BAB. I
PENDAHULUAN
A. DESKRIPSI
Modul ini berjudul Memperbaiki/Reparasi Power Supply Kecil dipersiapkan untuk siswa Sekolah menengah Kejuruan Kelompok Rekayasa Teknologi Program Keahlian Audio – Vidio.
Modul ini berkaitan dengan pemahaman tentang ilmu dasar sebuah adaptor baik yang halfwave maupun yang fullwave, cara menguji dan memeriksa kemudian mengamati gejala kerusakan kemudian melakukan perbaikan/ reparasi dan memodifikasi serta melakukan pemeliharaan Catu Daya Arus Searah atau DC. Setiap akhir materi disampaikan rangkuman yang memuat intisari materi yang dilanjutkan test formatif. Setiap siswa harus mengerjakan test tersebut sebagai indikator penguasaan materi. Jawaban test kemudian diklarifikasikan dengan kunci jawaban. Guna melatih ketrampilan dan sikap kerja yang benar, setiap siswa dapat berlatih dengan pedoman lembar kerja yang ada.
Diakhir modul terdapat evaluasi sebagai uji kompetensi siswa yang dilakukan secara teori dan praktek dengan cara menjawab pertanyaan yang ada dan untuk praktik dengan cara mendemonstrasikan kompetensi yang harus dimiliki. Sedangkan guru/instruktur menilai berdasarkan lembar observasi yang ada sehingga dapat diketahui apakah siswa tersebut sudah mempunyai kompetensi Memperbaiki/reparasi power supply kecil dengan sub kompetensi sebagai berikut:
1. Menguasai ilmu dasar adaptor
B. PRASYARAT
Untuk menguasai kompetensi Memperbaiki/reparasi power supply kecil dengan kode: ELKA MR-PS.001.A, peserta didik dipersyaratkan menyelesaikan modul dengan kompetensi Menguasai teori dasar elektronika dengan kode: ELKA– MR.UM.001.A dan modul dengan kompetensi Menggunakanalat/instrument Bantu keperluan pengukuran dengan kode: ELKA-MR.UM.005.A
C. PETUNJUK PENGGUNAAN MODUL
1. Petunjuk bagi peserta diklat
Untuk memperoleh hasil belajar secara maksimal, dalam menggunakan modul ini maka langkah-langkah yang perlu dilaksanakan antara lain: a. Bacalah dan pahami dengan seksama uraian-uraian materi yang ada
pada masing-masing kegiatan belajar. Bila ada materi yang kurang jelas, peserta diklat dapat bertanya pada guru atau instruktur yang mengacu kegiatan belajar.
b. Kerjakan setiap tugas formatif (soal latihan) untuk mengetahui seberapa besar pemahaman yang telah dimiliki terhadap materi-materi yang dibahas dalam setiap kegiatan belajar.
c. Untuk kegiatan belajar yang terdiri dari teori dan praktik, perhatikanlah hal-hal berikut ini:
1) Perhatikan petunjuk-petunjuk keselamatan kerja yang berlaku. 2) Pahami setiap langkah kerja (prosedur praktikum) dengan baik. 3) Sebelum melaksanakan praktikum, identifikasi (tentukan) peralatan
dan bahan yang diperlukan dengan cermat.
4) Gunakan alat sesuai prosedur pemakaian yang benar.
d. Jika belum menguasai level materi yang diharapkan, ulangi lagi pada kegiatan belajar sebelumnya atau bertanyalah kepada guru atau instruktur yang mengacu kegiatan pemelajaran yang bersangkutan.
2. Petunjuk Bagi Guru
Dalam setiap kegiatan belajar guru atau instruktur berperan untuk:
a. Membantu peserta diklat dalam merencanakan proses belajar. b. Membimbing peserta diklat melalui tugas-tugas pelatihan
yang dijelaskan dalam tahap belajar.
c. Membantu peserta diklat dalam memahami konsep, praktik baru, dan menjawab pertanyaan peserta diklat mengenai proses belajar peserta diklat.
d. Membantu peserta diklat untuk menentukan dan mengakses sumber tambahan lain yang diperlukan untuk belajar.
e. Mengorganisasikan kegiatan belajar kelompok jika diperlukan. f. Merencanakan seorang ahli/pendamping guru dari tempat
kerja untuk membantu jika diperlukan.
D. TUJUAN AKHIR
Dari kriteria unjuk kerja ketrampilan kognitip maupun dengan imajinasi psikomotorik seperti unit kompetensi maka peserta diklat diharapkan: 1. Menguasai Ilmu dasar adaptor
a. Memahami Komponen pendukung sebuah adaptor b. Memahami jenis-jenis adaptor
c. Memahami prinsip kerja sebuah adaptor. 2. Menguasai troubleshooting dan reparasi adaptor
a. Memeriksa dan menguji sebuah adaptor
3. Memodifikasi adaptor
a. Membuat adaptor dengan output tegangan yang bermacam-macam
b. Mempertinggi atau memperendah tegangan output sebuah adaptor
E. STANDAR KOMPETENSI
PROGRAM DIKLAT: Memperbaiki/Reparasi Power Supply Kecil
KODE : ELKA-MR.PS.001.A merek tipe masing-masing sistem power supply
3. Peralatan dan bahan yang dipergunakan:
Peralatan umum perbaikan elektronika sistem adaptor meliputi: Toolkit, Multitester (AVO meter)
SUB KOMPETE
NSI KRITERIA KINERJA LINGKUPBELAJAR
SUB KOMPETE
NSI KRITERIA KINERJA LINGKUPBELAJAR
SUB KOMPETE
NSI KRITERIA KINERJA LINGKUPBELAJAR
F.
CEK KEMAMPUAN SISWA
Tabel dibawah ini untuk mengetahui kemampuan awal yang peserta diklat miliki, maka berilah tanda cek list () dengan sikap jujur dan dapat
Saya dapat menjelaskan pengertian adaptor
Saya dapat menjelaskan komponen pendukung adaptor
Saya dapat menjelaskan system penyearahan suatu
Saya dapat memeriksa dan menguji sebuah adaptor
Saya dapat mengamati gejala kerusakan dan mengalokasi kerusakannya
Saya dapat menganalisa dan memperbaiki sebuah adaptor
√
3. Memodifikasi Adaptor
Saya dapat membuat adaptor dengan batasan tegangan output tertentu
Saya dapat membuat adaptor dengan output ganda.
Saya dapat membuat adaptor dengan output bervariasi.
√
BAB. II
PEMELAJARAN
A. RENCANA BELAJAR SISWA
Rencana belajar siswa diisi oleh siswa dan disetujui oleh guru. Rencana belajar tersebut adalah sebagai berikut:
NAMA SISWA : ……….
TINGKAT/KELAS: ……….
No Jenis Kegiatan Tanggal Waktu Tempat
Belajar
Paraf Guru 1. -Memahami pengertian dan
kegunaan suatu adaptor -Memahami prinsip kerja
komponen pendukung suatu adaptor
-Menjelaskan system
penyearahan suatu adaptor
2. memeriksa dan menguji sebuah adaptor
mengamati gejala kerusakan dan
mengalokasi kerusakan
3. membuat adaptor dengan batasan tegangan output tertentu
membuat adaptor dengan output ganda.
membuat adaptor dengan output bervariasi.
KEGIATAN BELAJAR 1.
MENGUASAI ILMU DASAR ADAPTOR
PENDAHULUAN
Pada kegiatan belajar 1 ini membahas materi pembelajaran peserta diklat dipersiapkan untuk memahami dan mengerti prinrip-prinsip dasar adaptor yang meliputi pengertian dan fungsi adaptor, prinsip kerja komponen pendukung adaptor serta jenis-jenis rangkaian suatu adaptor
a. Tujuan Kegiatan pembelajaran
Setelah menyelesaikan pelajaran ini peserta dapat: 1. Menjelaskan kegunaan adaptor
2. Menghitung tegangan dan arus beban. 3. Menghitung tegangan dan arus dioda.
4. Menentukan batas tegangan balik (revers) dioda dalam rangkaian penyearah setengah gelombang dan gelombang penuh.
5. Membuat hubungan rangkaian penyearah setengah gelombang dan gelombang penuh.
b. Uraian Materi
1) ADAPTOR/CATU DAYA
Berbagai sumber daya tersebut akan kita bahas salah satunya type catu daya yang terjadi melalui suatu proses pengubahan dari tegangan AC (bolak-balik) ke DC (searah ). Proses pengubahan dimulai dari penyearahan oleh diode, penghalusan tegangan kerut (Ripple Voltage Filter) dengan menggunakan condensator dan pengaturan (regulasi) oleh rangkaian regulator. Pengaturan meliputi pengubahan tingkat tegangan atau arus. Pada teknik regulasi pada pembuatan catu daya, kita mengenal teknik regulasi daya linier dan teknik regulasi switching.
