Makalah Catu Daya [PDF]

Citation preview

I. PENDAHULUAN



A. Latar Belakang



Catu daya atau power supply merupakan suatu rangkaian elektronik yang mengubah arus listrik bolak-balik menjadi arus listrik searah. Catu daya menjadi bagian yang penting dalam elektonika yang 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. Secara umum prinsip rangkaian catu daya terdiri atas komponen utama yaitu ; transformator, dioda dan kondensator. Dalam pembuatan rangkaian catu daya, selain menggunakan komponen utama juga diperlukan komponen pendukung agar rangkaian tersebut dapat berfungsi dengan baik. Komponen Pendukung tersebut antara lain : sakelar, sekering (fuse), lampu indicator, voltmeter dan amperemeter, jack dan plug, Printed Circuit Board (PCB), kabel dan steker, serta Chasis. Baik komponen utama maupun komponen pendukung sama sama berperan penting dalam rangkaian catu daya. Untuk menggunakan catu daya, kita harus menyesuaikan tegangan keluarannya dengan tegangan yang dibutuhkan oleh beban. Umumnya catu daya yang dijual dipasaran menghasilkan keluaran tegangan yang tidak stabil dan pengubahan nilai tegangan keluaran tidak dapat dilakukan dengan mudah, sehingga tidak cocok digunakan sebagai catu daya di laboratorium. Dewasa ini dibutuhkan sebuah catu daya yang bisa diprogram secara digital, tegangan keluaran yang dihasilkan dapat sesuai dengan tegangan masukan yang diinginkan, dan ditampilkan ke tampilan (Display).



2



Berdasarkan latar belakang inilah penulis mencoba membuat catu daya DC menggunakan adjustable regulator ICLM 317



supaya tegangan yang



dikeluarkan



untuk



lebih



stabil



dan



mempermudah



mempertahankan tegangan yang diinginkan.



B. Tujuan



Tujuan dari makalah ini yaitu: 1. Mengetahui cara kerja power supply 2. Mengetahui fungsi-fungsi komponen pada power supply 3. Menganalisa rangkaian pada power supply



mengatur



dan



II.



1.



TINJAUAN PUSTAKA



Power Supply Sebuah perangkat yang memasok energi listrik untuk satu atau lebih beban listrik atau alat atau yang berfungsi untuk menyalurkan energi listrik atau bentuk energi jenis apapun yang sering digunakan. untuk menyalurkan energi listrik. Istilah ini paling sering diterapkan ke perangkat yang mengkonversi salah satu bentuk energi listrik yang lain, meskipun mungkin juga merujuk ke perangkat yang mengkonversi energi bentuk lain (misalnya, mekanis, kimia, surya) menjadi energi listrik. Sebuah catu daya diatur adalah salah satu yang mengontrol tegangan output atau saat ini untuk nilai tertentu, nilai dikendalikan mengadakan hampir konstan, meskipun variasi baik dalam beban arus atau tegangan yang diberikan oleh sumber energi satu daya. Secara prinsip rangkaian power supply adalah menurunkan tegangan AC, menyearahkan tegangan AC sehingga menjadi DC, menstabilkan tegangan DC. Pada dasarnya power supply termasuk dari bagian power conversion. Power conversion terdiri dari tiga macam, yaitu: a) AC/DC power supply b) DC/DC converter c) DC/AC inverter Power supply untuk PC sering juga disebut PSU (Power Supply Unit) PSU termasuk power conversion AC/DC. Fungsi utamanya mengubah listrik arus bolak balik (AC) yang tersedia dari aliran listrik ( di Indonesia, PLN) menjadi arus listrik searah (DC)yang dibutuhkan oleh komponen pada PC.Power supply diharapkan dapat melakukan fungsi berikut ini : a) Rectification, yaitu konversi input listrik AC menjadi DC.



