Analisa Perencanaan Catu Daya Tegangan DC Pada Repeater Dengan Input AC/PLN Yang Menghasilkan Output Tegangan DC Stabil

Transkripsi

1 JURNAL INTAKE---- Vol. 4, Noor, Oktober 013 ISSN: Analisa Perencanaan Catu Daya Tegangan DC Pada Repeater Dengan Input AC/PLN Yang Menghasilkan Output Tegangan DC Stabil Jony Joko Raharjo Teknik Otoasi Politeknik Perkapalan Negeri Surabaya ABSTRAK Catu Daya Dc erupakan suber daya yang asih banyak dibutuhkan terutaa digunakan sebagai catu daya pada pesawat-pesawat eleketronika, isalnya : Pesawat televisi, Radio kounikasi, Peancar AM/FM dll. Kualitas hasil pesawat-pesawat tersebut juga sangat dipengaruhi kwalitas dari suber catu daya DC yang ensuplainya. Tegangan AC yang disearahkan eleh diode asih besar keungkinan terjadinya Ripple tegangan yang sangat engganggu kehalusan hasil pesawat elektronik. Hal tersebut aka perlu dirancang filter yang dapat enekan ripple tegangan yang terjadi. Disaping itu pula naik turunnya tegangan PLN juga akan engahsilkan naik turunnya tegangan hasil penyearah tegangan, aka hal tersebut pada catu daya harus diberika rangkaian penstabil tegangan. Dengan IC 781 sebagai penstabil tegangan akan eberikan output tegangan DC pada kondisi stabil 1 volt, walaupun tegangan PLN terjadi naik turun. Akan tetapi keapuan IC tersebut sangat kecil tidak lebih dari 1 apere, aka untuk beban yang elebihi 1 apere harus ditabah Buffer/ penyangga. Dengan transistor sebagai penyangga aka penstabil tegangan dapat digunakan untuk beban dengan arus besar sesuai dengan keapuan trasistor baffernya Kata Kunci: Repeater, Tegangan DC Stabil 15

2 Analisa Perencanaan Catu Daya... (Jony Joko) 1. LATAR BELAKANG Sejak pertaa kali listrik diteukan, perkebangan energi lsitrik telah eningkat sejalan pertubuhan penduduknya, bahkan hingga saat ini energi lsitrik telah enjadi sarana yang sangat fital dala aktivitas anusia dari tingkat peruahan, gedung perkantoran, pabrik atau industri yang berskala besar aupun kecil. Di Indonesia di dala eenuhi energi listrik ditangani oleh PT. PLN (persero) dan didala penyelenggaraan distribusi listrik, tidak terlepas pula peran pelayan dinas gangguan. Dala pelayanan gangguan tersebut perlu ditunjang pula sarana pendukung guna epercepat penyapaian inforasi gangguan, diantaranya enggunakan alat transfortasi, alat-alat penunjang perbaikan, juga sarana Radio Kounikasi (Repeater) dan lain-lain. Alat kounikasi ini harus berkwalitas baik agar inforasi yang diteria tidak engalai gangguan, salah satunya agar pesawat-pesawat tersebut diatas berkwalitas baik adalah suber catu daya DC harus betul-betul baik, dala arti kestabilan tegangan DC betul-betul terjain. Kualitas catu daya dc akan dilihat dari kehalusan output DC (tegangan Ripple akibat penyearah kecil) dan Kestabilan tegangan. Jika kedua hal tersebut terpenuhi aka pesawat Radio Kounika akan engahsilkan suara yang halus peneriaan sinyal juga tidak terganggu adanya naik turunnya tegangan. Sehubungan dengan hal tersebut diatas, penulis perlu kiranya berkeinginan epelajari atau studi tentang siste daya tersebut. Dala penulisan penelitian ini akan ebahas dan enganalisa sebagai berikut : bagaiana cara untuk enekan ripple tegangan pada catu daya Repeater, bagaiana enstabilkan tegangan output dc pada catu daya Repeater, jika tegangan dari PLN terjadi naik turun, bagaiana caranya agar penstabil tegangan catu daya pada Repeater yang berkeapuan kecil dapat ensuplai tegangan dengan keapuan arus yang cukup besar.. KAJIAN PUSTAKA.1. Penyearah Gelobang Penuh (Full-wave Rectifier) Bertep Tengah Gabar.1 enunjukan rangkaian penyearah bertep-tengah (center-tap rectifier). Selaa setengah siklus positif dari tegangan skunder, dioda D1 terbias aju dan dioda D terbias undur, oleh karena itu, arusnya elewati D1, tahanan beban R, dan setengah kuparan bagian atas. Selaa stengah siklus negatif, arusnya elewati dioda D, tahan R, dan setengan kuparan bagian bawah. Sedangkan hasil bentuk gelobang pada penyerah ini dapat dilihat pada Gabar.1 + D R - + i D Gabar.1. Penyearah gelobang penuh bertep-tengah 16

