laporan pembuatan catu daya

         

UNIVERSITAS GUNADARMA

PROYEK PRAKTIKUM DASAR ELEKTRONIKA

CATU DAYA            NAMA                                         NPM                         KELAS                                    Joko Suhartono                             13411856                    2IB02     Mohamad Arief Riyadi                 14411553                    2IB02     Muhammad Rifai                          14411950                    2IB02     Rahmat Rega N                             15411791                    2IB02

Laboratorium Teknik Elektro

Universitas Gunadarma

2013

ABSTRAKSI

Pencatu daya DC merupakan bagian terpenting, yang hampir selalu terdapat pada berbagai pesawat elektronik, misalnya pesawat televisi, pesawat radio, tape-recorder, komputer. Unit ini digunakan untuk mengubah tegangan AC dari jala-jala PLN menjadi tegangan DC yang pada umumnya rendah. Salah satu masalah yang dialami dalam perencanaan pesawat elektronik adalah besarnya volume dan bobot dari pencatu daya yang dibutuhkan, karena adanya transformator daya dalam unit catu daya tersebut. Rangkaian Elektronik biasanya membutuhkan tegangan DC, dengan tegangan yang lebihrendah dibanding dengan tegangan sambungan listrik yang biasa tersedia, yaitu sebesar 220VAC. Sedangkan tegangan yang dipakai dalam rangkaian elektronik biasanya hanya sekitar 3Vsampai 50 V DC. Tegangan tersebut biasanya diperoleh dari baterai, tetapi penggunaanbaterai sebagai Catu Daya jauh lebih mahal. Untuk itu dibutuhkan suatu alat yang dapatmengubah daya tegangan 220V AC menjadi tegangan DC sebesar tegangan yang dibutuhkan.Catu daya mengubah tegangan masukan AC menjadi daya keluaran DC. Salah satukelemahan dari sistem catu daya yang ada di pasaran yaitu pengubahan tegangan keluarantidak dapat dilakukan dengan mudah, dan tegangan keluarannya berubah ubah.

KATA PENGANTAR

Puji dan Syukur Penulis Panjatkan ke Hadirat Tuhan Yang Maha Esa karena berkat limpahan Rahmat dan Karunia-Nya sehingga penulis dapat menyusun makalah ini tepat pada waktunya. Makalah ini membahas tentang Pembuatan Catu Daya

Dalam penyusunan makalah ini, penulis banyak mendapat tantangan dan hambatan akan tetapi dengan bantuan dari berbagai pihak tantangan itu bisa teratasi. Oleh karena itu, penulis mengucapkan terima kasih  kepada teman kami pabri roydo sianturi  yang telah memberikan waktu dan tempatnya untuk di pakai dalam diskusi dan perakitan alat kelompok kami untuk itu kami mengucapkan banyak teria kasih yang sebesar-besarnya kepada semua pihak yang telah membantu dalam penyusunan makalah ini, semoga bantuannya mendapat balasan yang setimpal dari Tuhan Yang Maha Esa.

Penulis menyadari bahwa makalah ini masih jauh dari kesempurnaan baik dari bentuk penyusunan maupun materinya. Kritik konstruktif dari pembaca sangat penulis harapkan untuk penyempurnaan makalah selanjutnya.

Akhir kata semoga makalah ini dapat memberikan manfaat kepada kita sekalian.

Depok, 1 mei  2013

Penulis

DAFTAR GAMBAR

   Hal.

