MODUL III CATU DAYA
Mitha Juanna Harlis (122310020)
Nama Asisten Praktikum : Muhammad Firdaus Khadavy (121310026) Tanggal Percobaan : 04/10/2024
TBS3102_B-12_Praktikum_Elektrifikasi_dan_Instrumentasi
Laboratorium Teknik Biosistem Institut Teknologi Sumatera
Abstrak—Catu daya, atau power supply, merupakan komponen krusial dalam sistem elektronik yang berfungsi mengubah arus bolak-balik (AC) menjadi arus searah (DC) yang stabil. Proses ini melibatkan beberapa elemen, seperti transformator, penyearah (rectifier), filter, dan regulator tegangan. Transformator step-down berperan dalam menurunkan tegangan, diikuti oleh dioda yang berfungsi sebagai penyearah, dan kapasitor untuk meratakan sinyal DC yang dihasilkan. Praktikum ini bertujuan untuk mengkaji kinerja rangkaian catu daya dengan penyearah gelombang penuh dan filter kapasitor, serta menganalisis pengaruh variasi resistor terhadap tegangan keluaran (Vout) dan tegangan ripple (Vripple). Hasil pengukuran menunjukkan bahwa nilai resistor berpengaruh signifikan terhadap Vout yang dihasilkan, di mana semakin besar nilai resistor, semakin tinggi Vout yang diperoleh.
Penggunaan filter kapasitor juga terbukti efektif dalam menekan nilai Vripple, sehingga menghasilkan arus DC yang lebih stabil. Kesimpulan ini menegaskan pentingnya desain rangkaian yang tepat untuk mendapatkan pasokan energi yang optimal bagi perangkat elektronik.
Kata Kunci— Catu Daya, AC, DC, Rangkaian
I. PENDAHULUAN
Catu daya, atau lebih dikenal dengan istilah Power Supply, merupakan perangkat elektronika yang berfungsi sebagai sumber energi bagi berbagai perangkat lainnya. Secara fundamental, catu daya adalah sistem penyearah dan filter yang mengubah arus bolak-balik (AC) menjadi arus searah (DC) yang murni. Dalam dunia elektronika, sumber arus DC ini menjadi sangat penting karena banyak peralatan elektronik yang membutuhkan pasokan DC untuk dapat berfungsi dengan optimal. Proses konversi dari AC menjadi DC tidaklah sederhana; energi yang paling mudah diperoleh biasanya berupa arus bolak-balik, yang perlu diolah agar dapat digunakan oleh perangkat elektronik. Untuk mencapai tegangan DC yang stabil, catu daya melalui beberapa tahap, dimulai dari penurunan tegangan dengan menggunakan transformator, diikuti oleh proses penyearahan dan penyaringan sinyal [1].
Transformator, khususnya jenis Step-down, berperan krusial dalam menurunkan tegangan listrik dari jaringan listrik, sementara rangkaian penyearah (rectifier)—yang terdiri dari komponen dioda—berfungsi untuk mengubah gelombang AC menjadi gelombang DC. Selain itu, untuk meratakan sinyal DC yang dihasilkan dan memastikan stabilitas tegangan output, filter berbasis kapasitor juga diperlukan. Pada akhirnya, regulator tegangan digunakan untuk menjaga agar tegangan tetap stabil meskipun terjadi perubahan pada suhu, arus beban, atau tegangan input
Secara umum, catu daya terdiri dari beberapa komponen utama, yaitu transformator, penyearah (rectifier), filter, dan regulator tegangan. Transformator, khususnya jenis step-down, berperan penting dalam menurunkan tegangan listrik sesuai dengan kebutuhan komponen elektronika. Selanjutnya, rectifier berfungsi untuk mengubah gelombang AC yang dihasilkan oleh transformator menjadi gelombang DC. Untuk menghasilkan arus DC yang lebih halus, filter digunakan untuk meratakan sinyal arus yang keluar dari rectifier, biasanya berupa kapasitor elektrolit. Terakhir, regulator tegangan diperlukan untuk memastikan tegangan output tetap stabil, terlepas dari variasi suhu, arus beban, dan tegangan input. [2].
