LAPORAN PRAKTIKUM ELEKTRONIKA DASAR I DESAIN DAN ANALISIS POWER SUPPLY YUSUF SIGIT PAMUNGKAS(1137030081) September 29, 2014 JURUSAN FISIKA FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI UIN SUNAN GUNUNG DJATI BANDUNG 2014 1
Abstract In this lab conducted experiments to determine benefits as wave rectifier diode, capable of designing a full-wave rectifier, able to analyze and understand the working principles and are able to design a full wave regulator using zener and regulator IC doide LM78xx. This practicum is done with 2 stages, namely the stage simulation using multisim software, and experimental stage. The result, as wave rectifier diode bridges are able to convert the AC voltage signal into a DC voltage. Keyword: full wave, regulators, zener diode, IC LM78xx, diode bridges Ringkasan Dalam praktikum ini dilakukan percobaan untuk mengetahui manfaat diode sebagai penyearah gelombang, mampu merancang penyearah gelombang penuh, mampu menganalisis dan memahami prinsip kerja gelombang penuh dan mampu merancang regulator menggunakan doide zener dan IC regulator LM78xx. Praktikum ini dilakukan dengan 2 tahap, yaitu tahap simulasi menggunakan software multisim, dan tahap eksperimen. Hasilnya, diode bridges sebagai penyearah gelombang mampu mengubah sinyal tegangan AC menjadi tegangan DC. Kata Kunci: gelombang penuh, regulator, diode zener, IC LM78xx, diode bridges 1
1 Pendahuluan 1.1 Latar Belakang Semua peralatan elektronika menggunakan sumber tenaga untuk beroperasi. Sumber tenaga tersebut bermacam-macam, ada yang dari baterai, accu, dan ada pula yang langsung menggunakan tegangan listrik jala-jala PLN. Untuk dapat menggunakan tegangan listrik yang berasal dari PLN untuk alat-alat elektronika tertentu tidak bisa langsung digunakan akan tetapi harus disesuaikan dengan tegangan yang diperlukan oleh peralatan tersebut. Penyesuaian tegangan ini dilakukan oleh sebuah alat yng dinamakan Power Supply atau adaptor. Didalam kerangka power supply sendiri terdapat beberapa komponen elektronik lain yang masing-masingnya memiliki peran dan fungsi tersendiri. Seperti transformator step down, diode bridge, kapasitor dan diode zener atau bisa juga menggunakan regulator IC LM78xx. Oleh karena itu, untuk dapat mengetahui manfaat diode sebagai penyearah dan mampu merancang regulator menggunakan diode zener dan IC LM78xx serta menganalisis dan memahami prinsip kerja penyearah gelombang penuh, maka dilakukanlah praktikum yang berjudul Desain dan Analisis Power Supply ini. 1.2 Tujuan 1. Mengetahui manfaat diode sebagai penyearah. 2. Mampu merancang penyearah gelombang penuh. 3. Mampu menganalisis dan memahami prinsip kerja penyearah gelombang penuh. 4. Mampu merancang regulator menggunakan diode zener dan IC Regulator 78xx. 2
1.3 Dasar Teori Power supply adalah piranti yang digunakan untuk mengubah arus AC menjadi arus DC dengan level tegangan sesuai dengan kebutuhan suatu alat tersebut. Pinsip kerja power supply adalah menurunkan tegangan AC, menyearahkan tegangan AC sehingga menjadi DC dan menstabilkan tegangan DC. Power supply terdiri dari empat bagian utama, yaitu bagian penurun tegangan menggunakan transformator step down, bagian penyearah menggunakan diode bridge, filter menggunakan kapasitor, serta bagian regulator menggunakan diode zener atau menggunakan IC LM78xx. Transformator penurun tegangan Transformator