i
PENGENDALI IC 723”
TUGAS AKHIR
JALUR PEMBUATAN ALAT
Diajukan Kepada Akademi Teknologi Warga Surakarta Untuk Memenuhi Sebagian Dari Syarat-Syarat Guna Memperoleh Diploma
Oleh:
SUSANTO 152030
PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRONIKA
AKADEMI TEKNOLOGI WARGA SURAKARTA
2018
ii
iii
iv
HALAMAN PERNYATAAN
Dengan ini saya menyatakan bahwa tugas akhir ini tidak mengandung karya yang pernah diajukan untuk memperoleh gelar kediplomaan ataupun kesarjanaan di perguruan tinggi manapun, dan sepanjang pengetahuan saya tidak mengandung karya atau pendapat yang pernah ditulis atau diterbitkan oleh orang lain, kecuali yang secara tertulis diacu dalam naskah ini dan disebutkan dalam daftar pustaka.
Sukoharjo, 12 Oktober 2018 Penulis
Susanto
v
Dengan penuh rasa syukur kepada Tuhan Yang Maha Esa, karya tulis tugas akhir yang sederhana ini dipersembahkan kepada:
1. Tuhan Yang Maha Esa yang telah melimpahkan kasih dan karunia-Nya berupa jasmani maupun rohani sehingga penulis dapat menyelesaikan alat maupun laporan tugas akhir dengan baik.
2. Bapak Yatiman Dahri dan Ibu Warni sebagai orangtua yang selalu membimbing, mendidik, mendoakan dan tempat untuk mencurahkan kasih sayang serta selalu memberikan dukungan yang terbaik.
3. Ibu yang telah memberikan banyak dukungan moril maupun materil.
4. Mas Tri dan Mas Tulus yang sudah membantu.
5. Wiwit S yang telah banyak memberi semangat.
6. Rekan-rekan pemuda KTMB Bandul yang selalu mendoakan dan memberi semangat.
7. Teman-teman kelas satu angkatan Teknik Elektro Diploma III Akademi Teknologi Warga Surakarta, terima kasih atas doa, bantuan dan dukungannya selama ini.
8. Semua pihak yang secara langsung maupun tidak langsung telah membantu selama pembuatan alat dan penyusunan laporan tugas akhir ini.
vi MOTTO
1. “Pendidikan merupakan perlengkapan paling baik untuk hari tua."
(Aristoteles)
2. Tiada doa yang lebih indah selain doa agar tugas akhir ini cepat selesai.
3. “Man Jadda Wajada”, siapa yang bersungguh sunguh pasti berhasil.
4. “Man Shabara Zhafira”, barang siapa yang bersabar makan akan beruntung
5. Apa yang kita tanam hari ini adalah apa yang akan kita petik dihari esok 6. Hidup tidak menghadiahkan barang sesuatupun kepada manusia tanpa
bekerja keras.
7. “Innamal A’malu Bin Niat”, sesungguhnya segala amal tergantung pada niatnya.
vii
Puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa, yang telah melimpahkan kasih dan karunia-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan pembuatan alat Tugas Akhir beserta laporannya yang dapat terselesaikan dengan baik dengan judul
“SUMBER CATU DAYA VARIABEL 0 SAMPAI 30 V PENGENDALI IC LM 723”
Laporan Tugas Akhir ini merupakan salah satu syarat kelulusan dalam menyelesaikan program studi D-3 Teknik Elektro di Akademi Teknologi Warga Surakarta.
Penulis merasa banyak mendapat saran, bimbingan serta bantuan baik secara langsung maupun tidak langsung dari berbagai pihak selama menyelesaikan Tugas Akhir ini. Oleh karena itu pada kesempatan ini, penulis mengucapkan terima kasih kepada :
1. Y. Yulianto Kristiawan, S.T.,M.T. selaku Direktur Akademi Teknologi Warga Surakarta.
2. Bapak Drs. Rahmat, M.T. selaku pembantu PD Bidang I Akademi Teknologi Warga Surakarta.
3. Ir. Pius Sri Winarno, M.T. selaku Ketua Jurusan Program Studi Teknik Elektronika Akademi Teknologi Warga Surakarta.
4. Bapak Roedy Kristiyono, S.T., M.Eng. selaku Pembimbing Akademik yang telah membantu pembelajaran dalam studi saya selama di Akademi Teknologi Warga Surakarta.
5. Emanuel Budi Raharjo, S.T. M.T. selaku Dosen Pembimbing Tugas Akhir yang senantiasa memberikan bimbingan, arahan dan nasihat baik saat pelaksanaan maupun saat penyusunan Tugas Akhir.
Penulis menyadari bahwa laporan Tugas Akhir ini masih banyak memiliki kekurangan, sehingga penulis mengharapkan kritik dan saran yang bermanfaat, sehingga dapat menyempurnakan laporan Tugas Akhir ini. Semoga laporan Tugas Akhir ini dapat bermanfaat bagi banyak pihak.
viii
Sukoharjo, 12 November 2018 Penulis,
Susanto
ix
HALAMAN JUDUL ... i
HALAMAN PENGESAHAN ... ii
HALAMAN PERSETUJUAN ... iii
HALAMAN PERNYATAAN ... iv
PERSEMBAHAN ... v
MOTTO ... vi
KATA PENGANTAR ... vii
DAFTAR ISI ... ix
DAFTAR GAMBAR ... xi
DAFTAR TABEL ... xiii
INTISARI ... xiv
BAB I PENDAHULUAN ... 1
A.Latar Belakang ... 1
B.Judul Tugas Akhir ... 2
C.Alasan Pemilihan Judul ... 2
D.Rumusan Masalah ... 3
E.Batasan Masalah ... 3
F.Tujuan Dan Manfaat ... 3
G.Metodologi ... 4
H.Sistematika Laporan ... 5
BAB II LANDASAN TEORI ... 6
A.Transfotmator... 6
B.Kapasitor ... 7
C.Diode Brige ... 10
D.Diode Zener ... 11
E.LED (Light Emitting Diode) ... 12
F.Resistor ... 16
G.Transistor ... 20
x
H.Relay ... 25
I.IC LM 723 ... 27
J.Saklar... 29
K.Pcb( Printed Circuit Board) ... 31
L.Rectifier ... 31
M.Un Regulator Full Wave ... 32
N.Filtering ... 32
O.Tegangan ACDC... 36
BAB III PEMBAHASAN ... 38
A.Blok Diagram ... 38
B.Desain Rangkaian Unregulator ... 39
C.Desain Penapis Tegangan Ripple ... 41
D.Desain Rangkaian Peminindah Tap ... 42
E.Rangkaian Hubung Singkat ... 48
F.Rangkaian Regulator 723 ... 49
G. Layout PCB Beserta Tata Letak Komponen...50
BAB IV PENGUJIAN ALAT ... 52
A.Pengujian Rangkaian Pemindah Step ... 52
B.Pengujian Shoot Circuit Protektor ... 57
C.Pengujian Adjustable ... 58
BAB V PENUTUP ... 59
A.Kesimpulan ... 59
B.Saran... 60
DAFTAR PUSTAKA ... 61 LAMPIRAN
xi
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Gambar Bentuk Transformator dan Simbol………...7
Gambar 2.2 Gambar Macam – macam Kapasitor ………8
Gambar 2.3 Gambar Kapasitor……….9
Gambar 2.4 Gambar Macam – macam Kpasitor ………..9
Gambar 2.5 Gambar Diode Bridge………..10
Gambar 2.6 Gambar Simbol Diode Zener………..12
Gambar 2.7 Gambar Bentuk Led dan Simbol Led ………12
Gambar 2.8 Gambar Kutup P dan N pada Diode………..13
Gambar 2.9 Gambar Polaritas LED……….14
Gambar 2.10 Gambar Resistor………..16
Gambar 2.11 Gambar 3 Buah Resistor Komposisi Karbon ……….17
Gambar 2.12 Gambar Simbol Resistor……….17
Gambar 2.13 Gambar Kode Warna Resistor……….18
Gambar 2.14 Gambar Perhitungan Resistor 4 Gelang………..18
Gambar 2.15 Gambar Perhitungan Resistor 5 Gelang………..19
Gambar 2.16 Gambar Bentu – bentuk Transistor ………20
Gambar 2.17 Gambar Simbol Transistor ………..24
Gambar 2.18 Gambar Relay dan Simbol ………..25
Gambar 2.19 Gambar Kontak Point Relay……….26
Gambar 2.20 Gambar Circuit Diagram pada IC LM 723………..27
Gambar 2.21 Gambar Rangkaian Adjustable voltage Regulator IC LM 723 Dengan Penguat Arus………..28
Gambar 2.22 Gambar Saklar………29
Gambar 2.23 Gambar PCB………...31
Gambar 2.24 Gambar Regulator Tegangan pada Power Supply……….33
Gambar 2.25 Gambar pemakaian filter pada penyearah………..33
Gambar 2.26 Gamabar fiter dengan kapasitor………..34
Gambar 2.27 Gambar Cara kerja filter kapasitor Pada Power Supply………34
Gambar 2.28 Gambar tegangan ripple pada penyearah gelombang setengah dengan filter………..35
Gambar 2.29 Gambar tegangan ripple pada penyearah gelombang penuh dengan filter………..35
xii
Gambar 3.1Gambar Blok Diagram………38
Gambar 3.2 Un regulator………38
Gambar 3.3 Pemilteran Dengan Kapasitor……….39
Gambar 3.4 Rangkaian Full………..40
Gambar 3.5 Tata letak Rangkaian Full………..41
Gambar 3.6 Rangkaian Shoot Circuit Protektor……….42
Gambar 3.7 Layout PCB dan Tata letak komponen……….43
Gambar 3.8 Layout PCB dan Tata letak komponen……….43
Gambar 3.7 Layout PCB dan Tata letak komponen……….44
Gambar 3.7 Layout PCB dan Tata letak komponen……….44
Gambar 4.1 Pengujian Tampak 5 volt………53
Gambar 4.2 Hasil pengukuran Tegangan sekunder pada trafo………53
Gambar 4.3 Pengujian tampak 12 volt……….54
Gambar 4.4 Hasil pengkuran tgangan sekunder pada trafo………..54
Gambar 4.5 Pengujian tampak 15 volt ………55
Gambar 4.6 Hasil pengukuran tegangan sekunder pada trafo………55
Gambar 4.7 Pengujian tampak 17 volt……….56
Gambar 4.8 Hasil pengukuran tegangan sekunder pada trafo………...56
Gambar 4.9 Pengujian pada saat terbuka………..57
Gambar 4.10 Pengujian pada saat hubung singkat ……….58
Gambar 4.11 Pengujian Adjustable……….58
xvii
INTISARI
Melihat kesulitan pada saat ini sangat prihatin dengan kekurangan sumber catu daya, lembaga sudah coba mencukui namun masih jauh dari mencukupi.
