LAB Catu Daya [PDF]

Citation preview

Laporan Praktikum Elektronika Fisis Dasar I



CATU DAYA



DISUSUN OLEH: NAMA



: PATRICK MARCELINO W.



NIM



: H211 16 309



KELOMPOK



: IV (EMPAT)



TANGGAL PERCOBAAN : 7 NOVEMBER 2017 ASISTEN



: DINA JUNIPUSPITA



LABORATORIUM ELEKTRONIKA DAN INSTRUMENTASI DEPARTEMEN FISIKA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS HASANUDDIN MAKASSAR 2017



BAB I PENDAHULUAN



I.1 Latar Belakang Perkembangan teknologi dewasa ini begitu pesat hampir di seluruh aspek kehidupan, dalam perkembangan teknologi dibutuhkan sumber daya manusia yang berkualitas dan menguasai sedikitnya satu disiplin ilmu yang mampu untuk dikembangkan. Dalam hal ini peran universitas atau perguruan tinggi sangatlah penting untuk mencetak sumber daya manusia yang mampu mendukung perkembangan dan kemajuan teknologi, dalam hal ini teknologi elektronika. Power supply merupakan hal terpenting dari sebuah sistem kelistrikan. Semua peralatan yang harus disuplai dengan tenaga listrik tidak bisa lepas dari power supply, seperti; laptop, LCD, TV, home teater, dll. Semua peralatan itu tidak akan bisa tanpa adanya suplai power yang cukup dan sesuai dengan kebutuhannya. Apabila suatu alat disuplai dengan power yang lebih atau kurang dari ketentuan power yang dibutuhkan maka peralatan itu akan rusak. Oleh karena itu sangat penting sekali diperhatikan berapa power yang dibutuhkan dari suatu alat, jangan sampai lebih atau kurang dari ketentuan alat tersebut. Catu daya atau power supply dalam suatu rangkaian elektronik berperan dalam mengubah arus listrik bolak-balik menjadi arus listrik searah. Catu daya menjadi bagian yang penting dalam elektonika karena berfungsi sebagai sumber tenaga listrik misalnya pada baterai atau accu. Catu daya (Power Supply) juga dapat digunakan sebagai perangkat yang memasok listrik energi untuk satu atau lebih beban listrik. [1]. Kemajuan teknologi elektronika dan aplikasinya telah memberi banyak keuntungan bagi kehidupan manusia. Dengan penggunaan peralatan elektronika kegiatan manusia dapat dilakukan secara efektif dan efisien. Begitu juga dengan pembuatan power supply, diharapkan untuk memudahkan dalam mempelajari dan memahami cara kerja sistem power supply dan bentuk aplikasinya dalam dunia nyata.



I.2 Ruang Lingkup Dalam praktikum ini dilakukan perakitan catu daya dengan output DC untuk setengah gelombang dengan menggunakan satu dioda dan gelombang penuh dengan menggunakan dua dioda. Dibuktikan pula rangkaian dioda yang memiliki output berupa setengah gelombang maupun gelombang penuh dengan variasi tertentu berdasarkan IC yang digunakan. I.3 Tujuan Praktikum 1. Merancang dan membuat catu daya dengan keluaran yang bervariasi. 2. Memahami prinsip kerja berbagai macam catu daya.



BAB II TINJAUN PUSTAKA



II.1 Sumber Tegangan dan Sumber Arus Rangkaian catu daya berfungsi untuk menyeediakan arus dan tegangan tertentu sesuai dengan kebutuhan beban dari sumber daya listrik yang ada. Untuk catu daya DC, akan diperlukan suatu rangkaian yang dapat mengubah tegangan AC menjadi tegangan DC [2]. Dengan menggunakan konsep arus dan tegangan, maka dapat didefinisikan elemen rangkaian secara lebih spesifik. Anggaplah disepakati sebelumnya bahwa elemen rangkaian mengacu pada model matematika [3]. II.1.1 Sumber Tegangan Bebas