A. TEGANGAN ARUS

Gambar II.1.1          Tegangan arus AC....................................................... 10

Gambar II.1.2          Tegangan arus DC....................................................... 10

B.  TRANSFORMATOR

Gambar II.2.1.1       Ilustrasi trafo............................................................... 12

Gambar II.2.1.2       Penentuan polaritas trafo............................................. 13

Gambar II.2.1.3       Trafo step-down untuk catu daya aplikasi elektronika.. 14

C.  INTERGRATED CIRCUIT

Gambar II.2.5.1       IC 337......................................................................... 21

Gambar II.2.5.2       IC 317......................................................................... 21

Gambar II.2.5.3       IC 7905....................................................................... 21

Gambar II.2.5.4       IC 7805....................................................................... 21

Gambar II.2.5.5       IC 7912....................................................................... 21

Gambar II.2.5.6       IC 7812....................................................................... 21

D.  SUSUNAN RANGKAIAN CATU DAYA

Gambar III.2.1         Susunan rangkaian catu daya...................................... 24

E. RANGKAIAN PENYEARAH

Gambar IV.1.1         Rangkaian Penyearah Sederhana................................ 26

Gambar IV.1.2         Rangkaian Penyearah Gelombang Penuh.................... 27

Gambar IV.1.3         Rangkaian Penyearah Setengah Gelombang Filter C.. 27

Gambar IV.1.4         Bentuk Gelombang dengan Filter Kapasitor............... 28

Gambar IV.1.5         Rangkaian Penyearah Gelombang Penuh Filter C...... 30

F.  VOLTAGE REGULATOR

Gambar IV.2.1         IC Regulator................................................................ 31

Gambar IV.2.2         Regulator Zenner......................................................... 32

Gambar IV.2.3         Regulator Zenner Follower......................................... 33

Gambar IV.2.4         Regulator dengan Op-Amp......................................... 34

Gambar IV.2.5         Regulator dengan IC................................................... 35

G.  BLOK DIAGRAM

Gambar IV.3.1         Blok Diagram.............................................................. 36

Gambar IV.3.2         Blok Diagram Alur...................................................... 36

DAFTAR ISI

  Hal.

ABSTRAKSI ......................................................................  1

KATA PENGANTAR ........................................................  2

DAFTAR GAMBAR........................................................... 3

DAFTAR ISI .......................................................................  5

BAB I  PENDAHULUAN

I.1                     Latar Belakang ...................................................................  7

I.2                    Perumusan  Masalah ...........................................................  7

I.3                    Pembatasan Masalah ...........................................................  7

I.4                    Tujuan Penulisan .................................................................  8

I.5                    Metode Penulisan................................................................ 8

BAB II  LANDASAN TEORI

II.1                  Teori dasar…........................................................................ 10

II.2                  Komponen utama dan pendukung catu daya....................... 11

II.2.2               Transformator....................................................................... 11

III.2.3              Dioda.................................................................................... 15

III.2.4              Filter (Penyaring).................................................................. 19

III.2.5                       .....................................................................................  Stabilizer dan Regulator          19

BAB III  PERANCANGAN ALAT

III.1                Komponen Alat dan Bahan.................................................. 23

III.2                Langkah Pembuatan Alat..................................................... 24

III.3                Prinsip Kerja …………………………………………….  25

BAB IV      ANALISA DAN PEMBAHASAN

IV.1                Penyearah (Rectifier)............................................................ 26

IV.2                Voltage Regulator................................................................. 30

IV.3                Blok Diagram........................................................................ 36

BAB V       PENUTUP

V.1                  Kesimpulan ..........................................................................  37

V.2                  Saran ....................................................................................  37

DAFTAR PUSTAKA  

BAB I

PENDAHULUAN

I.1. Latar Belakang

Catu daya atau power supply merupakan suatu rangkaian elektronik yang mengubah arus listrik bolak-balik menjadi arus listrik searah. Catu daya menjadi bagian yang penting dalam elektonika yang berfungsi sebagai sumber tenaga listrik misalnya pada baterai atau accu. Catu daya (Power Supply) juga dapat digunakan sebagai perangkat yang memasok listrik energi untuk satu atau lebih beban listrik.

