EL2005 Elektronika PR#03

Ukuran: px

Mulai penontonan dengan halaman:

Download "EL2005 Elektronika PR#03"

Hadian Oesman
6 tahun lalu
Tontonan:

1 EL005 Elektronika P#03 Batas Akhir Pengumpulan : Jum at, 10 Februari 017, Jam 16:00 SOAL 1 Sebuah alat las listrik (DC welder) membutuhkan suatu penyearah yang dapat menangani arus besar dan tegangan tinggi. Penyearah yang digunakan adalah penyearah gelombang setengah. Spesifikasi tegangan input dari penyearah tersebut adalah v i (t) = m sin ωt, di mana m = 100, ω = πf, dan f = 50 Hz. angkaian tersebut memiliki beban yang setara dengan sebuah resistor = 3 Ω. Diode yang digunakan dapat digambarkan dengan model sumber tegangan konstan D0 = 0.7 dan resistansi dinamik r d = 5 mω pada keadaan forward bias. ancanglah rangkaian penyearah tersebut dengan menjawab pertanyaan-pernyataan berikut. a. Gambarlah skema rangkaian dan jelaskan cara kerjanya. b. Hitunglah nilai peak inverse voltage (PI). c. Untuk nilai beban tersebut, hitunglah nilai arus diode I D. (Petunjuk: Nilai rata-rata dari setengah gelombang sinusoid adalah I m /π.) d. Hitunglah besar total daya rata-rata yang hilang pada diode. (Petunjuk: Daya yang hilang pada diode forward bias terjadi karena drop tegangan konstan dan resistansi dinamik diode.) e. Sekarang, tambahkan sebuah filter kapasitor C. Jika nilai tegangan puncaknya adalah m, hitung nilai C agar daya rata-rata yang hilang pada diode tidak lebih dari 150 W. (Petunjuk: Nilai rata-rata arus diode untuk penyearah gelombang setengah dengan filter kapasitor adalah I D = I L (1 π m / r ), di mana I L adalah arus beban (I L = m / ) dan r adalah tegangan ripple ( r = m /(fc )).) SOAL angkaian di atas adalah sebuah regulator tegangan zener shunt dengan = 15, = 1 kω. Parameter diode zener yang digunakan adalah I ZK = 1 ma dan r z = 10 Ω. Data di pabrik menunjukkan bahwa jika diode zener ini mendapat arus reverse sebesar 5 kali nilai I ZK, tegangan di antara diode zener adalah 6,. a. Gambarlah model rangkaian diode zener sesuai dengan persamaan Z = Z0 r z I Z. b. Berdasarkan data pengujian pabrik, hitunglah nilai parameter Z0 pada diode zener. c. Dalam keadaan tanpa beban, hitunglah arus I Z dan tegangan = Z. d. Jika dipasangkan beban = kω, hitunglah nilai I L, L = I L, serta I Z. (Petunjuk: Gunakan KL pada rangkaian dengan dua arus loop.) e. Jika sekarang = 0.5 kω, berapa nilai resistansi maksimum agar diode zener masih berada di daerah regulasinya? (Petunjuk: Gunakan cara penggambaran rangkaian seperti di soal (d) dengan = Z Z0.)

2 EL005 Elektronika P#03 Solusi SOAL 1 Sebuah alat las listrik (DC welder) membutuhkan suatu penyearah yang dapat menangani arus besar dan tegangan tinggi. Penyearah yang digunakan adalah penyearah gelombang setengah. Spesifikasi tegangan input dari penyearah tersebut adalah v i (t) = m sin ωt, di mana m = 100, ω = πf, dan f = 50 Hz. angkaian tersebut memiliki beban yang setara dengan sebuah resistor = 3 Ω. Diode yang digunakan dapat digambarkan dengan model sumber tegangan konstan D0 = 0.7 dan resistansi dinamik r d = 5 mω pada keadaan forward bias. ancanglah rangkaian penyearah tersebut dengan menjawab pertanyaan-pernyataan berikut. a. Gambarlah skema rangkaian dan jelaskan cara kerjanya. angkaian di samping adalah rangkaian penyearah gelombang setengah. Cara kerjanya adalah v i v 0, v v = { i < D0 v i D, v i D0 b. Hitunglah nilai peak inverse voltage (PI). PI = m = 100 c. Untuk nilai beban tersebut, hitunglah nilai arus diode I D. (Petunjuk: Nilai rata-rata dari setengah gelombang sinusoid adalah I m /π.) Arus puncak diode dapat dihitung dengan Dengan demikian, nilai rata-rata arus diode adalah I m = m D = r d 3 Ω Ω A I D = I m π A = A π d. Hitunglah besar total daya rata-rata yang hilang pada diode. (Petunjuk: Daya yang hilang pada diode forward bias terjadi karena drop tegangan konstan dan resistansi dinamik diode.) P = D I D = ( D0 r d I D )I D (0.7 (0.005 Ω)( A))( A) W