Melihat kondisi yang seperti ini penulis berusaha memikirkan bagaimana mengatasi permasalahan tersebut dengan merancang sumber catu daya alternatif dengan buatan sendiri dalam rangka untuk mengatasi masalah tersebut.
Penulis mencoba menerapkan ilmu yang telah dipelajari dalam perkuliahan untuk merekayasa perancangan pembuatan Power Supply Variabel dengan jangka pengukuran tegangan 0 – 30V. Rata – rata praktikum yang digunakan dalam perkuliahan catu daya yang diperlukan tidak melebihi dari 24V. Tegangan yang dipergunakan dalam praktikum sekitar 5V – 12V saja, dan Tegangan 24V itu jarang dipergunakan.
Kata Kunci : Catu Daya, Tegangan
telah membawa dampak yang signifikan terhadap gaya hidup manusia modern.
Dalam kemajuan teknologi termasuk dalam bidang elektronika dan komputer, efektifitas dan efisiensi selalu menjadi titik acuan agar setiap langkah dalam penggunaan dan pemanfaatan teknologi diharapkan dapat mencapai hasil yang optimal baik dalam segi kualitas maupun kuantitasnya.
Agar dapat mewujudkan hal tersebut, maka diperlukan alat, komponen atau sistem yang bisa menunjang kebutuhan untuk memproses suatu data dengan mobilisasi yang tinggi dan juga akurat. Seiring dengan majunya pola pikir dan sumber daya manusia sehingga benar-benar dapat mengeluarkan ide dan kreativitas untuk menciptakan berbagai macam perangkat penunjang kebutuhan manusia yang akan mempermudah aktifitas dalam menjalani kehidupan manusia modern.
Semua peralatan elektronika memerlukan sumber tenaga untuk bekerja,sumber tenaga tersebut bermacam-macam ada yang dari aki, baterai, ada juga yang langsung menggunakan tegangan listrik jala-jala PLN. Untuk alat-alat elektronika tertentukonsumsi tegangannya yang berasal dari tegangan listrik tidak bisa langsung dikonsumsi akan tetapi harus disesuaikan dengan tegangan yang diperlukan oleh peralatan tersebut.Penyesuaian tegangan ini dilakukan oleh sebuah alat yang dinamakan Power Supply atau adaptor.
Adaptor atau Power supply (PSU) merupaka sebuah rangkaian yang berguna untuk merubah tegangan AC yang tinggi menjadi DC yang rendah .Adaptor merupakan sebuah alternatif penggati dari tegangan DC (ACU,Bateray dll), sehingga nantinya bisa digunakan untuk menyuplay rangkaian elektronik yang membutuhkan tegangan DC, missal PSU Amplifier, Lampu DC, Kipas DC dan lain sebagainya
Power supply adalah suatu hardware komponen elektronika yg mempunyai fungsi sebagai supplier arus listrik dengan terlebih dahulu merubah
2
tegangannya dari AC jadi DC. Jadi arus listrik PLN yang bersifat Alternating Current (AC) masuk ke power supply, dikomponen ini tegannya diubah menjadi Direct Current (DC) baru kemudian dialirkan ke komponen lain yang membutuhkan.
Proses pegubahan tegangan tersebut dilakukan karena hardware pada umumnya seperti komputer, hanya bisa bekerja dengna menggunakan arus DC.
Ibaratnya makhluk hidup, power supply sama dengan jantung yang fungsi utamanya untuk memompa hasil proses pembentukan darah keseluruh tubuh yang memerlukannya.
B. Judul Tugas Akhir
Dari Pembahasan latar belakang di atas, oleh karena itu penulis membuat Tugas Akhir yang berjudul
“SUMBER CATU DAYA VARIABEL 0 SAMPAI 30 V PENGENDALI IC723”.
C. Alasan Pemilihan Judul Tugas Akhir
Judul Tugas Akhir penulis disusun dengan beberapa pertimbangan sebagai berikut:
1. Agar dapat dipergunakan bahan ajar Mahasiswa Teknik Elektronika di Akademi Teknologi Warga Surakarta sebagai referensi pembuatan Power Supply.
2. Agar dapat membuat Mahasiswa Teknik Elektronika di Akademi Teknologi Warga Surakarta tertarik langsung membuat Tugas Akhir melalui jalur Pembuatan Alat.
3. Sebagai pengembangan power supply menggunakan LM 723.
4. Membantu mengurangi kekurangan power supply.
D. Rumusan Masalah
Dalam Pembuatan Tugas Akhir
“ SUMBER CATU DAYA VARIABEL 0 SAMPAI 30 V PENGENDALI IC723”
penulis merumuskan bebearapa masalah, yaitu:
1. Bagaimana cara menentukan nilai kapasitor filter unregulator yang baik dan benar?
2. Bagaimana cara perancangan power supply yang benar dan baik?
3. Bagaimana cara menguji tegangan output variabel yang ada pada power supply berikut dengan rangkaian proteksi hubung singkat
E. Batasan Masalah
Agar dalam pembuatan Tugas Akhir ini tidak terjadi kesalahpahaman dan supaya penulis dapat menitik beratkan permasalahan yang ingin penulis bahas disini, yaitu:
1. Power Supply yang menggunakan IC LM 723.
2. Rangkaian unregulator didesain dengan Vripple 3 V
3. Rangkaian power supply memiliki sistem pemindah tap tegangan sekunder trafo menggunkan relay.
F. Tujuan dan Manfaat 1. Tujuan
Tujuan dari pembuatan Tugas Akhir ini yaitu:
a) Mengetahui cara kerja Power Supply
b) Mengetahui komponen dan fungsi dari komponen yang dibutuhkan untuk membuat power supply.
c) Mengetahui alat dan bahan apa saja yang dibutuhkan untuk membuat Power Supply.
d) Dapat memasang komponen dengan baika dan bena.
4
2. Manfaat
Manfaat dari pembuatan Tugas Akhir ini yaitu:penulis dapatkan ilmu serta kemampuan baru tentang elektronika, khususnya dalam pembuatan alat seperti Power Supply ini. Dan tentunya dari hasil pembuatan alat Power Supply ini semoga dapat dimanfaatkan dengan baik untuk digunakan sebagai penyedia tegangan untuk praktek-praktek elektronika dalam skala kecil dasn juga dapat digunakan untuk membantu dalam hal praktek mahasiswa khususnya penulis sendiri.
Manfaat dari power supply adalah sebagai pengubah tegangan AC menjadi Dc dan sebgai input tegangan pada rangkaian elektronik yang membutuhkan nilai tegangan DC kicil missal 0-30V.Melakukan percobaan untuk mengukur besarnya penguat suatu amplifier dengan tegangan supply yang tidak sama.
Dengan pembahasan yang akan kita bahas bisa kita jadikan wawasan bahwa dunia Elektro itu sangatlah luas. Semoga dengan adanya mengerti pengertiannya maupun komponen – komponennyadan mampu mengaplikasiakannya.
G. Metodologi
Penulis menyelesaikan Tugas Akhir tidak terlepas dari metode-metode yang telah ada, baik dalam penulisan laporan ataupun dalam pengamatan. Oleh karena itu metode-metode yang digunakan penulis adalah sebagai berikut:
1. Metode Interview
Metode interview penulis bertanya langsung kepada dosen pembimbing cara kerja alat yang akan dibuat dan sesekali penulis juga bertanya kepada dosen tentang hal-hal yang belum paham dalam pemrograman alat tersebut.
