Penyaklaran Catu Daya Otomatis Pada Pesawat
Penerima Radio AM/FM Oleh Sinyal Penerimaan
Untuk Penghematan Daya Listrik
Siyamta
1)1)
P4TK/VEDC Malang, e-mail : must_yamta@yahoo.comAbstrak
Penelitian ini dimaksudkan untuk mengetahui besarnya efisiensi penggunaan daya listrik pada penguat daya audio penerima radio AM/FM, yaitu antara pesawat penerima biasa (tanpa rangkaian catu daya otomatis), dengan pesawat penerima yang dilengkapi dengan rangkaian catu daya otomatis. Selama ini, pesawat penerima radio yang ada di pasaran dalam hal menyambung dan memutuskan catu daya (power supply) listrik masih dilakukan secara manual, yaitu dengan menggunakan saklar yang ada pada pesawat penerima tersebut. Pada saat penerima radio sedang tidak menerima siaran radio dari pemancar, misalnya disela-sela lagu, vokal dari penyiar, pemindahan atau pergantian gelombang dan setelah pemancar tidak mengirimkan sinyal audio (purna siar), maka penguat audio masih tetap menyerap daya. Hal ini akan mengakibatkan pemborosan daya listrik dan juga akan mengganggu kenyamanan lingkungan karena hanya desah atau noise yang ditimbulkan oleh loudspeaker. Penelitian ini mencoba mengatasi masalah tersebut dengan rangkaian yang dapat menyambung dan memutuskan catu daya yang digunakan untuk mencatu power amplifier/penguat daya audio berdasarkan pada sinyal audio yang diterima oleh rangkaian tuner.
Rangkaian saklar catu daya otomatis ini terdiri dari rangkaian penyangga (buffer), band pass filter (BPF), penguat sinyal audio, penyearah sinyal audio, pembanding (comparator), transistor inverter, isolasi optik dan saklar elektronik.
Hasil penelitian menunjukkan bahwa dengan melengkapi rangkaian ini pada pesawat penerima radio AM/FM, maka akan diperoleh efesiensi penggunaan daya listrik pada saat pesawat penerima tidak menerima sinyal audio dari pemancar. Besarnya efesiensi tersebut sebesar 32,82 % untuk power IC TBA 810, 81,21 % untuk power IC STK 015 serta 90,33 % untuk power IC STK 032. Hasil penelitian pada kasus ini terlihat bahwa semakin besar penguat daya yang digunakan, maka akan semakin besar efisiensi daya listrik yang digunakan.
Kata Kunci : penerima radio AM/FM, power supply, power amplifier, saklar elektronik, efisiensi daya listrik
1. Latar Belakang Masalah
Dewasa ini dunia informasi sangat marak, yang salah satunya ditandai dengan banyak hadirnya media informasi seperti media audio, media visual serta gabungan dari keduanya. Tanpa disadari dalam kehidupan kita sehari-sehari selalu membutuhkan informasi-informasi tersebut. Salah satu contoh media informasi tersebut adalah radio penerima AM/FM. Pesawat penerima radio AM/FM yang ada di pasaran dalam hal menyambung dan memutuskan catu daya (power) masih dilakukan secara manual yaitu menggunakan saklar yang ada pada pesawat penerima tersebut.
Pada saat penerima radio sedang tidak menerima siaran radio dari pemancar, misalnya disela-sela lagu, vokal dari penyiar, pemindahan atau pergantian gelombang dan setelah pemancar tidak mengirimkan sinyal audio (purna siar), maka penguat audio masih tetap meyerap daya. Hal ini akan mengakibatkan pemborosan daya listrik dan juga mengakibatkan mengganggu kenyamanan lingkungan
karena hanya desah atau noise yang ditimbulkan oleh loudspeaker. Penelitian ini mencoba mengatasi masalah tersebut dengan rangkaian yang dapat menyambung dan memutuskan catu daya yang digunakan untuk mencatu penguat daya audio berdasarkan pada sinyal audio yang diterima oleh rangkaian tuner.
2. Rumusan Masalah
Permasalahan dalam penelitian ini adalah sebagai berikut.
