LAPORAN PRAKTIKUM TEKNIK INSTRUMENTASI
CATU DAYA
NAMA : NURSYAMSI
NIM : G41114006
KELOMPOK : II (DUA)
ASISTEN : KASMIRA
PROGRAM STUDI KETEKNIKAN PERTANIAN DEPARTEMEN TEKNOLOGI PERTANIAN
FAKULTAS PERTANIAN UNIVERSITAS HASANUDDIN
I. PENDAHULUAN
I.1. Latar Belakang
Seiring berkembangnya zaman, teknologgi pun semakin canggih seperti halnya alat-alat elektronika. Berbagai alat dapat diperoleh, baik itu karya orang lain ataupun karya sendiri. Ada banyak macam alat elektronika yang bahkan dapat membantu kehidupan manusia dalam bidang informasi dan lain-lain. Namun dari sekian banyak alat-alat elektronik yang telah ada, kemungkinan besar mayoritas pengguna alat elektronik tidak mengetahui secara pasti bagaiamana alat-alat tersebut bekerja sebagaimana fungsinya masing-masing.
Pada alat elektonik terdapat komponen-komponen yang saling terhubung menjadi sebuah rangkaian yang dapat dijadikan sebuah alat elektronik sederhana, seperti penyearah gelombang yang merupakan rangkaian elektronika dan juga bagian dari catudaya yang berfungsi untuk menyearahkan gelombang arus listrik yang semula berupa arus bolak-balik (AC), jika dilewatkan rangkaian penyearah akan berubah menjadi arus searah (DC). Salah satu komponen dari rangkaian penyearah adalah dioda yang berfungsi sebagai penyearah.
Rangkaian penyearah gelombang dibagi menjadi dua yaitu rangkaian penyearah setengah gelombang dan rangkaian penyearah gelombang penuh. Rangkaian penyearah setengah gelombang adalah pada saat gelombang pertama (puncak) dengan satu dioda. Rangkaian penyearah gelombang penuh adalah pada saat gelombang penuh dengan dua dioda, tegangan yang terjadi pada beban mempunyai polaritas yang sama tanpa memperdulikan dioda mana yang mengahantar karena arus mengalir melalui arah yang sama sehingga akan terbentuk gelombang penuh terkecuali menggunakan kapasitor bentuk gelombang tidaklah penuh.
Berdasarkan hal ini, maka dilakukanlah praktikum tentang catu daya ini, agar dapat mengetahui komponen-komponen yang digunakan dalam rangkaian dan cara menghubungkan komponen yang ada menjadi sebuah rangkaian sederhana.
I.2. Tujuan dan Kegunaan
Tujuan praktikum ini yaitu untuk mengetahui bagian utama dan fungsi dari rangkaian catu daya, serta memiliki kemampuan membuat catu daya.
II. TINJAUAN PUSTAKA
II.1. Power Supply (Catu Daya)
Rangkaian catu daya berfungsi untuk menyediakan arus dan tegangan tertentu sesuai dengan kebutuhan beban dari sumber daya listrik yang ada. Untuk catudaya DC, akan diperlukan suatu rangkaian yang dapat mengubah tegangan AC menjadi tegnagn DC (A’yun, 2015).
II.1.1. Karakteristik Catu Daya
Kualitas catudaya bergantung pada reguasi beban, regulasi jalur dan habatan keluaran. Maka beberapa karakteristik catu daya yang harus diketahui antara lain adalah (A’yun, 2015):
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 tegangan beban. Regulasi beban secara umum mengindikasikan bagaimana tegangan beban berubah saat arus beban berubah.
2. Regulasi Jalur
Tegangan jalur masukan mempunyai nila nominal. tegangan sebenarnya yang dating bervariasi mulai dari 105 sampai 125 Vrms, tergantung pada waktu, tempat dan factor lainnya. Karena tegangan sekunder secara langsung tergantung dari tegangan jalur, tegangan beban akan berubah saat tegangan jalur berubah.
2.1.2.
Prinsip Kerja Catudaya Linearmengubah arus AC menjadi DC. Pada tulisan kali ini disajikan prinsip rangkaian catu daya (power supply) linier mulai dari rangkaian penyearah yang paling sederhana sampai pada catu daya yang ter-regulasi, prinsip kerjanya sebagai berikut(Alphanet, 2007):
1. Rectifier (Penyearah)
Prinsip rectifier (penyearah) yang paling sederhana ditunjukkan pada gambar berikut ini. Transformator (T1) diperlukan untuk menurunkan tegangan AC dari jala-jala listrik pada kumparan primernya menjadi tegangan AC yang lebih kecil pada kumparan sekundernya.