2) DIODA SEBAGAI PENYEARAH
Dioda semikonduktor
Bahan dasar yang banyak digunakan untuk membuat piranti elektronik adalah bahan semikonduktor germanium (Ge) dan silikon (Si), yang mana kedua bahan ini mempunyai elektron valensi yang sama.
Sambungan bahan semikonduktor P dan N mendasari suatu piranti elektronik aktif yang disebut sebagai Dioda.
Dioda mempunyai elektroda Anoda yang berkutub positif dan elektroda Katoda yang berkutub negatif. Simbol dioda diperlihatkan seperti pada gambar 1.1.
Gambar 1.1 Simbol Dioda
a. Bias Maju Dioda
Gambar 1.2 Bias maju-Saklar on
I
Forward
U
Gambar 1.3 Kurva Hubungan arus dan tegangan bias maju
b. Bias Mundur Dioda
Gambar 1.4 Bias mundur –Saklar off
Sebagai sifat dioda, pada saat reverse, nilai tahanan dioda relatif sangat besar dan dioda ini tidak dapat menghantarkan arus. Gambar 1.5 memperlihatkan kurva pada saat reverse. Harga-harga nominal baik arus maupun tegangan tidak boleh dilampaui, karena akan mengakibatkan rusaknya dioda.
-U
Reverse
-I
Gambar 1.5 Kurva Hubungan arus dan tegangan bias maju.
Secara umum dioda digunakan sebagai penyearah (rcctifier)
arus/tegangan arus bolak balik (AC) satu fasa atau tiga fasa kedalam bentuk gelombang arus searah (DC).
Pada dasarnya penyearahan ini ada dua macam yaitu: 1. Penyearah setengah gelombang (half wave rectifier) 2. Penyearah gelombang penuh (full wave rectifier)
Tegangan arus searah biasanya dibutuhkan untuk mengoperasikan peralatan elektronik, misalnya pesawat amplifier, peralatan kontrol elektronik, peralatan komunikasi dan sebagainya.
Catu daya arus searah (DC) dapat diperoreh dari batere atau dari sumber daya listrik 220/240 Volt Ac 50 Hz yang dirubah menjadi arus searah melalui rangkaian penyearah (rectifier).
Pada sistem rangkaian penyearah ada 4 fungsi dasar yang dibahas, yaitu:
1. Tranformasi tegangan yang diperlukan untuk menurunkan tegangan yang diinginkan.
2. Rangkaian penyearah, rangkaian ini untuk mengubah tingkat tegangan arus bolak balik ke arus searah.
3. Filter, merupakan rangkaian untuk memproses fluktuasi penyearahan yang menghasilkan keluaran tegangan DC yang lebih rata.
4. Regulasi, adalah parameter yang sangat penting pada catu daya dan regulator tegangan dengan bahan bervariasi.
3.1 PENYEARAH SETENGAH GELOMBANG
Contoh sederhana rangkaian penyearah setengah gelombang diperlihatkan seperti gambar 1.6
Us Diode
+
Time Us RL
Jika dioda dalam kondisi menghantar (conduct) pada setengah perioda positif, dioda tersebut pada keadaaan forward biased sehingga arus mengalir dan melewati tahanan beban RL.
Pada saat setengah perioda negatif, dioda bersifat menghambat (reverse biased) nilai tahanan dioda sangat tinggi dan dioda tidak menghantar.
Secara praktis, tegangan keluaran (UL) hampir sama dengan sumber Us
Drop tegangan pada dioda lebih kurang 700mV.
Gambar 1.7 memperlihatkan bentuk gelombang proses penyearahan setengah gelombang.
Gambar 1.7 Bentuk Gelombang Output Penyearah Setengah Gelombang
Gambar 1.8 kurva harga rata-rata
a. Tegangan AC selalu diasumsikan harga RMS
(Urms) harga efektif RMS = 0,5 x harga puncak (Um)
(Udc) harga rata-rata = 1/ x Um = 0,318 x Um
tegangan maximum Um = 1,414 x Ueff
disipasi daya pada beban dapat dihitung dari harga RMS tegangan dan arus pada beban.
Daya = Um x Im
Um
Im =
RL
Udc
Idc =
RL
b. Arus yang melalui rangkaian seri adalah sama
harus sama besarnya dengan tegangan maksimum AC yang akan disearahkan.
Contoh soal
1. Tentukan tegangan rata-rata (Udc) yang melalui beban pada
gambar 1.9 dibawah ini, bila: Ueff = 20 volt
Drop tegangan dioda 0,8 volt.
U Us U dioda = 0,8 V
Us
0 Time
Gambar 1.9
Penyelesaian:
Um = 1,414 x Ueff
= 1,414 x 20 volt = 28,28 V
Um (beban) = (Um – 0,8) volt
= 28,28 – 0,8 = 27,48 V
Udc = 0, 318 x Um
3.2 PENYEARAH GELOMBANG PENUH
Rangkaian penyearah gelombang penuh dapat diperoleh dengan dua cara.
Cara pertama memerlukan transformator sadapan pusat (Centre Tap-CT).
Cara yang lain untuk mendapatkan keluaran (output) gelombang penuh adalah dengan menggunakan empat dioda disebut penyearah jembatan (rectifier bridge).
3.2.1 Rangkaian Penyearah Centre Tap
Penyearah gelombang penuh dengan menggunakan transformator sadapan pusat (Center Tap) diperlihatkan seperti gambar 1.10 dan 1.11
D1
A
D2 RL
B
Gambar 1.10 Penyearah dengan Trafo CT
Bila U1 dan U2 mempunyai polaritas, ujung A berpolaritas positif dan
ujung B berpolaritas negatif. Pada saat ini D1 menghantar (conduct)
sedangkan D2 tidak menghantar (reverse biased).
gelombang input dan output ditunjukkan seperti terlihat pada gambar 1.11
Gambar 1.11 Bentuk gelombang Penyearah gelombang penuh
Harga tegangan dapat dihitung: Ueff = 0,707 x Um
Udc = 0,636 x Um
Harga arus dapat dihitung dengan rumus sebagai berikut: Um
Im =
RL
Udc
Idc =
RL
3.2.2 Penyearah Gelombang Penuh Sistem Jembatan
Bridge rectifier
a) b)
A +
D1 D2
- + RL
B D3D4 120 Ώ
Gambar 1.13 Rangkaian penyearah sistem jembatan
Pada saat terminal A positif dan terminal B negatif , dioda-dioda D2
dan D3 berada dalam kondisi menghantar seadangkan D4 dan D1 tidak
menghantar.
Pada saat terminal A negatif dan B positip , dioda yang menghantar adalah D4 dan D1, sedang D2 dan D3 tidak menghantar.
Dengan demikian setiap setengah perioda tegangan bolak balik ada dua dioda yang menghantar (conduct) secara bersamaan dan dua buah dioda lainnya tidak menghantar sehingga menghasilkan bentuk gelombang penuh.
Tegangan rata-rata (Udc) sama dengan sistem penyearah dengan
menggunakan trafo CT.
a. Kelebihan sistem jembatan terhadap sistem trafo CT adalah adanya dioda yang tersambung seri sehingga masing-masing dioda dapat menahan tegangan balik maksimumnya.
Contoh soal
Dari gambar 1.15 tentukan: a. Um tegangan sekunder trafo
b. Um pada beban jika drop tegangan dioda 0,7 volt
c. Udc pada beban
d. Im dan Idc
Us RL
15 V 200Ω
Gambar 1.15 Hububungan Beban Pada Penyearah Gelombang Penuh
Penyelesaian:
a. Um pada sekunder
Um = 1,414 x Us
= 1.414 x 15 = 21,211 volt
b. Um pada beban RL
Um (beban) = 21,21 – (2 x x0,7)
= 19,81 volt
Udc = 0,637 x Um (beban)
= 0,637 x 19,81 = 12,64 volt
Um
d. Im =
RL
19,81
= --- = 99,1 mA 200
Udc
Idc =
RL
12,56
= --- = 63,2 mA 200
4) FILTER
Penyearah tanpa filter menghasilkan keluaran sinyal output yang berupa pulsa. Walaupun nilai rata-rata dari sinyal ini tidak nol, akan tetapi sinyal ini masih belum dapat dipakai sebagai sumber daya atau catu daya untuk peralatan elektronika seperti pesawat radio, tape, komputer dan lain-lain. Oleh karena itu diperlukan rangkaian tambahan untuk lebih
Setiap gelombang keluaran hasil penyearahan baik yang tanpa filter maupun yang dengan filter terdiri atas komponen DC dan komponen AC (ripel). Akan tetapi sumber tegangan baterai/accu tidak mempunyai komponen AC. Semakin baik kualitas suatu catu daya berarti semakin kecil perbandingan antara nilai komponen AC (ripel) terhadap komponen DC. Ukuran ini disebut dengan istilah faktor ripel (r).
tegangan ripel (rms) r = tegangan dc
Ur (rms)
r = --- x 100 % U dc
Faktor lain yang juga penting dalam menentukan kualitas suatu catu daya adalah regulasi tegangan (V.R.). Tegangan keluaran suatu catu daya dalam keadaan ada beban cenderung lebih kecil dibanding dengan tegangan keluaran dalam keadaan tanpa beban. Semakin kecil perbedaan tersebut, semakin baik kualitas suatu catu daya. Demikian pula sebaliknya, semakin besar perbedaan tersebut, semakin jelek kualitas suatu catu daya. Regulasi tegangan bisa didefinisikan sebagai berikut.