4



b) Voltage Transformatio, yaitu memberikan keluaran tegangan atau voltage DC yang sesuai dengan yang dibutuhkan. c) Filtering, yaitu menghasilkan arus listrik DC yang lebih "bersih", bebas dari ripple ataupun noise listrik yang lain d) Regulation, yaitu mengendalikan tegangan keluaran agar tetap terjaga, tergantung pada tingkatan yang diinginkan, beban daya, dan perubahan kenaikan temperatur kerja juga toleransi perubahan tegangan daya input. e) Isolation, yaitu memisahkan secara elektrik output yang dihasilkan dari sumber input. f) .Protection : mencegah lonjakan tegangan listrik (jika terjadi), sehingga tidak terjadi pada output, biasanya dengan tersedianya sekering untuk auto shutdown jika hal terjadi.



2.



Transistor Alat semikonduktor yang dipakai sebagai penguat, sebagai sirkuit pemutus dan penyambung(switching), stabilisasi tegangan, modulasi sinyal atau sebagai fungsi lainnya. Transistor dapat berfungsi semacam kran listrik, dimana berdasarkan



arus



inputnya



(BJT)



atau



tegangan



inputnya



(FET),



memungkinkan pengaliran listrik yang sangat akurat dari sirkuit sumber listriknya.



Transistor through-hole (dibandingkan dengan pita ukur centimeter) Pada umumnya, transistor memiliki 3 terminal, yaitu Basis (B), Emitor (E) dan Kolektor (C). Tegangan yang di satu terminalnya misalnya Emitor dapat dipakai untuk mengatur arus dan tegangan yang lebih besar daripada arus input Basis, yaitu pada keluaran tegangan dan arus output Kolektor.



5



Gambar 2.1. Transistor Transistor merupakan komponen yang sangat penting dalam dunia elektronik modern. Dalam rangkaian analog, transistor digunakan dalam amplifier (penguat). Rangkaian analog melingkupi pengeras suara, sumber listrik stabil (stabilisator) dan penguat sinyal radio. Dalam rangkaian-rangkaian digital, transistor digunakan sebagai saklar berkecepatan tinggi. Beberapa transistor juga dapat dirangkai sedemikian rupa sehingga berfungsi sebagai logic gate, memori dan fungsi rangkaian-rangkaian lainnya.



3.



Potensiometer Potensiometer biasanya digunakan untuk mengendalikan peranti elektronik seperti pengendali suara pada penguat. Potensiometer yang dioperasikan oleh suatu mekanisme dapat digunakan sebagai transduser, misalnya sebagai sensor joystick.



Gambar 2.2. Potensiometer Potensiometer jarang digunakan untuk mengendalikan daya tinggi (lebih dari 1 Watt) secara langsung. Potensiometer digunakan untuk menyetel taraf isyarat analog (misalnya pengendali suara pada peranti audio), dan sebagai pengendali



6



masukan untuk sirkuit elektronik. Sebagai contoh, sebuah peredup lampu menggunakan potensiometer untuk menendalikan pensakelaran sebuah TRIAC, jadi secara tidak langsung mengendalikan kecerahan lampu. Potensiometer yang digunakan sebagai pengendali volume kadang-kadang dilengkapi dengan sakelar yang terintegrasi, sehingga potensiometer membuka sakelar saat penyapu berada pada posisi terendah.



4.



Dioda bridge Sebuah komponen elektronika semikonduktor yang berfungsi sebagai penyearah arus bolak-balik (AC). Disebut dioda bridge karena didalam komponen ini terdapat empat buah dioda yang dihubungkan saling bertemu satu sama lain (bridge rectifier/penyearah jembatan).



Gambar 2.3. Dioda Bridge Dioda bridge merupakan penyearah arus bolak-balik satu gelombang penuh, jadi akan dihasilkan tegangan DC (searah) yang lebih baik, yang cenderung memiliki noise rendah. Saat ini, dioda bridge banyak digunakan pada perangkat-perangkat elektronika modern, karena memang memiliki kinerja yang baik.



5.