Gambar 23. Rangkaian penyearah sederhana (Sumber: Alphanet, 2007).
Pada rangkaian ini, dioda (D1) berperan hanya untuk merubah dari arus AC menjadi DC dan meneruskan tegangan positif ke beban R1. Ini yang disebut dengan penyearah setengah gelombang (half wave). Untuk mendapatkan penyearah gelombang penuh (full wave) diperlukan transformator dengan center tap (CT) seperti pada gambar di bawah:
Gambar 24. Rangkaian penyearah gelombang penuh (Sumber: Alphanet, 2007).
aplikasi seperti misalnya untuk men-catu motor DC yang kecil atau lampu pijar DC, bentuk tegangan seperti ini sudah cukup memadai. Walaupun terlihat di sini tegangan ripple dari kedua rangkaian di atas masih sangat besar.
Gambar 25. Rangkaian penyearah setengah gelombang dengan filter C (Sumber: Alphanet, 2007).
Ternyata dengan filter ini bentuk gelombang tegangan keluarnya bisa menjadi rata. Gambar di atas menunjukkan bentuk keluaran tegangan DC dari rangkaian penyearah setengah gelombang dengan filter kapasitor.
2. Voltage Regulator
Rangkaian penyearah sudah cukup bagus jika tegangan ripple-nya kecil, namun ada masalah stabilitas. Jika tegangan PLN naik/turun, maka tegangan outputnya juga akan naik/turun. Seperti rangkaian penyearah di atas, jika arus semakin besar ternyata tegangan DC keluarnya juga ikut turun. Untuk beberapa aplikasi perubahan tegangan ini cukup mengganggu, sehingga diperlukan komponen aktif yang dapat meregulasi tegangan keluaran ini menjadi stabil. Regulator voltage berfungsi sebagai filter tegangan agar sesuai dengan keinginan. Oleh karena itu biasanya dalam rangkaian power supply maka IC regulator tegangan ini selalu dipakai untuk stabilnya outputan tegangan.
II.2. Transformator
II.2.1. Pengertian Transformator
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 (A’yun, 2015).
Gambar 26. Transformator (Sumber: Hasan, 2012).
Gambar 27. Simbol Transformator (Sumber: Hasan, 2012).
II.2.2. Transformator atau Trafo dalam Bidang Elektrronika
Menurut Prayoga (2010), macam-macam trafo dalam bidang elektronika, antara lain sebagai berikut:
1. Trafo Radio
Trafo yang biasa digunakan pada rangkaian radio dan televisi dengan tegangan input 220 volt/110 volt dan tegangan output 48 volt – 24 volt step down. Dimensi pada trafo ini sangat kecil dan efisiensi rendah.
2. Trafo Pengukuran, dimana pada trafo pengukuran terbagi atas:
mengandung belitan primer. Sebaliknya, kawat yang membawa arus threaded melalui jendela di transformator toroida.
b. Potential transformer merupakan transformer juga dapat digunakan dalam sistem instrumentasi listrik. Karena transformer kemampuan untuk meningkatkan atau turun tegangan dan arus, dan listrik isolasi yang mereka berikan, mereka dapat berfungsi sebagai cara untuk menghubungkan peralatan listrik tegangan tinggi, sistem tenaga arus tinggi. Misalkan kita ingin secara akurat mengukur tegangan 13,8 kV sebuah power sistem.
3. Trafo Tenaga, trafo ini biasanya digunakan pada pemakaian daya dari rumah tangga, sampai pembangkit, transmisi dan distribusi tenaga listrik.
II.2.3. Efisiensi Transformer
Menurut Prayoga (2010), efisiensi transformer adalah perbandingan antara daya output yang dihasilkan dibanding dengan daya input masukannya.
Efisiensi= P out
Pout = daya yang dihasilkan (joule) Pin = daya yang diberikan (joule) Vout = tengangan yang keluar (volt) Vin = tengangan yang masuk (volt) II.2.4. Jenis-jenis Transformator
Menurut Seput (2012), trafo terbagi dalam beberapa jenis, antara lain sebagai berikut:
1. Step-Up
Gambar 28. Lambang transformator step-up (Sumber: Seput, 2012).
