kaki positif kapasitor 0,33μF atau ke kaki 1 IC regulator.

3.      Dihubungkan negatif PSA adjust ke kaki negatif kapasitor 0,33μF atau ke kaki 2 IC regulator.

4.      Dihubungkan positif multimeter – 1 ke kutub positif  PSA Adjust.

5.      Dihubungkan negatif multimeter – 1 ke kutub negatif  PSA Adjust.

6.      Dihubungkan positif multimeter – 2 ke kaki positif kapasitor 3,3μF atau ke kaki 3 IC regulator.

7.      Dihubungkan negatif multimeter – 2 ke kaki negatif kapasitor 3,3μF atau ke kaki 2 IC regulator.

8.      Dihidupkan PSA adjust.

9.      Divariasikan tegangan dari PSA adjust mulai (1−10) volt dengan interval 1 volt.

10.  dicatat hasil dari multimeter – 2 pada kertas data. 

BAB IV

ANALISA DATA

4.1.Gambar Percobaan

       4.1.1 Gambar Percobaan Penyearah Gelombang Penuh

         4.1.2  Gambar Percobaan Penyearah Gelombang Setengah Penuh

       4.1.3 Gambar Percobaan dengan Regulator

4.2. Data percobaan

4.2.1.Percobaan pencatu daya

1.Gelombang setengah penuh

								12
								10
								8
								6
								4
								2
												20	25	30	35
									5	10	15					40

      2.Gelombang penuh

								30
								25
								20
								15
								10
								5
												20	25	30	35	40
									5	10	15

4.2.2.Percobaan regulator

     Percobaan regulator dengan :

            IC Regulator 7805

            C₁ = 0,33  

C₁ = 3,3    

Vin(V)	Vout(V)
1	0,98
2	1,8
3	2,97
4	3,89
5	4,82
6	4,83
7	4,83
8	4,83
9	4,83
10	4,83

  

 Medan, 1 Desember 2012

           Asisten ,                                                                                                Praktikan,

   (Ervina N. Tambunan)                                                                                 (Rinto Pangaribuan)

4.3  Analisa Data

1.    Prinsip kerja pencatu daya.

Catu daya atau power supply merupakan suatu rangkaian elektronik yang mengubah arus listrik bolak-balik menjadi arus listrik searah. Transformator diperlukan untuk menurunkan tegangan AC dari jala-jala listrik pada kumparan primernya menjadi tegangan AC yang lebih kecil pada kumparan sekundernya. Kemudian setelah dikeluarkan oleh kumparan skunder menjadi arus listrik yang sangat kecil barulah arus listrik AC tersebut masuk ke komponen diode bridge untuk di searahkan. Tidak cukup disearahkan arus AC tersebut belum sempurna menjadi arus DC lalu di saring lagi oleh komponen Elco ( electrolit condensator ) untuk di perkecil lagi arus listrik AC tersebut. Kapasitor disini memiliki peraan penting dalam menjaga kesetabilan arus listrik AC yang masuk ke rangkaian untuk itu jika kita dapatkan kapasitor atau Elco dalam kondisi yang tidak layak pakai, maka akan mempengaruhi cara kerja komponen yang lainnya dikarenakan arus listrik AC yang melewati kapsitor tidak dapat tertahan atau disimpan olehnya.

Setelah melewati kapasitor arus ini akan masuk ke transistor TIP untuk mengarahkan arus tersebut ke  IC regulator yang akan menstabilkan arus menjadi tegangan dan  nantinya  IC inilah yang akan menentukan arus yang masuk ingin dijadikan out put keluaran positif (+) atau negative (-). Dengan kata lain arus listrik yang sebelumnya masuk berupa arus listrik AC setelah melewati komponen komponen yang ada pada rangkaian catu daya tersebut berubah menjadi arus  listrik DC dengan keluaran yang sudah ditentukan dan nantinya dapat diaplikasikan pada alat elektronika lainnya.