Secara umum prinsip rangkaian catu daya terdiri atas komponen utama yaitu ; transformator, dioda dan kondensator. Dalam pembuatan rangkaian catu daya, selain menggunakan komponen utama juga diperlukan komponen pendukung agar rangkaian tersebut dapat berfungsi dengan baik. Komponen Pendukung tersebut antara lain : sakelar, sekering (fuse), lampu indicator, voltmeter dan amperemeter, jack dan plug, Printed Circuit Board (PCB), kabel dan steker, serta Chasis. Baik komponen utama maupun komponen pendukung sama sama berperan penting dalam rangkaian catu daya.

I.2. Tujuan Dan Manfaat Penulisan

Adapun tujuan dari penulisan makalah ini adalah untuk memahami prinsip kerja berbagai macam catu daya.

Manfaat penulisan makalah ini bagi penulis adalah mendapatkan pengertian dan penjelasan tentang pembuatan Catu Daya. Sedangkan bagi para pembaca, diharapkan semoga makalah ini dapat menjadi sumbangan dalam memperkaya pengetahuan dan memberikan kesempatan untuk mempelajarinya lebih lanjut.

I.3.Batasan Masalah

Masalah-masalah yang dibahas dalam perancangan catu daya dibuat agar tidak menyimpang dari pembahasan yang ada, sehingga diperlukan suatu batasan-batasan. Pembatasan masalah yang dibahas adalah sebagai berikut:

1.      Produk yang dirancang hanya catu daya.

2.      Tegangan keluaran yang dibuat hanya 5 volt, 12 volt, dan nilai variabel dalam bentuk potensio.

3.      Pengukuran tegangan keluaran berupa data empiris.

4.      Pengukuran tegangan menggunakan multimeter.

I.4.Metode Penulisan

Metode penulisan digunakan untuk dapat merancang proyek catu daya. Metode penulisan ini terdiri dari beberapa langkah yang diharapkan dapat memperkuat pemahaman mengenai metode penulisan dari awal hingga akhir.

Langkah pertama adalah permasalahan, permasalahan tersebut meliputi pembuatan catu daya berdasarkan konsep dasar elektonika dan tinjauan teori-teori yang telah ada.

Langkah selanjutnya adalah mempelajari literatur, di dalam pembuatan laporan akhir ini mempelajari literatur adalah untuk mencari informasi-informasi awal tentang metode dan konsep yang digunakan di dalam penulisan. Mempelajari literatur ini dikaitkan dengan menggunakan konsep dasar elektronika. Konsep tersebut pada akhirnya dapat diterapkan untuk laporan akhir yang dibahas.

Langkah selanjutnya yang dilakukan adalah membuat tujuan penulisan. Tujuan penulisan merupakan rumusan kalimat yang menunjukan adanya sesuatu yang ingin diperoleh setelah kegiatan selesai dilakukan. Berdasarkan beberapa permasalahan yang telah ada, diharapkan penulis dapat mengetahui tujuan dari laporan akhir tersebut.

Membuat perancangan yang dilakukan adalah dengan cara mengaplikasikan dasar teori yang telah ada dan menggunakannya dalam perhitungan perancangan, sehingga dapat diketahui mekanisme kerja yang diinginkan.

Langkah selanjutnya adalah pengujian pengukuran, untuk menyelesaikan catu daya, tegangan yang diperoleh harus diuji terlebih dahulu. Pengujian tegangan dimaksudkan untuk menguji apakah tegangan memenuhi syarat yang ada atau tidak, jika syarat belum terpenuhi, maka harus dilakukan pengukuran ulang.

Analisis, dimaksudkan untuk menjelaskan hasil-hasil yang didapat dari pengukuran. Membandingkan dimaksudkan untuk melihat apakah ada perbedaan antara hasil yang didapat dengan teori yang telah ada. Langkah terakhir yang dilakukan adalah menarik kesimpulan. Kesimpulan berfungsi untuk menjawab tujuan penulisan yang ada. Saran diberikan untuk memberikan masukan agar praktikum ke depannya dapat lebih baik lagi.