bekerja berdasarkan Hukum Faraday, besar tegangan output diperolehdari perbandingan jumlah lililtan pada kumparan primer dan skundernya. V out/v in = Nout/Nin (1) Relasi besar tegangan puncak dan tegangan rms dapat dirumuskan sebagai V rms = V p/ 2 (2) Gambar 2.1 Power supply dengan regulator diode zener Penyearah gelombang penuh Prinsip penyearah (rectier) yang paling sederhana ditunjukkan pada gambar-1 berikutini. Transformator (T1) diperlukan untuk menurunkan tegangan AC dari jala-jala listrikpada kumparan primernya menjadi tegangan AC yang lebih kecil pada kumparan sekunder. Tegangan rata-rata DC pada penyearah gelombang penuh menggunakan diode bridge, adalah: V dc = 2V p/π (3) 3
Sedangkan frekuensi outputnya adalah: F outdioda = F indioda (4) Filter Kapasitor Pada rangkaian penyearah yang hanya menggunakan dioda penyearah masihmemiliki sinyal ac sehingga belum searah seperti halnya tegangan dc pada baterai. Sinyalac yang tidak diinginkan ini dinamakan ripple. Untuk memperkecil nilai ripple dapat digu-nakan lter kapasitor. Semakin besar nilai kapasitor maka akan semakin kecil nilai tegangan ripple. V ripple = Idc/F outdioda.c (5) Sehingga besar tegangan rata-rata DC pada penyearah gelombang penuh menggunakan diodebridge dan lter kapasitor adalah: V dc = V p V ripple/2 (6) Regulator tegangan Untuk memperoleh suatu catu daya dengan nilai keluaran yangtetap maka digunakanlah dioda zener yang bekerja pada saat dipanjar mundur (reverse bias),diode zener ini haya akan dapar bekerja saat tegangan yang diberikan melebihi breakdown voltage. Berikut adalah perbandingan besar ripple pada input dan output dari system regulatordioda zener. V z/v s = Rz/Rs (7) Selain menggunakan dioda zener, sistem regulator tegangan dapat juga dibuat dengan menggunakan IC LM78xx. Dimana xx adalah tegangan output yang diinginkan. 4
Gambar 2.2 Power supply dengan regulator IC LM78xx 5
2 Metode Praktikum 2.1 Waktu dan Tempat Praktikum ini berlangsung pada tanggal 18 September 2014 bertempat di Laboratorium Fisika. 2.2 Alat dan bahan yang digunakan antara lain: 1. Papan PCB 2. Spidol 3. Solder 4. Timah 5. Multimeter 6. Osiloskop PC 7. Kabel Koneksi 8. Transformator 9. Dioda 10. Dioda zener 11. Kapasitor 12. Resistor 2.3 Prosedur Percobaan: Gambar 2.3 Power supply dengan regulator diode zener 6
Gambar 2.4 Power supply dengan regulator IC LM78xx Susunlah rangkaian seperti pada gambar diatas. Carilah alat dan bahan pada komputer anda. Pilihlah group sourches setelah itu pilih family power sourches lalu masukan komponen ac power dan ground. Untuk mencari komponen kapasitor, resistor dan ts power virtual, maka harus masuk terlebih dahulu ke group basic untuk komponen terakhir, yaitu 1B4B42 pilih group diodes setelah itu oilih kembali fwb, maka akan ditemukan 1B4B42. Untuk rangkaian dioda bridge tambahkan komponen LM7812CT pada family power regulator dan basic power, sedangkan untuk rangkaian dioda zener gunakan komponen zener virtual pada family diodes virtual. Setelah alat dan bahan telah diketahui dan ditemukan, maka rangkailah sesuai dengan gambar diatas. 7
2.3.1 Diagram Alir Mulai Memasang diode bridges, kapasitor, resistor dan diode zener/ic LM7812CT ke papan PCB Merekatkanya dengan solder dan timah Hubungkan ke transformator step down Hubungkan ke multimeter Menyalakan power supply Pengujian dan analisis tegangan output disetiap komponen Selesai 8