Udc tanpa beban – Udc beban penuh U.R. =
Udc beban penuh
UNL – VFL
Suatu penyearah tanpa filter akan menghasilkan tegangan keluaran yang juga terdiri atas komponen DC dan komponen AC (ripel). Penyearah setengah gelombang menghasilkan tegangan DC dan AC sebesar:
Udc = 0,318 Vm Ur(rms) = 0,385 Vm
Oleh karena itu faktor ripel (r) dari penyearah setengah gelombang adalah: r =121 %
Sedangkan Penyearah gelombang penuh menghasilkan tegangan DC dan AC sebesar:
Udc = 0,636 Vm Ur(rms) = 0,308 Vm
Oleh karena itu faktor ripel (r) dari penyearah gelombang penuh adalah: r =48 %
Filter yang banyak digunakan dalam rangkaian catu daya adalah filter kapasitor (C). Filter C ini sangat sederhana yaitu dengan cara menambahkan secara parallel komponen C pada penyearah. Semakin besar nilai C yang digunakan, semakin baik factor ripelnya atau semakin halus/kecil komponen AC (ripel)nya.
Pada penyearah gelombang penuh dengan filter C, nilai tegangan ripel dapat ditentukan sebagai berikut.
Vdc
Vr(rms) = --- 43.f.R.C
Sehingga faktor ripelnya dapat diperoleh:
1
Untuk memperoleh keluaran catu daya yang lebih halus dapat digunakan filter RC, yakni gabungan antara komponen C dan R. Rangkaian dasar filter RC dapat dilihat pada gambar 1.18.
Gambar 1.18. Rangkaian dasar filter RC
5) Dioda Zener
Struktur Dioda zener tidaklah jauh berbeda dengan dioda biasa, hanya tingkat dopingnya saja yang sangat berbeda. Kurva karakteristik dioda zener juga sama seperti dioda biasa, namun perlu dipertegas adanya daerah breakdown dimana pada saat bias mundur mencapai tegangan breakdown maka arus dioda naik dengan cepat (gambar 1.19). Daerah breakdown inilah titik fokus penerapan dari dioda zener. Sedangkan pada dioda biasa tidak diperbolehkan pemberian tegangan mundur sampai pada daerah breakdown, karena bisa merusak dioda.
ID (mA)
daerah bias maju
Vz
Titik breakdown dari suatu dioda zener dapat dikontrol dengan memvariasi tingkat dopingnya. Tingkat doping yang tinggi, akan meningkatkan jumlah pengotoran sehingga tegangan zenernya (Vz) akan kecil. Demikian juga sebaliknya, dengan tingkat doping yang rendah diperoleh Vz yang tinggi. Pada umumnya dioda zener dipasaran tersedia mulai dari Vz 1,8 V sampai 200 V, dengan kemampuan daya dari ¼ hingga 50 W. Karena temperatur dan kemapuan arusnya yang tinggi, maka jenis silikon sering dipakai pada dioda zener.
Penerapan dioda zener yang paling penting adalah sebagai penyetabil tegangan (voltage regulator). Rangkaian dasar penyetabil tegangan adalah pada gambar 1.20. Agar rangkaian ini dapat berfungsi sebagai penyetabil tegangan, maka dioda zener harus bekerja pada daerah breakdown. Dengan kata lain, apabila dilihat pada gambar 1.20, maka tegangan sumber (Vi) yang diberikan pada rangkaian harus lebih besar dari Vz atau arus pada dioda zener harus lebih besar dari Iz minimum.
I Zmax daerah
breakdown
V=0,7
Oleh karena itu persyaratan yang harus dipenuhi agar rangkaian berfungsi sebagai penyetabil tegangan adalah berkenaan dengan nilai RL dan Vi. Pertama, RL harus lebih besar dari RL minimum. RL ini berhubungan dengan Iz, karena bila RL minimum, maka IL menjadi maksimum, sehingga Iz menjadi minimum. Kedua, Vi harus lebih besar dari Vi minimum. Vi minimum ini akan menjamin bahwa dioda mendapatkan tegangan breakdown.
Kasus pertama: Resistansi beban RL harus lebih besar dari RL minmum. Apabila RL kecil sekali sehingga kurang dari RLmin, maka turun tegangan pada RL (juga pada zener) akan kecil sehingga kurang dari Vz. Oleh karena itu zener tidak berfungsi, karena tidak bekerja pada daerah breakdown. Untuk menghitung harga RLmin dari gambar 2.10 adalah menghitung harga RL saat diperoleh VL = Uz, yaitu:
RL.Vi UL = Vz =
RL + Rs
sehingga diperoleh:
Rs.Vz RLmin =
Vi - Vz
Harga RLmin ini akan menjamin bahwa dioda zener bekerja. Dengan RLmin maka diperoleh ILmax, yaitu:
Bila zener sudah bekerja, berarti VL = Vz = konstan, dan dengan menganggap Vi tetap maka turun tegangan pada RS (VR) juga tetap, yaitu: VR = Vi - Vz
dan arus yang mengalir pada Rs juga tetap, yaitu sebesar (IR):
Arus zener dapat dihitung dengan,
Karena IR tetap, maka Iz akan maksimum bila IL minimum dan sebaliknya. Agar Iz tidak melebihi harga Izm yang sudah titentukan oleh pabrik, maka IL harus tidak boleh kurang dari IL minimum. Jika Izm terlampaui, zener akan panas dan bisa rusak. ILmin ini adalah:
Dengan diperoleh IL minimum, maka RL akan maksimum, yaitu:
VR IR = Rs
Vz RLmax =
ILmin
VL Vz ILmax = =
RL RLmin
Iz = IR - IL
Contoh Soal 1:
Rangkaian penyetabil tegangan seperti gambar 1.20 mempunyai data sbb: Vi = 50 Volt, Rs = 1 K, Vz = 10 Volt, dan Izm = 32 mA. Tentukan variasi harga RL (min dan max) agar tegangan output masih stabil 10 Volt. Dan hitung daya pada zener maksimum.
Penyelesaian:
Rs.Uz (1K).(10) 10K RLmin = = = = 250
Ui - Uz 50 - 10 40
UR = Vi - Vz = 50 -10 = 40 Volt
IR = VR / Rs = 40 / 1K = 40 mA
ILmin = IR - Izm = 40mA - 32mA = 8 mA
RLmax = Vz / ILmin = 10 / 8mA = 1,25 K
Daya maksimum pada dioda zener: Pzmax = Vz. Izm = 10 . 32mA = 320mW
Kasus kedua: Agar dioda zener dapat berfungsi sebagai penyetabil tegangan, maka turun tegangan pada RL harus lebih besar dari Vz. Dengan kata lain Vi harus lebih besar dari Vimin. Namun bila Vi terlalu besar sehingga arus pada zener melebihi Izm, maka zener bisa rusak. Oleh karena itu Vi harus lebih kecil dari Vimax.
Dengan menganggap harga RL tetap, maka tegangan sumber minimum (Vimin) adalah:
Sedangkan harga maksimum tegangan sumber (Vimax) adalah: (RL+Rs).Vz
dimana harga IRmax adalah arus maksimum yang mengalir melalui Rs, yaitu IRmax = Izm + IL.
Contoh soal 2:
Rangkaian penyetabil tegangan seperti gambar 1.20 mempunyai data sbb: RL = 1,2 K, Rs = 220 , Vz = 20 Volt, dan Izm = 60 mA. Tentukan variasi harga Vi (min dan max) agar tegangan output masih stabil sebesar 20 Volt. Dan hitung daya pada zener maksimum.
Penyelesaian:
(RL+Rs).Vz (1200+220).(20) Vimin = = = 23,67 Volt
RL 1200
IL = UL / RL = 20V / 1,2K = 16,67 mA
IRmax = Izm + IL = 60mA + 16,67mA = 76,67 mA
Uimax = IRmax.Rs + Vz
= (76,67mA)(0,22K) + 20V = 36,87 Volt
Perencanaan suatu rangkaian penyetabil tegangan dimulai dari spesifikasi yang diharapkan dari rangkaian terbut, kemudian dihitung harga-harga komponen yang diperlukan. Dalam praktek spesifikasi yang diinginkan adalah arus beban (IL) dan tegangan sumber (Vi) serta tegangan keluaran (Vz). Sedangkan komponen yang harus direncanakan adalah Rs dan Dioda zener.
