CATU DAYA DENGAN TABUNG HAMPA DIODA 5AR4 DAN 6CA4. Disusun Oleh Gading Cassandra NIM :

Transkripsi

1 CATU DAYA DENGAN TABUNG HAMPA DIODA 5AR4 DAN 6CA4 Disusun Oleh Gading Cassandra NIM : Skripsi Untuk melengkapi salah satu syarat memperoleh Gelar Sarjana Teknik Program Studi Teknik Elektro Fakultas Teknik Elektronika dan Komputer Universitas Kristen Satya Wacana Salatiga September 2014

2

3

4

5 CATU DAYA DENGAN TABUNG HAMPA DIODA 5AR4 DAN 6CA4 Gading Cassandra Nim : Fakultas Teknik Program Studi Teknik Elektro Universitas Kristen Satya Wacana Salatiga 2014 Pembimbing : DR. Matias H.W.Budhiantho Ir. F. Dalu Setiaji, MT INTISARI Catu daya untuk penguat tabung hampa terdiri atas dua bagian yaitu catu daya aras tinggi dan catu daya aras rendah. Tabung hampa dioda jenis 6CA4 dan 5AR4 digunakan sebagai penyearah catu daya aras tinggi. Catu daya yang dirancang mampu menghasilkan 280V/41mA, 443V/194mA, tegangan negatif -15V, 2 keluaran 6,3V/3A dan satu keluaran 6,3V/0,9A. Catu daya yang dirancang memiliki sistem soft-start dengan waktu bangkit 5 detik untuk catu daya aras tinggi dan 3 detik untuk catu daya aras rendah. Efisiensi dari catu daya aras tinggi 54,2%. Catu daya aras tinggi tegangan 280V memiliki regulasi beban 28,8% dengan riak keluaran 0,052% dan catu daya 430V memiliki regulasi beban 19,2% dengan riak keluaran 0,002%. Pengujian dengan penguat audio tabung 12AU7 dan EL34 dengan menggunakan catu daya yang dirancang menghasilkan tanggapan frekuensi rata 100 Hz 4 khzdan THD penguat 4,8-5,1% yang cukup mantap dalam pengujian selama 2 jam. i

6 ABSTRACT Vacuum tube audio amplifier s power supply consist of two main parts which are hight term power supply and low term power supply. 6CA4 and 5AR4 vacuum tube diode are used as rectifier for high term power supply. Power supply is able to produce 280V/50mA, 430V/200mA, negative voltage -15V, two outputs 6,3V.3A and one output 6,3V/3A. Power supply has soft-start system with output voltage s rise time is 5 second for high term power supply and 3 second for low term power supply. The efficiency of power supply is 54,2%. Load regulation of 280V power supply is 28,8% with output ripply is 0,052%. Load regulation of 430V power supply is 19,2% with output ripply 0,002%. As the main target of power supply designing, audio amplifier with 12AU7 and EL34 vacuum tube testing result flat frequency respond between 100Hz to 4kHz and THD 4,8-5,1% which is stable for 2 hour testing. ii

7 KATA PENGANTAR Segala puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah SWT yang selalu memberikan jalan, kemudahan dan kelancaran sehingga penulis dapat menyelesaikan tugas akhir ini. Tiada yang bisa terjadi selain karena kehendak-nya. Semua yang telah penulis capai sejauh ini tentunya tidak lepas dari bantuan, dorongan dan bimbingan dari berbagai pihak. Pada kesempatan ini penulis ingin mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada : 1. Ibuk Sinta Wibawati dan Mbah Putri Siti Mulyati yang telah mendidik dan membesarkan penulis dengan penuh kasih sayang serta Cik Anna Lidia. Beliau semua yang tak henti-hentinya mendukung penulis melalui doa, moril serta materiil. Mbah uti, putune mbah sampun sarjana Bapak DR. Mathias H.W. Budhianto dan Bapak Ir. F. Dalu Setiaji, MT selaku pembimbing yang dengan sabar membimbing, memberi saran serta koreksi pada pengerjaan tugas akhir ini. 3. Semua dosen FTEK UKSW. 4. Nurul, yang sudah menjadi motivasi terbesar bagi penulis untuk segera menyelesaikan tugas akhir ini. 5. Teman teman 2008, Caesar, Dung, Bgenk, Pantek, Jembling, Christo, Bagong, Yahya, Riyo, Endro, Catur, Bagas, Bambut, Rosa, Bella, Filly dll yang tidak dapat penulis sebutkan. Terima kasih sudah menjadi keluarga kedua selama penulis kuliah di FTEK UKSW. 6. Ex-kakak angkatan dan teman-teman rindang, Mbahe, Penda, Mas Yona, Mas Aldo, Mas Kumis, Danus, Aryo, Suryo, Rere, Dilla, Astu, Kimpan, Gondrong, Tolgung yang sudah memberikan kesempatan kepada penulis untuk menggelar wawasan baru selama kuliah di UKSW 7. Teman-teman seperjuangan dan tim dota lab XT, Dhika, Demas, Sembir, Tepe, Mas Ari, Mas DK, Mas Trisno, Andika, Marino, Rendi, Robot, Galang yang sudah menemani penulis mengerjakan tugas akhir. iii