2.      Prinsip kerja masing-masing tipe IC Regulator

Regulator adalah suatu komponen elektronika yang digunakan untuk membatasi tegangan keluaran atau menstabilkan tegangan. Regulator terdiri  dua jenis yaitu IC regulator 78xx dan IC regulator 79xx. Untuk spesifikasi IC individual, xx digantikan dengan dua digit angka yang mengindikasikan tegangan keluaran yang didesain. IC Regulator 78xx adalah regulator tegangan positif, yaitu regulator yang didesain untuk memberikan tegangan keluaran positif, sedangkan IC regulator 79xx adalah regulator tegangan negatif, yaitu regulator yang didesain untuk memberikan tegangan keluaran negatif. Prinsip kerja IC regulator adalah apabila diberi masukan tegangan lebih dari kapasitas regulatornya maka tegangan yang dikeluarkan hanya tegangan yang bernilai xx. Contohnya 7805 yang digunakan dalam percobaan ini, apabila diberi tegangan masukan 1 volt, maka tegangan keluaran adalah 5 volt, namun Jika tegangan masukan adalah 6 volt maka nilai tegangan keluaran tetap 5 volt.

3.      Persen ralat Regulator

             % Ralat =  x 100 %

a.    Vin = 1

% Ralat =  x 100 % =  100%

b.    Vin = 2

% Ralat =  x 100 % = 100%

c.    Vin =3

 % Ralat =  x 100 % = 95,3 %

d.   Vin = 4

% Ralat =  x 100 % = 54,25%

e.    Vin = 5

         % Ralat =  x 100 % = 20,2 %

f.     Vin = 6

              % Ralat =  x 100 % = 20,2 %

g.      Vin = 7

 % Ralat =  x 100 % = 20,2  %

h.      Vin = 8

% Ralat =  x 100 % = 20,2 %

i.        Vin = 9

 % Ralat =  x 100 % = 20,2  %

j.        Vin = 10

 % Ralat =  x 100 % = 20,2  %

k.      Rata-rata persen ralat regulator

% Ralat =

                            = 47,075 %

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1. Kesimpulan

1.      Prinsip kerja IC regulator adalah sebagai berikut:

Regulator adalah suatu komponen elektronika yang digunakan untuk membatasi tegangan keluaran atau menstabilkan tegangan. Regulator terdiri  dua jenis yaitu IC regulator 78xx dan IC regulator 79xx. Untuk spesifikasi IC individual, xx digantikan dengan dua digit angka yang mengindikasikan tegangan keluaran yang didesain. IC Regulator 78xx adalah regulator tegangan positif, yaitu regulator yang didesain untuk memberikan tegangan keluaran positif, sedangkan IC regulator 79xx adalah regulator tegangan negatif, yaitu regulator yang didesain untuk memberikan tegangan keluaran negatif. Prinsip kerja IC regulator adalah apabila diberi masukan tegangan lebih dari kapasitas regulatornya maka tegangan yang dikeluarkan hanya tegangan yang bernilai xx. Contohnya 7805 yang digunakan dalam percobaan ini, apabila diberi tegangan masukan 1 volt, maka tegangan keluaran adalah 5 volt, namun Jika tegangan masukan adalah 6 volt maka nilai tegangan keluaran tetap 5 volt.

2.      Setelah dianalisa pada osiloskop, bentuk gelombang yang dihasilkan pada percobaan adalah gelombang penuh dan gelombang setengah penuh.

3.      Dari percobaan diketahui bahwa karakteristik dioda sebagai penyearah adalah menyearahkan arus terjadi apabila bagian anodanya mendapatkan tegangan positif dan pada katodanya mendapatkan tegangan negatif dan apabila pada bagian anodanya diberikan tegangan negatif dan katoda diberi tegangan postitif. Arus listrik biasa mengalir arah panah yaitu dari anoda ke katoda.