3 JURNAL INTAKE---- Vol. 4, Noor, Oktober 013 ISSN: Vs V R t V V D t t V Gabar.. Bentuk gelobang penyearah gelobang penuh bertep-tengah Tegangan keluaran searah DC adalah : T / V VDC V 0 sin t dt 0,6366 V T dengan frekuensi keluaran, adalah : F out = f in, tegangan balik puncak (PIV), didapatkan sebagai berikut : PIV = V, Nilai rs tegangan keluaran : 1 / T / V rs (V 0 sin t) dt 0,707 V volt V T Efisiensi, penyerahan gelobang penuh dengan tep-tengah, sebagai berikut : (VDC) (0,6366 V ) (Vrs ) (0,707 V ) Faktor Bentuk = 0,707V / 0,6366V = 1,11, Sedangkan factor ripple pada penyearah gelobanh penuh dengan tep-tengah Faktor ripple RF = 1,11 1 0,48.. Penyearah Gelobang Penuh (Full-wave Rectifier) odel Jebatan Gabar.3a. enunjukan rangkaian penyearah jebatan. Diantara rangkain penyearah, rangkaian inilah yang palin banyak digunakan. Selaa setengah siklus positif tegangan sekunder, dioda D dan D3 terbias aju berfungsi sebagai konduktor, sedangkan dioda D1 dan 17

4 Analisa Perencanaan Catu Daya... (Jony Joko) D4 terbias undur berfungsi sebagai isolator(gabar.3 b), sehingga arus listrik elalui D, tahanan beban R, dan D3. Sedangkan selaa setengah siklus negatif, dioda D1 dan dioda D4 terbias aju sebagai konduktor, D dan D3 terbias undur (Gabar.3c), sehingga arus engalir elaui D1, tahanan beban R, dan D4. Dengan eperhatikan kedua siklus arus selalu elalui tahanan beban dengan arah yang saa. Gabar.3 Bentuk Rangkaian penyearah jebatan Gabar.4 Bentuk gelobang Rangkaian penyearah jebatan Tegangan keluaran DC didapatkan sebagai berikut : T / V VDC V 0 sin t dt 0,6366 V T sedangkan frekuensi keluaran adalah : F out = f in, untuk tegangan balik puncak (PIV), 18

5 JURNAL INTAKE---- Vol. 4, Noor, Oktober 013 ISSN: didapat sebagai berikut : PIV = V, keudian nilai rs tegangan keluaran, adalah : 1 / T / V rs (V 0 sin t) dt 0,707 V volt, V T Efisiensi penyearah jebatan, adalah : (VDC) (0,6366 V ) (Vrs ) (0,707 V ) Faktor Bentuk = 0,707V / 0,6366V = 1,11, Faktor ripple RF = 1,11 1 0, Penyearah dengan Filter Kondensator Penggunaan tegangan dc berpulsasi terbatas untuk engisi accu, enjalankan otor dc, dan sejulah kecil peakaian lainnya. Apa yang sesungguhnya diperlukan adalah tegangan dc yang konstan, serupa dengan tegengan dc yang dihasilkan batere atau accu. Untuk engubah sinyal stetngah gelobang dan gelobang penuh enjadi tegangan dc, variasi ac-nya harus dihaluskan dengan filter. Gabar.5a enunjukan rangkaian filter-kondensator. Selaa sperepat periode pertaa tegangan asukan diode terbias aju. Idialnya, dioda bekerja Sebagai switch tertutup (Gabar.5 b). Karena dioda enghubungkan kondensator langsung pada suber tegangan ac, kondensator tersebut terisi sapai tegangan puncak V P. Keterangan : Gabar.5a adalah gabar rangkaian penyearah dengan filter kondensator Gabar.5b adalah selaa seperepat periode Gabar.5c adalah sesaat setelah elewati puncak positif. Gabar.5d adalah bentuk gelobang tegangan DC dengan filter Kondensator 19