1. Bagaimana cara memanfaatkan sinyal penerimaan (sinyal audio) dari pemancar digunakan untuk inputan rangkaian switching otomatis?
3. Tujuan
Tujuan yang akan dicapai dari penelitian ini adalah sebagai berikut.
a. Memanfaatan sinyal penerimaan (audio) dari pemancar sebagai input penyaklaran catu daya rangkaian power amplifier pada pesawat penerima AM/FM.
b. Menghitung besarnya efisiensi daya listrik pada sistem pesawat penerima radio AM/FM yang dilengkapi dengan rangkaian saklar catu daya otomatis.
4. Metodologi Penelitian
Penelitian ini termasuk penelitian eksperimen untuk mengetahui unjuk kerja rangkaian switching otomatis, yang meliputi rangkaian buffer, BPF, penguat sinyal audio, penyearah sinyal audio, pembanding, transistor inverter, monostabil multivibrator, isolasi optik dan saklar elektronik. Data diperoleh dengan cara melakukan pengukuran pada masing-masing tingkat penguat.
5. Teknik Analisa Data
Teknik analisa data pada penelitian ini adalah statistik deskriptif, yaitu statistik yang digunakan untuk menganalisa data dengan cara mendeskripsikan atau menggambarkan data yang telah terkumpul sebagaimana adanya tanpa memberikan suatu kesimpulan yang berlaku umum atau generalisasi[8].
Dalam penelitian ini , digunakan rumus statistik untuk mencari rata-rata pengamatan, seperti berikut ini[7].
n
xn
x
x
x
x
1
2
3
...
dimana :
x = rata-rata pengamatan secara keseluruhan. xn = jumlah pengamatan ke-n.
n = jumlah pengamatan.
6. Pesawat Penerima Radio 6.1 Pesawat Penerima Radio AM
Pesawat penerima amplitudo modulation (AM) merupakan salah satu jenis pesawat penerima radio yang amplitudo modulasinya berubah-ubah sesuai dengan perubahan besarnya level sinyal audio. Secara blok diagram dapat dilihat pada Gambar 1 berikut ini.
Gambar 1. Blok penerima radio AM
Antenna penerima digunakan untuk menang-kap gelombang elektromagnetik yang dipancarkan
oleh pemancar radio AM, kemudian sinyal tersebut diperkuat oleh penguat radio frequency (RF). Pencampur (mixer) akan mencampur sinyal yang berasal dari penguat RF dan osilator lokal, sehingga diperoleh sinyal intermediate frequency (IF) sebesar 455 KHz. Pendeteksian sinyal audio dilakukan oleh rangkaian detektor, kemudian dikuatkan oleh penguat audio agar dapat menggetarkan loudspeaker untuk diubah menjadi sinyal suara. Rangkaian automatic volume control (AVC) berfungsi untuk mengatur volume control secara otomatis.
6.2 Pesawat Penerima Radio FM
Pesawat penerima radio FM mirip dengan pesawat penerima AM, yang membedakan dari keduanya adalah frekuensi kerja dan beberapa rangkaian tambahan lainnya, yaitu rangkaian limitter, deemphasis, automatic gain control (AGC) dan automatic volume control (AVC). Secara blok diagram dapat digambarkan seperti berikut ini.
Gambar 2. Blok penerima radio FM
Rangkaian limitter berfungsi untuk meniadakan sinyal AM serta derau dari sinyal FM sebelum proses pendeteksian. Rangkaian deemphasis berfungsi untuk menekan besarnya penguatan frekuensi audio tinggi yang berlebihan. Untuk memisahkan sinyal right (R) dan sinyal left (L) maka digunakan rangkaian decoder stereo, dan kemudian dikuatkan oleh masing-masing penguat audio L dan R sebelum diteruskan ke loudspeaker.
7. Rangkaian Catu Daya Otomatis 7.1 Pemasangan Rangkaian
Pemasangan rangkaian catu daya otomatis dalam penelitian ini dapat digambarkan seperti Gambar 3 berikut ini.