2. Metode Observasi
Metode observasi adalah melakukan pengamatan langsung terhadap object yang digunakan dan melakukan penelitian secara riset dan uji coba terhadap komponen dalam pembuatan tugas akhir.
3. Metode Eksperimen
Metode eksperimen adalah melakukan percobaan-percobaan apakah pemrograman sesuai dengan yang diinginkan atau ditetapkan sebelumnya. Percobaan ini deilakukan dengan menguji apakah tombol dapat terdeteksi oleh arduino, menguji parameter untuk mendeteksi infus macet, menguji modul wifi ESP8266 dengan perantara Wireless Access Point (WAP),Menguji komunkasi data antara arduino ke Web server H. Sistematika Laporan
Untuk mempermudah pembaca didalam memahami Tugas Akhir ini, maka penulis menyusun penulisan Tugas Akhir sebagai berikut:
1. BAB I. PENDAHULUAN
Menyajikan mengenai Latar Belakang Masalah tentang pembuatan alat ini, Tujuan dan Manfaatpembuatan alat ini. Pada BAB ini juga diterangkan mengenai Pembatasan Masalah dan Perumusan Masalah supaya penulisan Tugas Akhir ini sangat berguna, kemudian dilanjutkan dengan Metodologi Penelitian dan Sistematika Penulisan dibagian Akhir.
2. BAB II. LANDASAN TEORI
Menjelaskan tentang gambaran-gambaran komponen untuk Tugas Akhir ini.
3. BAB III. PEMBAHASAN
Menjelaskan tentang input dan output yang digunakan, pemrograman alat menjadi otomatis, dan cara kerja alat.
4. BAB IV. PENGUJIAN
Menguraikan mengenai hasil-hasil pengujian Tugas Akhir.
5. BAB V. PENUTUP
Menguraikan Saran, Kesimpulan, Daftar Pustaka, dan Lampiran.
6
BAB II
LANDASAN TEORI
A. TRANSFORMATOR
Transformator atau sering juga disebut dengan istilah Trafo adalah suatu alat listrik yang dapat mengubah taraf suatu tegangan AC ke taraf yang lain.
Maksudnya dari pengubahan taraf adalah seperti menurunkan Tegangan AC dari 220VAC ke 12 VAC ataupun menaikkan Tegangan dari 110VAC ke 220 VAC. Transformator bekerja berdasarkan prinsip induksi Elektromagnet dan hanya dapat bekerja pada tegangan yang berarus bolak balik (AC).
Transformator memegang peranan yang sangat penting dalam pendistribusian tenaga listrik. Transformator menaikan listrik yang berasal dari pembangkit listrik PLN hingga ratusan kilo Volt untuk di distribusikan, dan kemudian Transformator lainnya menurunkan tegangan listrik tersebut ke tegangan yang diperlukan oleh setiap rumah tangga maupun perkantoran yang pada umumnya menggunakan Tegangan AC 220Volt.
Sebuah Transformator yang sederhana pada dasarnya terdiri dari 2 lilitan atau kumparan kawat yang terisolasi yaitu kumparan primer dan kumparan sekunder. Pada kebanyakan Transformator, kumparan kawat terisolasi ini dililitkan pada sebuah besi yang dinamakan dengan Inti Besi (Core). Ketika kumparan primer dialiri arus AC (bolak-balik) maka akan menimbulkan medan magnet atau fluks magnetik disekitarnya.
Kekuatan Medan magnet (densitas Fluks Magnet) tersebut dipengaruhi oleh besarnya arus listrik yang dialirinya. Semakin besar arus listriknya semakin besar pula medan magnetnya. Fluktuasi medan magnet yang terjadi di sekitar kumparan pertama (primer) akan menginduksi GGL (Gaya Gerak Listrik) dalam kumparan kedua (sekunder) dan akan terjadi pelimpahan daya dari kumparan primer ke kumparan sekunder.
Dengan demikian, terjadilah pengubahan taraf tegangan listrik baik dari tegangan rendah menjadi tegangan yang lebih tinggi maupun dari tegangan tinggi menjadi tegangan yang rendah.Sedangkan Inti besi pada Transformator pada umumnya adalah kumpulan lempengan-lempengan besi tipis yang terisolasi dan
ditempel berlapis-lapis dengan kegunaanya untuk mempermudah jalannya FluksMagnet yang ditimbulkan oleh arus listrik kumparan serta untuk mengurangi suhu panas yang ditimbulkan.
Gambar 2.1Bentuk Transformator & simbolnya B. KAPASITOR
Kapasitor adalah komponen elektronika yang mempunyai kemampuan menyimpan electron-elektron selama waktu yang tidak tertentu. Kapasitor berbeda dengan akumulator dalam menyimpan muatan listrik terutama tidak terjadi perubahan kimia pada bahan kapasitor, besarnya kapasitansi dari sebuah kapasitor dinyatakan dalam farad.
Pengertian lain Kapasitor adalah komponen elektronika yang dapat menyimpan dan melepaskan muatan listrik. Struktur sebuah kapasitor terbuat dari 2 buah plat metal yang dipisahkan oleh suatu bahan dielektrik. Bahan-bahan dielektrik yang umum dikenal misalnya udara vakum, keramik, gelas dan lain-lain.
Jika kedua ujung plat metal diberi tegangan listrik, maka muatan-muatan positif akan mengumpul pada salah satu kaki (elektroda) metalnya dan pada saat yang sama muatan-muatan negatif terkumpul pada ujung metal yang satu lagi.
Muatan positif tidak dapat mengalir menuju ujung kutup negatif dan sebaliknya muatan negatif tidak bisa menuju ke ujung kutup positif, karena terpisah oleh bahan dielektrik yang non-konduktif.
8
Muatan elektrik ini tersimpan selama tidak ada konduksi pada ujung- ujung kakinya. Di alam bebas, phenomena kapasitor ini terjadi pada saat terkumpulnya muatan-muatan positif dan negatif di awal. Kemampuan untuk menyimpan muatan listrik pada kapasitor disebuat dengan kapasitansi atau kapasitas.
Dalam rangkaian elektronika terbagi menjadi 2 macam, yaitu kapasitor polar dan kapasitor non polar. Yang di maksud kapasitor polar adalah jenis kapasitor yang memiliki dua kutub dan mempunyai polaritas positif/negatif. Kapasitor ini terbuat dari bahan elektrolit yang mempunyai nilai kapasitansi yang besar di bandingkan dengan kapasitor yang menggunakan bahan dielektrik.
Sedangkan yang di maksud kapasitor non polar adalah jenis kapasitor tidak memiliki polaritas postif dan negatif pada kedua kutubnya. Kapasitor ini juga dapat kita gunakan secara berbalik. Kapasitor ini biasanya memiliki nilai kapasitansi yang kecil karena terbuat dari bahan keramik dan mika. Meskipun kedua jenis kapasitor ini banyak digunakan untuk menyimpan muatan listrik, tapi masih banyak perbedaan dari kedua jenis tersebut, di antaranya adalah bahan yang digunakan dan juga fungsi kegunaannya dalam sehari-hari.
Gambar 2.2macam – macam Kapasitor
Satuan Kapasitansi Kapasitor adalah Farad, tetapi Farad merupakan satuan yang besar untuk sebuah Kapasitor yang umum dipakai oleh Peralatan Elektronik.
Oleh Karena itu, Satuan-satuan yang merupakan turunan dari Farad menjadi pilihan utama produsen dalam memproduksi sebuah Kapasitor agar dapat
digunakan oleh peralatan Elektronika. Satuan-satuan tersebut diantaranya adalah : Micro Farad (µF), Nano Farad (nF) dan Piko Farad (pF ).
Berikut ini adalah ukuran turunan Farad yang umum digunakan dalam menentukan Nilai Kapasitansi sebuah Kapasitor :
1 Farad= 1.000.000µF (mikro Farad) 1µF = 1.000nF (nano Farad) 1µF = 1.000.000pF (piko Farad) 1nF = 1.000pF (piko Farad)
Untuk Kapasitor Elektrolit atau ELCO, nilai Kapasitansinya telah tertera di label badannya dengan jelas. Jadi sangat mudah untuk menentukan nilainya.
Contoh 100µF 16V, 470µF 10V, 1000µF 6.3V ataupun 3300µF 16V. Untuk lebih Nilai Kapasitor pada gambar di bawah adalah 3300µF (baca : 3300 Micro Farad)
Gambar 2.3Kapasitor
Gambar 2.4macam - macam Kapasitor
10
Contoh untuk membaca nilai kode untuk Kapasitor Keramik diatas dengan tulisan Kode 473Z. Cara menghitung nilai kapasitor berdasarkan kode tersebut adalah sebagai berikut :
Kode : 473Z
Nilai Kapasitor = 47 x 103 Nilai Kapasitor = 47 x 1000
Nilai Kapasitor = 47.000pF atau 47nF atau 0,047µF
Huruf dibelakang angka menandakan Toleransi dari Nilai Kapasitor tersebut C. DIODE BRIDGE
Gambar 2.5Diode Bridge
Dioda Bridge atau dikenal dengan sebutan jembatan dioda adalah rangkaian yang digunakan untuk penyearah arus ( rectifier) dari AC ke DC. Untuk membuat dioda bridge dengan benar maka perlu diketahui tipe dioda yang akan digunakan, Elemen dioda berasal dari dua kata elektroda dan katoda.