6 Analisa Perencanaan Catu Daya... (Jony Joko) Sesaat setelah elewati puncak positif, diode berhenti enghantar, yang berarti switch terbuka seperti ditunjukanpada Gabar.5c. Mengapa? karena pada ujung-ujung kondensator terdapat tegangan +V P. Dengan tegangan suber sedikitr lebih kecil dari +V P, kondensator akan eaksa arus engalir kebali alaui dide. Ini enyebabkan diode terbias undur. Dengan diode dala keadaan tidak enghantar, kondensator ulai engosongkan elalui tahanan beban R. Tetapi disinilah letak kunci cara kerjanya penyerah ini. Konstanta waktu R.C jauh lebih besar daripada periode T dari sinyal asukan. Oleh karena itu, kondensator hanya akan kehilangan sebagian kecil uatannya. Dekat dengan puncak positif berikutnya (pada saat t pada Gabar.5d), diode enghantar sebentar. Kesepatan ini dipergunakan untuk engganti kehilangan uatan kondensator yang terjai antara t 1 sapai t, sehingga tegangan keluaran naik kebali encapai V P (t 3 ). Sinyal Gabar.5d, hapir erupakan tegangan konstan. Satu-satunya yang ebedakan dari tegangan dc urni adalah ripel kecil yang disebabkan oleh pengisiahan dan pengosongan kondensator. Seakin kecil ripel, seakin baik. Penyearah gelobang penuh yang dilengkapi filter kondensator akan enghasilkan penyearah yang lebih baik karena kondensator diisi dua kali lebih sering. Sebagai hasilnya, ripelnya lebih kecil dan tegangan keluaran dc-nya lebih endekati tegangan puncak. Penyearah gelobang penuh lebih sering digunakan dibandingkan dengan stengah gelobang. Konstanta Waktu R.C, R.C T 0,004 Tegangan DC VDC (1 ) V R.C Tegangan ripple efektif (V r )., V R 0,004 V R. C Kapasitas iniu: V r V R DC atau r = x 100% 1 3. f. C. R 0,4 C in, r. R Seakin kecil r, seakin baik. Apabila ditetapkan besarnya factor ripel dala persen dan tahan beban, kapasitas kapasitor iniu yang dibutuhkan dapat dihitung dengan ruus C in diatas. Untuk lebih jelasnya diabil contoh seperti Gabar.6 dibawah ini D 1 D 3 V s D 4 D C R = 0 C = 470 F Gabar.6. Contoh rangkaian penyearah dengan filter kondensator 0

7 JURNAL INTAKE---- Vol. 4, Noor, Oktober 013 ISSN: Apabila tegangan puncak skundair diketahui sebesar 30 volt, f jala-jala = 50 Hz,aka dapat dihitung tegangan keluaran DC dan ripple tegangan sebagai berikut : Jika tegangan dioda diabaikan (dianggap ideal), aka : Pertaa-taa konstanta waktu dihitung, sbb : 1 1 R. C 0 x 470 x s > 100s f x 50 aka berlaku : Tegangan output rata V DC 0,00417 V DC (1 )x 30 8,8 volt 0,103 Tegangan ripple : 0,004 x 30 V r 0,699 volt 0,103 1