Input rangkaian ini diambilkan dari keluaran dioda detektor yang berupa sinyal audio. Output dari rangkaian ini berupa tegangan yang digunakan untuk mentrigger triac sebagai penghubung dan pemutus arus listrik 220 V untuk mencatu penguat audio pada sistem penerima radio AM/FM.
7.2 Blok Diagram Rangkaian
Rangkaian catu daya otomatis ini bekerja dengan memanfaatkan sinyal audio yang diterima dari pemancar yang sedang diterima. Blok diagram untuk membangun rangkaian tersebut yaitu buffer, band pass filter (BPF), penguat sinyal, penyearah sinyal audio, komparator, transistor inverter, rangkaian tunda, isolasi optik dan saklar elektronik. Untuk mengetahui level sinyal yang digunakan, maka digunakan rangkaian pengukur level sinyal audio, seperti terlihat pada Gambar 4 dibawah ini.
Gambar 4. Blok diagram rangkaian catu daya otomatis pada penerima AM/FM
7.2.1. Rangkaian Buffer
Rangkaian buffer berfungsi sebagai penyangga antara unit input dengan rangkaian BPF. Pada penelitian ini digunakan sebuah penguat operasi (Op-Amp), dengan resistansi feedback = 0, sehingga penguatannya = 1, seperti pada Gambar 5 dibawah ini.
Gambar 5. Rangkaian buffer
7.2.2.Rangkaian Band Pass Filter (BPF)
Rangkaian BPF berfungsi untuk melewatkan frekuensi audio yang mempunyai range 20 Hz-20.000 Hz. Frekuensi diluar range akan ditolak oleh rangkaian ini. Komponen C1 R1 dan C2 R2 akan melewatkan frekuensi diatas 20 Hz, sedangkan untuk pembatas
atasnya ditentukan oleh R5 C2 dan R6 C4, seperti terlihat pada Gambar 6 dibawah ini.
Gambar 6. Rangkaian band pass filter
7.2.3.Rangkaian Penguat Sinyal Audio
Penguat sinyal audio yang digunakan terdiri dari dua tingkat agar diperoleh penguatan yang maksimum dan outputnya sefasa dengan sinyal inputnya, seperti terlihat pada Gambar 7 dibawah ini.
Gambar 7. Rangkaian penguat sinyal
Besarnya penguatan pada setiap tingkat dapat dituliskan sebagai berikut :
Penguatan pada tingkat 1 (Av1), Av1 = - R10/R9. Penguatan pada tingkat 2 (Av2), Av2 = - R13/R12. Besarnya penguatan total (Avt) = Av1 X Av2.
7.2.4.Rangkaian Penyearah dan Komparator
Penyearah sinyal pada rangkaian ini digunakan sebuah dioda silicon, sebuah filter tegangan berupa kondensator dan sebuah beban resistor, seperti pada gambar berikut ini.
Keluaran dari dioda ini dimasukkan kedalam rangkaian komparator untuk dibandingkan dengan tegangan referensi. Apabila tegangan pada input inverting lebih positif daripada input inverting, maka keluarannya akan berayun kearah saturasi yang rendah (0V) dan begitu pula sebaliknya.
7.2.5. Rangkaian Transistor Inverter dan Mono-stable Multivibrator
Cara termudah untuk mengoperasikan sebuah transistor adalah sebagai saklar, artinya bahwa transistor tersebut dioperasikan pada salah satu keadaan jenuh (saturation) dan menyumbat (cut off). Apabila tegangan pada kaki basis 0 Volt, maka transistor akan tidak aktif karena tidak ada arus basis (Ib). Apabila tegangan pada kaki basis tinggi (5 Volt), maka transistor akan menghantar, seperti pada Gambar 9 dibawah ini.
Gambar 9. Rangkaian inverter dan tunda waktu Rangkaian monostable multivibtrator yang dibangun menggunakan IC NE 555 digunakan untuk menunda waktu pemutusan catu daya oleh TRIAC. Waktu tunda ditentukan oleh komponen R dan C yang dipasang pada IC tersebut. Waktu pengisian kapasitor C ditentukan oleh persamaan T = 1,1 RC, yang diperoleh dari persamaan sebagai berikut.