Kurva karakteristik dioda

4.      Aplikasi dari catu daya yaitu baterai atau accu yang merupakan sumber catu daya DC yang paling baik, namun untuk aplikasi yang membutuhkan catu daya lebih besar maka sumber dari baterai digantikan dengan PSA yang merupakan sumber catu daya AC atau dalam kehidupan sehari-hari dalam peralatan elektronika yang menggunakan adanya trafo seperti audio amplifier, radio, dll,

DAFTAR PUSTAKA

Fendi, F. 1993. “FISIKA”. Yudhistira : Bandung

           Halaman : 59-63

Giancoli, Douglas. 1998. “THE IDEAS OF PHYSIC”. Second Edition. Harcourt Brace : New York.

            Page : 366-370

Tooley, Michael. 2002. “RANGKAIAN ELEKTRONIK  PRINSIP DAN APLIKASI”. Edisi Kedua. Erlangga : Jakarta.

           Halaman : 108-113

William H, dkk. 2005. “RANGKAIAN LISTRIK”. Edisi Keenam. Jilid 1. Erlangga : Jakarta.

          Halaman : 357-375

Medan, 17 November 2012

   Asisten,                                                                                                        Praktikan

      (Ervina Tambunan)                                                                                         (Rinto Pangaribuan)

                                                                           RESPONSI

PENCATU DAYA DAN REGULATOR

Nama  : Rinto Pangaribuan                                                                     Nilai : 90

Nim     : 110801050

Asisten : Ervina N.Ttambunan

1.Jelaskan apa itu transformator.....?

            Jawab:

   Transformator adalah alat yang bisa menaikkan dan menurunkan tegangan/ arus listrik.

2. Tuiskan prnsip kerja IC Regulator per masing-masing tipe...?

         Jawab:

·         IC regulator 78xx adalah untuk tegangan tetap positif dan hanya akan mengeluarkan tegangan pada batas yang ditentukan

·         IC Regulator 79xx adalah agar tegangan tetap negatif dan hanya akan mengeluarkan tegangan pada batas yang ditentukan

3.Gambarkan tipe-tipe rangkain pencatu daya dan bentuk gelombang keluar....?

     Jawab:

       Gelombang Penuh                                                                         Gelombang setengah Penuh

                                    

4. Judul Percobaan..........!

Jawab ;

 Pencatu Daya dan Regulator

TUGAS PERSIAPAN

NAMA            : RINTO PANGARIBUAN

NIM                : 110801050

FAK/JUR        : MIPA/FISIKA S-1

1.      Sebutkan dan jelaskan pengertian,jenis dan fungsi dioda!

Jawab: dioda merupakan bentuk paling sederhana dari katup trmionik.dioda mempunyai dua elektrode,yaitu katoda dan anoda. Katoda memancarkan elektron dengan cara pemancaran termionik.elektroda lain dinamakan anoda.

bebrapa jenis dioda,antara lain;

1.dioda semikonduktor(sambungan p- n) bentuk dioda yang lazim digunakan terdiri dari semikonduktor jenis p yang dibuat bersambung dengan jenis semikonduktor jenis –n,penyambungan ini dilakukan waktu penumbukan kristal.

Dioda berfungsi sebagai penyearah arus dari AC  menjadi DC,selain itu dioda juga berfungsi sebagai pengaturan tegangan pada catu daya.

2.      Jelaskan dengan penurunan rumus hubungan besaran Vp,Vrms,f,R,dan L!

, ,R= , ,

3.      Tentukan rumus Vrpp untuk gelombang penuh dan setengah gelombang!

Untuk gelombang penuh

Untuk setengah gelombang

4.      Jelaskan prinsip dasar perbedaan antara gelombang penuh dan setengah gelombang!

Perbedaan antara gelombang penuh dengan setengah gelombang ialah pada proses penyearahan setengah gelombang,arus mengalirmelewati resistansi beban hanya selama setengah bagian positif dari sinyal masuk.bila arus yang telah diserahkan melewati resistansi beban menurut arah yang sama selama siklus penuh dari sinyal masuk itulah yang disebut dengan gelombang penuh.

5.      Gambarkan pada kertas milimeter jenis – jenis gelombang yang dihasilkan oleh suatu tegangan dan jelaskan masing – masing!min 4

DIKOMEN AJA GAN KLO ADA SALAH2 SOALNYA KURANG MAHIR JUGA...