3 e. Sekarang, tambahkan sebuah filter kapasitor C. Jika nilai tegangan puncaknya adalah m, hitung nilai C agar daya rata-rata yang hilang pada diode tidak lebih dari 150 W. (Petunjuk: Nilai rata-rata arus diode untuk penyearah gelombang setengah dengan filter kapasitor adalah I D = I L (1 π m / r ), di mana I L adalah arus beban (I L = m / ) dan r adalah tegangan ripple ( r = m /(fc )).) Dengan filter kapasitor, rangkaian menjadi seperti berikut. v i C v Berdasarkan soal (d), didapat daya rata-rata yang hilang pada diode. Dari sini, dapat dicari arus ratarata maksimum yang melewati diode, yaitu I D = P = D I D = ( D0 r d I D )I D = D0 I D r d I D r d I D D0 I D P = 0 D0 D0 4r d P = 0.7 (0.7 ) 4(0.005 Ω)(150 W) A r d (0.005 Ω) Padahal, persamaan I D adalah I D = I L (1 π m ) = m m 1 π r = m fc ( ) m (1 π fc ) C = (I D m ) f π m (( A)(3 Ω) 100 ) (50 Hz)(3 Ω)π (100 ) F =.118 mf

4 SOAL angkaian di atas adalah sebuah regulator tegangan zener shunt dengan = 15, = 1 kω. Parameter diode zener yang digunakan adalah I ZK = 1 ma dan r z = 10 Ω. Data di pabrik menunjukkan bahwa jika diode zener ini mendapat arus reverse sebesar 5 kali nilai I ZK, tegangan di antara diode zener adalah 6.. a. Gambarlah model rangkaian diode zener sesuai dengan persamaan Z = Z0 r z I Z. I I L Z0 I Z r z b. Berdasarkan data pengujian pabrik, hitunglah nilai parameter Z0 pada diode zener. Ketika I Z = 5I ZK = 5(1 ma) = 5 ma, Z = 6.. Dengan demikian, Z = Z0 r z I Z Z0 = Z r z I z = 6. (0.01 kω)(5 ma) = 6.15 c. Dalam keadaan tanpa beban, hitunglah arus I Z dan tegangan = Z. I Z = Z = 8.76 ma r z 1 kω 0.01 kω = Z = Z0 r z I Z = 6.15 (0.01 kω)(8.76 ma) 6.38

5 d. Jika dipasangkan beban = kω, hitunglah nilai I L, L = I L, serta I Z. (Petunjuk: Gunakan KL pada rangkaian dengan dua arus loop.) Aplikasikan Kirchhoff s oltage Law (KL) pada kedua loop. KL Pada Loop Sebelah Kiri Σ = 0 I Z0 r z (I I L ) = 0 ( r z )I r z I L = Z0 KL Pada Loop Sebelah Kanan Σ = 0 r z (I L I) Z0 I L = 0 r z I (r z )I L = Z0 Dengan melakukan kombinasi linear pada kedua persamaan KL di atas, didapat Dengan demikian, I = (r z ) Z ma r z r z I L = r z Z0 r z r z ma Z = I L ( kω)(3.103 ma) 6.07 I Z = I I L ma ma ma e. Jika sekarang = 0.5 kω, berapa nilai resistansi maksimum agar diode zener masih berada di daerah regulasinya? (Petunjuk: Gunakan cara penggambaran rangkaian seperti di soal (d) dengan = Z Z0.) Pada kondisi batas seperti ini, berlaku I Z = I ZK = 1 ma. Di soal (d), persamaan untuk I dan I L telah didapatkan dengan kombinasi linear. Dengan demikian, I Z = I I L = ( ) Z0 r z r z = ( Z0 ) r z I Z Z0 (r z )I Z kω

dokumen-dokumen yang mirip

EL2005 Elektronika PR#02

EL2005 Elektronika PR#02 Batas Akhir Pengumpulan : Jum at, 03 Februari 2017, jam 16:00 SOAL 1 Diketahui rangkaian diode seperti di atas dengan sumber tegangan DC, 5 V, 1 kω, 220 Ω, dan 470 Ω. Kedua diode