Vc = 2/3 Vcc
Vc = Vcc (1-e-t/RC) 2/3Vcc = Vcc (1-e-t/RC) 2/3 = (1-e-t/RC) -1/3 = -e-t/RC ln 1/3 = ln e-t/RC ln 1/3 = -t/RCln e RC ln 1/3 = -t ln e
ln 1/3
-t = RC
ln e -1,0986
-t = RC
0,99989 = 1,0986.RC = 1,1 RC
7.2.6.Rangkaian Saklar Elektronik
Rangkaian ini digunakan untuk menghubung dan memutuskan catu daya pada penguat audio dengan tegangan sumber 220 V. Pada penelitian ini digunakan TRIAC karena memiliki beberapa kelebihan dibandingkan dengan saklar mekanik atau relay. Kelebihan tersebut adalah tidak terjadinya loncatan bunga api listrik pada saat kontak, lebih kecil dan mampu digunakan untuk penyaklaran dengan frekuensi yang tinggi.
TRIAC mempunyai tiga buah elektroda yaitu MT1, MT2 dan Gate. Gate berfungsi untuk memicu agar TRIAC dapat bekerja. TRIAC akan bekerja apabila gate mendapat tegangan trigger di atas tegangan break overnya (VBO), sehingga akan terjadi aliran arus dari MT1 ke MT2. Rangkaian saklar elektronik secara lengkap ditunjukkan paga Gambar 10 dibawah ini.
Gambar 10. Rangkaian saklar elektronik menggunakan TRIAC
Pada penerapannya gate mendapatkan tegangan trigger dari komponen optocoupler MOC 3011. MOC 3011 terbuat dari bahan Galium Arsenida (Ga As), dimana cahaya infra merah yang dihasilkan oleh LED dideteksi oleh rangkaian detektor berupa optodiac yang dibuat secara khusus untuk mengemudiakan TRIAC.
LED Ga As mempunyai peak blocking voltage minimal sebesar 250 V, arus trigger LED sebesar 10 mA dan tegangan maksimal sebesar 3 volt.
8. Energi dan Daya Listrik
Untuk mengalirkan arus listrik, maka sumber tegangan harus mengeluarkan energi. Energi listrik dihasilkan ketika sumber tegangan melakukan usaha (W). Usaha yang dilakukan oleh sumber tegangan sama dengan energi yang dihasilkan oleh sumber tegangan, yang secara matematis dapat dituliskan sebagai berikut.
t
I
V
W
.
.
jouleDimana :
I = Kuat arus yang mengalir (ampere) t = Waktu selama arus mengalir (detik)
Banyaknya energi yang dikeluarkan sama dengan usaha, sedangkan daya adalah usaha yang dilakukan setiap detik, sehingga dapat dituliskan
t
W
P
Oleh karena
W
V
.
I
.
t
joule, maka daya dapat dirumuskant
t
I
V
P
I
V
P
Dimana :
P = Usaha yang dilakukan tiap detik (watt) V = Beda potensial sumber tegangan (volt) I = Arus yang mengalir (ampere)
9. Hasil Pengukuran dan Analisa 9.1 Pengukuran Rangkaian Penyangga
Tabel 1. Hasil pengukuran rangkaian buffer
No Vin (mVpp) Vout (mVpp) Av (kali)
1 500 500 1
2 500 500 1
3 500 500 1
9.2 Pengukuran Rangkaian BPF
Tabel 2. Hasil pengukuran rangkaian BPF
Frek AFG
Tegangan Output (Vpp)
I II III Rata-Rata
20 Hz 0,40 0,40 0,40 0,40
100 Hz 0,50 0,52 0,48 0,50
500 Hz 0,82 0,80 0,81 0,81
750 Hz 0,85 0,85 0,85 0,85