8 Analisa Perencanaan Catu Daya... (Jony Joko) 3. ANALISA RANGKAIAN CATU DAYA PADA REPEATER Catu daya pada Repeater ini enggunakan siste jebatan seperti yang ditunjukan pada Gabar 3.1, dibawah ini : 35 A 0 v 18 v 35 A diode C 1 C C 3 C 4 V DC Dengan data-data koponen sebagai berikut : 1. Tranforator penurun tegangan (0 v/ 18 v) dengan arus niinal 35 Apere. Bridge dioda 35 Apere 3. Kondensator C1,, 3, 4 = F / 35 volt. Jika tegangan dioda diabaikan (dianggap ideal), aka : Filter kondensator sebanyak 4, aka kapasitansi = 4 x F = F. Pertaa-taa konstanta waktu dihitung, sbb : 1 1 R. C 0 x x ,8s > 100s f x 50 Tegangan keluaran dc, aka berlaku : Tegangan output rata V DC 0,00417 V DC (1 )x 18 17,7 volt 0,103 Faktor ripel (jika dianggap R = 1 oh) : 0,4 0,4 r x 100% R.C 4000 Tegangan ripel, adalah : 4 V r x V x 10 x r DC Gabar 3.1 Penyearah pada Repeater x 100% x 10 4 % 17,7 0,01036 volt dari analisa tegangan DC dan tegangan ripel, aka terlihat bahwa penyearah pada repeater ini betul-betul hansilnya endekati konstan karena tegangan ripel yang terjadi sangat kecil sekali Penstabil Tegangan Catu Daya Repeater Penstabil tegangan diaksudkan untuk endaptakan tegangan yang konstan, biarpun kondisi suber tegangan dari jala-jala engalai naik turun, aupun terjadi beban yang berubah-ubah. Dari dua hal tersebut diharapkan tegangan tetap konstan, pada reater epunya dua tegangan DC sebagai output, yaitu 1 volt atau 13,8 volt. Jadi ada dua tegangan yang dapat digunakan pada penstabil tegangan di repeater. Gabar rangkaian dapat dilihat pada Gabar 3.. Pada rangkaian tersebut penstabil tegangan enggunakan IC 781, sedangkan untuk endapatkan tegangan 13,8 volt, dengan jalan enyabung 5 dioda (D1 s/d D5) sebagai pelipat ganda tegangan. Keudian terdapat juga Transistor T R6 dan T R6 sebagai driver untuk enyangga driver utaa yang berhubungan langsung dengan beban yaitu (T R1 s/d T R5 ).

9 JURNAL INTAKE---- Vol. 4, Noor, Oktober 013 ISSN: Gabar 3. Rankaian penstabil tegangan pada Reater Tegangan input IC 781 adalah 17,7 volt DC, tegangan input tersebut asih dala range tegangan input IC 781 yang dikehendaki. Sedangkan ground dihubungkan Diode yang disabung seri ketika S1 dala keadaan on (tersabung). Maka tegangan output enjadi 1 + ( x 0,3) = 1,3 volt, akan tetapi karena tahanan dioda sangat kecil aka cenderung ke groun sehingga tegangan tetap 1 volt DC. Dan apabila S1 dala posisi off dan yang tersabung 5 aka keberadaan dioda diperhitungkan, aka tegangan ouput enjadi 1 + (5 x 0,3) = 13,5 votl. Gabar 4.3 Hubungan dioda dengan IC 781 3

10 Analisa Perencanaan Catu Daya... (Jony Joko) Tegangan setelah diproses dengan penstabil tegangan dan rangkaian dioda, agar IC dala kondisi aan dari kelebihan beban, aka dirangkaian ini dipasang penyangga trasistor T R6 dan T R 7. Pada transistor ini tegangan basis eitor saa dengan 0.3 volt, karena kedua transistor disabung pararel sehingga tegangan tetap 0,3 volt. Dengan deikian berarti tegangan output setelah transistor ditabah 0,3 volt. Gabar 3.4 Hubungan IC 781 dengan transistor Kerja transistor, transistor bekerja apabila kaki basis endapat tegangan dari IC 781. Pada saat endapatkan trigger dari IC781 aka beban untuk entrigger Driver/Buffer utaa T r1 T r5 dibebankan langsung oleh kedua transistor yaitu T r6 dan T r7, sehingga IC 781 dala keadaan aan. Kerja Saklar S push on, pada posisi off, aka kontak pada relai B dan C terhubung sehingga tersabung, sedang kontak A dan B terbuka, relai tidak endapatkan suber tegangan. Ketika S dala keadaan on, kontak relai pindah posisi, sehingga kontak A dan B tersabung karena kuparan relai endapkan suber tegangan. Ketika push on dilepas relai terkunci, artinya selalu endapat suber tegangn. 3.. Buffer (penyangga) Buffer pada catu daya repeater ini enggunakan 5 Transistor tipe N3055, jenis NPN. Trasistor ini berdasar data, arus kolektor yang diijinkan aksial 10 apere, jadi kalau 5 transistor apu enanggung beban 50 aper. Akan tetapi biasanya dala perancangan arus yang dirancang untuk ditanggung sebuah transistor diabil dibawah keapuan transistor, agar transistor tidak cepat panas dan tidak cepat rusak. Rangkaian buffer dapat dilihat pada Gabar 3.5 4