Karena dalam perencanaan harga IL, Vi dan Vz sudah diketahui (sesuai dengan permintaan perencana), agar rangkaian bisa berfungsi dengan benar, maka pada dua kondisi ekstrem dapat diperoleh Rs:
Vimin – Vz Vi max - Vz
Rs = RS =
Izmin + ILmax Iz max + IL min
Dari dua persamaan tersebut yang belum diketahui adalah harga Izmin dan Izmax (dan tentu saja Rs). Dalam praktek berlaku Izmin = 0,1 Izmax. Sehingga dengan menggabungkan persamaan 2.11 dan 2.12, diperoleh:
Contoh soal 3:
Rencanakan suatu rangkaian penyetabil tegangan sebesar 10 Volt apabila arus beban bervariasi dari 100mA hingga 200mA dan tegangan sumber bervariasi dari 14 Volt sampai 20 Volt.
Penyelesaian:
Arus pada dioda zener maksimum adalah: Vi - Vz
Rs = Iz + IL
ILmin(Vz - Vimin) + ILmax(Vimax - Vz) Izmax =
ILmin(Vz - Vimin) + ILmax(Vimax - Vz) Izmax =
Vimin - 0,9Vz - 0,1Vimax
0,1(10 - 14) + 0,2(20 - 10) 1,6 = = --- = 0,533 A
14 - 0,9(10) - 0,1(20) 3
Disipasi daya maksimum pada dioda zener adalah: Pz = Vz.Izmax = (10).(0.533) = 5,3 Watt
Rs dihitung dengan persamaan 2.12 (atau 2.11 dengan hasil yang sama): Vimax – Vz 20 - 10
Rs = = --- = 15,8 Ohm Izmax + ILmin 0,533 + 0,1
Disipasi daya maksimum pada resistor ini adalah: PR = IRmax(Vimax - Vz)
= (Izmax + ILmin)(Vimax - Vz) = (0,633 A)(10 V) = 6,33 Watt
6. Transistor
Rangkaian regulator seri menggunakan transistor bipolar seperti pada gambar 4.1 arus beban lewat melalui transistor dari kolektor ke emitor. Rangkaian ini memberikan kerja yang lebih efisien dan arus beban yang
lebih besar. Q1
C E IL
RS B
US IZ URL
Gambar 4.1 Rangkaian regulator seri
Rs dan zener dalam rangkaian ini adalah bentuk yang sederhana dari
regulator zener yang mempertahankan tegangan konstan pada basis transsistor Q1.
Resistor Rs memberikan arus basis (IB) Q1 dan arus ke dioda zener (!Z).
Transistor tersebut akan berpungsi sebagai pengatur tegangan (voltage regulator).
Besarnya tegangan output didapat dari persamaan: UCE = Uin - Uo
U0 = UZ + UBE
Karena besarnya UBE relatif kecil, maka U0 = UZ dan selalu konstan.
Perinsip kerja rangkaian adalah sebagai berikut: Jika tahanan beban dari rangkaian turun , tegangan output akan jatuh , menjadi kurang positip. Ini artinya tegangan Emitor ( VE) dari transistor dikurangi, kemudian U Be naik
.
Arus beban melalui R CE , kemudian akan terjadi drop tegangan pada
transistor , dan tegangan output kembali keharga semula . Bila arus beban naik ,tegangan output akan naik terhadap tegangan awal. Hal ini akan mengurangi U BE dan UCE akan naik sehingga tegangan output kembali
Rangkaian lainnya adalah transistor sebagai regulator arus seperti pada gambar rangkaian 4.2
Gambar 4.2 Regulator Arus
Rangkaian ini dirancang untuk mempertahankan harga arus yang melewati beban ketika terjadi perubahan beban pada tegangan tetap.
Dari rangkaian didapat persamaan: Uz
IE =
R1
IL = IC = IE - IB
IE = IC + IB
Keterangan:
a. IE = arus emitor
b. IC= arus kolektor
c. IB =arus basis
Penurunan arus beban IL = IC akan mengakibatkan penurunan arus emitor
dan akan mengurangi drop tegangan pada R1 (UR1 = IE x R1).
Efek terhadap bias Q1 adalah : UBE = UZ – UR1
Karena harga UZ selalu konstan, maka penurunan pada UR1 akan
mengakibatkan kenaikan pada UBE transistor dan sekaligus menaikkan
konduktifitas dari transsistor sehingga arus beban IL dapat dipertahankan
pada harga yang tetap.
Regulasi arus dapat dihitung dengan rumus sebagai berikut: INL - IFL
Regulasi arus = --- x 100% IFL
Dimana:
INL = arus tanpa beban.
IFL = arus beban penuh.
7. IC. (Integrated Circuit)
Gambar 7.2 bentuk IC regulator dan simbol rangakain
Pada gambar 7.1 terlihat bahwa IC regulator tipe LM7812 akan menghasilkan tegangan keluaran tetap sebesar positip 8 Volt. IC jenis ini mempunyai 3 buah terminal, yakni masukan (input), keluaran (output), dan ground (GND). Spesifikasi tegangan pada beberapa IC regulator seri LM78xx dan 79xx series terlihat pada tabel berikut.
Tabel 1. Spesifikasi Tegangan IC Regulator Lm78xx dan Lm79xx
LM 78xx/79xx
(series) TeganganOutput
(Volt)
Tegangan Input Minimal
(Volt)
LM7805 LM7905 + 5 - 5 + 7.3 - 7.3
LM7806 LM7906 + 6 - 6 + 8.3 - 8.3
LM7808 LM7908 + 8 - 8 + 10.5 - 10.5
LM7810 LM7910 + 10 - 10 + 12.5 - 12.5
LM7812 LM7912 + 12 - 12 + 14.6 - 14.6
LM7815 LM7915 + 15 - 15 + 17.7 - 17.7
LM7818 LM7918 + 18 - 18 + 21 - 21
LM7824 LM7924 + 24 - 24 + 27.1 - 27.1
(Sumber: Boylestad, 1992)
Keuntungannya adalah:
1. Membutuhkan penambahan komponen luar yang sangat sedikit, ukuran kecil
2. Mempunyai proteksi terhadap arus hubung singkat. 3. Mempunyai automatic thermal shutdown.
4. Mempunyai tegangan output yang sangat konstan 5. Mempunyai arus rendah
6. Mempunyai ripple output yang sangat kecil. 7. Pembiyaan rendah
Seri LM 78XX adalah regulator dengan tiga terminal, dapat diperoleh dengan berbagai tegangan tetap
Beberapa IC regulator mempunyai kode yang dibuat oleh pabrik pembuat komponen, sebagai contoh: IC LM.7805 AC Z yang artinya sebagai berikut: LM Linear Monolithic
78L Bagian nomor dasar yang menyatakan tegangan positip
5 Tegangan output
AC Standart ketepatan
Z Tipe pembungkus , ZTO-92 Plastic
Seri LM 78XXC dapat diperoleh dalam kemasan TO-3 alamunium, arus keluaran (output) 1A ,boleh lebih asalkan IC regulator dilengkapi dengan pendingin (heat- sink). Regulator LM 78XXC mudah dipakai dan tambahan komponen-komponen ektern tidak banyak.
Sifat-sifat IC regulator LM 78XX adalah sebagai berikut: 1. Arus keluaran melebihi 1A
2. Pengamanan pembebanan lebih termik 3. Tidak diperlukan komponen tambahan
Contoh rangkaian lengkap catu daya menggunakan regulator tiga terminal IC 7805 untuk tegangan output 5 volt konstan ditunjukkan pada gambar 5.2
Gambar 5.2 rangkaian catu daya dengan IC regulator
Arus maksimum regulator IC yang dikirim ke beban tergantung pada tiga faktor, yaitu:
1. Temperatur.
2. Perbedaan antara tegangan input dan output atau disebut diferensial input output.
3. Arus beban.
Uraian lengkap mengenai parameter IC regulator dapat dilihat dari data sheet yang dibuat oleh pabrikpembuat komponen. Contoh IC 7805 C mempunyai output nominal 5 volt. Dari data sheet Motorolla didapat temperatur juntion 250 C (Tj + 250 C) ,tegangan output antara low 4,8 volt
atau high 5,2 volt; arus output > 100 mA.
1. Adaptor/catu daya adalah sumber tegangan DC yang digunakan untuk memberikan tegangan akan daya kepada berbagai rangkaian
elektronika yang membutuhkan tegangan DC agar dapat beroperasi. 2. Dioda mempunyai dua elektroda yang berkutup positif (anoda) dan yang
berkutup negatif (katoda)
3. Rangkaian penyearah ada 2 (dua) yaitu penyearah ½ gelombang (halfware) dan penyearah gelombang penuh (fullware)
4. Filter digunakan untuk lebih meratakan ripple sinyal keluaran dari penyearah
5. IC type 78xx akan menghasilkan tegangan + sedang IC dengan type 79xx akan menghasilkan tegangan
-Test Formatif 1
1. Jelaskan pengertian catu daya!
2. Apa yang dimaksud dengan faktor ripel?
3. Apa kegunaan filter dalam rangkaian penyearah?
4. Dari rangkaian penyearah gelombang penuh seperti terlihat pada
a. Tegangan rata-rata keluaran (output) b. Arus melalui beban
c. Tegangan balik puncak dioda (PIV)
+12 v
Rs 330
RL
Vz = 8,2 v I k
0
gambar 3.3 Rangkaian zener
Hitung berapa besarnya: a. tegangan pada beban RL
b. tegangan pada resistor seri Rs
c. arus maksimum d. arus dioda zener
e. disipasi daya pada Rs; Zd dan RL
KEGIATAN BELAJAR 2.