BAB II

PEMBAHASAN

II.1. Teori Dasar

              Catu daya merupakan suatu Rangkaian yang paling penting bagi sistem elektronika. Ada dua sumber catu daya yaitu sumber AC dan sumber DC. Sumber AC yaitu sumber tegangan bolak – balik, sedangkan sumber tegangan DC merupakan sumber tegangan searah.

Bila dilihat dengan osiloskop seperti berikut :

Gambar II.1.1 Tegangan arus AC

Gambar II.1.2 Tegangan arus DC

Sumber Tegangan Bila diamati sumber AC tegangan berayun sewaktu-waktu pada kutub positif dan sewaktu-waktu pada kutub negatif, sedangkan sumber AC selalu pada satu kutub saja, positif saja atau negatif saja. Dari sumber AC dapat disearahkan menjadi sumber DC dengan menggunakan rangkaian penyearah yang di bentuk dari dioda. Catu daya adalah suatu sistem filter penyearah (rectifier-filter) yang mengubah tegangan AC menjadi tegangan DC murni. Catu daya (Power Supply) adalah sebuah perangkat yang memasok listrik energi untuk satu atau lebih beban listrik. Catu daya menjadi bagian yang penting dalam elektonika yang berfungsi sebagai sumber tenaga listrik misalnya pada baterai atau accu. Pada dasarnya power supply ini mempunyai konstruksi rangkaian yang hampir sama yaitu terdiri dari trafo, penyearah, dan penghalus tegangan. Istilah ini paling sering diterapkan ke perangkat yang mengubah satu bentuk energi listrik yang lain, meskipun juga dapat merujuk ke perangkat yang mengkonversi bentuk energi lain (misalnya, mekanik, kimia, solar) menjadi energi listrik. Secara umum prinsip rangkaian catu daya terdiri atas komponen utama yaitu ; transformator, dioda dan kondensator.  Dalam pembuatan rangkaian catu daya selain menggunakan komponen utama juga diperlukan komponen pendukung agar rangkaian berfungsi dengan baik menggunakan komponen antara lain : multimeter digital dan analog, proto board, kabel jumper, penjepit buaya, dioda bridge, kapasitor 0,01 dan 2200μF , trafo CT 1A, resistor 330Ω, IC regulator 7805 dan 7812,  sakelar, sekering ( fuze ), lampu indicator, voltmeter dan amperemeter, jack dan plug, Printed Circuit Board ( PCB ), kabel dan steker, serta Chasis.

II.2. Komponen Utama dan Pendukung Catu Daya

 1.  Transformator

Trafo atau transformator merupakan komponen utama dalam membuat rangkaian catu daya yang berfungsi untuk mengubah tegangan listrik. Trafo dapat menaikkan dan menurunkan tegangan. Berdasarkan tegangan yang dikeluarkan dari belitan scundair dibagi menjadi 2 yaitu:

a). Step up (penaik tegangan) apabila tegangan belitan scundair yang kita butuhkan lebih tinggi dari tegangan primair ( jala listrik).

b). Step down (penurun tegangan) apabila tegangan belitan scundair yang kita butuhkan lebih rendah dari tegangan primair (jala listrik).

Setiap kumparan terdiri atas belitan-belitan sebanyak N buah lilit. Ilustrasi dari sebuah trafo digambarkan pada Gambar

Gambar II.2.1.1 Ilustrasi Trafo

Jika kita anggap kumparan 1 adalah sebagai kumparan primer, maka dengan adanya I1, maka di dalam inti besi akan muncul fluks magnetik. Jika fluks magnetik yang muncul pada inti besi adalah berubah-ubah, maka pada kumparan sekunder akan muncul beda potensial. Fluks magnetik yang berubah-ubah ini dapat dibangkitkan jika V1 adalah sumber tegangan AC. Besarnya tegangan pada kumparan primer adalah sebanding dengan rasio jumlah lilit pada kumparan sekunder terhadap primer. Dari Gambar 1 dapat dilihat N1 sebanyak 3 lilit, sedangkan N2 adalah sebanyak 2 lilit, sehingga secara ideal, perbandingan tegangan antara V1 terhadap V2 adalah sebanding dengan N1 terhadap N2.