8 8. Teman teman AME, Bobby, Teguh, Richard yang selalu hadir dan membatu penulis melakukan presentasi perkembangan alat dari tugas akhir ini. 9. The legend Rantonov Pengen Numpak Pesawat juragan koran, suwun yo om Staff TU FTEK Vera, Dita, Mbak Rista dan seluruh laboran FTEK. 11. Dan semua pihak-pihak lain yang tidak dapat penulis sebutkan satu persatu. Akhir kata, tugas akhir ini tentunya tidak luput dari berbagai kekurangan. Semoga tugas akhir ini bermanfaat bagi siapa pun khususnya bagi teman - teman yang tertarik di bidang catu daya untuk penguat tabung hampa. Salatiga, September 2014 Penulis iv

9 DAFTAR ISI INTISARI... i ABSTRACT... ii KATA PENGANTAR... iii DAFTAR ISI... v DAFTAR GAMBAR... vii DAFTAR TABEL... x DAFTAR SIMBOL... xi BAB I. PENDAHULUAN Gambaran Sistem yang Dirancang dan Spesifikasi Garis Besar Penulisan Tugas Akhir... 5 BAB II. LANDASAN TEORI Perbedaan Penguat Audio Tabung Hampa dengan Semi-Penghantar Topologi Penguat Umpan Balik Negatif Isyarat Terpenggal Perbedaan Catu Daya Penguat Audio Tabung Hampa dengan Semi- Penghantar Topologi Topologi Penyearah Regulasi Tegangan Catu Daya Topologi Tapis Perata Penguat Auido Tabung 12AU7 dan EL Penguat Awal Pembelah Fasa Penguat Akhir Catu Daya Pemanas Kebutuhan Catu Daya Penguat Audio Tabung 12AU7 dan EL v

10 BAB III. PERANCANGAN CATU DAYA DENGAN TABUNG HAMPA Prosedur Perancangan Perancangan Trafo Penaik Pemilihan Jenis Tabung Hampa Dioda Arus DC Tabung Hampa Dioda Tegangan Jatuh Piringan Tegangan Balik Puncak Perhitungan Arus Piringan dan Hambatan Piringan Penentuan Efisiensi Penyearah Perancangan Tapis Perata dan Regulator Tegangan Tinggi Perancangan Catu Daya Pemanas Realisasi Perancangan Catu Daya Catu Daya 280V Catu Daya 430V Catu Daya Pemanas Catu Daya Negatif BAB IV. PENGUJIAN KINERJA CATU DAYA Pengujian dan Spesifikasi Catu Daya Keseluruhan Peralatan dan Susunan Pengujian Pengujian Catu Daya Aras Tinggi Pengujian Tegangan Jatuh Pengujian Catu Daya Aras Rendah Pengujian Efisiensi Catu Daya Pengujian Regulasi Beban Catu Daya Pengujian Tegangan Riak Catu Daya Tinggi BAB V. PENUTUP Kesimpulan Saran Pengembangan vi

11 DAFTAR GAMBAR Halaman Gambar 1.1. Diagram penguat daya audio tabung... 2 Gambar 1.2. Diagram kotak catu daya dengan tabung hampa dioda... 4 Gambar Penguat tabung hampa single-ended... 9 Gambar Penguat tabung hampa push-pull kelas A... 9 Gambar Penguat tabung hampa push-pull kelas AB Gambar Untai penguat kelas A dengan transistor semi-penghantar Gambar Penguat push-pull kelas B dengan transistor semi-penghantar Gambar Isyarat akibat cacat peralihan pada penguat transistor semipenghantar kelas B Gambar Penguat push-pull kelas AB dengan prategangan resistor Gambar Penguat push-pull kelas AB dengan prategangan diode Gambar Diagram dasar umpan balik negative Gambar Cacat isyarat akibat cacat antar modulasi Gambar Diagram tingkat cacat penguat terhadap besarnya umpan balik negatif Gambar (a) Isyarat terpenggal soft-clipping (b) harmonisa yang timbul pada tabung hampa Gambar (a) Isyarat terpenggal hard-clipping (b) harmonisa yang timbul pada semi-penghantar Gambar Diagram kotak catu daya linear Gambar Diagram kotak catu daya mode saklar Gambar Grafik tegangan naik lambat pada keluaran catu daya dengan tabung hampa diode Gambar Catu daya aras tinggi dengan penyearah diode semi-penghantar Gambar Catu daya dengan penyearah tabung hampa diode Gambar Grafik simulasi tegangan balik yang diterima dioda penyearah Gambar Untai regulator dengan tabung hampa dan tabung regulator vii