Diode memiliki simbol khusus, yaitu anak panah yang memiliki garis melintang pada ujungnya. Alasan dibuatnya symbol tersebut adalah karena sesuai dengan prinsip kerja dari dioda. Anoda ( kaki positif = P) terdapat pada bagian pangkal dari anak panah tersebut dan katoda ( kaki negative = N ).terdapat pada bagian ujung dari anak panah.
Dioda Bridge atau yang deikenal dengan dioda silicon yang dirangkaikan menjadi suatu bridge dan dikemas menjadi satu komponen.Dioda bridgedigunakan sebagia penyearah pada power suplly. jembatan dioda adalah gabungan empat atau lebih dioda yang membentuk sebuah jembatan konfigurasi
yang menyediakan polaritas output dan polaritas input ketika digunakan dalam aplikasi yang paling umum konversi dari arus bolak balik. Fungsi atau bagian utama dari jembatan dioda adalah bahwa polaritas outputnya berbeda dengan polaritas input. Sebutan lain dari rangkaian jembatan dioda banyak disebut juga sebagai Circuit Gratez yang diambil dari nama Leo Graetz seorang ilmuwan fisika.
D. DIODE ZENER
Diode Zener adalah Komponen Elektronika yang terbuat dari Semikonduktor dan merupakan jenis Diode yang dirancang khusus untuk dapat beroperasi di rangkaian Reverse Bias (Bias Balik). Pada saat dipasangkan pada Rangkaian Forward Bias (Bias Maju), Diode Zener akan memiliki karakteristik dan fungsi sebagaimana Diode Normal pada umumnya. Efek Dioda jenis ini ditemukan oleh seorang Fisikawan dari Amerika yang bernama Clarence Melvin Zener pada tahun 1934 sehingga nama Diodanya juga diambil dari nama penemunya yaitu Diode Zener.
Pada dasarnya, Dioda Zener akan menyalurkan arus listrik yang mengalir ke arah yang berlawanan jika tegangan yang diberikan melampaui batas
“Breakdown Voltage” atau Tegangan tembus Dioda Zenernya. Karakteristik ini berbeda dengan Dioda biasa yang hanya dapat menyalurkan arus listrik ke satu arah. Tegangan tembus (Breakdown Voltage) ini disebut juga dengan Tegangan Zener.
Jika Vin ˂ VZ, maka tegangan outputnya adalah V in
Jika Vin ˃ VZ, maka tegangan outputnya adalah VZ
IZ =
12
Gambar dan Simbol Zener :
Gambar 2.6Simbol Diode Zener
E. LED (Light Emitting Diode)
Light Emitting Diode atau sering disingkat dengan LED adalah komponen elektronika yang dapat memancarkan cahaya monokromatik ketika diberikan tegangan maju.LED merupakan keluarga dioda yang terbuat dari bahan semikonduktor.Warna-warna Cahaya yang dipancarkan oleh LED tergantung pada jenis bahan semikonduktor yang dipergunakannya.LED juga dapat memancarkan sinar inframerah yang tidak tampak oleh mata seperti yang sering kita jumpai pada Remote Control TV ataupun Remote Control perangkat elektronik lainnya.
Gambar 2.7 Bentuk dan Simbol LED
Bentuk LED mirip dengan sebuah bohlam (bola lampu) yang kecil dan dapat dipasangkan dengan mudah ke dalam berbagai perangkat elektronika.
Berbeda dengan Lampu Pijar, LED tidak memerlukan pembakaran filamen sehingga tidak menimbulkan panas dalam menghasilkan cahaya. Oleh karena itu,
saat ini LED (Light Emitting Diode) yang bentuknya kecil telah banyak digunakan sebagai lampu penerang dalam LCD TV yang mengganti lampu tube.
Cara Kerja LED (Light Emitting Diode)
Seperti dikatakan sebelumnya, LED merupakan keluarga dari dioda yang terbuat dari Semikonduktor. Cara kerjanya pun hampir sama dengan dioda yang memiliki dua kutub yaitu kutub Positif (P) dan Kutub Negatif (N). LED hanya akan memancarkan cahaya apabila dialiri tegangan maju (bias forward) dari Anoda menuju ke Katoda.
Gambar 2.8 Kutub P dan N pada dioda
LED terdiri dari sebuah chip semikonduktor yang di doping sehingga menciptakan junction P dan N. Yang dimaksud dengan proses doping dalam semikonduktor adalah proses untuk menambahkan ketidakmurnian (impurity) pada semikonduktor yang murni sehingga menghasilkan karakteristik kelistrikan yang diinginkan. Ketika LED dialiri tegangan maju atau bias forward yaitu dari Anoda (P) menuju ke Katoda (K), Kelebihan Elektron pada N-Type material akan berpindah ke wilayah yang kelebihan hole (lubang) yaitu wilayah yang bermuatan positif (P-Type material). Saat Elektron berjumpa dengan hole akan melepaskan photon dan memancarkan cahaya monokromatik (satu warna).
LED atau Light Emitting Diode yang memancarkan cahaya ketika dialiri tegangan maju ini juga dapat digolongkan sebagai transduser yang dapat mengubah energi listrik menjadi energi cahaya.
Cara Mengetahui Polaritas
14
Gambar 2.9 Polaritas LED
Untuk mengetahui polaritas terminal Anoda (+) dan Katoda (-) pada LED.
Kita dapat melihatnya secara fisik berdasarkan Gambar 2.24. Ciri-ciri terminal anoda pada LED adalah kaki yang lebih panjang dan juga Lead Frame yang lebih kecil. Sedangkan ciri-ciri terminal katoda adalah kaki yang lebih pendek dengan Lead Frame yang besar serta terletak di sisi yang flat.
Warna-warna LED (Light Emitting Diode)
Saat ini, LED telah memiliki beranekaragam warna, diantaranya seperti warna merah, kuning, biru, putih, hijau, jingga dan infra merah. Keanekaragaman warna pada LED tersebut tergantung pada wavelength (panjang gelombang) dan senyawa semikonduktor yang dipergunakannya. Berikut ini adalah tabel senyawa semikonduktor yang digunakan untuk menghasilkan variasi warna pada LED:
Tabel 2.1 Senyawa Semikonduktor
Bahan Semikonduktor Wavelength Warna
Gallium Arsenide (GaAs) 850-940nm Infra Merah
Gallium Arsenide Phosphide (GaAsP) 630-660nm Merah Gallium Arsenide Phosphide (GaAsP) 605-620nm Jingga Gallium Arsenide Phosphide Nitride (GaAsP:N) 585-595nm Kuning
Aluminium Gallium Phosphide (AlGaP) 550-570nm Hijau
Silicon Carbide (SiC) 430-505nm Biru
Gallium Indium Nitride (GaInN) 450nm Putih
Tegangan Maju (Forward Bias) LED
Masing-masing Warna LED (Light Emitting Diode) memerlukan tegangan maju (Forward Bias) untuk dapat menyalakannya. Tegangan maju untuk LED tersebut tergolong rendah sehingga memerlukan sebuah resistor untuk membatasi arus dan tegangannya agar tidak merusak LED yang bersangkutan. Tegangan maju biasanya dilambangkan dengan tanda VF.
Tabel 2.2 Tegangan LED
Kegunaan LED dalam Kehidupan sehari-hari
Teknologi LED memiliki berbagai kelebihan seperti tidak menimbulkan panas, tahan lama, tidak mengandung bahan berbahaya seperti merkuri, dan hemat listrik serta bentuknya yang kecil ini semakin popular dalam bidang teknologi pencahayaan. Berbagai produk yang memerlukan cahaya pun mengadopsi
Warna Tegangan
Maju @20mA
Infra Merah 1,2V
Merah 1,8V
Jingga 2,0V
Kuning 2,2V
Hijau 3,5V
Biru 3,6V
Putih 4,0V
16
teknologi Light Emitting Diode (LED) ini. Berikut ini beberapa pengaplikasiannya LED dalam kehidupan sehari-hari.
1. Lampu Penerangan Rumah 2. Lampu Penerangan Jalan 3. Papan Iklan (Advertising)
4. Backlight LCD (TV, Display Handphone, Monitor) 5. Lampu Dekorasi Interior maupun Exterior
6. Lampu Indikator
7. Pemancar Infra Merah pada Remote Control (TV, AC, AV Player) F. RESISTOR
Resistor adalah komponen listrik yang berfungsi sebagai penahan arus listrik atau membatasi arus yang mengalir. Hambatan atau resistor merupakan kemampuan untuk menghambat arus listrik. Nilai resistansi suatu penghantar dipengaruhi oleh beberapa factor yaitu jenis penghantar, panjang penghantar, luas penampang penghantar dan suhu/temperature.
Walaupun resistor dapat meneruskan arus listrik namun tidak begitu saja arus listrik dapat melintasi resistor, karena bahan untukmembuat pelawan itu sendiri terdiri dari bahan yang sulit menghantarkan arus listrik, maka arus listrik itu tidak mungkin dapat melewatinya tanpa mendapat rintangan atau tahanan.
Resistor digunakan sebagai bagian dari sirkuit elektronika dan merupakan salah satu komponen yang paling sering digunakan.