Adapun tujuan dari percobaan modul 3 dengan judul catu daya adalah sebagai berikut:
1. Merangkai rangkaian catu daya tanpa filter kapasitor dan non kapasitor
2. Menghitung keluaran tegangan (Vout) dari rangkaia catudaya dengan multimeter
3. Membandingkan nilai tegangan kerut atau Vripple diantara keduanya (rangkaian catudaya dengan filter kapasitor dan non filter kapasitor)
II. LANDASAN TEORI
A. Transistor
Kapasitor Transistor ditemukan oleh William Shockley, John Barden, dan W. H. Brattain pada tahun 1948 dan mulai digunakan secara nyata dalam praktik mereka pada tahun 1958 (Samsugi et al., 2018). Sebelum penemuan transistor, teknologi pada masa itu
Mitha Juanna Harlis: Modul 3 – Catu Daya, Praktikum Elektrifikasi dan Instrumentasi
2 mengandalkan alat berbentuk tabung berukuran ibu jari yang
berisi ruang vakum, dikenal sebagai vacuum tubes (Ahmad et al., 2022; Selamet Samsugi et al., 2020). Teknologi ini telah digunakan pada komputer pertama di dunia (Rahmanto et al., 2021).
Transistor adalah elemen aktif yang terbuat dari bahan semikonduktor, berfungsi sebagai penguat dan saklar (switching). Komponen ini memiliki tiga terminal, yaitu Basis (B), Emitor (E), dan Kolektor (C). Secara umum, transistor dibagi menjadi dua tipe: PNP dan NPN. Berikut adalah simbol dari transistor NPN dan PNP
Prinsip dasar kerja transistor adalah tidak adanya arus antara kolektor dan emitor jika basis tidak diberi tegangan muka atau bias. Untuk mengalirkan arus pada transistor NPN, dibutuhkan sambungan sumber positif (+) pada kaki basis. Saat tegangan diterapkan pada kaki basis hingga mencapai titik saturasi, arus dari kolektor akan mengalir ke emitor, menjadikan transistor berlogika 1 (aktif). Jika arus melalui basis berkurang, arus yang mengalir dari kolektor ke emitor juga akan menurun hingga mencapai titik cutoff.
Sebaliknya, pada transistor PNP, arus mengalir pada kaki basis, sehingga transistor berlogika 0 (off). Arus hanya akan mengalir jika kaki basis dihubungkan ke ground (-), yang menginduksi arus dari emiter ke kolektor. Dalam hal ini, aliran arus berbeda dengan NPN, di mana arus mengalir dari kolektor ke emiter.
Arus dari emiter (IE) sebagian kecil mengalir ke basis (IB), sedangkan sebagian besar diteruskan ke kolektor (IC). Sesuai dengan hukum Kirchhoff, diperoleh persamaan penting yang menggambarkan hubungan antara arus-arus tersebut, yaitu:
𝐼𝐸= 𝐼𝐶+ 𝐼𝐵 (1)
Dikarenakan arus dari emiter (IE) sebagian kecil dilewatkan ke basis (IB) dan sebagian besar laginya diterus kan ke kolektor (Ic) Jika sebuah kapasitor dilewati oleh sebuah arus maka pada kedua ujung kapaistor tersebut akan muncul beda potensial atau tegangan, dimana secara matematis dinyatakan :
𝐼𝑐𝑐=𝑉𝑐𝑐− 𝑉𝑐𝑒
𝑅𝑐 (2)
Berikut daerah 4 mode operasi transistor : a. Saturasi
Transistor bertindak seperti sirkuit pendek, yang dimana arus basis mengalir dari kolektor ke emiter.