Gambar II.1 Simbol rangkaian pada sumber tegangan bebas Sebuah sumber tegangan bebas dikarakterisasi oleh sebuah tegangan terminal yang bebas dan tidak tergantung pada arus yang melewatinya. Jadi jika diberikan sebuah sumber tegangan bebas dan tecatat bahwa tegangan terminalnya 12 V, maka sebesar inilah akan diasumsikan besarnya tegangan tanpa peduli berapapun arus yang mengair melewati sumber tegangan ini [3]. Sumber tegangan bebas merupakan sumber tegangan ideal serta tidak merepresentasikan secara tepat suatu divisi fisik yang rill, karena sumber ideal secaa teoritis dapat mengirimkan energi hingga jumlah yang tak terhingga dari terminal terminalnya [3]. Kemunculan tanda plus pada bagian atas simbol sumber tegangan bebas tidak berarti bahwa terminal bagian atas secara numerik bernilai positif terhadap terminal bagian bawahnya. Sebaliknya hal ini berati bahwa terminal atas positif volt



terhadap terminal bawahnya. Jika pada suatu saat bernilai negatif, terminal atas sesungguhnya negatif terhadap terminal bawah pada saat tersebut [3]. Perhatikan sebuah tanda panah arus yang dilambangkan yang ditepatkan berdekatan dengan konduktor bagian atas dari sumber sebagaimana terlihat pada gambar (II.1.b). Arus masuk pada terminal dimana tanda positif diletakkan, sehingga kesepakatan tanda pasif terpenuhi dan sumber dengan demikian akan menyerap daya. Akan tetapi sebuah sumber merupakan divais yang dirancang untuk mengirimkan daya, bukanya menyerap daya. Sehingga dapat dipilih arah tanda panah arus seperti pada gambar (II.1.c), sehingga akan merepresentasikan daya yang dikirim oleh sumber [3].



Gambar II.2 (a) Simbol sumber tegangan DC (b) Simbol Baterai (c) Simbul sumber tegangan AC Sebuah sumber tegangan bebas dengan tegangan terminal konstan seringkali diistilahkan dengan sumber tegangan DC bebas serta dapat direpresentasikan oleh simbol simbol yang diperlihatkan pada gambar (II.2). Perhatikanlah bahwa gambar tersebut ditampilkan struktur piring suatu batrai dimana piringan yang lebih panjang ditempatkan pada terminal positif: tanda plus dan minus kemudian menjadi notasi yang tidak diperlukan lagi, namun biasanya tanda ini tetap ditampilkan [3]. II.2 Karakteristik Catu Daya Kualitas catu daya bergantung pada reguasi beban, regulasi jalur dan habatan keluaran. Maka beberapa karakteristik catu daya yang harus diketahui antara lain adalah [4] : II.2.1 Regulasi Beban Regulasi beban menunjukkan penyerah bridge dengan kapasitor sebagai tapis masukannya. Dimana perubahan hambatan beban akan mengubah tegangan beban.



Jika hambatan beban dikurangi maka akan diperoleh riak dan jatuh tegangan tambahan pada perkawatan transformator dan diode. Oleh karena itu penambahan arus beban akan selalu mengurangi teganagn beban [4].



Gambar II.3 Rangkaian catu daya regulasi beban Regulasi beban secara umum mengindikasikan bagaimana tegangan beban berubah saat arus beban berubah. Definisi untuk regulasi beban ialah [4]: Dimana nilai merupakan tegangan beban tanpa arus beban, dan nilai merupakan nilai tegangan beban dengan arus beban penuh. Dengan definisi ini maka terjadi saat arus beban nol, dan terjadi saat arus beban maksimum untuk perancangannya. Semakin kecil rergulasi beban maka akan semakin baik suatu catu daya. Sebagai contoh sebuah catu daya yang teratur dengan baik akan mempunyai regulasi beban kurang dari satu persen. Hal ini berarti bahwa tegangan beban hanya akan bervariasi kurang dari satu persen kisaran maksimum arus beban [4]. II.2.2 Regulasi Jalur Pada gambar (II.5) tegangan jalur masukan mempunyai nila nominal 120 V. tegangan sebenarnya yang dating bervariasi muai dari 105 sampai 125 Vrms, tergantung pada waktu, tempat dan factor lainnya. Karena tegangan sekunder secara langsung tergantung dari tegangan jalur, tegangan beban pada gambar (II.5) akan berubah saat tegangan jalur berubah. Cara lain dalam menentukan kualitas catu daya adalah dengan regulasi jalur, yang didefinisikan sebagai [4]: 𝑅𝑒𝑔𝑢𝑙𝑎𝑠𝑖 𝑗𝑎𝑙𝑢𝑟 =