Transformator atau yang biasa kita kenal dengan trafo Komponen elektronika yang berfungsi untuk menaikkan atau menurunkan tegangan listrik. Dengan demikian fungsi transformator ini sangat diperlukan sekali dalam sebuah sistem/rangkaian elektronika. Di sini transformator



7



berperan dalam menyalurkan tenaga atau daya listrik dari tegangan tinggi ke tegangan yang rendah atau sebaliknya, namun dengan frekuensi yang sama. Oleh karena itu pula transformator merupakan piranti listrik yang termasuk ke dalam golongan mesin listrik statis.



Gambar 2.4. Transformator Transformator ini berbentuk empat persegi panjang dimana di dalamnya terdapat susunan pelat baja berbentuk huruf E. Transformator terbuat dari bahan kawat tembaga (email) berukuran kecil yang melilit pelat tersebut yang membentuk lilitan primer dan lilitan sekunder. Transformator bekerja berdasarkan prinsip kerja induksi elektromagnetik. Dimana apabila terjadi suatu perubahan fluks magnet pada kumparan primer, maka akan diteruskan ke kumparan sekunder dan menghasilkan suatu gaya gerak listrik (ggl) induksi dan arus induksi. Nah,agar selalu terjadi perubahan fluks magnet, maka arus yang masuk (input) ini harus berupa arus bolak balik (AC). Di dalam perkembangannya terdapat bermacam-macam jenis transformator atau trafo dan mempunyai berbagai fungsi, diantaranya : a) Trafo ( Transformator ) Adaptor b) Trafo ( Transformator ) IF ( Frekuensi Menengah ) c) Trafo Step Up / Step Down d) Trafo OT ( Out Put )



8



Berikut ini contoh fungsi transformator yang diaplikasikan dalam kehidupan sehari-hari, yaitu: a) Trafo step up, Fungsi transformator ini digunakan untuk menaikkan tegangan AC, trafo jenis ini dipakai dalam rangkaian-rangkaian pembangkit tegangan pada perangkat elektronika seperti trafo inverter monitor LCD, trafo inverter TV, dll. b) Trafo step-down adalah kebalikannya, fungsi transformator ini untuk menurunkan tegangan AC, contoh pemakaiannya pada adaptor.



6.



Pencatu Daya (power supply) Cara kerja dari pencatu daya ini adalah mengubah tegangan AC menjadi tegangan AC lain yang lebih kecil dengan bantuan transformator. Tegangan ini kemudian disearahkan dengan menggunakan rangkaian penyearah tegangan, dan di bagian akhir ditambahkan kondensator sebagai penghalus tegangan sehingga tegangan DC yang dihasilkan oleh pencatu daya jenis ini tidak terlalu bergelombang. Selain menggunakan diode sebagai penyearah, rangkaian lain dari jenis ini dapat menggunakan regulator tegangan linier sehingga tegangan yang dihasilkan lebih baik daripada rangkaian yang menggunakan diode.



7. Kapasitor Fungsi kapasitor dalam komponen elektronika adalah sebagai penyimpan muatan listrik, selain fungsi tersebut kapasitor juga dapat digunakan sebagai penyaring frekuensi. Dalam muatan listrik terdapat kapasitas penyimpanan kemampuan kapasitor yang dinamakan Farad dengan simbol “F”. Simbol dari kapasitor sendiri adalah C (kapasitor).



Gambar 2.5. Kapasitor



9



Cara kerja kapasitor yang pertama adalah mengalirkan elektron menuju kapasitor. Setelah kapasitor sudah dipenuhi dengan elektron, maka tegangan tersebut akan mengalami perubahan. Selanjutnya, elektron akan keluar dari kapasitor dan menuju rangkaian elektronika. Dengan begitu, kapasitor akan dapat membangkitkan rektif suatu rangkaian.



8.