b. Cut Off
Transistor bertindak seperti sirkuit terbuka, diana tidak ada arus yang mengalir dari kolektor ke emiter.
c. Aktif
Arus dari kolektor ke emitor sebanding dengan arus yang mengalir ke basis [3]
B. Resistor
Resistor dalam teori dan penulisan rumus yang berhubungan dengannya disimbolkan dengan huruf "R". Dalam desain skema elektronika, simbol untuk resistor tetap juga adalah "R",
sementara resistor variabel ditandai dengan "VR". Untuk jenis resistor potensiometer, simbol yang digunakan adalah "VR" atau
"POT". Kapasitas daya resistor menunjukkan daya maksimum yang bisa dilalui oleh resistor tersebut. Nilai ini dapat diidentifikasi dari ukuran fisik resistor dan tulisan kapasitas daya dalam satuan Watt yang tertera pada resistor berukuran besar. Menentukan kapasitas daya resistor sangat penting untuk mencegah kerusakan akibat kelebihan daya yang dapat menyebabkan resistor terbakar, serta untuk efisiensi biaya dan ruang dalam pembuatan rangkaian elektronik. Dalam industri elektronika, terdapat dua jenis resistor yang umum digunakan, yaitu resistor tetap dan resistor variabel [4].
Dalam suatu rangkaian listrik, arus, tegangan, dan tahanan memiliki hubungan yang erat. Ilmuwan bernama Ohm telah membuktikan hubungan ini melalui berbagai eksperimen. Hubungan antara arus, tegangan, dan tahanan dikenal sebagai Hukum Ohm, yang menyatakan bahwa "besar arus dalam suatu rangkaian berbanding lurus dengan beda tegangan dan berbanding terbalik dengan tahanan" [2].
C. Multimeter
Multimeter adalah alat ukur multifungsi yang dapat mengukur arus, tegangan, resistansi (hambatan), serta menguji berbagai komponen elektronika seperti dioda, kapasitor, transistor, dan resistor. Saat ini, banyak jenis multimeter digital dilengkapi dengan fungsi pengukuran kapasitansi, sehingga pengguna tidak perlu membeli alat khusus untuk mengukur nilai kapasitor. Namun, multimeter ini memiliki batasan dalam pengukuran kapasitansi, terutama untuk kapasitor elektrolit (ELCO) dengan kapasitansi besar, yang tidak selalu dapat diukur oleh multimeter digital [2].
Sebagai contoh, multimeter merek SANWA tipe CD800a hanya dapat mengukur kapasitansi dalam rentang 50nF hingga 100µF.
Untuk memeriksa kondisi kapasitor, multimeter analog dengan skala resistansi (Ohm) juga dapat digunakan. Meskipun multimeter analog tidak memberikan nilai kapasitansi yang tepat, alat ini tetap berguna untuk menentukan apakah kapasitor dalam kondisi baik atau rusak, seperti bocor atau mengalami hubungan pendek (short).
Kapasitor yang telah mengalami kebocoran sering kali tidak dapat menyimpan muatan listrik dengan baik, sehingga sulit untuk diuji menggunakan multimeter. Selain itu, kapasitor dengan kapasitansi kecil (< 0,1µF) juga tidak mudah diuji menggunakan ohm meter [5].
III. METODOLOGI
A. Alat dan Bahan
Alat dan bahan yang digunakan pada praktikum resistor ini adalah sebagai berikut:
1. Multimeter 2. Dioda 3. Kapasitor 4. Signal Generator 5. Transistor
3
B. Langkah Kerja IV. HASIL DAN ANALISIS
A. Hasil Rangkaian Catu Daya DC
Pada rangkaian catu daya yang menggunakan penyearah gelombang penuh tanpa filter kapasitor, diterapkan audio generator dengan tegangan 10VAC dan frekuensi 50Hz serta bentuk gelombang sinusoidal. Empat dioda dengan rating lebih dari 1A digunakan sebagai penyearah. Tegangan keluaran di resistor R1 (Vout) diukur menggunakan multimeter dengan variasi hambatan R1 pada nilai 470Ω, 1KΩ, dan 100Ω. Hasil pengukuran menunjukkan V470Ω sebesar 2,735 V, V1KΩ sebesar 2,88 V, dan V100Ω sebesar 1,875 V. Tegangan kerut (Vripple) diukur menggunakan osiloskop untuk setiap variasi hambatan R1, di mana Vripple470Ω adalah 7,40 V, Vripple1KΩ adalah 9,00 V, dan Vripple100Ω adalah 6,60 V.