MENGUASAI TROBLESHOOTING DAN REPARASI ADAPTOR
PENDAHULUAN
a.
Tujuan Kegiatan Pemelajaran
Setelah selesai kegiatan pemelajaran 2 ini diharapkan peserta diklat dapat: 1. Memahami cara memeriksa dan menguji sebuah adaptor
2. Menggunakan alat ukur untuk melakukan pengecekan
3. Mengetahui komponen yang rusak dan melakukan perbaikan
b. Uraian Materi
MENCARI LETAK GANGGUAN
Gangguan atau kesalahan yang paling banyak tejadi pada rangkaian catu daya adalah diakibatkan oleh beban yang terus menerus yang dipikul oleh catu daya tesebut atau beban yang tidak sesuai dengan kemampuan/kapasitas catudaya.
Asumsi dasar yang harus dibuat untuk melakukan pemeliharaan (service unit) catu daya adalah mencari penyebab kesalahan, memeriksa rangkaian dan komponen yang rusak dengan mengguanakan alat ukur yang cocok misalnya AVO meter dan CRO.
1. Kesalahan Komponen
A. Kapasitor
Kesalahan pada kapasitor seperti: a. rangkaian terbuka
b. Rangkaian hubung singkat
c. Terjadi kebocoran pada rangkaian kapasitor.
C. Transistor atau IC
Problem yang terjadi pada semi konduktor adalah:
a. titik sambungan hubung singkat disebabkan sentaka tegangan tinggi
b. Titik sambungan rangkaian terbuka, disebabkan beban lebih
c. Arus bocor yang besar, biasanya ditujukan oleh penguatan rendah atau level kebisingan tingggi.
2. Mengganti Komponen
Bila mengganti komponen yang rusak pada rangkaian yang penting harus diperhatikan:
a. Lepas dan ganti komponen yang sesuai dengan aslinya atau eqivalen dari karakteristik komponen yaitu kemampuan arus, tegangan dan daya yang sesuai dengan spesifikasinya
Data dan spesifikasi komponen dapat dilihat pada buku data komponen yang diterbitkan oleh perusahaan/pabrik pembuat komponen
b. Tempatkan komponen yang diganti secara pasti dan tepat.
3. Pemeriksaan Catu Daya
Poin utama yang harus diperiksa setelah anda melakukan perbaikan adalah.sebagai berikut:
1. Tegangan output DC, apakah sudah sesuai dengan tegangan yang dibutuhkan
2. Arus ouput DC yang diperlukan
3. Tegangan kerut (riple) dari amplitudo output diukur dengan Ossiloskope
( CRO.)
4. Regulasi tegangan atau regulasi arus.
Dan ingat dalam melakukan pemerika\saan dan perbaikan harus diperhatikan Standart Opertional Procedur ( SOP ) yang berlaku dan disepakati.
ANALISA GANGGUAN RANGKAIAN CATU DAYA
GEJALA KESALAHAN
Kesalahan Transformator:
1. output DC nol dan tegangan sekonder
tidak ada.
Rangkaian input AC terbuka atau sekring putus.
2. ouput DC rendah dan transformer putus
Lilitan trafo primer dan sekumder hubung singkat
Kesalahan Penyearah:
1. output DC rendah dengan riple 50
Hz Rangkaian dioda penyearah terbuka
2. sekring putus arus lebih transformator
baik.
Rangkaian dioda hubung singkat.
3. rangkaianbekerja baik, tetapi output DC rendah dari yang seharusnya
Tahanan dioda terlalu besar
(tegangan jatuh saat forward besar)
Kesalahan Filter kapasitor:
1. output DC rendah dengan level riple tinggi. Regulasi sangant jelek.
Filter kapasitor rangkaian terbuka.
2. sekring putus Filter kapasior hubung singakat
3. output DC rendah dengan naiknya
LATIHAN MENCARI GANGGUAN/KESALAHAAN
1. Zener Regulator
Dari gambat 2.1 apa yang akan terjadi bila: a. RS putus (rangkaian terbuka)
b. Dioda zener putus (rangkaian terbuka) c. Dioda zener hubung singkat.
+ Rs 82
12 v Vz
6,8 v RL 135
-Regulator Beban
Gambar 2.1 Zener regulator
+ Open circuit
12 v 6,8 v RL
Gambar 2.1a. RS terbuka
Open circuit 135
GAMBAR 2.1 b. Zener terbuka
Rs = 82
Short circuit
(zero ohm)
RL 135
Gambar2.1c. Zener hubung singkat
2. Regulator Seri
Uin Q1 Vo
Rs IB
RL Vz
Analisa rangkaian diatas bila terjadi: a. Rs rangkaian terbuka
b. Zener rangkaian terbuka c. Zener hubung singkat d. Transistor hubung singkat
3. IC Regulator
Vo
+20 v
R1
220
RL
R2
320
0
Gambar 2.3 Regulator
Analisa rangkaian diatas bila terjadi: a. R1 rangkaian tebuka
b. R2 hubung singkat c. RL rangkaian terbuka
Test formatif
1. Apa yang terjadi jika diode terbuka?
2. Apa yang terjadi jika filter capasitor putus?
3. Apa yang terjadi jika filter capasitor hubung singkat? 4. Mengapa komponen semikonduktor mudah sekali rusak?
c. Rangkuman
1. Gangguan yang banyak terjadi pada rangkaian catu daya diakibatkan oleh beban yang terus menerus yang dipikul oleh catu daya.
2. Untuk mencari kerusakan catu daya langkah-langkah nya: Mencari penyebab kerusakan, memeriksa rangkaian dan komponen yang rusak dengan melakukan pengukuran.
Lembar Kerja
Alat dan Bahan
6. Kabel penghubung ... secukupnya
Kesehatan dan Keselamatan Kerja
1. Periksalah terlebih dahulu semua peralatan sebelum digunakan! 2. Bacalah dan pahami petunjuk pratikum pada lembar kegiatan
belajar!
3. Hati-hati dalam penggunaan peralatan pratikum!
Langkah Kerja
1. Perikslah semua alat dan bahan sebelum digunakan dan pastikan semua alat dan bahan dalam keadaan baik!
2. Bukalah tutup adaptor dan periksa rangkaian dalam kondisi baik 3. Setelah disetujui instruktur, hubungkanlah rangkaian sumber
tegangan 220 V!
4. Amatilah sinyal keluaran pada R dengan menggunakan CRO dan catatlah bentuk gelombangnya dengan teliti!
5. Ukurlah tegangan DC pada R dengan multimeter!
6. Setelah percobaan diatas selesai maka cabutlah komponen C filter dan ulungi langkah no. 5!
7. Kemudian pasanglah filter C dengan nilai yang lebih rendah missal 100 uF, dan lakukanlah kembali langkah No. 5!
8. Bandingkan hasil pengamatan No. 5 dengan No. 8.
9. Jika telah selesai semua maka lepaskan sumber AC dan kembalikan semua alat dan bahan ketempat semula.
KEGIATAN BELAJAR 3.
MEMODIFIKASI ADAPTOR
PENDAHULUAN
Pada kegiatan belajar 3 ini membahas materi pemelajaran tentang cara memodifikasi adaptor, peserta diklat dipersiapkan agar dapat memahami dan membuat adaptor dengan tegangan output yang bervariasi dan membuat adaptor dengan tegangan output variable.
a. Tujuan Kegiatan Pemelajaran
2. Menjelaskan prinsip kerja regulator tegangan yang dapat diatur 3. Menjelaskan prinsip kerja regulator tegangan negatip
b. Uraian Materi
1. Regulator Tegangan Seri
Secara blok diagram regulator tegangan seri dapat ditunjukkan pada gambar 3.1 Meskipun secara fisik masing-masing blok agak sulit diidentifikasi dalam rangkaian yang sesungguhnya, namun secara fungsional blok-blok tersebut menunjukkan kerjanya.
Gambar 3.1 Blok Diagram Regulator Tegangan Seri
Pada blok diagram tersebut, elemen kontrol yang dihubung seri dengan beban mengontrol besarnya tegangan masukan yang akan menuju
Elemen Kontrol
Rangkaian Pembanding
Rangkaian Sampling Masukan
(Tak-terregulasi)
Keluaran (Terregulasi)
diperoleh tegangan umpan balik untuk kemudian dibandingkan dengan tegangan referensi.