Resistor Resistor adalah komponen elektronik dua kutub yang didesain untuk mengatur tegangan listrik dan arus listrik, dengan resistansi tertentu (tahanan) dapat memproduksi tegangan listrik di antara kedua kutubnya, nilai tegangan terhadap resistansi berbanding dengan arus yang mengalir, berdasarkan hukum Ohm.



Karakteristik utama dari resistor adalah resistansinya dan daya listrik yang dapat dihantarkan. Karakteristik lain termasuk koefisien suhu, derau listrik (noise), dan induktansi. Resistor dapat diintegrasikan kedalam sirkuit hibrida dan papan sirkuit cetak, bahkan siekuit terpadu. Ukuran dan letak kaki bergantung pada desain sirkuit, kebutuhan daya resistor harus cukup dan disesuaikan dengan kebutuhan arus rangkaian agar tidak terbakar.



Berikut adalah gambar rangkaian dari power supply



Gambar 2.6. Gambar Rangkaian



10



Gambar 2.7. Layout PCB



Gambar 2.8. Tata Letak Rangkaian



III. PROSEDUR PERCOBAAN



A. Alat dan Bahan



Alat dan bahan yang digunakan dalam pembuatan power supply ini yaitu:



B. Langkah Percobaan Langkah pembuatan power supply sebagai berikut:



IV. PEMBAHASAN



A. Fungsi-fungsi Komponen pada Power Supply



Dalam pembuatan catu daya sederhana ini alat yang kita gunakan diantaranya: 1.



Regulator Tegangan Variabel LM 317 berfungsi sebagai rangkaian pembagi tegangan variabel kombinasi R1 dan R2. Besarnya tegangan output pada regulator dapat dihitung menggunakan persamaan: 𝑣0 = 1,25 𝑣 (1 +



𝑅2 ) + 𝐼𝑎𝑑𝑗 𝑅2 𝑅1



Spesifikasi Regulator Tegangan Variabel LM317 a) Arus maksimum 1,5 Ampere b) Dapat memberikan perubahan output dari 1,2 volt sampai 37 volt DC c) Dilengkapi dengan proteksi dari hubungan singkat (short circuit) d) Dilengkapi dengan proteksi over heating (panas berlebih)



Bagian-bagian dari regulator tegangan positif LM 317: a) Voltage Reference berfungsi memberikan tegangan referensi kontrol tegangan output pada regulator LM 317. b) Komparator berfungsi sebagai pembanding antar tegangan output dan tegangan referensi. c) Circuit Protection berfungsi sebagai pelindung IC dari panas berlebih. d) Power regulator berfungsi untuk memperkuat arus output regulator tegangan variabel LM 317. 2.



Trafo 3 Ampere, trafo yang digunakan berfungsi sebagai menurunkan tegangan sumber menjadi lebih rendah ( step down)



3.



Kondensator Elektrolit atau Electrolytic Condenser ( Elco ) 2200 𝜇F/50 V, 47 𝜇F/50 V, 10 𝜇F/25 V. Elco berfungsi sebagai penyaring (filter)



13



4.



Bridge 804 berfungsi untuk menyearahkan arus bolak balik satu gelombang penuh sehingga akan dihasilkan tegangan DC yang lebih baik.



5.



Potensio Mono 5 K berfungsi untuk menyetel taraf isyarat analog (misalnya pengendali suara pada peranti audio), dan sebagai pengendali masukan untuk sirkuit elektronik.



6.



Dioda IN 4002 berfungsi sebagai penyearah arus yang telah diturunkan tegangannya.



7.



Resistor 220 Ω, berfungsi untuk membatasi arus listrik.



8.



Transistor TIP 35 berfungsi untuk menaikkan tegangan AC.



9.



Multimeter berfungsi untuk mengukur tegangan.



10. Printed Circuit Board berfungsi menghubungkan komponen elektronik yang berbeda jenis maupun sama satu sama lain tanpa kabel.