Kemudian kapasitor dengan nilai 1µF/16V ditambahkan pada C1 dalam rangkaian catu daya dengan penyearah gelombang penuh yang dilengkapi filter kapasitor.
Tabel 1 Hasil Pengukuran Vout dan Vripple dengan Nilai C1:IuF
No Hambatan Vout Vripple
1 100 1.98 V 6.00 V
2 470 2.682 V 8.40 V
3 1 K 2.980 V 8.80 V
Tabel 2 Hasil Pengukuran Vour dan Vripple dengan Nilai C1 : 100uF
No Hambatan Vout Vripple
1 100 3.36 V 2.29 V
2 470 2.24 V 5.41 V
3 1 K 1.08 V 6.61 V
B. Analisis
Transformasi arus listrik merujuk pada perubahan arus dari satu bentuk ke bentuk lain. Dalam hal ini, proses konversi dari arus bolak-balik (AC) menjadi arus searah (DC) bertujuan untuk mendapatkan arus DC yang stabil dari sumber AC. Proses ini melibatkan beberapa elemen, seperti transformator, dioda, penyearah, dan kapasitor, yang bekerja secara sinergis untuk menghasilkan arus DC yang bisa digunakan oleh berbagai perangkat listrik. Konverter berfungsi untuk mengalihkan arus AC, karena tegangan yang berfluktuasi juga akan memengaruhi arus, ke dalam elemen impedansi reaktif, seperti induktor (L) dan kapasitor (C), di mana energi tersebut disimpan dan diproses. Proses ini bertujuan untuk memisahkan daya yang berhubungan dengan potensi positif dan negatif. Filter berfungsi untuk meratakan energi yang tersimpan, menciptakan sumber DC yang siap digunakan oleh rangkaian lain.
Dioda berperan penting dalam mengatur tegangan kapasitor dengan bertindak sebagai penyearah, yang mengurangi tegangan.
Rangkaian elektronik membutuhkan sumber tegangan DC yang stabil untuk keperluan operasional dan sumber daya. Ketika tegangan sumber lebih tinggi dari tegangan kapasitor, dioda akan mengalirkan arus dan mengisi kapasitor. Pada kondisi arus beban rendah, tegangan keluaran cenderung stabil, tetapi saat arus beban tinggi, pengosongan kapasitor akan terjadi lebih cepat, menyebabkan peningkatan vripple dan penurunan tegangan Mulai
Buatlah rangkaian dengan ketentuan: Atur audio generator pada tegangan 10VAC dan Frekuensi 50Hz dengan bentuk gelombang sinusoidal, dan Gunakan 4 buah dioda >1A yang difungsikan sebagai penyearah
Tambahkan kapasitor C1 dengan nilai 1uF/16V
Gunakan Variasi Resistor Dengan Nilai yang sama pada prosedur no 2 untuk menghitung Voutya menggunakan
multimeter dan Vripple Menggunakan Osciloscope Hitung tegangan kerut atau Vripple dengan menggunakan
oscilloscope pada masing masing pembebanan hambatan R1
Selesai
Bandingakan Hasil tegangan kerutya
Coba Ganti NIlai C1 pada Gambar 2 Dengan Nilai 100uF ukur tegangan kerut atau Vripple pada variasi Resistor
pada prosedur 2
Gambar 1 Diagram Alir Prosedur Praktikum Catu Daya
Hitung tegangan keluaran pada R1 (Vout) menggunakan multimeter pada variasi hambatan R1 dengan nilai 470Ω,
1KΩ, 100Ω
Mitha Juanna Harlis: Modul 3 – Catu Daya, Praktikum Elektrifikasi dan Instrumentasi
4 keluaran DC. Vripple merupakan perbandingan antara tegangan
DC yang dihasilkan dan komponen AC yang terdapat dalam output. Komponen AC dianggap sebagai gangguan dalam rangkaian penyearah. Oleh karena itu, efektivitas dari rangkaian penyearah setengah gelombang diukur dengan nilai ripple, yang merupakan rasio antara nilai ripple RMS dan nilai DC. Semakin rendah nilai vripple, semakin sedikit komponen AC yang ada dalam output.