1. Apabila tegangan keluaran naik, maka rangkaian pembanding memberikan sinyal kontrol kepada elemen kontrol sehingga elemen kontrol ini menurunkan besarnya tegangan keluaran. Dengan demikian elemen kontrol berusaha untuk menyetabilkan tegangan keluaran.
2. Apabila tegangan keluaran turun, maka rangkaian pembanding memberikan sinyal kontrol kepada elemen kontrol sehingga elemen kontrol ini menaikkan besarnya tegangan keluaran. Dengan demikian elemen kontrol berusaha untuk menyetabilkan tegangan keluaran. Beberapa contoh rangkaian regulator tegangan seri akan dijelaskan berikut ini.
Gambar 3.2 merupakan rangkaian regulator tegangan seri yang sederhana, yakni menggunakan sebuah transistor dan sebuah dioda zener. Transistor Q1 berfungsi sebagai elemen kontrol dan dioda zener berfungsi untuk memberikan tegangan referensi sebesar Uz. Prinsip kerja rangkaian regulator tersebut adalah sebagai berikut:
1. Apabila tegangan masukan (Ui) turun, maka tegangan keluaran (Vo) cenderung akan turun. Tegangan Vo yang turun ini bila dibanding dengan tegangan referensi (Uz) yang tetap, maka akan menyebabkan tegangan VBE menjadi lebih besar dengan kata lain transistor Q1 menjadi lebih menghantar. Istilah transistor lebih menghantar berarti arus IC lebih besar, sehingga VCE lebih kecil dan turun tegangan pada RL menjadi lebih besar. Dengan demikian apabila tegangan Vi turun maka transistor akan berusaha menyetabilkan tegangan Vo dengan jalan menaikkannya.
2. Apabila tegangan masukan (Vi) naik, maka tegangan keluaran (Vo) cenderung akan naik. Tegangan Vo yang naik ini bila dibanding dengan tegangan referensi (Vz) yang tetap, maka akan menyebabkan tegangan VBE menjadi lebih kecil dengan kata lain transistor Q1 menjadi kurang menghantar. Istilah transistor kurang menghantar berarti arus IC lebih kecil, sehingga VCE lebih besar dan turun tegangan pada RL menjadi lebih kecil. Dengan demikian apabila tegangan Vi naik maka transistor akan berusaha menyetabilkan tegangan Vo dengan jalan menurunkannya.
Gambar 3.3. Rangkaian Regulator Seri 2 Transistor
Pada rangkaian regulator ini (gambar 3.3), R1 dan R2 berfungsi sebagai rangkaian sampling yang akan mencuplik tegangan keluaran. Kenaikan atau penurunan tegangan akan dirasakan pada kaki Basis Q2. Sedangkan Dioda zener memberikan tegangan referensi yang tetap sebesar Vz. Kondisi Q2 akan mengontrol arus basis transistor Q1 yang kemudian akan mengontrol arus yang mengalir (IC) pada transistor Q1 tersebut dan akhirnya dapat menyetabilkan tegangan keluaran.
Prinsip kerja rangkaian regulator tersebut adalah sebagai berikut:
1. Apabila tegangan masukan (Vi) turun, maka tegangan keluaran (Vo) cenderung akan turun. Penurunan Vo ini dirasakan oleh pembagi tegangan R1 dan R2, sehingga tegangan VB pada Q2 akan turun. Oleh karena Vz tetap, maka VBE2 akan turun. Selanjutnya Q2 kurang menghantar, yang berarti arus IC2 menurun. Karena kolektor Q2 langsung terhubung ke basis Q1, maka VBE1 menjadi naik (disebabkan VC2 naik atau IC2 turun), dengan kata lain transistor Q1 menjadi lebih menghantar. Istilah transistor lebih menghantar berarti arus IC1 lebih besar, sehingga VCE1 lebih kecil dan turun tegangan pada RL menjadi lebih besar. Dengan demikian apabila tegangan Vi turun maka transistor akan berusaha menyetabilkan tegangan Vo dengan jalan menaikkannya.
langsung terhubung ke basis Q1, maka VBE1 menjadi turun (disebabkan VC2 turun atau IC2 naik), dengan kata lain transistor Q1 menjadi kurang menghantar. Istilah transistor kurang menghantar berarti arus IC1 menjadi turun, sehingga VCE1 lebih besar dan turun tegangan pada RL menjadi lebih kecil. Dengan demikian apabila tegangan Vi naik maka transistor akan berusaha menyetabilkan tegangan Vo dengan jalan menurunkannya.
Turun tegangan pada R2 , VR2 (atau VB2) adalah: VB2 = VR2 = {R2/(R1 + R2)}. Vo
Sedangkan pada masukan Q2 berlaku: VB2 = VBE2 + Vz
Sehingga diperoleh persamaan tegangan keluaran sbb:
Contoh rangkaian regulator tegangan seri dengan menggunakan transistor dan Op-Amp (Op-Amp akan dibicarakan pada bab mendatang) ditunjukkan pada gambar 3.4. Pada rangkaian ini Op-Amp akan membandingkan tegangan umpan balik yang dicuplik dari keluaran dengan tegangan referensi Vz. Apabila tegangan keluaran bervariasi, maka Op-Amp akan mengontrol arus basis Q1, sehingga Q1 dapat menyetabilkan tegangan keluaran Vo. Tegangan keluaran Vo dapat diperoleh dengan persamaan berikut:
Vo = {(R1 + R2)/R2}. (Vz + VBE2)
Gambar 3.4. Rangkaian regulator tegangan seri dengan Op-Amp
2. Regulator Tegangan Paralel
Regulator tegangan paralel melakukan pengontrolan tegangan keluaran Vo dengan cara melewatkan sebagian arus beban (arus keluaran) melalui komponen pengontrol yang terhubung paralel dengan beban. Regulator ini terutama dipakai untuk beban bervariasi. Istilah beban ringan berarti memerlukan arus kecil, sehingga tegangan beban (tegangan keluaran, Vo) cenderung untuk naik. Sedangkan beban berat berarti memerlukan arus besar, sehingga tegangan beban (tegangan keluaran, Vo) cenderung untuk turun. Secara blok diagram regulator tegangan paralel terlihat pada gambar 3.5.
Gambar 3.5 Blok Diagram Regulator Tegangan Paralel
Pada regulator tegangan paralel, sebagian arus yang berasal dari tegangan masukan (Vi) juga dilewatkan ke elemen kontrol (Ish) disamping diberikan ke beban (IL). Apabila terjadi perubahan beban (IL naik atau turun), maka tegangan keluaran juga cenderung untuk berubah. Perubahan ini dirasakan oleh rangkaian sampling yang kemudian akan memberikan sinyal umpan balik kepada pembanding. Rangkaian pembanding berdasarkan sinyal umpan balik dan tegangan referensi akan memberikan sinyal ke pengontrol agar dapat mengalirkan arus Ish sesuai dengan kebutuhan, sehingga memberikan efek penyetabilan tegangan keluaran Vo.
Contoh rangkaian regulator tegangan paralel yang sederhana dapat dilihat pada gambar 3.6. Transistor Q1 berfungsi sebagai elemen kontrol yang melewatkan sebagian arus beban guna menyetabilkan tegangan keluaran. Tegangan referensi diperoleh dari Vz. Apabila beban (RL) turun, maka tegangan VBE1 turun, sehingga transistor menjadi kurang menghantar. Oleh karena itu arus IC juga turun, dan arus beban menjadi naik. Dengan demikian transistor berusaha untuk menaikkan tegangan output (sehingga menjadi stabil) dengan cara menurunkan jumlah arus yang melewati transistor dan menaikkan arus ke beban. Tegangan keluaran regulator tersebut adalah:
Vo = Vz + VBE
Untuk mendapatkan hasil penyetabilan yang lebih baik, dapat digunakan tambahan sebuah Op-Amp seperti ditunjukkan pada gambar 3.7. Perubahan beban akan dirasakan oleh rangkaian sampling yang berupa pembagi tegangan R1 dan R2. Kemudian sinyal umpan balik ini dibandingkan dengan tegangan referensi oleh Op-Amp untuk selanjutnya digunakan sebagai sinyal pengontrol tarnsistor Q1. Besarnya tegangan keluaran dapat dihitung dengan persamaan berikut.
Gambar 3.7. Rangkaian Regulator Tegangan Paralel dengan Op-Amp.
Apabila dikehendaki suatu tegangan keluaran stabil yang bisa diatur, maka dapat digunakan IC regulator LM317; LM 117; LM 338; LM 138 dll untuk tegangan positip. Sedang IC regulator LM337; LM137; dll untuk tegangan negatip. Contoh penggunaan IC LM317 dalam rangkaian regulator tegangan dapat dilihat pada gambar 3.8. Tegangan keluaran IC LM317 bisa
diatur dari 1.2 Volt sampai 37 Gambar 3.8. Regulator Tegangan IC Lm317
Pada gambar 3.8 tersebut, tegangan keluaran dapat diatur dengan mengubah harga R2 (perbandingan R1 dan R2).