Gambar 2.10 Resistor
Fungsi Resistor adalah sebagai berikut:
Gambar 2.11 Tiga Buah Resistor Komposisi Karbon
Gambar 2.12 Simbol Resistor
Fungsi resistor dapat diumpamakan dengan sekeping papan yang dipergunakan untuk menahan aliran air yang deras di selokan/parit kecil. Makin besar nilai tahanan, makin kecil arus dan tegangan listrik yang melaluinya.
Adapun fungsi lain resistor dalam rangkaian elektronika, yaitu:
1. Menahan arus listrik agar sesuai dengan kebutuhan suatu rangkaian elektronika.
2. Menurunkan tegangan sesuai dengan yang dibutuhkan oleh rangkaianelektronika.
3. Membagi tegangan.
4. Sebagai pembagi arus.
18
Gambar 2.13 Kode Warna Resistor Perhitungan untuk Resistor dengan 4 Gelang warna :
Gambar 2.14 Perhitungan Resistor 4 Gelang
1) Masukkan angka langsung dari kode warna Gelang ke-1 (pertama) 2) Masukkan angka langsung dari kode warna Gelang ke-2
3) Masukkan Jumlah nol dari kode warna Gelang ke-3 atau pangkatkan angka tersebut dengan 10 (10n) Merupakan Toleransi dari nilai Resistor tersebut
Contoh :
Gelang ke 1 : Coklat = 1 Gelang ke 2 : Hitam = 0
Gelang ke 3 : Hijau = 5 nol dibelakang angka gelang ke-2; atau kalikan105 Gelang ke 4 : Perak = Toleransi 10%
Maka nilai Resistor tersebut adalah 10 * 105 = 1.000.000 Ohm atau 1 MOhm dengan toleransi 10%.
Perhitungan untuk Resistor dengan 5 Gelang warna :
Gambar 2.15 Perhitungan Resistor 5 Gelang
1) Masukkan angka langsung dari kode warna gelang ke-1 (pertama) 2) Masukkan angka langsung dari kode warna gelang ke-2
3) Masukkan angka langsung dari kode warna gelang ke-3
4) Masukkan jumlah nol dari kode warna gelang ke-4 atau pangkatkan angka tersebut dengan 10 (10n)
5) Merupakan toleransi dari nilai resistor tersebut Contoh :
Gelang ke 1 : Coklat = 1 Gelang ke 2 : Hitam = 0 Gelang ke 3 : Hijau = 5
Gelang ke 4 : Hijau = 5 nol dibelakang angka gelang ke-2; atau kalikan 105 Gelang ke 5 : Perak = Toleransi 10%
Maka nilai Resistor tersebut adalah 105 * 105 = 10.500.000 Ohm atau 10,5 MOhm dengan toleransi 10%
Contoh-contoh perhitungan lainnya :
Merah, Merah, Merah, Emas → 22 *102 = 2.200 Ohm atau 2,2 Kilo Ohm dengan 5% toleransi
Kuning, Ungu, Orange, Perak → 47 * 103 = 47.000 Ohm atau 47 Kilo Ohm dengan 10% toleransi
20
Cara menghitung Toleransi : 2.200 Ohm dengan Toleransi 5% = 2200 – 5% = 2.090
2200 + 5% = 2.310
ini artinya nilai Resistor tersebut akan berkisar antara 2.090 Ohm ~ 2.310 Ohm Untuk mempermudah menghafalkan warna di resistor, kami memakai singkatan seperti berikut :
HI CO ME O KU JAU BI UNG A PU
(HItam, COklat, MErah, Orange, KUning. HiJAU, BIru, UNGu, Abu-abu, PUtih) G. TRANSISTOR
Transistor adalah alat semikonduktor yang dipakai sebagai penguat, sebagai sirkuit pemutus dan penyambung (switching), stabilisasi tegangan, modulasi sinyal atau sebagai fungsi lainnya. Transistor dapat berfungsi semacam kran listrik, dimana berdasarkan arus inputnya (BJT) atau tegangan inputnya (FET), memungkinkan pengaliran listrik yang sangat akurat dari sirkuit sumber listriknya.
Gambar 2.16 Bentuk-Bentuk Transistor
Pada umumnya, transistor memiliki 3 terminal, yaitu Basis (B), Emitor (E) dan Kolektor (C). Tegangan yang di satu terminalnya misalnya Emitor dapat dipakai untuk mengatur arus dan tegangan yang lebih besar daripada arus input Basis, yaitu pada keluaran tegangan dan arus output Kolektor.
Transistor merupakan komponen yang sangat penting dalam dunia elektronik modern. Dalam rangkaian analog, transistor digunakan dalam amplifier
(penguat). Rangkaian analog melingkupi pengeras suara, sumber listrik stabil (stabilisator) dan penguat sinyal radio. Dalam rangkaian-rangkaian digital, transistor digunakan sebagai saklar berkecepatan tinggi. Beberapa transistor juga dapat dirangkai sedemikian rupa sehingga berfungsi sebagai logic gate, memori dan fungsi rangkaian-rangkaian lainnya.
Cara kerja semikonduktor
Pada dasarnya, transistor dan tabung vakum memiliki fungsi yang serupa;
keduanya mengatur jumlah aliran arus listrik.Untuk mengerti cara kerja semikonduktor, misalkan sebuah gelas berisi air murni. Jika sepasang konduktor dimasukan kedalamnya, dan diberikan tegangan DC tepat dibawah tegangan elektrolisis (sebelum air berubah menjadi Hidrogen dan Oksigen), tidak akan ada arus mengalir karena air tidak memiliki pembawa muatan (charge carriers).
Sehingga, air murni dianggap sebagai isolator. Jika sedikit garam dapur dimasukan ke dalamnya, konduksi arus akan mulai mengalir, karena sejumlah pembawa muatan bebas (mobile carriers, ion) terbentuk. Menaikan konsentrasi garam akan meningkatkan konduksi, namun tidak banyak. Garam dapur sendiri adalah non-konduktor (isolator), karena pembawa muatanya tidak bebas.
Silikon murni sendiri adalah sebuah isolator, namun jika sedikit pencemar ditambahkan, seperti Arsenik, dengan sebuah proses yang dinamakan doping, dalam jumlah yang cukup kecil sehingga tidak mengacaukan tata letak kristal silikon, Arsenik akan memberikan elektron bebas dan hasilnya memungkinkan terjadinya konduksi arus listrik. Ini karena Arsenik memiliki 5 atom di orbit terluarnya, sedangkan Silikon hanya 4. Konduksi terjadi karena pembawa muatan bebas telah ditambahkan (oleh kelebihan elektron dari Arsenik). Dalam kasus ini, sebuah Silikon tipe-n (n untuk negatif, karena pembawa muatannya adalah elektron yang bermuatan negatif) telah terbentuk.
Selain dari itu, silikon dapat dicampur dengan Boron untuk membuat semikonduktor tipe-p. Karena Boron hanya memiliki 3 elektron di orbit paling luarnya, pembawa muatan yang baru, dinamakan "lubang" (hole, pembawa muatan positif), akan terbentuk di dalam tata letak kristal silikon.
22
Dalam tabung hampa, pembawa muatan (elektron) akan dipancarkan oleh emisi thermionic dari sebuah katoda yang dipanaskan oleh kawat filamen. Karena itu, tabung hampa tidak bisa membuat pembawa muatan positif (hole).
Dapat dilihat bahwa pembawa muatan yang bermuatan sama akan saling tolak menolak, sehingga tanpa adanya gaya yang lain, pembawa-pembawa muatan ini akan terdistribusi secara merata di dalam materi semikonduktor. Namun di dalam sebuah transistor bipolar (atau diode junction) dimana sebuah semikonduktor tipe-p dan sebuah semikonduktor tipe-n dibuat dalam satu keping silikon, pembawa-pembawa muatan ini cenderung berpindah ke arah sambungan P-N tersebut (perbatasan antara semikonduktor tipe-p dan tipe-n), karena tertarik oleh muatan yang berlawanan dari seberangnya.
Kenaikan dari jumlah pencemar (doping level) akan meningkatkan konduktivitas dari materi semikonduktor, asalkan tata-letak kristal silikon tetap dipertahankan. Dalam sebuah transistor bipolar, daerah terminal emiter memiliki jumlah doping yang lebih besar dibandingkan dengan terminal basis. Rasio perbandingan antara doping emiter dan basis adalah satu dari banyak faktor yang menentukan sifat penguatan arus (currentgain) dari transistor tersebut.
Jumlah doping yang diperlukan sebuah semikonduktor adalah sangat kecil, dalam ukuran satu berbanding seratus juta, dan ini menjadi kunci dalam keberhasilan semikonduktor. Dalam sebuah metal, populasi pembawa muatan adalah sangat tinggi; satu pembawa muatan untuk setiap atom. Dalam metal, untuk mengubah metal menjadi isolator, pembawa muatan harus disapu dengan memasang suatu beda tegangan. Dalam metal, tegangan ini sangat tinggi, jauh lebih tinggi dari yang mampu menghancurkannya.Dalam sebuah semikonduktor hanya ada satu pembawa muatan dalam beberapa juta atom.