12 Gambar Untai regulator dengan transistor semi-penghantar dan penguat operasional Gambar Untai dasar IC regulator LM Gambar Tapis lolos bawah RC Gambar Tapis lolos bawah LC Gambar Untai tapis π (a) dengan induktor, (b) dengan resistor Gambar Penguat awal dengan tabung 12AU Gambar Pembelah fasa LTP dengan sumber arus konstan Gambar Untai penguat akhir Gambar Kapasistansi pemanas (heater) dan katoda Gambar Grafik tegangan jatuh piringan terhadap arus puncak piringan pada beberapa jenis tabung hampa dioda Gambar Untai setara catu daya dengan tabung hampa dioda Gambar Hambatan seri pada catu daya tabung hampa dioda Gambar Grafik arus piringan tabung hampa dioda Gambar Grafik efisiensi tabung hampa diode penyearah gelombang penuh Gambar Untai regulator tegangan tinggi dengan IC LM Gambar Grafik faktor riak penyearah tabung hampa diode Gambar Untai LM317 dengan sistem soft-start Gambar Grafik tegangan jatuh tabung hampa dioda 6CA Gambar Grafik arus rata-rata per piringan terhadap efisiensi penyearah dengan tabung 6CA Gambar Untai catu daya 280V Gambar Grafik tegangan jatuh tabung hampa dioda 5AR Gambar Grafik arus rata-rata per piringan terhadap efisiensi penyearah pada tabung 5AR Gambar Untai catu daya 430V Gambar Waktu naik catu daya pemanas dengan sistem soft-start Gambar Untai catu daya pemanas Gambar Untai catu daya negatif viii

13 Gambar 4.1. Susunan peralatan pengujian catu daya aras tinggi Gambar 4.2. Tegangan dan arus keluaran (a) catu daya 280V (b) catu daya 430V Gambar 4.3. Grafik waktu naik tegangan dan arus (a) catu daya 280V dan (b) catu daya Gambar 4.4. Susunan peralatan pengujian tegangan jatuh catu daya aras tinggi Gambar 4.5. Tegangan keluaran catu daya aras tinggi tanpa beban (a) catu daya 280V (b) catu daya 430V Gambar 4.6. Tegangan dan arus keluaran catu daya aras tinggi pada keadaan penguat volume maksimal, (a) catu daya 280V (b) 430V Gambar 4.7. Isyarat masukan dan keluaran penguat tabung hampa 12AU7 dan EL Gambar 4.8. Grafik regulasi beban (a) catu daya 280V (b) catu daya 430V Gambar 4.9. Susunan peralatan pengujian catu daya aras rendah Gambar Grafik tegangan dan arus catu daya pemanas (a) tabung 12AU7 (b) tabung EL Gambar Susunan alat pengukuran daya masukan catu daya aras tinggi Gambar (a) Tegangan dan (b) arus masukan catu daya aras tinggi Gambar Susunan peralatan pengujian tegangan riak keluaran catu daya aras tinggi Gambar Tegangan riak keluaran catu daya 280 (a) tanpa beban dan (b) terbeban maksimal Gambar Tegangan riak catu daya 430V (a) tanpa beban (b) terbeban maksimal Gambar Prosedur pengukuran tanggapan frekuensi dan THD penguat audio Gambar Tanggapan frekuensi penguat audio tabung 12AU7 dan EL ix

14 DAFTAR TABEL Halaman Tabel 2.1. Kebutuhan daya penguat audio tabung hampa 12AU7 dan EL34 35 x

15 DAFTAR SIMBOL A Bati penguat dengan umpan balik negatif A OL β C i C hk C k C SS D D OL E dc E m f r F r F ro F S I L I Bati simpal terbuka Umpan balik negatif Kapasitor sambatan (coupling) Kapasitansi dalam antara pemanas (heater) dan katoda Kapasitor pelewat (bypass) pada kaki katoda Kapasitor untai slow-start Derau penguat dengan umpan balik negatif Derau penguat simpal terbuka Tegangan DC Tegangan puncak trafo penaik Frekuensi riak Faktor riak Faktor redaman keluaran catu daya Faktor redaman Arus beban catu daya tabung hampa Arus puncak piringan tabung hampa dioda I Arus rata-rata piringan tabung hampa dioda n Jumlah fasa pulsa tegangan DC N Nisbah tegangan primer dan tegangan sekunder trafo P out R A R R R ES R g R h R k R L Daya keluaran Hambatan anoda tabung hampa dioda Hambatan piringan tabung hampa diode pada arus puncak Hambatan piringan tabung hampa diode pada arus rata-rata Hambatan efektif lilitan sekunder trafo Hambatan kisi (grid) tabung hampa Hambatan pembatan frekuensi tinggi Hambatan katoda tabung hampa Beban catu daya tabung hampa xi

16 R p R primer R sekunder R R R SS τ V BE V C V L V O V P v rr v ro ω Hambatan anoda (plate) tabung hampa Hambatan lilitan primer trafo Hambatan lilitan sekunder trafo Hambatan seri catu daya tabung pada arus puncak Hambatan seri catu daya tabung pada arus rata-rata Resistor untai soft-start Konstanta waktu Tegangan basis emiter Tegangan kapasitor Tegangan beban catu daya Tegangan keluaran Tegangan puncak Tegangan riak penyearah Tegangan riak keluaran Frekuensi jala-jala (radian) xii