𝑉𝐻𝐿 −𝑉𝐿𝐿 𝑉𝐿𝐿



𝑥100%



(2.1)



Dimana VHL merupakan tegangan beban dengan tegangan jalur tinggi sedangkan VLL merupakan tegangan beban dengan tegangan jalur rendah. Seperti halnya pada regulasi beban, semakin kecil refulasi jalur maka semakin baiklah sebuah catu daya [4].



II.2.3 Resistansi Keluaran Resistansi keluaran atau rangkaian Thevenin dalam catu daya menentukan regulasi bebas. Dimana jika catu daya mempunyai resistansi keluaran rendah maka regulasi keluarannya juga akan rendah. Dibawah ini merupakan salah satu cara menghitung resistansi keluaran dari sebuah catu daya [4]: 𝑅𝑇𝐻 =



𝑉𝑁𝐿 −𝑉𝐹𝐿 𝐼𝐹𝐿



(2.2)



Dimana nilai VNL merupakan tegangan beban tanpa arus beban, VFL tegangan beban dengan arus beban penuh dan merupaka arus beban penuh. Dapat dilihat, bahwa tegangan beban berkurang saat arus beban meningkat. Perubahan pada tegangan beban (VNL-VFL) dibagi dengan perubahan arus (IFL) akan sama dengan resistansi keluaran catu daya. Resistansi keluaran berhubungan dengan kemiringan grafik diatas. Dimana semakin horizontal grafiknya akan semakin rendah hambatan keluarannya [4]. II.3 Komponen Pada Catu Daya II.3.1 Penurun Tegangan/ Trafo Tranformator adalah alat listrik yang dapat memindahkan dan mengubah energy listrik dari satu atau lebih rangkaian listrik ke rangkaian listrik lain melalui satu gandengan magnet dan berdasarkan prinsip induksi elektromagnetik [5]. Prinsip dasar suatu transformator yaitu induksi bersama antara dua rangkaian yang dihubungkan oleh fluks magnet. Dalam bentuk yang sederhana transformator terdiri dari dua buah kumparan induksi yang secara listrik terpisah tetapi secara magnet dihubungkan dengan suatu part yang mempunyai relaktansi yang rendah [6]. Kedua kumparan tersebut memiliki dua mutual induksi yang tinggi. Jika salah satu kumparan dihubungkan dengan menggunakan sumber tegangan bolak balik, maka fluks bolak balik timbul di dalam inti besi yang dihubungkan dengan kumparan lainnya akan menyebabkan ggl induksi dan berlaku hukum faraday. Dimana bila arus bolak balik mengalir pada induktor, maka akan menghasilkan gaya gerak listrik. Pada praktikim kali ini akan menggunakan pinsip kerja transformator step down atau transformator sebagai penurun tegangan [6]. II.3.2 Penyearah/Dioda Rectifier



Fungsi rectifier dalam rangkaian catu daya adalah untuk mengubah tegangan AC yang berasal dari trafo step-down atau trafo adaptor menjadi tegangan listrik arus searah (DC). Pada umumnya tegangan yang dihasilkan pada rangkaian rectifier masih belum rata dan masih terdapat riple riple tegangan yang cukup besar. Sebagai rectifier dapat digunakan satu, dua atau empat komponen dioda [1]. a. Penyearah Setengah Gelombang



Gambar II.4 Rangkaian penyerah setengah gelombang Untuk mendapatkan suatu tegangan DC yang baik dimana bentuk tegangan hasil penyearah adalah mendekati garis lurus maka tegangan keluaran dari suatu rangkaian penyearah sebaiknya ditambahkan kapasitor. Diamna arus dari keluaran rangkaian penyearah selain akan melewati beban jug akan mengisi kapasitor sehingga pada saat tegangan hasil penyearah mengalami penurunan maka kapasitor akan membuang muatannya kebeban dan tegangan beban akan tertahan sebelum mencapai nol [5]. b. Penyearah Gelombang Penuh



Gambar II.5 Penyearah Gelombang Penuh II.3.3 Penyaring/ Filter Penyaring atau filter adalah bagian dari catu daya yang disusun oleh kapasitor yang berfungsi meratakan tegangan listrik yang berasal dari rangkaian diode rectifier. Dalam prakteknya selain menggunakan kapasitor biasanya juga digunakan resistor yang berfungsi sebagai hambatan [1].