Jumlah tegangan yang diperlukan untuk menyapu pembawa muatan dalam sejumlah besar semikonduktor dapat dicapai dengan mudah. Dengan kata lain, listrik di dalam metal adalah inkompresible (tidak bisa dimampatkan), seperti fluida. Sedangkan dalam semikonduktor, listrik bersifat seperti gas yang bisa dimampatkan. Semikonduktor dengan doping dapat diubah menjadi isolator, sedangkan metal tidak.
Gambaran di atas menjelaskan konduksi disebabkan oleh pembawa muatan, yaitu elektron atau lubang, namun dasarnya transistor bipolar adalah aksi kegiatan dari pembawa muatan tersebut untuk menyebrangi daerah depletion zone. Depletion zone ini terbentuk karena transistor tersebut diberikan tegangan bias terbalik, oleh tegangan yang diberikan di antara basis dan emitor. Walau transistor terlihat seperti dibentuk oleh dua dioda yang disambungkan, sebuah transistor sendiri tidak bisa dibuat dengan menyambungkan dua dioda. Untuk membuat transistor, bagian-bagiannya harus dibuat dari sepotong kristal silikon, dengan sebuah daerah basis yang sangat tipis.
Cara kerja transistor
Arus akan mengalir dari colector menuju Emitor apabila kaki basis diberikan arus atau tegangan. Sedikit saja arus atau tegangan akan diberikan ke kaki basis, maka arus yang besar akan mengalir dari Colector ke Emitor.
Perbandingan arus colektor yang mengalir ke Emitor dan arus basis yang diberikan dinamakan penguatanatau Gain.
Variasi arus basis yang diberikan juga akan mengakibatkan variasi besarnya arus yang mengalir di colector ke Emitor. Prinsip inilah yang digunakan untuk membentuk sebuah Amplifier yang handal.
Jenis-jenis transistor
Secara umum, transistor dapat dibeda-bedakan berdasarkan banyak kategori:
Gambar 2.17 Simbol Transistor
PNP P-channel
NPN N-channel
BJT JFET
24
Tipe Transistor:
1. Materi semikonduktor: Germanium, Silikon, Gallium Arsenide
2. Kemasan fisik: Through Hole Metal, Through Hole Plastic, Surface Mount, IC, dan lain-lain
3. Tipe: UJT, BJT, JFET, IGFET (MOSFET), IGBT, HBT, MISFET, VMOSFET, MESFET, HEMT, SCR serta pengembangan dari transistor yaituIC (Integrated Circuit) dan lain-lain.
4. Polaritas: NPN atau N-channel, PNP atau P-channel
5. Maximum kapasitas daya: Low Power, Medium Power, High Power
6. Maximum frekuensi kerja: Low, Medium, atau High Frequency, RF transistor, Microwave, dan lain-lain
7. Aplikasi: Amplifier, Saklar, General Purpose, Audio, Tegangan Tinggi, dan lain-lain
8. BJT (Bipolar Junction Transistor) adalah salah satu dari dua jenis transistor. Cara kerja BJT dapat dibayangkan sebagai dua diode yang terminal positif atau negatifnya berdempet, sehingga ada tiga terminal.
Ketiga terminal tersebut adalah emitor (E), kolektor (C), dan basis (B).
Perubahan arus listrik dalam jumlah kecil pada terminal basis dapat menghasilkan perubahan arus listrik dalam jumlah besar pada terminal kolektor.
Prinsip inilah yang mendasari penggunaan transistor sebagai penguat elektronik.
Rasio antara arus pada koletor dengan arus pada basis biasanya dilambangkan dengan β atau . β biasanya berkisar sekitar 100 untuk transistor-transisor BJT.
FET dibagi menjadi dua keluarga: Junction FET (JFET) dan Insulated Gate FET (IGFET) atau juga dikenal sebagai Metal Oxide Silicon (atau Semiconductor) FET (MOSFET). Berbeda dengan IGFET, terminal gate dalam JFET membentuk sebuah dioda dengan kanal (materi semikonduktor antara Source dan Drain). Secara fungsinya, ini membuat N-channel JFET menjadi sebuah versi solid-state dari tabung vakum, yang juga membentuk sebuah dioda antara grid dan katode. Dan juga, keduanya (JFET dan tabung vakum) bekerja di
"depletion mode", keduanya memiliki impedansi input tinggi, dan keduanya menghantarkan arus listrik dibawah kontrol tegangan input.
H. RELAY
Relay adalah komponen elektronika yang berupa saklar atau switch elektrik yang dioperasikan menggunakan listrik. Relay juga biasa disebut sebagai komponen electromechanical atau elektromekanikal yang terdiri dari dua bagian utama yaitu coil atau elektromagnet dan kontak saklar atau mekanikal.
Komponen relay menggunakan prinsip elektromagnetik sebagai penggerak kontak saklar, sehingga dengan menggunakan arus listrik yang kecil atau low power, dapat menghantarkan arus listrik yang yang memiliki tegangan lebih tinggi. Berikut adalah gambar dan juga simbol dari komponen relay.
Gambar 2.18 gamabar Relay & simbolnya.
Fungsi Relay
Seperti yang telah di jelaskan tadi bahwa relay memiliki fungsi sebagai saklar elektrik, namun jika di aplikasikan ke dalam rangkaian elektronika, relay memiliki beberapa fungsi yang cukup unik. Berikut beberapa fungsi saat di aplikasikan ke dalam sebuah rangkaian elektronika.
1. Mengendalikan sirkuit tegangan tinggi dengan menggunakan bantuan signal tegangan rendah.
2. Menjalankan logic function atau fungsi logika.
26
3. Memberikan time delay function atau fungsi penundaan waktu.
4. Melindungi motor atau komponen lainnya dari korsleting atau kelebihan tegangan.
Cara Kerja Relay
Sebelum mengethui cara kerja relay ada 4 bagian penting yaitu electromagnet (coil), Armature, Switch Contact Point (saklar) dan spring. Untuk
lebi lanjut silahkan lihat gambar di bawah ini.
Gambar 2.19Kontak point relay
1. Normally Close (NC) yaitu kondisi awal sebelum diaktifkan akan selalu berada pada posisi close (tertutup).
2. Normally Open (NO) yaitu kondisi awal sebelum diaktifkan akan selalu berapa pada posisi open (terbuka).
I. IC LM 723 (Adjustable Voltage Regulator)
Gambar 2.20. Circuit diagram dalam chipIC LM 723
IC LM723, IC ini memiliki sumber tegangan referensi sebuah error amplifier, series pass transistor, dan current limitingtransistor yang semua itu terkandung dalam satu paket kecil. Perangkat ini dapat terhubung untuk beroperasi sebagai regulator tegangan positif atau negatif dengan tegangan output mulai dari 2V sampai 37V dan besar arus keluaran max 150ma.
Tegangan suplai maksimum adalah 40V dan peraturan baris dan beban yang masing-masing ditetapkan sebagai 0,01%. Dalam IC regulator LM 723 dengan regulator tegangan positif.Tegangan keluaran dapat diatur pada nilai antara sekitar 7V (tegangan referensi) dan 37V dengan pemilihan resistor R1 dan R2.Sebuah potensiometer dapat dimasukkan antara R1 dan R2, tentu saja untuk memberikan tegangan yang diinginkan.Sebuah transistor eksternal Darlington dapat dihubungkan ke Q1 untuk menangani arus beban yang besar.
Garis patah pada gambar menunjukkan koneksi untuk sederhana ( non – foldback ) membatasi arus. (Foldbacksaat ini dapat membatasi juga dapat digunakan dengan IC LM723). Sebuah tegangan output regulator kurang dari 7 V tegangan referensi dapat diperoleh dengan menggunakan pembagi tegangan di seluruh sumber referensi(terminal 6 dan 7). Tegangan referensi dapat dibagi dengan menghubungkan ke terminal 5.
28
Gambar 2.21.Rangkaian Adjustable Voltage Regulator IC LM 723 dengan penguat arus.
Tegangan suplai (V in), pada titik terendah pada gelombang riak, harus setidaknya 3V lebih besar dari output regulator dan lebih besar dari VREF.
Paramater dari IC Regulator lm723
Output max 150 mA
Tegangan Output bisa diatur (Volt)
Tegangan Masukan Min 9,5 V
Tegangan Masukan Max 40 V
Keluaran Adjustable Ya
On / Off Pin No
Kesalahan Flag Tidak ada
Suhu Min -55 derajat C
Suhu Max 150 derajat C
J. SAKLAR
Saklar ON/OFF dan Volume Up Down di PonselTombol ON/OFF di TV, Tombol–tombol di Remote TVSaklar dinding untuk menghidupkan dan mematikan lampu listrikTombol ON/OFF di Laptop atau KomputerTombol–
tombolKeyboard pada Laptop atau KomputerTombol ON/OFF dan Tombol pilihan kecepatan di Kipas Angin dan masih banyak lagi.
Gambar 2.22Saklar Cara Kerja Saklar Listrik
Pada dasarnya, sebuah Saklar sederhana terdiri dari dua bilah konduktor (biasanya adalah logam) yang terhubung ke rangkaian eksternal, Saat kedua bilah konduktor tersebut terhubung maka akan terjadi hubungan arus listrik dalam rangkaian. Sebaliknya, pada saat kedua konduktor tersebut dipisahkan maka hubungan arus listrik akan ikut terputus.