3 Hasil dan Pembahasan 3.1 Data Hasil Pengamatan 3.1.1 Tabel 1. Simulasi Power Supply dengan Dioda Zener No. Vtrafo (V) Vd.bridges (V) Vkapasitor (V) V R 1 (V) V R 2 (V) Vregulator (V) 1 25.42 35.57 37.72 3.436 3.31 3.45 2 33.56 35.17 36.90 3.438 3.72 3.44 3 15.87 33.32 34.19 3.374 3.65 3.35 3.1.2 Tabel 2. Simulasi Power Supply dengan IC LM7812CT No. Vtrafo (V) Vd.bridges (V) Vkapasitor (V) Vregulator (V) 1 13.08 12.62 12.62 12.53 2 25.42 25.08 25.08 12.561 3 33.76 33.42 33.42 12.563 3.1.3 Tabel 3. Eksperimen Power Supply dengan Dioda Zener No. Vtrafo (V) Vd.bridges (V) Vkapasitor (V) V R 1 (V) V R 2 (V) Vregulator (V) 1 0.14 0.12 0.12 0.11 0.11 0.1 9
3.2 Pembahasan Pada power supply tegangan masuk ke transformator step down. Transformator step down yaitu transformator yang mengubah tegangan bolakbalik tinggi menjadi rendah, Prinsip kerja dari sebuah transformator adalah ketika kumparan primer dihubungkan dengan sumber tegangan bolak-balik, perubahan arus listrik pada kumparan primer menimbulkan medan magnet yang berubah. Medan magnet yang berubah diperkuat oleh adanya inti besi dan dihantarkan inti besi ke kumparan sekunder, sehingga pada ujung-ujung kumparan sekunder akan timbul ggl induksi. Efek ini dinamakan induktansi timbal-balik (mutual inductance).ketika arus listrik dari sumber tegangan yang mengalir pada kumparan primer berbalik arah (berubah polaritasnya) medan magnet yang dihasilkan akan berubah arah sehingga arus listrik yang dihasilkan pada kumparan sekunder akan berubah polaritasnya. Setelah itu tegangan masuk ke diode. Diode adalah suatu komponen elektronik yang dapat melewatkan arus pada satu arah saja. Dioda yang digunakan adalah dioda bridge yaitu dengan penyearah jembatan yang mempunyai sifat menonjolkan puncak tegangan yang sama dengan penyearah setengah gelombang dan mempunyai nilai rata-rata lebih tinggi dari pada penyearah gelombang penuh. Pada penyearah yang hanya menggunakan diode penyerah masih memiliki sinyal ac sehingga belum searah seperti halnya tegangan dc pada baterai. Sinyal ac yang tidak diinginkan ini dinamakan ripple. Untuk memperkecil nilai ripple dapat digunakan filter kapasitor. Semakin besar nilai kapasitor maka akan semakin kecil nilai tegangan ripple. Kemudian tegangan masuk ke kapasitor. Fungsi dari kapasitor adalah sebagai penyimpan muatan, selain itu kapasitor berfungsi sebagai filter yaitu untuk mengubah sinyal-sinyal gelombang penuh ke tegangan DC yang tetap. Dengan adanya kapasitor tegangan keluaran tidak segera turun. Hal ini disebabkan karena kapasitor memerlukan waktu untuk mengosongkan muatannya. Sebelum tegangan kapasitor turun banyak, tegangan pada kapasitor sudah naik lagi. Tegangan berubah yang terjadi disebut tegangan riak. Pada saat dioda menghubungkan langsung ke kapasitor, kapasitor diisi 10
sampai tegangan puncak. Tepat melewati pucak positif dioda berhenti menghantar switch menjadi terbuka karena kapasitor memiliki tegangan sumber yang lebih sedikit dari tegangan puncak, dioda mengalami prategangan balik. Selanjutnya kapasitor membuang muatanya melalui resistansi beban (RL). Tetapan waktu pembuangan (perkalian RL dan C) dibuat lebih besar dari pada periode sinyal masuk. Karena hal ini, kapasitor kehilangan sebagian kecil muatanya selama waktu putus dari dioda. Hal ini bisa dilihat di hasil simulasi osiloskop yang kami peroleh. Riak-riak kecil disebabkan oleh pengisian dan pembuangan kapasitor. Hal ini bisa dilihat di hasil simulasi osiloskop yang kami peroleh. Makin kecil riaknya makin baik. Ssalah satu cara untuk mengurangi riak dengan cara menambah tetapan waktu pembuangan. Lalu tegangan masuk ke IC LM7812CT yang berfungsi sebagai regulator untuk pengaturan tegangan yaitu mempertahankan tegangan keluaran yang tetap meskipun arus yang melaluinya berubah. 