II.3.4 Stabilizer/ Regulator Stabilizer atau regulator yang digunakan dalam rangkaian catu daya ini ialah berupa komponen IC. Dimana kemudian komponen ini akan berfungsi sebagai penstabil dan pengatur tegangan keluaran dari rangkaian catu daya. Khusus untuk percobaan ini akan digunakan IC 7809 yang menghasilkan tegangan keluaran sebesar 9 V dan IC 7805 yang menghasilkan tegangan keluaran sebesar 5 V [1].



BAB III METODOLOGI PERCOBAAN



III.1 Waktu dan Tempat Praktikum ini dilaksanakan pada hari Selasa, 7 November 2017 pukul 09.20 – 11.00 WITA bertempat di Laboratorium Elektronika dan Instrumentasi, Departemen Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Hasanuddin, Makassar. III.2 Alat dan Bahan



III.2.1 Alat Beserta Fungsinya Alat-alat yang digunakan dalam praktikum ini ialah: 1) Papan Rangkaian



Gambar III.1 Papan Rangkaian Papan rangkaian berfungsi sebagai tempat perakitan rangkaian dioda dan catu daya. 2) Kabel Jumper



Gambar III.2 Kabel Jumper Kabel ini berfungsi untuk menghubungkan komponen dalam rangkaian pada papan rangkaian. 3) Multimeter



Gambar III.3 Multimeter Multimeter berfungsi untuk mengukur tegangan keluaran dari catu daya.



4) Osiloskop



Gambar III.4 Osiloskop Osiloskop berfungsi untuk menampilkan bentuk signal keluaran rangkaian dioda. III.2.2 Bahan Beserta Fungsinya Bahan yang digunakan pada praktikum ini ialah: 1) Resistor



Gambar III.5 Resistor Resistor berfungsi sebagai pemberi hambatan/nilai resistansi pada rangkaian. 2) Kapasitor



Gambar III.6 Kapasitor Kapasitor befungsi menyimpan muatan listrik dalam waktu sementara pada rangkaian catu daya. 3) Dioda



Gambar III.7 Dioda Dioda berfungsi sebagai penyearah arus AC menjadi arus DC.



4) LED



Gambar III.8 LED LED berfungsi sebagai lampu indikator pada rangkaian catu daya. 5) Transformator



(a) Trafo Engkel (b) Trafo CT Gambar III.9 Transformator Berfungsi untuk menurunkan tegangan masukan dari sumber untuk selanjutnya menjadi tegangan masukan pada rangkaian catu daya. (a) Trafo Engkel terdiri dari 1 masukan dan 1 keluaran. (b) Trafo CT terdiri dari 2 masukan dan 1 keluaran. 6) IC



Gambar III.10 IC IC berfungsi sebagai penstabil dan pengatur tegangan pada rangkaian catu daya. III.3 Prosedur Percobaan III.3.1 Penyearah Gelombang Penuh



(a)



(b)



Gambar III.11 (a) skema rangkaian (b) foto rangkaian



1. Menyiapkan alat dan bahan yang diperlukan pada percobaan ini. 2. Merangkai rangkaian sesuai dengan gambar skema rangkaian (III.11). 3. Menghubungkan probe merah trafo dengan 𝑉𝑖𝑛𝑝𝑢𝑡 atau kaki positif dioda 1 dan probe hitam trafo dengan 𝑉𝑖𝑛𝑝𝑢𝑡 yang lainnya pada kaki positif dioda 2 serta kabel CT dihubungkan dengan ground atau kaki negatif resistor. 4. Mengamati gelombang yang dibuat dengan menghubungkan probe merah osiloskop dengan kaki positif resistor dan probe hitam osiloskop dengan ground atau kaki negatif resistor. 5. Menghubungkan trafo ke sumber arus listrik. 6. Menyalakan osiloskop dan membaca gelombang keluarannya pada osiloskop. III.3.2 Penyearah Setengah Gelombang