Dimana harga tipikal untuk IC tersebut, Vref = 1.25 V dan Iadj = 100 A.
Tabel 2. Spesifikasi Tegangan dan Arus IC Regulator yang bisa diatur
IC Arus (A) Tegangan (V)
Vo = Vref {1 + (R2/R1)} + Iadj.R2 In Out
LM317
ADJ
IADJ
LM117; LM317 1.5 1.2 –37
LM137; LM337 1.5 -1.2 - -37
(Sumber: Linier Databook 3)
Contoh:
Tentukan tegangan keluaran gambar 8, bila diketahui R1 = 240 dan R2=2.4 K.
Penyelesaian:
Vo = Vref {1 + (R2/R1)} + Iadj x R2
= 1.25 V {1 + (2400/240)} + (100 A) (2400) = 13.75 V + 0.24 V = 13.99 V
4. Regulator Positip
Regulator tegangan positif dimana outputnya dapat diatur antara lain: LM 117, LM 217, LM 317
Pada gambar 3.9 diperlihatkan rangkaian IC Positip regulator yang digunakan sebagai sumber arus.
U in I out
+12 v
R1
IQ U out
R2
0 v
gambar 3.9 regulator tegangan tetap
Dari rangkaian diatas, tegangan output dihasilkan dari penjumlahan UR1
dan UR2
Tegangan output , U0 = UR1 + UR2
Dimana tegangan UR1 adalah tegangan output IC regulator 7805 yaitu
sebesar 5 volt. UR1
IR1 =
R1
IR2 = IR1 + IQ
Tegangan pada R2 adalah:
UR2 = IR2 x R2
Pada gambar 3.10 diperlihatkan rangkaian tegangan output yang diukur dari pembebanan (R load)
U in I out
R1
IQ U out
IL Beban
0 v
Gambar 3.10 Regulator arus
U Reg
IL = --- + I Q
R
Teganga output adalah U out = IL x R Load
Dimana IQ adalah arus pada regulator ,dan U Reg batas tegangan
regulator
5. Regulator Tegangan Yang dapat Diatur
Konsep baru dalam rangkaian regulator yang tegangan outputnya dapat diatur adalah regulator daya. Regulator tegangan positif dimana outputnya dapat diatur antara lain: LM 117, LM 217.
Regulator LM 317 dapat memberika arus keluaran (output) lebih dari 1,5 amper dengan tegangan antara 1,2 volt sampai 37 volt.
dan IC LM 350 mampu memberikan arus 3A dan jangkauan tegangan output 1,2 V sampai 33 V.
Gambar 3.11 memberikan dasar rangkaian regulator yang dapat diatur tegangan outputnya.
V in
R1 1,25 v IQ
RL UO
R2
U R2
0 v
Gambar 3.11 regulator teganagan output dapat diatur
U Reg
Arus regulator adalah I Reg = R1
Tegangan output diperoleh dari rumus:
U Rreg
U out = U Reg + ( --- + IQ ) R 2
R1
Atau
R2
U out = U Reg + ( --- + 1 ) + IQ R 2
R1
6. Regulator Tegangan Negatif
Pada rangkaian operational amplifier dan microprocessor dibutuhkan catu daya yang membutuhkan dua polaritas sumbertegangan, misal +5V dan -5V.
Seri LM 79XXC, LM 79LXX adalah regulator tegangan negatif 3 terminal.
Seri LM 79XXC dikemas dalam kemasan daya TO-200 dan mampu mengeluarkan arus 1,5 amper.
Sifat-sifat regulatorLM79XXC adalah sebagai berikut:
a. Mempunyai pengaman daerah,hubung singkat dan termik b. Penindasan kerut (ripple) tinggi
c. Arus keluara 1,5 A
Untuk seri LM79LXX AC ,piranti ini telah dirancang untuk mengeluarkan tegangan tetap dan dapat diperoleh dalam kemsan TO-92 dengan 3 kawat.
Sifat-sifat regulator ini adalah sebagai berikut: a. Arus keluaran 100mA
b. Mudah dikompensasi dengan kodensator kapasitas kecil 0,1 μ A c. Mudah distel untuk tegangan keluaran tinggi
d. Penyimpangan tegangan keluaran stelan ± 5 %
Gambar 3.12 memperlihatkan regulator negatif tiga terminal yang tegangan outputnya dapat diatur
Gambare 3.12 regulator negative
7. Catu daya Dua Polaritas
Contoh diagram rangkaian pada gambar 3.13 menggunakan LM 340 positif regulator yang dihubung dengan negatif regulator LM 320.
D1 dan D2 adalah dioda proteksi bekerjanya regulator pada common load
dan akan membatasi arus hubung singkat regulator.
Jenis rangkaian kombinasi regulator positip dan negatip adalah sebagai berikut:
1. Suplai 15 volt , 1A
LM 340 T, LM 320-15 , (D1 D2 IN 4720 )
2. Suplai 12 volt , 1 A
LM 340 T-12 , LM 320 T-12 , (D1 D2 IN 4720 )
3. Suplai 15 volt , 200mA
LM 342H-15 , LM 320 T –15 , (D1 D2 IN 4001 )
Gambar 3.13 dasar catu daya dua tegangan
c. Rangkuman
1. Rangkaian adaptor bisa di modivikasi dengan membuat tegangan output yang bervariasi
2. Regulator tegangan positip dipakai IC dengan type 78xx 3. Regulator tegangan negatip dipakai IC dengan type 79xx
Lembar Kerja
Alat dan Bahan
1. Multimeter ... 1 buah 2. Osiloskop ... 1 unit 3. Dioda IN 4002 ... 4 buah 4. Trafo step down ... 1 buah 5. R = 1 KΩ, 330Ω, 470Ω, 680Ω ... 1 buah 6. Dioda Zener = 5,6 V ... 1 buah 7. Transistor = BC 109 ... 2 buah 8. R Potensio = 500 ... 1 buah 9. Kabel penghubung ... secukupnya
Kesehatan dan Keselamatan Kerja
1. Periksalah terlebih dahulu semua komponen aktif maupun pasif Bacalah dan pahami petunjuk pratikum pada lembar kegiatan belajar!
2. Hati-hati dalam penggunaan peralatan pratikum!
Langkah Kerja
1. Perikslah semua alat dan bahan sebelum digunakan dan pastikan semua alat dan bahan dalam keadaan baik!
2. Buatlah rangkaian penyearah gelombang penuh system jembatan yang disertai dengan filter C sesuai dengan Gambar dibawah!
Gambar Rangkaian Reguator Seri dengan 2 Transistor
3. Hubungkan rangkaian regulator ini pada keluaran penyearah!
4. Setelah rangkaian disetujui, masukkan tegangan listrik PLN 220 V ke primer trafo stepdown!
5. Aturlah P1 dari minimum hingga maksimum, Catatlah tegangan output (Vo) dengan multimeter!
P1 minimum, Vo = ……. P1 tengah, Vo = ……. P1 maksimum, Vo = …….
6. Kemudian aturlah P1 pada posisi tengah.
7. Aturlah tegangan catu daya Vi sesuai Tabel 1. dan amati tegangan Vo, Masukkan hasil pengukuran pada Tabel 1!
Tabel 1. Pengamatan Regulator Seri dengan 2 Transistor
8. Buatlah kurva output yang menunjukkan kaitan antara tegangan input dan tegangan output dari Tabel tersebut!
9. Aturlah P1 sehingga menghasilkan tegangan output = 10 V!
Selanjutnya pasanglah sebuah potensiometer seri dengan miliamper pada terminal output. Dengan demikian bila potensio diatur, maka beban akan berubah.
10. Aturlah potensiometer, sehingga diperoleh data pada Tabel 2. Semakin besar Io berarti semakin kecil R potensio (semakin berat beban).
Tabel 2. Pengaturan Potensiometer
Io (mA) 0 5 10 15 20
Vo (Volt) 10
Buatlah kuva regulasi yang menunjukkan kaitan antara arus output dengan tegangan output!
Test Formatif
1. Jelaskan secara blok diagram cara kerja regulator tegangan seri!
2. Hitung berapa tegangan output yang dihasilkan dari rangkaian regulator tegangan gambar dibawah ini;
R1 IQ = 50 mA 100
Us = 20 v U0
R2 180
3.
1 k
Us = 20 v RL
Uz = 8,2 v
7805
4.
V in
+20 v IQ =50 μA
R1 1,25 v 220
R2
Rp
2k URp
0 v
Gambar regulator teganagan menggunakan LM 317
Dari gambar diatas coba anda analisa prinsip kerjanya dan jawablah pertanyaan dibawah ini., bila IQ = 50 μ A
a. Berapa tegangan pada Rp bila harga Rp diset pada nol ohm? b. Berapa tegangan output bila Rp diset pada nol ohm tersebut?
Bila Rp diset ke maksimum 2 kilo ohm, hitung tegangan output rangkaian catu daya.