B. Prinsip Kerja Rangkaian



Prinsip kerja rangkaian catu daya adalah sebagai berikut: 1. Tegangan AC akan masuk melewati saklar terlebih dahulu, kemudian dia akan melewati Trafo untuk menurunkan tegangan. 2. Setelah melewati Trafo, kemudian melewati 4 dioda yang akan disearahkan oleh diode tersebut untuk merubah menjadi tegangan DC. 3. Setelah dari diode akan disalurkan ke kapasitor untuk difilter agar tidak terlalu tinggi. 4. Setelah dari kapasitor, akan disalurkan ke transistor dimana komponen ini untuk penguat arus agar lebih stabil saat dikeluaran 5. Kemudian akan melewati IC Regulatar, untuk dapat diatur tegangan keluaran, alat untuk mengatur keluaran yaitu Potensiometer sebagai pasangan IC Regulator. Agar tidak melebihi kapasitas yang diterima IC Regulator maka dipasang resistor untuk menghambatnya. 6. Jadi rangkaian ini bertujuan untuk merubah Tegangan AC menjadi DC, dan dapat diatur pengelurannya dengan Potensiometer.



14



C. Analisa Rangkaian



Analisa rangkaian dari catu daya yang telah dibuat adalah sebagai berikut: 1. Transformator sebagai penurun tegangan Trafo step up, Fungsi transformator ini digunakan untuk menaikkan tegangan AC, trafo jenis ini dipakai dalam rangkaian-rangkaian pembangkit tegangan pada perangkat elektronika seperti trafo inverter monitor LCD, trafo inverter TV, dan lain-lain. Trafo step-down adalah kebalikannya, fungsi transformator ini untuk menurunkan tegangan AC, contoh pemakaiannya pada adaptor. 2. Diode sebagai penyearah Dioda bridge merupakan penyearah arus bolak-balik satu gelombang penuh, jadi akan dihasilkan tegangan DC (searah) yang lebih baik, yang cenderung memiliki noise rendah. Saat ini, dioda bridge banyak digunakan pada perangkat-perangkat elektronika modern, karena memang memiliki kinerja yang baik. 3. Kapasitor sebagai filter Kapaitor memiliki berfungsi untuk menyimpan energi yang diperlukan dalam suatu rangkaian. Kapasitor juga dipergunakan untuk memperhalus gerak yang timbul ketika srus bolak-balik dikonversi menjadi arus searah pada suatu daya, sehingga dapat digunakan pada kalkulator atau radio ketika baterai tidak dapat digunakan serta sebagai filter dalam berjalannya arus listrik. 4. Transistor sebagai penguat arus Transistor sebagai alat semikonduktor yang dipakai sebagai penguat, sebagai sirkuit pemutus dan penyambung (switching), stabilisasi tegangan, modulasi sinyal atau sebagai fungsi lainnya. Transistor dapat berfungsi semacam kran listrik, dimana berdasarkan arus inputnya (BJT) atau tegangan inputnya (FET), memungkinkan pengaliran listrik yang sangat akurat dari sirkuit sumber listriknya. 5. IC Regulator tegangan sebagai pengatur tegangan output



15



Regulator rangkaian pembangkit tegangan yang merupakan Rangkaian catu daya memberikan supply tegangan pada alat pengendali. Rangkaian catu daya mendapatkan sumber tegangan dari PLN sebesar 220 VAC. Tegangan 220 VAC ini dan kemudian di atur diturunkan menjadi 9 VAC melalui trafo penurun tegangan. 6. Potensiometer sebagai pengatur tegangan output Potensiometer jarang digunakan untuk mengendalikan daya tinggi (lebih dari 1 Watt) secara langsung. Potensiometer digunakan untuk menyetel taraf isyarat analog (misalnya pengendali suara pada peranti audio), dan sebagai pengendali masukan untuk sirkuit elektronik. Sebagai contoh, sebuah peredup



lampu



menggunakan



potensiometer



untuk



menendalikan



pensakelaran sebuah TRIAC, jadi secara tidak langsung mengendalikan kecerahan lampu.