2. Step-down
Transformator step-down memiliki lilitan sekunder lebih sedikit daripada lilitan primer, sehingga berfungsi sebagai penurun tegangan. Transformator jenis ini sangat mudah ditemui, terutama dalam adaptor AC-DC.
Gambar 29. Lambang transformator step-down (Sumber: Seput, 2012).
3. Autotransformator
Transformator jenis ini hanya terdiri dari satu lilitan yang berlanjut secara listrik, dengan sadapan tengah. Dalam transformator ini, sebagian lilitan primer juga merupakan lilitan sekunder.
Gambar 30. Lambang autotransformator (Sumber: Seput, 2012).
4. Autotransformator Variabel
Gambar 31. Lambang autotransformator variabel (Sumber: Seput, 2012).
5. Transformator Isolasi
Transformator isolasi memiliki lilitan sekunder yang berjumlah sama dengan lilitan primer, sehingga tegangan sekunder sama dengan tegangan primer. 6. Transformator Pulsa
Transformator pulsa adalah transformator yang didesain khusus untuk memberikan keluaran gelombang pulsa.
7. Transformator Tiga Fasa
Transformator tiga fasa sebenarnya adalah tiga transformator yang dihubungkan secara khusus satu sama lain. Lilitan primer biasanya dihubungkan secara bintang (Y) dan lilitan sekunder dihubungkan secara delta (Δ).
II.3. Regulator Tegangan Integrated Circuit (IC)
a. 78xx untuk regulator positif b. 79xx untuk regulator negatif Gambar 32. susunan kaki IC regulator
(Sumber: Alphanet, 2007). II.4. Dioda
Dioda merupakan komponen elektronika yang mempunyai dua elektroda (terminal), dapat berfungsi sebagai penyearah arus listrik. Ada dua jenis dioda yaitu dioda tabung dan dioda semikonduktor. Dalam pembahasan ini hanya dibahas dioda semikonduktor saja sebab dioda tabung sekarang jarang dipakai. Karakteristik dioda dapat ditunjukkan oleh hubungan antara arus yang lewat dengan beda potensial ujung-ujungnya. Karakteristik dioda pada umumnya diberikan oleh pabrik, tetapi dapat juga diselidiki sendiri dengan rangkaian (Anonim, 2011).
II.4.1. Prinsip Kerja Dioda
Dioda semikonduktor hanya dapat melewatkan arus pada satu arah saja, yaitu pada zat dioda memperoleh catu arah maju (forward bias). Pada kondisi ini dioda dikatakan bahwa dioda dalam keadaan konduksi atau menghantar dan mempunyai tahanan dalam dioda relative kecil. Sedangkan bila dioda diberi catu arah terbalik (reverse bias) maka dioda tidak bekerja dan pada kondisi ini dioda mempunyai tahanan dalam yang tinggi sehingga arus sulit mengalir. Dari kondisi tersebut maka dioda hanya digunakan pada beberapa pemakain saja antara lain sebagai penyearah gelombang (rectifier), disamping kegunaan-kegunaan lainya misalnya sebagai klipper, clamper, pengganda tegangan dan lain-lain (Purwito, 2008). II.4.2. Sifat-Sifat Dioda
Menurut Purwito (2008), terdapat beberapa sifat dioda yang harus diketahui antara lain:
1. Dioda Silikon:
b. Perlawanan maju cukup kecil
c. Perlawanan terbalik sangat tinggi, dapat mencapai beberapa Mega Ohm d. Arus maju maksimum yang dibolehkan cukup besar, sampai 1000 A e. Tegangan terbalik maksimum yang dibolehkan cukup tinggi, dapat
mencapai 1000 V 2. Dioda Germanium:
a. Menghantar dengan tegangan maju kira-kira 0,2 Volt b. Perlawanan maju agak besar
c. Perlawanan terbalik kurang tinggi ( kurang dari 1 Mega Ohm) d. Arus maju maksimum yang dibolehkan kurang besar
e. Tegangan terbalik masimum yang dibolehkan kurang tinggi 2.4.3. Jenis-jenis Dioda
Menurut Purwito (2008), dioda terbagi atas beberapa jenis antara lain sebagai berikut:
1. Dioda Pemancar Cahaya (LED)
Bila dioda dibias forward, electron pita konduksi melewati junction dan jatuh ke dalam hole. Pada saat elektron-elektron jatuh dari pita konduksi ke pita valensi, mereka memancarkan energi. Pada dioda led energi dipancarkan sebagai cahaya, sedangkan pada dioda penyearah energi ini keluar sebagai panas. Dengan menggunakan bahan dasar pembuatan led seperti gallium, arsen dan phosfor parik dapat membuat led dengan memancarkan cahaya warna merah, kuning, dan infra merah (tak kelihatan).