(a)



(b)



Gambar III.12 (a) skema rangkaian (b) foto rangkaian 1. Menyiapkan alat dan bahan yang diperlukan pada percobaan ini. 2. Merangkai rangkaian sesuai dengan gambar skema rangkaian (III.12). 3. Menghubungkan probe merah trafo dengan 𝑉𝑖𝑛𝑝𝑢𝑡 atau kaki positif dioda 1 dan probe hitam trafo dengan Vinput yang lainnya pada kaki positif dioda 2 serta kabel CT dihubungkan dengan ground atau kaki negatif dari resistor. 4. Mengamati gelombang yang dibuat dengan menghubungkan probe merah osiloskop dengan kaki positif resistor dan probe hitam osiloskop dengan ground atau kaki negatif resistor. 5. Menghubungkan trafo ke sumber arus listrik. 6. Menyalakan osiloskop dan membaca gelombang keluarannya pada osiloskop.



III.3.3 Rangkaian Catu Daya



Gambar III.13 Skema Rangkaian catu daya



Gambar III.14 Rangkaian catu daya 1. Menyiapkan alat dan bahan yang diperlukan pada percobaan ini 2. Merangkai rangkaian sesuai dengan gambar skema rangkaian (III.13). 3. Menghubungkan probe merah trafo dengan 𝑉𝑖𝑛𝑝𝑢𝑡 atau kaki positif dioda 1 dan probe hitam trafo dengan 𝑉𝑖𝑛𝑝𝑢𝑡 yangl ainnya pada kaki positif dioda 2 serta kabel CT atau probe hitam trafo dihubungkan dengan ground atau kaki negatif C2 dan Dioda LED. 4. Menghubungkan probe merah multimeter dengan 𝑉𝑖𝑛𝑝𝑢𝑡 dan probe hitam multimeter dengan ground. 5. Menyalakan multimeter dan membaca tegangan keluarannya. 6. Mengganti IC pada rangkaian. 7. Mengamati tegangan keluaran.



BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN



IV.1 Tabel Hasil Pengamatan IV.1.1 Catu Daya tanpa CT V



Out (V)



V in (V)



12,3



5,3



IV.1.2 Catu Daya dengan CT V



Out (V)



V in (V)



12,2



10,6



IV.1.3 IC 7805 V



Out (V)



V in (V)



5



4,8



IV.1.4 IC 7809 V



Out (V)



V in (V)



9



8,4



Keterangan : Kapasitor 2200 µF dan 100 µF Resistor 150 KΩ IC 7809 dan 7805



IV.2 Gambar IV.2.1 Penyearah Gelombang Penuh



Gambar IV.1 Gelombang masukan penyearah gelombang penuh



Gambar IV.2 Gelombang keluaran penyearah gelombang penuh IV.2.2 Gambar Rangkaian Dioda Setengah Gelombang