3.3 Analisis Data Berdasarkan data yang diperoleh, simulasi rangkaian praktikan telah sesuai dengan teori-teori yang dijabarkan pada dasar teori diatas. Akan tetapi, masih terdapat kesalahan yang praktikan lakukan pada saat pengukuran hasil eksperimen yang disebabkan karena keterbatasan dari sang pengamat ataupun kurang tepatnya praktikan dalam merangkai rangkaian percoabaan. Dan pada saat pengukuran kedua pada hasil eksperimen, kapasitor tiba-tiba meledak sehingga tidak bisa mendapatkan data kedua dan ketiga. 11
4 Kesimpulan Berdasarkan hasil praktikum yang diperoleh, maka dapat disimpulkan sebagai berikut: 1. Diode bridges sebagai penyearah gelombang mampu mengubah sinyal tegangan AC menjadi tegangan DC. 2. Ada 3 bagian utama dalam penyearah gelombang penuh, yaitu penurun tegangan (transformator step down), penyearah gelombang (diode) dan filter (kapasittor). 3. Prinsip kerja penyearah gelombang penuh dengan dioda brigde hanya ada 2 dioda saja yang menghantarkan arus untuk setiap siklus tegangan AC sedangkan 2 dioda lainnya bersifat sebagai isolator pada saat siklus yang sama. 4. Dioda zener dan IC regulator LM7812CT berfungsi untuk memperoleh suatu catu daya dengan nilai keluaran yang tetap yang bekerja pada saat dipanjar mundur (reverse bias). 12
References [1] Floyd dan Buchla. Fundamental of analog circuits. Prentice Hall, New Jersey, 2008. [2] Malvino. Prinsip-prinsip elektronika I. 1994. Jakarta: Erlangga. [3] Sutrisno. Elektronika Teori dan Penerapannya. 1985. Bandung: ITB. [4] Alamsyah, Firman. Cara Kerja Power Supply. Available at http://firmancomputer2.blogspot.com/2013/02/cara-kerja-powersupply.html. Diakses pada hari Minggu, 21 September 2014 pukul 08.00 WIB. [5] Elklasik. Penyearah Gelombang Penuh. Available at http://elkaasik.com/penyearah-gelombang-penuh/. Diakses pada hari Minggu, 21 September 2014 pukul 08.10 WIB. [6] Putut, son. DC Power Supply. Available at http://teuinsuska2009.files.wordpress.com/2010/10/didaktik-3-powersupply.pdf. Diakses pada hari Selasa, 23 September 2014 pukul 19.30 WIB. [7] Irniyah, Ewit. Penyearah Setengah Glombang, Gelombang Penuh, Bridge. Available at http://elektronika11c.blogspot.com/2013/05/penyearah-setengahgelombang-gelombang.html. Diakses pada hari Senin, 29 September 2014 pukul 08.00 WIB. 13
LAMPIRAN Rangkaian Power Supply dengan IC LM7812CT Grafik Osiloskop Pengukuran Tegangan Pada Trafo Grafik Osiloskop Pengukuran Tegangan Pada Diode Bridges 14
Grafik Osiloskop Pengukuran Tegangan Pada Kapasitor Grafik Osiloskop Pengukuran Tegangan Pada IC LM7812CT Rangkaian Power Supply dengan Diode Zener 15
Grafik Osiloskop Pengukuran Tegangan Pada Trafo Grafik Osiloskop Pengukuran Tegangan Pada Diode Bridges 16
Grafik Osiloskop Pengukuran Tegangan Pada Kapasitor Grafik Osiloskop Pengukuran Tegangan Pada Resistor 2 17
Grafik Osiloskop Pengukuran Tegangan Pada Diode Zener Grafik Osiloskop Pengukuran Tegangan Pada Resistor 1 18