2. Dioda Photo
Energi thermal menghasilkan pembawa minoritas dalam dioda, makin tinggi suhu makin besar arus dioda yang terbias reverse. Energi cahaya juga menghasilkan pembawa minoritas. Dengan menggunakan jendela kecil untuk membuka junction agar terkena sinar, pabrik dapat membuat dioda photo. Jika cahaya luar mengenai junction dioda photo yang dibias reverse akan dihasilkan pasangan electron-hole dalam lapisan pengosongan. Makin kuat cahaya makin banyak jumlah pembawa yang dihasilkan cahaya makin besar arus reverse. Oleh sebab itu dioda photo merupakan detektor cahaya yang baik sekali.
Seperti kebanyakan komponen dengan kawat penghubung, dioda mempunyai kapasitansi bocor yang mempengaruhi kerja pada frekuensi tinggi. Lapisan pengosongan melebar hingga perbedaan potensial sama dengan tegangan riverse yang diberikan. Makin besar tegangan riverse makin lebar lapisan pengosongan. Karena lapisan pengosongan hamper tak ada pembawa muatan ia berlaku seperti isolator atau dielektrik.
4. Dioda Schottky
Dioda schottky menggunakan logam emas, perak atau platina pada salah satu sisi junction dan silicon yang di dop pada sisi yang lain. Dioda semacam ini adalah piranti unipolar karena electron bebas merupakan pembawa mayoritas pada kedua sisi junction. Dioda Schottky ini tidak mempunyai lapisan pengosongan atau penyimpanan muatan, sehingga mengakibatkan ia dapat di switch nyala dan mati lebih cepat dari pada dioda bipolar. Sebagai hasilnya piranti ini dapat menyearahkan frekuensi diatas 300 MHz dan jauh diatas kemampuan dioda bipolar.
5. Dioda Step-Recovery
Dengan mengurangi tingkat doping dekat junction pabrik dapat membuat dioda step-recovery piranti yang memanfaatkan penyimpanan muatan. Selama konduksi forward dioda berlaku seperti dioda biasa dan bila dibias riverse dioda ini konduksi sementara lapisan pengosongan sedang diatur dan kemudian tiba-tiba saja arus riverse menjadi nol. Dalam keadaan ini seolah-olah dioda tiba-tiba terbuka menjepret (snaps open) seperti saklar, dan inilah sebabnya kenapa dioda step-recovery sering kali disebut dioda snap. Dioda step-recovery digunakan dalam rangkaian pulsa dan digital untuk menghasilkan pulsa yang sangat cepat. Snap-off yang tiba-tiba dapat menghasilkan pensaklaran on-off kurang dari 1 ns. Dioda khusus ini juga digunakan dalam pengali frekuensi.
6. Dioda Zener
mencapai kecepatan yang cukup tinggi untuk mengeluarkan electron dari orbit luar. Efek zener berbeda-beda, bila dioda di-dop banyak maka lapisan pengosongan amat sempit. Sehingga medan listrik pada lapisan pengosongan sangat kuat.
Gambar 33. Simbol Dioda, (a). Led, (b). Photo, (c). Varactor, (d). Schottky, (e). Step-recovery, (f). Zener
III. METODOLOGI PRAKTIKUM
3.1. Waktu dan Tempat
Praktikum pengujian catu daya dilaksanakan pada hari Jum’at tanggal 28 Oktober 2016 pukul 09.00 WITA sampai selesai. Bertempat di Laboratorium Processing, Program Studi Teknik Pertanian, Departemen Teknologi Pertanian, Fakultas Pertanian, Universitas Hasanuddin, Makassar.
3.2. Alat dan Bahan
Alat yang digunakan pada praktikum pengujian catu daya adalah multimeter, pulpen, buku, adaptor, solder dan osiloskop.