Berdasarkan data di atas, kita dapat mengetahui bagaimana cara pembuatan power supply dengan menggunakan transformator CT. Power supply adalah alat elektronika yang berfungsi untuk mengubah arus AC menjadi DC.



Pada dasarnya saat pembuatan power supply diketahui bahwa ketika tegangan 220 volt dari sumber kemudian akan masuk ke dioda bridge, dioda bridge ini berfungsi untuk merefers dan memforward tegangan dengan kata lain untuk menyearahkan tegangan kemudian setelah tegangan masuk ke dioda bridge ini akan dilanjutkan ke elco. Elco yang digunakan adalah 2200 µF, ini bertujuan agar tegangan yang disimpan sesuai dengan tegangan yang masuk yang nantinya akan disimpan sementara. Jadi, fungsi elco yakni untuk menyimpan tegangan. Setelah tegangan disimpan ke elco kemudian dilanjutkan ke regulator, regulator yang digunakan adalah regulator LM317. Kemudian potensiometer akan mengatur berapa tegangan yang nantinya akan dialirkan. Dan tegangan nantinya akan masuk ke transistor. Transistor yang digunakan adalah TIP35 dimana fungsi transistor yakni penguat tegangan dan untuk menaikkan tegangan. Adapun hasil tegangan yang dihasilkan catu daya adalah, nilai Vmax: 30 Volt dan nilai Vmin: 1,3 Volt.



V.



KESIMPULAN



Adapun kesimpulan yang diperoleh adalah sebagai berikut: 1. Power supply adalah sebuah perangkat yang memasok energi listrik untuk satu atau lebih beban listrik atau alat atau sistem yang berfungsi untuk menyalurkan energi listrik atau bentuk energi jenis apapun yang sering digunakan untuk menyalurkan energi listrik. 2. Prinsip kerja power supply yaitu, tegangan jala-jala 220 volt dari listrik PLN diturunkan oleh trafo atau transformator penurun tegangan yang menerapkan perbandingan lilitan. Perbandingan lilitan dari suatu transformator akan mempengaruhi perbandingan tegangan yang dihasilkan. Tegangan yang dihasilkan oleh trafo masih berbentuk gelombang AC dan harus disearahkan dengan menggunakan penyearah. Rangkaian penyearah yang digunakan memanfaatkan 4 buah dioda yang telah dirancang untuk bisa meloloskan kedua siklus gelombang AC menjadi satu arah saja. 3. Dalam power supply Transformator



berfungsi untuk menaikkan atau



menurunkan tegangan listrik. Dengan demikian fungsi transformator ini sangat diperlukan sekali dalam sebuah sistem/rangkaian elektronika. Di sini transformator berperan dalam menyalurkan tenaga atau daya listrik dari tegangan tinggi ke tegangan yang rendah atau sebaliknya, namun dengan frekuensi yang sama. Oleh karena itu pula transformator merupakan piranti listrik yang termasuk ke dalam golongan mesin listrik statis. 4. Dalam power supply Dioda bridge berfungsi sebagai penyearah arus bolakbalik(AC). 5. Transistor adalah alat semikonduktor yang dipakai sebagai penguat,sirkuit pemutus dan penyambung (switching), stabilisasi tegangan, dan modulasi sinyal yang sangat penting dalam project power supply.



DAFTAR PUSTAKA



Halliday, David dan Robert Resnick. 1989. Fisika Edisi Ke 3 Jilid 1. Jakarta: Erlangga Purwati,



Eny.



2013.



Makalah



Fisika



Kalorimeter.



Diakses



dari



https://enypurwati.wordpress.com/2013/05/13/kalorimeter-makalah-fisika/ pada tanggal 25 Mei 2016 pukul 17:00 Widodo, Tri.2009. Fisika Dasar. Jakarta : Pusat Perbukuan, Departemen Pendidikan Nasional.



18



LAMPIRAN



19