11 JURNAL INTAKE---- Vol. 4, Noor, Oktober 013 ISSN: Gabar 3.5 Rangkain buffer catu daya Repeater 1. Keapuan arus aksiu baffer 5 x 10 a = 50 Apere. Penstabil, disaping untuk endapatkan tegangan konstan, juga digunakan untuk entrigger buffer utaa, agar keapuan arus noinal dapat di naikan. 3. Ketika kaki basis pada buffer endapatkan tegangan aka transistor akan terjadi saturasi (jenuh), aka kolektor dan eitor terhubung, dengan deikian transistor berfungsi sebagi konduktor. 4. Secara analisa dan data book bahwa keapuan driver 5 transistor 50 A, akan tetapi pada kenyataan pada praktiku keapuan asih dibawahnya, sehingga dengan keapuan tranfosrator penurun tegangan 35 A, aka catu daya ini berkeapuan aksiu 35 A, sehingga transistor dala keadaan aan. Kondensator C7 dan C8 digunakan untuk eperhalus kebali jika terjadi perubahan ripel akibat adanya kuparan(koil) relai dan kelia transistor. L1 dan L ini juga diaksudkan untuk eperbaiki keadaan ripel tegangan bersaa-saa dengan C7 dan C8, agar lebih halus endekati arus DC konstan. 5

12 Analisa Perencanaan Catu Daya... (Jony Joko) 4. KESIMPULAN Dengan eahai kerja asing-asing blok aka dapat disipulkan secara keseluruhan prinsip kerja rankaian Catu Daya Repeater (Gabar 3.6) sebagai berikut : 1. Saat sisi prier transforator dihubungkan pada suber tegangan, aka tegangan skunder engeluarkan tegangan 18 Volt.. setelah elalui penyearah aka tegangan enjadi 17,7 volt, keudian elaui filter terjadi ripel x 10-4 %, sehingga naik turunnya tegangan hapi tidak ada karena tegangan ripel sangat kecil sekitar = 0,01036 volt. 3. Tegangan hasil setelah di filter, keudian sebagi input penstabil IC 781, sehinnga output pada IC ini selalu konstan 1 volt, biarpun tegangan pada jala-jala terjadi naik turun, aupun adanya perubahan beban. 4. Pada kaki groun dihubungkan pada lia dioda, aka tegangan output enjadi 13,5 volt, jadi saat saklar S1 terbuka aka tegangan output 13,5 volt, sedang jika S1 ditutup aka tegangan enjadi 1 volt. Dala keadaan ini jika saklar S belu ditekan aka asih belu berhubungan denagn beban dan ditandai dengan lapu LED erah enyala, serta Driver utaa belu kerja. 5. Tegangan setelah poin 4, digunakan untuk entriger driver dua transistor yang dihubungkan parale, sehingga tegangan output endapatkan tabahan 0,3 volt dari tegangan BE transistor, sehingga tegangan output enjadi 13,8 volt dan 1 volt. 6. Saat saklar S ditekan aka Driver utaa 5 transistor endapatkan trigger pada kaki basis, sehingga transistor aktif, dengan deikian keapuan catu daya tergantung transforator dan kelia transistor. 6

13 JURNAL INTAKE---- Vol. 4, Noor, Oktober 013 ISSN: DAFTAR PUSTAKA Ali, M.; Ajiato, D.; Nurohah, H. Analisa Kontrol Daya Induction Furnace Pada Industri Peleburan Loga. Jurnal Intake : Jurnal Penelitian Ilu Teknik dan Terapan 011,, Data dan Persaaan FET dan Mosfet ; Edisi Revisi pertaa ; Penerbit PT Elex Media Koputindo Graedia ; Jakarta Esan Hasan BSC; Rangkaian Elektronika Dasar; Ganeca Exact; Bandung; 1990; Malvino Hanapi Gunawan; Prinsip-prinsip Elektronik; Erlangga; Jakarta; 1984; Wasito S; Vadeeku Elektronika; Graedia; Jakarta; 1986 Wasito Pelajaran Elektronika, Karya Utaa, Jakarta 1980 Bahan Ajar Listrik & Elektronika, PPPGT Malang 7