Bahan yang digunakan pada praktikum pengujian catu daya adalah, dioda silikon, elco (2200 dan 500 mikroF), papan PCB, soket penghubung, timah, kabel tunggal, serta regulator Integrated Circuit (IC) (7805 dan 7905).
3.3. Prosedur Praktikum
1. Menyiapkan alat dan bahan yang diperlukan.
2. Membuat sketsa rangkaian yang hendak dibuat.
3. Menghubungkan komponen listrik sesuai sketsa rangkaian yang telah dibuat pada PCB.
a. Memasang dioda resistor secara jembatan, kemudian menghubungkan dioda positif dengan positif, negatif dengan negatif, positif dengan negatif.
b. Pasang tiga kabel tunggal di sebelah kiri dan tiga kabel tunggal di sebelah kanan resistor.
kanan resistor.
d. Menghubungkan dioda positif ke kapasitor negatif dan dioda negatif ke kapasitor positif. Kapasitor negatif di hubungkan dengan kabel tunggal di sebelah kanan kapasitor bagian bawah da kapasitor positif ke bagian tunggal di sebelah kanan atas kapasitor. Serta kabel tunggal untuk ground diantara kabel tunggal positif dengan negatif.
e. KT positif di hubungkan dengan input IC LM7805 dan KT negatif di hubungkan dengan input IC LM7905.
f. Menghubungkan output LM7805 dengan socket positif dan output LM7905 dengan socket negatif.
g. Menghubungkan ground LM7805 dengan ground LM7905.
h. Menhubungkan semua ground tanpa menyentuh dioda positif maupun dioda negatif serta ground pada IC.
4. Setelah komponen terhubung selanjutnya mengukur beda potensial pada kedua dioda, kapasistor, dan resistor dengan osiloskop dan multitester digital.
a. Menghubungkan dioda positif dengan positif trafo, dioda negatif dengan negatif trafo dan ground catu daya ke ground trafo.
b. Menyalakan osiloskop dengan menekan tombol power.
c. Mengkalibrasi satuan waktu dan tegangan untuk mengukur keluaran catu daya dengan menghubungkan ground catu daya dan kabel pendeksi ke osiloskop.
d. Mengukur beda potensial atau tegangan dioda positif dan negatif resistor, dioda posotif dan negatif kapasitor, input IC dan keluaran negatif dan positif catu daya yang telah dirangkai.
IV. HASIL DAN PEMBAHASAN
IV.1. Hasil
IV.1.1. Gambar rangkaian catu daya
Gambar 45. Catu daya
IV.1.2. Gambar gelombang yang dihasilkan pada rangkaian catu daya
Gambar 47. Gelombang pada diode silicon IV.2. Pembahasan
Berdasarkan gambar 45, rangkaina catu daya yang dibuat sesuai dengan teori yang ada. Dimana pada rangkaian catu daya terdiri atas komponen-komponen seperti diode silicon, elco (2200 dan 500 mikroF), dan regulator Integrated Circuit (IC) (7805 dan 7905). Akan tetapi ketika gelombang yang dihasilkan pada rangkaian catu daya tidak sesuai dengan teori seperti yang terdapat pada gambar 46 dan 47. Gelombang yang dihasilkan tidak sempurna,
V. PENUTUP
V.1. Kesimpulan V.2. Saran
DAFTAR PUSTAKA
Alphanet. 2007. Dasar Elektroninka Power Supply. http://catu-daya-power-supply.pdf. Diakses pada tanggal 26 Oktober 2016, pukul 07:32 WITA. Anonim. 2011. Pengertian dan Karakteristik Dioda. staff.uny.ac.
idsystemfiles.pdf. Diakses pada tanggal 28 Oktober 2016, pukul 21:26 WITA.
Hasan Eko. 2012. Mengenal Komponen Elektronika. MAN KalabahI: Alor. Prayoga Aditya. 2010. Transformer. Universitas Indonesia: Depok.
Purwito Sarief Wahyu. 2008. Prinsip Kerja Dioda. SMKN 1 Bangil: Bangil. Seput. F. 2012. Pendekatan Pemecahan Masalah Catu Daya. http://
PENDEKATA- PEMECAHAN-MASALAH-catu-daya.pdf. Diakses pada 28 Oktober 2016, pukul 21:25 WITA.