1000 Hz 0,85 0,85 0,85 0,85
2000 Hz 0,85 0,85 0,85 0,85
5000 Hz 0,85 0,85 0,85 0,85
7000 Hz 0,75 0,76 0,78 0,76
10000 Hz 0,65 0,66 0,68 0,66
12000 Hz 0,67 0,67 0,67 0,67
15000 Hz 0,65 0,65 0,65 0,65
16000 Hz 0,66 0,64 0,65 0,65
17000 Hz 0,64 0,67 0,65 0,65
18000 Hz 0,62 0,64 0,66 0,64
19000 Hz 0,60 0,58 0,62 0,60
20000 Hz 0,55 0,53 0,57 0,55
9.3 Pengukuran Rangkaian Penguat Sinyal
Tabel 3. Hasil pengukuran rangkaian penguat sinyal
No Vi1 (Vpp)
Vo1 (Vpp)
Vi2 (Vpp) Vo2 (Vpp)
1 0,5 1,3 0,04 8,0
2 0,51 1,32 0,05 8,2
3 0,5 1,3 0,04 8,0
9.4 Pengukuran Rangkaian Penyearah Sinyal
Tabel 4. Hasil pengukuran rangkaian penyearah sinyal
No Vin (AC) Vout (DC)
1 5,2 – 7,3 2,3 – 3,2
2 5,1 – 7,1 2,3 – 3,1
3 5,3 – 7,4 2,4 – 3,5
9.5 Pengukuran Rangkaian Komparator
Tabel 5. Hasil pengukuran rangkaian komparator
No Vin (V) Vref (V) Vout (V)
1 2,3 – 3,2 2,1 0
2 0 2,1 11
3 2,4 – 3,5 2,1 0
9.6 Pengukuran Rangkaian Transistor Inverter
Tabel 6. Hasil pengukuran rangkaian transistor Inverter
No Vcc Vinp (B) Vout (C)
1 12 Volt 0 Volt 11 Volt
2 12 Volt 11 Volt 0 Volt
9.7 Pengukuran Rangkaian Monostable Multi-vibrator
Tabel 7. Hasil pengukuran rangkaian Monostable Multivibrator
No Posisi
VR Trigger Tunda Vout Optodiac
1 Minimal 11-0 V 0,11 dt 0 V OFF
2 Tengah 11-0 V 5,44 dt 0 V OFF
9.8 Pengukuran Rangkaian Saklar Elektronik
Tabel 8. Hasil pengukuran rangkaian TRIAC
No Optodiac Ig
9.9 Pengukuran Rangkaian Penguat Audio
Tabel 9. Hasil pengukuran rangkaian penguat audio tanpa rangkaian catu daya otomatis
No Pengu
at Audio
Daya Listrik (Watt)
Menerima Sinyal Tidak Menerima Sinyal
I II III Rata-rata I II III Rata-rata
1 TBA 810 2,4 2,3 2,5 2,4 0,62 0,63 0,61 0,62 2 STK 015 27,5 27,45 27,65 27,5 2,65 2,7 2,55 2,63 3 STK 032 55,1 54,9 55,3 55,1 5,3 5,4 5,1 5,26
Tabel 10. Hasil pengukuran rangkaian penguat audio yang dilengkapi dengan catu daya otomatis
No Pengu
at Audio
Daya Listrik (Watt)
Menerima Sinyal Tidak Menerima Sinyal
I II III Rata-rata I II III Rata-rata
1 TBA 810 2,68 2,58 2,78 2,68 0,160 0,160 0,160 0,160 2 STK 015 27,78 27,73 27,93 27,81 0,160 0,160 0,160 0,160 3 STK 032 55,38 55,18 55,58 55,38 0,160 0,160 0,160 0,160
9.10Pengukuran Rangkaian Saklar Elektronik
Tabel 11. Hasil pengukuran rangkaian Saklar elektronik
No Rangkaian Kondisi Variable yang diukur
Pengamatan ke Rerata pengamat
9.11Pengukuran Rangkaian Tuner
Tabel 12. Hasil pengukuran rangkaian tuner AM/FM
No Rangkaian Kondisi Variable yang diukur
Pengamatan ke Rerata pengamat
Berdasarkan dari hasil pengukuran diatas, maka besarnya daya listrik yang diserap oleh penguat daya audio sistem biasa (tidak dilengkapi dengan saklar catu daya otomatis) dapat dituliskan sebagai berikut.