Gambar IV.3 gelombang masukan penyearah setengah gelombang



Gambar IV.4 gelombang keluaran penyearah setengah gelombang



IV.3 Pembahasan Berdasakan teori yang ada gelombang keluaran pada rangkaian diode dapat bermacam macam dapat berupa keluaran gelombang penuh maupun setengah gelombang. Hal ini didasarkan dari banyaknya penggunaan diode pada rangkaian tersebut. Untuk keluaran berupa setengah gelombang dapat dirangkai rangkaian diode menggunakan satu buah diode saja dan untuk keluaran gelombang penuh dapat dihasilkan dari rangkaian dua buah diode. Pada percobaan ini dapat dilihat gelombang keluaran pada rangkaian dioda untuk gelombang penuh dan setengah gelombang menggunakan osiloskop. Dimana untuk setengah gelombang menggunakan satu buah dioda rectifier pada rangkaiannya sehingga antara satu puncak gelombang keluaran dengan puncak keluaran lainnya memiliki jarak setengah panjang gelombang. Sedangkan untuk rangkaian dioda gelombang penuh, gelombang keluaran yang dihasilkan tidak memiliki jarak antar puncak gelombangnya hal ini dikarenakan dalam rangkaian menggunakan dua buah dioda. Catu daya merupakan alat yang berfungsi sebagai sumber tegangan dengan nilai tegangan keluarannya dapat diatur. Prinsip kerja dari catu daya DC adalah mengubah arus AC menjadi DC dengan menggunkana rangkaian diode baik diode setegah gelombang maupun diode gelombang penuh, yang sebelumnya besar tegangannya sudah diturunkan terlebih dahulu oleh trafo step down. Selanjutnya arus akan difilter oleh capasitor dan msuk IC disinilah tegangan yang ada dapat diubah sesuai dengan tegangan yang diinginkan. Selanjutnya akan difillter lagi di capasitor sebelum tegangan keluar dari rangkaian. Berdasarkan teori yang ada besarnya keluaran dari sebuah catu daya itu dipengaruhi oleh penggunaan jenis IC yang digunakan, sebagai contoh apabila rangkaian ini menggunkan IC jenis 7809 maka sesuai teori seharusnya keluaran dari rangkaian adalah 9 volt dan apabila jenis IC yang digunakan adalah IC 7805 maka sesuai teori seharusnya tegangan keluaraan dari rangkaian ini adalah 5 volt. Pada percobaan perakitan catu daya menggunakan rangkaian dioda setengah gelombang dan gelombang penuh. Untuk rangkaian catu daya yang menggunakan dioda gelombang penuh IC yang digunakan yaitu IC 7805. Dalam teori ini IC 7805



memiliki tegangan keluaran sebesar 5 V, dalam praktikum juga terukur tegangan keluaran rangkaian sebesar 4,8 V hal ini masih didalam batas kewajaran karena nilai ini masih termasuk nilai toleransi dari alat, sehingga dapat disimpulkan bahwa praktikum yang dilakukan sesuai dengan teori yang ada. Untuk rangkaian catu daya yang menggunakan rangkaian dioda setengah gelombang menggunakan IC jenis 7809 dengan tegangan keluaran (sesuai teori) sebesar 9 V. Sesuai dengan teori dimana pada praktikum tegangan keluaran rangkaian terukur sebesar 9 V.



BAB V KESIMPULAN DAN SARAN



V.1 Kesimpulan 1.



Dapat dirangkai rangkaian catu daya dengan berbagai variasi tegangan



keluaran, pada praktikum ini menggunakan IC 7805 dan IC 7809 sehingga tegangan keluaran yaitu 5 V dan 9 V. 2.



Prinsip kerja catu daya secara umum yaitu dengan menurunkan tegangan



sumber terlebih dahulu ddengan menggunakan transformator step down kemudian menyearahkan arus sumber yang sebelumnya merupakan arus AC menjadi arus DC menggunakan rangkaian dioda, selanjutnya tegangan akan difilter/ disaring oleh kapasitor yang selanjutnya dialirkan ke IC yang berfungsi sebagai regulator. V.2 Saran V.2.1 Saran untuk Laboratorium Peralatan laboratorium sudah cukup menunjang pelaksaan praktikum. Tetapi ada beberapa alat yang mestinya sudah harus diganti karena sudah kurang bagus. V.2.2 Saran untuk Asisten Asisten harus lebih gesit lagi dalam menjelaskan langkah-langkah dalam praktikum, lalu sebaiknya kakak belajar lebih banyak agar penguasaan materi kakak lebih mantap lagi.



DAFTAR PUSTAKA [1] Arifin. 2015. Penuntun Praktikum Elektronika Dasar 1. Makassar : UNHAS. [2] Istataqomawan, Zuli, Darajat, Agung Warsito, ‘Catu Daya Tegangan DC Variabel dengan Dua Tahap Regulasi (Switching dan Linier)’, Teknik Elektro Universitas Diponegoro, Semarang,hh 1-8. [3] Jr,William H Hayt, dkk. 2005. Rangkaian Listrik. Jakarta : Erlangga. [4] Malvino. 2004. Prinsip Prinsip Elektronika. Jakarta : Salemba Teknik. [5] Oklilas, Ahmad Fadil. 2007. Elektronika dasar. Palembang : Universitas Sriwijaya. [6] Rizzoni, Giorgio. 2009. Fundamental of Electrical Engineering. New York : McGraw-Hill Higer Education.