Saklar yang paling sering ditemukan adalah Saklar yang dioperasikan oleh tangan manusia dengan satu atau lebih pasang kontak listrik.Setiap pasangan kontak umumnya terdiri dari 2 keadaan atau disebut dengan “State”. Kedua keadaan tersebut diantaranya adalah Keadaan “Close” atau “Tutup” dan Keadaan
“Open” atau “Buka”. Close artinya terjadi sambungan aliran listrik sedangkan Open adalah terjadinya pemutusan aliran listrik.
30
Berdasarkan dua keadaan tersebut, Saklar pada umumnya menggunakan istilah Normally Open (NO) untuk Saklar yang berada pada keadaan Terbuka (Open) pada kondisi awal. Ketika ditekan, Saklar yang Normally Open (NO) tersebut akan berubah menjadi keadaan Tertutup (Close) atau “ON”.
Sedangkan Normally Close (NC) adalah saklar yang berada pada keadaan Tertutup (Close) pada kondisi awal dan akan beralih ke keadaan Terbuka (Open) ketika ditekan.
Pole dan Throw Saklar, Saklar Listrik dapat digolongkan berdasarkan jumlah Kontak dan Kondisi yang dimilikinya. Jumlah Kontak dan kondisi yang dimiliki tersebut biasanya disebut dengan istilah “Pole” dan “Throw”.
Pole adalah banyaknya Kontak yang dimiliki oleh sebuah saklar sedangkan Throw adalah banyaknya kondisi yang dimiliki oleh sebuah Saklar.Berikut ini adalah beberapa contoh jenis Saklar Listrik yang digolongkan berdasarkan Pole dan Throw :
1. SPST : Single Pole Single Throw, yaitu Saklar ON/OFF yang paling sederhana dengan hanya memiliki 2 Terminal. Contohnya Saklar Listrik ON/OFF pada lampu.
2. SPDT : Single Pole Double Throw, yaitu Saklar yang memiliki 3 Terminal. Saklar jenis ini dapat digunakan sebagai Saklar Pemilih.
Contohnya Saklar pemilih Tegangan Input Adaptor yaitu 110V atau 220V.
3. DPST : Double Pole Single Throw, yaitu saklar yang memiliki 4 Terminal. DPST dapat diartikan sebagai 2 Saklar SPST yang dikendalikan dalam satu mekanisme.
4. DPDT : Double Pole Double Throw, yaitu saklar yang memiliki 6 Terminal. DPDT dapat diartikan sebagai 2 Saklar SPDT yang dikendalikan dalam satu mekanisme.
5. SP6T : Single Pole Six Throw, yaitu saklar yang memilki 7 Terminal yang pada umumnya berfungsi sebagai Saklar pemilih.
Jenis Saklar ini banyak ditemui dalam Rangkaian Adaptor yang
dapat memilih berbagai Tegangan Output, misalnya pilihan output 1,5V, 3V, 4,5V, 6V, 9V dan 12V.
K. PCB ( Printed Circuit Board)
PCB (Printed Circuit Board)adalah sebuah papan yang penuh dengan komponen-komponen elektronika yang tersusun membentuk rangkaian elektronik atau tempat rangkaian elektronika yang menghubungkan komponen elektronik yang satu dengan lainnya tanpa menggunakan kabel.
Disebut dengan Papan Sirkuit karena diproduksi secara massal dengan cara mencetak. PCB dilapisi lapisan logam (tembaga) yang berfungsi sebagai penghubung antar komponen, Lapisan logam ini nantinya akan menjadi kabel yang tersusun rapi, setelah kita melarutkan pada larutan FerryClorit + air.
Gambar 2.23 PCB L. RECTIFIER
Rectifier (Penyearah Gelombang)Rectifier atau penyearah gelombang adalah rangkaian Elektronika dalam Power Supply (catu daya) yang berfungsi untuk mengubah gelombang AC menjadi gelombang DC setelah tegangannya diturunkan oleh Transformator Step down. Rangkaian Rectifier biasanya terdiri dari komponen Dioda. Terdapat 2 jenis rangkaian Rectifier dalam Power Supply yaitu “Half Wave Rectifier” yang hanya terdiri dari 1 komponen Dioda dan “Full Wave Rectifier” yang terdiri dari 2 atau 4 komponen dioda.
32
Prinsip kerja dari penyearah gelombang penuh dengan 4 diode diatas dimulai pada saat output transformator memberikan level tegangan sisi positif, maka D1, D4 pada posisi forward bias dan D2, D3 pada posisi reverse bias sehingga level tegangan sisi puncak positif tersebut akan di leawatkan melalui D1 ke D4. Kemudian pada saat output transformator memberikan level tegangan sisi puncak negatif maka D2, D4 pada posisi forward bias dan D1, D2 pada posisi reverse bias sehingan level tegangan sisi negatif tersebut dialirkan melalui D2, D4.
M. UN REGULATOR
Unregulator adalah pengubah tegangan ac menjadi tegangan dc dengan menggunakan dioda sebagai penyearah dan difilter menggunakan kapasitor.
Desain unregulator dapat memanfaatkan trafo single atau trafo CT. Penggunaan trafo CT pada desain unregulator hanya membutuhkan 2 buah dioda dan 1 buah kapasitor filter. Perhitungan spesifikasi transformator, dioda, dan kapasitor filter sangat berhubungan dengan spesifikasi luaran unregulator. Output unregulator pada akhirnya akan digunakan sebagai input regulator sehingga sangat penting untuk menyesuaikan tahapan output unregulator terhadap kebutuhan masukan rangkaian regulator. Rumus-rumus yang digunakan untuk memperhitungkan nilai komponen rangkaian unregulator adalah sebagai berikut :
Nilai Vrip p-p = 2,828 x Vrip Vp = Vout + 2Vd + Vrip p-p = Vrms = Vp/√2 =
Menggunakan rumus berikut dapat kita tentukan nilai C
C = 1 / (100 x 1,55)
N. FILTERING
Filtering dalam rangkaian penyearah digunakan untuk memperkecil tegangan ripple, sehingga dapat diperoleh tegangan keluaran yang lebih rata, baik untuk penyearah gelombang setengah maupun gelombang penuh.
Filter diperlukan karena rangkaian – rangkaian elektronik memerlukan sumber tegangan DC yang tetap, baik untuk keperluan sumber daya dan pembiasan yang sesuai operasi rangkaian. Rangkaian filter dapat dibentuk dari kapasitor (C), induktor (L) atau keduanya. Gambaran blok diagram filter, ditunjukkan pada gambar berikut ini.
Gambar 2.25 Gamabar pemakaian filter pada penyearah.
Filter Kapasitor
Gambar dibawah ini menunjukkan rangkaian penyearah gelombang penuh dengan filter kapasitor.
Gambar 2.26 Gamabar fiter dengan kapasitor
Rangkaian Filter Gelombang Penuh dengan Kapasitor.Untuk menjelaskan cara kerja kapasitor ini, perhatikan gambar dibawah ini dimana penjelasan ini diambil untuk satu perioda sinyal masukan pada satu dioda. Selama seperempat perioda positif yang pertama dari tegangan sekunder, dioda D1
34
menghantar.Karena dioda menghubungkan sumber VS1 secara langsung dengan kapasitor, maka kapasitor akan dimuati sampai tegangan maksimum VM.
Gambar 2.27Gambar
Cara kerja filter kapasitor Pada Power Supply
Setelah mencapai harga maksimum, dioda berhenti menghantar (mati), hal ini terjadi karena kapasitor mempunyai tegangan sebesar VM, yang artinya sama dengan tegangan sumber dan bagi dioda artinya tidak ada beda potensial.
Akibatnya dioda seperti saklar terbuka, atau dioda dibias mundur (reverse).
Dengan tidak menghantarnya dioda, kapasitor mulai mengosongkan diri melalui resistansi beban RL, sampai tegangan sumber mencapai harga yang lebih besar dari tegangan kapasitor.Pada saat dimana tegangan sumber lebih besar dari tegangan kapasitor, dioda kembali menghantar dan mengisi kapasitor. Untuk arus beban yang rendah tegangan keluaran akan hampir tetap sama dengan VM. Tetapi bila arus beban tinggi pengosongan akan lebih cepat yang mengakibatkan ripple yang lebih besar dan tegangan keluaran DC yang lebih kecil.
Tegangan Ripple
Seperti terlihat pada gambar dibawah ini kapasitor mengisi (charges) dengan cepat pada awal siklus sinyal dan membuang (discharges) dengan lambat setelah melewati puncak positif (ketika dioda dibias mundur). Variasi pada tegangan keluaran untuk dua kondisi, mengisi dan membuang, disebut dengan
tegangan ripple (ripple voltage). Semakin kecil ripple, semakin baik penfilteran seperti terlihat pada gambar dibawah.
Gambar 2.28 gambar tegangan ripple pada penyearah gelombang setengah dengan filter.
Gambar dibawah memperlihatkan penyearah gelombang penuh lebih mudah melakukan penfilteran. Ketika di filter, penyearah gelombang penuh mempunyai tegangan ripple lebih kecil disbanding gelombang setengah untuk resistansi beban dan nilai kapasitor yang sama. Hal ini disebabkan kapasitor membuang lebih cepat dan interval waktu yang lebih pendek.