V. KESIMPULAN DAN SARAN
A. Kesimpulan
Kesimpulan yang dapat diambil adalah sebagai berikut:
1. Rangkaian filter kapasitor yang ditampilkan berfungsi sebagai high pass filter (HPF), di mana kapasitor memungkinkan lewatnya frekuensi tinggi sambil menghalangi arus searah. Rangkaian filter ini dirancang untuk menekan adanya ripple yang mungkin muncul pada sistem penyearah.
2. Pengukuran tegangan keluaran (Vout) menggunakan multimeter menunjukkan hasil yang bervariasi tergantung pada resistor yang digunakan, dengan gelombang yang dihasilkan berwarna biru. Ini menunjukkan bahwa nilai resistor memiliki pengaruh signifikan terhadap Vout yang dihasilkan. Semakin besar nilai resistor, semakin tinggi pula Vout yang diperoleh.
3. Pengamatan yang dilakukan dengan menggunakan filter kapasitor menunjukkan hasil yang berbeda dibandingkan dengan kondisi tanpa filter. Pengukuran yang diperoleh melalui multimeter menunjukkan nilai yang lebih rendah dibandingkan dengan pengukuran yang dilakukan menggunakan catu daya.
B. Saran
Saran yang dapat saya berikan setelah menjalani praktikum kapasitor ini adalah sebagai berikut:
1. Sebaiknya praktikan lebih memerhatikan saat asisten praktikum sedang menjelaskan tentang praktikum 2. Sebaiknya praktikan lebih berhati-hati saat
melaksanakan praktikum mengingat kita berhubungan langsung dengan listrik
VI. REFERENSI
[1] Rahmanto, Y., Rifaini, A., Samsugi, S., & Riskiono, S. D., "Sistem Monitoring pH Air Pada Aquaponik Menggunakan Mikrokontroler Arduino UNO,"
Jurnal Teknologi Dan Sistem Tertanam, vol. 1, no.
1, pp. 23-38, 2020.
[2] Irma Yulia Basri, Dedy Irfan, Komponen Elektronika, Padang: SUKABINA Press, 2018.
[3] Muh.Rafsanjani Husain, Iffa Auuliya Kadriati, Isminarti, Andi Fitriati, "Rancang Bangun Pembelajaran Piranti Elektronika Memahami Karakteristik Transistor Bipolar Junction Transistor
(BJT)," MAPLE, vol. 2, no. 2, pp. 32-36, 2020.
[4] Iskandar jaelani, Sherwin R.U.A. Sompie, Dringhuzen J., "Rancang Bangun Rumah Pintar Otomatis Berbasis Sensor Suhu, Sensor Cahaya, Dan Sensor Hujan," E-Journal Teknik Elektro dan Komputer, vol. 5, no. 1, pp. 1-10, 2016.
[5] Andiana Putra, Heni Puspita, "Pembuatan Alat Uji Kapasitor Dan Pengukur Kapasitansi Yang
Menggunakan Multimeter," INDEPT, vol. 4, no. 3, pp. 38-44, 2014.