1. Saat menerima sinyal audio
a. Rangkaian IC TBA 810 s = 2,4 Watt
2. Saat tidak menerima sinyal audio
a. Rangkaian IC TBA 810 s = 0,62 Watt
Untuk rangkaian yang dilengkapi dengan sistem catu daya otomatis, maka besarnya daya keseluruhan dapat dituliskan sebagai berikut.
1. Saat menerima sinyal audio
a. Rangkaian IC TBA 810 s = 2,40 Watt
2. Saat tidak menerima sinyal audio
c. Rangkaian IC STK 032 = -
Rangkaian Tuner AM/FM = 0,364 Watt Rangkaian catu daya otomatis = 0,160 Watt Daya keseluruhan = 0,524 Watt
Berdasarkan hasil pengukuran di atas, maka dapat dihitung besarnya efisiensi pemakaian daya listrik sebagai berikut.
a. Untuk power IC TBA 810 s, maka besarnya efisiensi daya listriknya =
%
perbedaan pemakaian daya listrik saat rangkaian menerima sinyal audio dan tidak menerima sinyal audio. Saat menerima sinyal audio, maka besarnya daya rata-rata yang diserap sebesar 280,8 mWatt, sedangkan kondisi tidak menerima, maka besarnya daya yang diserap adalah 160,8 mWatt.10. Kesimpulan
Dari hasil penilitian ini dapat ditarik beberapa kesimpulan, antara lain :
Sinyal penerimaan pada pesawat penerima radio AM/FM yang berupa sinyal audio dapat dimanfaatkan sebagai sinyal input untuk menyambung dan memutuskan catu daya pada rangkaian power amplifier/penguat audio pesawat penerima tersebut secara otomatis.
Rangkaian ini dapat menyambung dan memutuskan catu daya pada pesawat penerima radio dengan efisien. Berdasarkan hasil pengujian dengan tiga buah penguat daya audio yang berbeda, maka diperoleh efisiensi daya listrik sebesar 32,82% (IC TBA 810 S), 81,21% (IC STK 015), dan 90,33% (IC STK 032).
Semakin besar daya penguat daya yang digunakan pada pesawat penerima radio AM/FM yang dilengkapi dengan rangkaian saklar catu daya otomatis, maka efisiensi penggunaan daya listriknya akan semakin besar.
11.Daftar Pustaka
[1] Chute, George M and Robert D Chute,
Electronic in Industry, USA Mc-Graw-Hill Book Company, 1995.
[2] Floyd, T, Electronics F undamentals Circuits
Devices and Applications, Singapore, Mac Millan Internacional Publishing Group, 2003. [3] Fox, R.W, Practical Triac / SCR Project For
The Experimenter, USA, Tab Book and Foulsham Tab Limited, 1975.
[4] Hughes, Fredrick W, Panduan OP Amp
(Terjemahan oleh Ignatius Hartono), Jakarta,, PT Elex Media Komputindo, 1994.
[5] Karim, A, Teknik Penerima dan Pemancar
Radio, Jakarta, PT Elek Media Komputindo, 1993.
[6] Siyamta, Penyaklaran Catu Daya Otomatis
Pada Pesawat Penerima Radio AM/FM Oleh Sinyal Penerimaan (Skripsi), Yogyakarta, IKIP Yogyakarta, 1998.
[7] Sudjana, Metode Statistik, Bandung, Tarsito, 1992.
[8] Sugiyono, Metodologi Penelitian Administrasi,
Bandung, Alfabeta, 1994.
12. Biografi Penulis
Siyamta, S.Pd., S.ST., MT.,
dilahirkan di Kulon Progo, Daerah Istimewa Yogyakarta. Menyelesa-ikan pendidMenyelesa-ikan di IKIP Yogyakarta Jurusan Pendidikan Teknik Elektro- nika Komunikasi lulus tahun 1998, Politeknik Elektronika Negeri Surabaya, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (PENS-ITS) Surabaya, konsentrasi Jaringan Komputer, lulus tahun 2002 serta Program Magister Teknologi Informasi di Departemen Teknik Elektro Institut Teknologi Bandung (ITB), lulus tahun 2005 dengan predikat Cum Laude.