BAB. III
EVALUASI
A. Instrumen Penilaian
No. Kriteria Skor
(1-10) Bobot Nilai Keterangan
1. Aspek Kognitif 2
Syarat lulus: Nilai minimal
70
2. Kebenaran rangkaian 3
3. Langkah kerja dan kecepatan kerja 2
4. Perolehan data, analisis data dan
interpretasi 2
5. Keselamatan Kerja 1
Nilai Akhir
TES TEORI
Rangkaian Penyearah
Untuk setiap setiap pertanyaan, pilihlah jawaban yang paling benar a,b,c atau d
1. Pada rangkaian penyearah 1 fasa setengah gelombang dibutuhkan dioda minimal:
a. 1 b. 2 c. 3 d. 4
a. 0,3 b. 0,35 c. 0,4 d. 0,45
3. Frekuensi tegangan kerut (ripple ) dari output penyearah setengah gelombang adala:
a. 25 Hz b. 50 Hz c. 75 Hz d. 100Hz
4. Frekuensi tegangan kerut (ripple ) dari output penyearah gelombang penuh adalah:
a. 25 Hz b. 50 Hz c. 100 Hz d. 200 Hz
5. Pilter pada rangkaian penyearan digunakan untuk:
a.
menaikkan tegangan kerut (ripple)b.
menaikkan frekuensi ripplec.
mengurang tegangan beband.
mengurangi tegangan ripple6. Pilter dihubungkan: a. sebelum penyearah
b. antara penyearah dengan beban c. sesudah beban
d. sesudah regulator
7. Bila kapasitor digunakan sebagai filter, maka haru dihubungkan: a. paralel dengan beban
b. seri dengan beban
c. pralel dengan dioda pnyearah d. paralel dengan input penyearah
8. Bila induktor digunakan sebagai filter, maka haru dihubungkan: a.paralel dengan beban
c.pralel dengan dioda pnyearah d. paralel dengan input penyearah
9. Hitung tegangan output tanpa beban penyearah setengah gelombang bila dihubungka pada tegangan sumber 24 v ac:
a. 10 v b. 12v c. 10,8v d. 24 v
10. Hitung tegangan output pada beban bila penyearah gelombang penuh sistem jembatan dihubungkan dengan sumber 20 v ac.
a. 1,44 v b. 9 v c. 18 v d. 20 v
Regulator Zener
1. Tegangan jatuh/drop pada Rs dalam gambar 1 adalah: Rs
30 V Uz 15 v RL
470
a. 0,6 v b. 0 v c. 15 v d. 30 v
2. Tegangan beban UL dalam rangkaia gambar 1 adala :
a. 10 v b. 15 v c. 30 v d. 0,6 v
3. Aruus beban IL dalam rangkaia gambar 1 adalah:
a. 100 b. 144 c.204 d.268
5 Jika zener dioda menjadi rengkaian terbuka ,maka tegangan output adalah:
a. 18,5 v b. 15 v c. 30 v d. 0,5 v
IC Regulator
1. Regulator tegangan digunakan untuk:
a. mendapatkan arus beban konstan b. mendapatkan tegangan beban konstan c. mendapatkan tegangan sumber konstan d. mendapatkan arus sumber konstan
2. Tegangan output regulator 7805 yang dihubungkan kesumber tegangan 12 v adalah:
a. 5 v b. 7 v c. 8 v d. 12 v
3. Tegangan output regulator 7805 yang dihubungkan kesumber tegangan 4 v adalah:
a 5 v b. 7 v c. 8 v d .4 v
4. Regulator tegangan tiga terminal dihubungkan pada: a. Sebelum sumber tegangan input
b. Sesudah beban
d. Antara penyearah dan filter
5. Regulator tegan tiga teminal 7912 ,output tegangan nya adalah: a. positif 12 v
b. negatif 12 v c. negatif 7 v d. positif 9 v
B. KUNCI JAWABAN
1. Kunci Jawaban Test Formatif
Test Formatif 1
1. Filter digunakan untuk lebih meratakan ripel sinyal keluaran dari Catu daya adalah sumber tegangan DC yang digunakan untuk memberikan tegangan atau daya kepada berbagai rangkaian elektronika yang membutuhkan tegangan DC agar dapat beroperasi.
2. Faktor ripel adalah perbandingan antara nilai komponen AC (ripel) terhadap komponen DC dari penyearahan atau r = Vr(rms)/Vdc.
3. penyearah.
4. a. Udc = 7,64 volt b. I beban = 424,44mA c. PIV dioda =12 volt 5. a. 8,2 volt
b. 3,8 volt
c. Imaks =11,5 mA d. Iz = 3,3 mA
e. Disipasi daya Rs = 43,6 mW
Zd = 27 mW
Test Formatif 2
1. Output tegangan DC jadi rendah dengan ripple 50 Hz
2. Output tegangan DC jadi rendah dengan level ripple tinggi regulasi sangat jelek
3. Sekring putus karena arus lebih tapi trafo baik
4. Karena transistor sangat peka terhadap panas dan faktor sentakan tegangan yang tiba-tiba.
Test Formatif 3
1. Cara kerja regulator tegangan seri secara blok diagram adalah:
Pada blok diagram tersebut, elemen kontrol yang dihubung seri dengan beban mengontrol besarnya tegangan masukan yang akan menuju keluaran. Tegangan keluaran dicuplik oleh rangkaian sampling sehingga diperoleh tegangan umpan balik untuk kemudian dibandingkan dengan tegangan referensi.
c. Apabila tegangan keluaran turun, maka rangkaian pembanding memberikan sinyal kontrol kepada elemen kontrol sehingga elemen kontrol ini menaikkan besarnya tegangan keluaran. Dengan demikian elemen kontrol berusaha untuk menyetabilkan tegangan keluaran.
2. U output = 14 volt 3. U output = 11,8 volt 4. a. Uo = 0 volt b. Uo = 1,25 volt
c. Uo = 11,45 volt
KUNCI JAWABAN SOAL TEORI
I. Tes Rangkaian Penyearah
1. a 2. d 3. b 4. c 5. d 6. b 7. a 8. b 9. c 10. c
II. Regulator Zener
III. Regulator Tegangan
1 .d
2. b
3. c
4. c
BAB. IV
PENUTUP
Penutup:
Modul adalah suatu perangkat bahan ajar yang dirancang agar peserta diklat dapat belajar secara mandiri. Dalam konteks kurikulum berbasis kompetensi modul memegang peranan penting dimana peserta diklat berada pada posisi aktif dalam belajar (active learning) dan guru lebih berfungsi sebagai fasilitator.
Modul Memperbaiki/reparasi Power Supply Kecil dirancang agar setelah menyelesaikan modul ini peserta diklat memiliki kompetensi dalam Pengukuran, Pembuatan dan perbaikan/reparasi Adaptor sesuai dengan standar kompetensi nasional.
Materi yang terdapat dalam modul ini mengacu pada kurikulum edisi 2004 untuk program keahlian elektronika audio video.
DAFTAR PUSTAKA
Barry Davis, Under standing DC Power Suppllies, Prentice-Hall of Australia Pty Ltd,1981
Edy Burnawi , Catu Daya , PPPGTeknologi Bandung ,1996
Emst Hornermann , Electrical Power Engineering Profinciecy Course, GTZ GmbHEscbom ( Federal Republic of Germany ), 1988
Fardo and Patrick , Electrical Power Systems Technology , Howard W.Sams &Co,Inc
James F.Lowe , Electronics for Electrical Trades , McGraw-Hill,Book Company Sydney, 1977
Boylestad and Nashelsky. (1992). Electronic Devices and Circuit Theory, 5th ed. Engelwood Cliffs, NJ: Prentice-Hall, Inc.
Floyd, T. (1991). Electric Circuits Fundamentals. New York: Merrill Publishing Co.
Herman DS. (1996). Elektronika: Teori dan Penerapan. Yogyakarta: FPTK IKIP Yogyakarta.
Milman & Halkias. (1972). Integrated Electronics: Analog and Digital
Circuits and Systems. Tokyo: McGraw-Hill, Inc.
Savant, Roden, and Carpenter. (1987). Electronic Circuit Design: An
Engineering Approach. Menlo Park, CA: The Benjamin/Cummings
Publishing Company, Inc.
Stephen, F. (1990). Integrated devices: discrete and integrated. Englewood Cliffs, NJ: Prentice-Hall, Inc.
________ , (1988). Linier Databook 3. National Semiconductor Corporation. 1988 edition.
________ , (1973). The TTL Data Book for Design Engineering 1st ed. Texas
LEMBAR PENILAIAN
Modul : RANGKAIAN PENTEARAH
Nama Peserta : ………
Nama Penilai : ………
Beri tanda ( √ )
No METODA
PENILAIAN
KOMPETEN BELUM
KOMPRTEN
KETERANGAN
Hasil : Kompeten
Belun kompeten
CATATAN:
Tanada Tangan Peserta Tanada Tangan Penilai