Gambar 2.29 gambar tegangan ripple pada penyearah gelombang penuh dengan filter.
Perbandingan tegangan ripple dari penyearah gelombang setengah dengan gelombang penuh dengan filter kapasitor yang diperoleh dari sinyal masukan yang sama.
36
Faktor Ripple ( r )
Faktor ripple menunjukkan efektif tidaknya sebuah filter, didefinisikan sebagai perbandingan tegangan ripple efektif (rms) terhadap tegangan DC. Semakin kecil faktor ripple semakin baik filter. Faktor ripple dapat diperkecil dengan menambah nilai kapasitor.
O. TEGANGAN AC DC
Tegangan AC (Alternating Current) merupakan jenis arus yang tidak mengalir secara searah.Melainkan bolak-balik, tokoh yang menemukan arus listrik AC yaituNicola Tesla, yang merupakan ilmuwan, fisikawan, dan teknisi listrik berkebangsaan Serbia-Amerika.
Arus AC memiliki nilai dan arah yang selalu berubah-ubah dan akan membentuk suatu gelombang yang bernama gelombang sinusoida. Pada arus listrik AC, dikenal yang namanya frekuensi.Yang mana besarnya frekuensitersebut berbeda-beda di setiap negara. Di Indonesia, arus listrik AC yang ditetapkan oleh PLN memiliki frekuensi sebesar 50 Hertz. Sedangkan tegangan standar untuk arus bolak-balik 1 fasa di Indonesia adalah 220 Volt.
Arus Listrik DC (Searah)
Tegangan DC (Dirrect Current) merupakan arus yang mengalir secara searah.Ilmuwan yang menemukan jenis arus listrik ini adalah Thomas Alva Edison yang merupakan seorang penemu dan pengusaha berkebangsaan Amerika.
Awalnya arus DC dikira mengalir dari kutub positif menuju kutubnegative, namun kini banyak ilmuwan yang mengatakan bahwa sebenarnya arus listrik DC mengalir dari Kutub negatif ke kutub positif.Aliran inilah yang menyebabkan terjadinya lubang-lubang bermuatan positif yang membuatnya seperti terlihat mengalir dari kutub positif ke kutub negatif.Pada arus DC, tegangan listrik memiliki nilai dan arah yang tetap.
Kaitan Arus Listrik AC dan DC
Meskipun berbeda jenis, tetapi kedua jenis arus listrik ini seringkali digunakan untuk melistriki suatu alat secara bersamaan.Misalnya pada saat untuk
mencharge handphone. Ketika kita menghubungkan charger ke stop kontak, arus listrik AC yang masuk tidak langsung dihubungkan ke baterai handphone.
Melainkan dikonversi terlebih dahulu menjadi arus DC oleh adaptor yang terdapat pada charger handphone.Setelah dikonversi menjadi arus DC, barulah arus tersebut masuk ke dalam baterai handphone.
38
BAB III PEMBAHASAN
A. Blok Diagram
Untuk mempermudah proses pengerjaan alat dapat dibuat blok diagram yang berguna memudahkan pemahaman alat yang kami buat. Pada bagian blok diagram dapat dijelaskan alur power supply, Adapun blok diagram untuk alat yang dibuat dapat dilihat sebagai berikut:
Gambar 3.1 Blok Diagram Keterangan
1. Transformator
Transformator merupakan komponen utama dalam membuat rangkaian power supply yang berfungsi untuk mengubah tegangan listrik.
Trafo dapat menaikan menurunkan tegangan. Pada rangkaian power supply yang dibuat digunakan trafo jenis step down (penurun tegangan).
2. Pemindah Tap Tegangan Sekunder
Bagian pemindah tap tegangan ini berfungsi sebagai pemindah output sekunder trafo dari 18 V ke 25 V dan sebaliknya sesuai dengan level tegangan output power supply.
3. Rectifer ( Penyearah )
Rectifier memiliki fungsi utama sebagai bagian yang menyearahkan listrik AC menjadi listrik DC dengan output yang masih memiliki komponen frekuensi dalam bentuk tegangan yang memiliki ripple sangat besar.
4. Filter ( Penapis )
Filter pada rangkain power supply berfungsi untuk menapis tegangan ripple besar yang muncul pada tahapan luaran penyearah.
Menggunakan komponen ini tegangan ripple dapat disearahkan sehingga menjadi tegangan DC dengan kualitas baik.
5. Voltage Regulator
Voltage regulator berfungsi sebagai bagian yang melakukan regulasi tegangan dari tahapan luaran bagian unregulator. Bagian unregulator tersebut merupakan rangkaian dari transformator, dioda penyearah, dan kapasitor filter.
B. Desain Rangkaian Unregulator
Rangkaian unregulator merupakan rangkaian awal pada sebuah sistem power supply linier. Komponen utama bagian ini adalah transformator, dioda sebagai penyearah, dan kapasitor filter. Transformator menurunkan tegangan AC dari PLN dengan amplitudo output yang lebih rendah sehingga sering disebut sebagai transformator step-down. Gambar rangkaian unregulator pada desain power supply yang dibuat ditunjukkan oleh gambar 3.2.
Gambar 3.2 UnRegulator
Jenis transformator pada rangkaian power supply linier yang dibuat menggunakan Center Tap ( CT ). Menggunakan jenis transformator CT akan menghemat penggunaan dioda pada rangkaian power supply dan menjadikan rangkaian lebih kompak.
Level tegangan sekunder pada transformator untuk desain yang direncanakan adalah menggunakan dua macam tahapan output dimana pemilihan
40
tap output sekunder transformator disesuaikan dengan nilai level tegangan output DC yang ingin dihasilkan. Jenis penyearahan yang digunakan untuk desain alat ini adalah penyearah gelombang penuh.. Berikut ini ditunjukkan perhitungan spesifikasi transformator dan dioda yang dibutuhkan pada bagian unregulator.
Perhitungan tegangan RMS tap pertama
Direncanakan tegangan output DC unregulated sebesar 22 V, sehingga perhitungannya sebagai berikut:
Vp = Vout + Vd + Vrip p-p = = 22 +0,7 +3
= 25.7 V Vrms = Vp/√2
= 25.7/√2
= 18,17 V
Diambil Vrms trafo untuk tap pertama yang terdekat adalah 18 V Perhitungan tegangan RMS tap kedua
Direncanakan tegangan output DC unregulated sebesar 32 V, sehingga perhitungannya sebagai berikut:
Vp = Vout + Vd + Vrip p-p = = 32 +0,7 +3
= 35.7 V Vrms = Vp/√2
= 35.7/√2
= 25,24 V
Diambil Vrms trafo untuk tap kedua yang terdekat adalah 25 V Perhitungan kebutuhan arus trafo:
I trafo = 1,5 sampai 2 x arus output yang direncanakan
= 1.5 x 3
= 4,5 A
Berdasarkan perhitungan maka spesifikasi trafo yang dipilih adalah trafo yang memiliki tegangan sekunder sebesar 18 V dan 25 V dengan arus 5A berjenis CT
Untuk menentukan spesifikasi diode penyearah maka dapat dilakukan pendekatan perhitungan sebagai berikut:
Kemampuan arus secara praktis Id ≥ 2 Iout
Id ≥ 2 x 3 A Id ≥ 6 A
Kemampuan tegangan forward diode secara praktis Vd ≥ 2 Vout
Vd ≥ 2 x 30 V Vd ≥ 60 V
Bedasarkan perhitungan maka spesifikasi diode yang dipilih adalah FB20 dengan kemampuan 20 A/240 V
C. Desain Penapis Tegangan Ripple
Pemilihan kapasitor filter untuk menyearahkan hasil tegangan rangkaian dioda penyearah didaasarkan pada perencanaan tegangan ripple luaran sebesar 3 Vp-p
Gambar 3.3 Pemilteran dengan kapasitor
Tegangan DC hasil penyearahan yang didapat dari output penyearah memmiliki ripple yang sangat besar dengan frekuensi 100 Hz. Guna memperoleh tegangan DC yang baik maka perlu dilakukan penapisan menggunakan komponen
42
kapasitor. Berikut ini diberikan perhitungan nilai kapasitansi yang dibutuhkan oleh bagian unregulator dengan nilai Vripple sebesar 3 V:
c = 0,01 F = 10000 µF
Spesifikasi tegangan kerja (WV) kapasitor secara praktis dapat diambil 2 Vp WV = 2 x24,95
= 49.9 V
Berdasarkan perhitungan maka spesifikasi kapasitor filter yang dipilih adalah 10000µF / 50V dengan jenis Elektrolit (Polar)
D. Desain Rangkaian Pemindah Tap
Gambar 3.4 Rangkaian Pemindah Tap
Rangkaian pemindah tap tegangan ini dapat memindah tegangan yang akan dibutuhkan oleh rangkaian penyearah menggunakan sebuah relay. Relay akan memindahkan tegangan dari 18 V ke 25V trafo yang menjadi masukan rangkaian penyearah. Relay bekerja secara otomatis disaat tegangan luaran DC power supply mencapai nilai 15 V.