Dengan mempertimbangkan kesamaan arah fluks magnetik yang dibangkitkan oleh arus kumparan primer serta sekunder, maka dapat diturunkan kesepakatan tentang titik (dot convention) dari kumparan trafo, yang selanjutnya dikenal juga sebagai polaritas kumparan trafo. Penentuan titik pada kumparan primer dan sekunder didasarkan pada aturan tangan kanan. Sebagai contoh, pada Gambar 2 (sebelah kiri), jika arus masuk melalui terminal a, maka arah fluks magnetik yang muncul  dalam inti trafo adalah sama dengan jika arus dimasukan juga melalui terminal d (ingat aturan tangan kanan). Sehingga polaritas pada terminal a adalah sama dengan pada terminal d. Untuk selanjutnya pada terminal a dan d diberi tanda titik.

Polaritas trafo sangat penting untuk diketahui jika kita akan memparalelkan trafo (untuk meningkatkan daya trafo) ataupun men-serikan trafo (untuk meningkatkan tegangan trafo).

Gambar II.2.1.2. Penentuan polaritas trafo.

Gambar 3 berikut adalah contoh dari trafo jenis step-down untuk catu daya aplikasi elektronika.

 

Gambar II.2.1.3. Trafo step-down untuk catu daya aplikasi elektronika.

Berdasarkan pemasangan gulungannya dikenal 2 (dua) macam trafo yaitu:
a). Trafo tanpa center tap (CT)

b). Trafo dengan center tap (CT)

2.  Dioda

Pengertian Dioda adalah jenis komponen pasif yang berfungsi terutama sebagai penyearah. Dioda memiliki dua kutub yaitu kutub anoda dan kutub katoda. Dioda terbuat dari dua bahan atau yang biasa di sebut dengan dioda semi konduktor yaitu bahan tipe-p menjadi sisi anode sedangkan bahan tipe-n menjadi katode.

Pada sambungan dua jenis berlawanan ini akan muncul daerah deplesi yang akan membentuk gaya barier. Gaya barier ini dapat ditembus dengan tegangan + sebesar 0.7 volt yang dinamakan sebagai break down voltage, yaitu tegangan minimum dimana dioda akan bersifat sebagai konduktor/penghantar arus listrik.

Bergantung pada polaritas tegangan yang diberikan kepadanya,pengertian dioda bisa berlaku sebagai sebuah saklar tertutup (apabila bagian anode mendapatkan tegangan positif sedangkan katodenya mendapatkan tegangan negatif) dan berlaku sebagi saklar terbuka (apabila bagian anode mendapatkan tegangan negatif sedangkan katode mendapatkan tegangan positif).

Gambar II.2.2.1 Anoda dan Katoda pada dioda

Jenis-jenis dioda ada berbagai macam yaitu dioda silikon, dioda zener dan dioda bridge. Jenis dioda silikon banyak di gunakan pada peralatan catu daya sebagai penyearah arus dan pengaman tegangan kejut. Jenis dioda zener di gunakan untuk membatasi atau mengatur tegangan. Sedangkan jenis dioda bridge banyak di gunakan pada rangkaian catu daya sebagai penyearah gelombang penuh (full wave rectifier).

Secara umum semua dioda memiliki konstruksi dan prinsip kerja yang sama. Macam-macam dioda pada dasarnya terbentuk oleh sambungan PN yang secara fisik dioda dikenali melalui nama elektrodanya yang khas yaitu, anode dan katode.

Walaupun pengertian dioda kristal (semikonduktor) dipopulerkan sebelum dioda termionik, dioda termionik dan dioda kristal dikembangkan secara terpisah pada waktu yang bersamaan. Prinsip kerja dari dioda termionik ditemukan olehFrederick Guthrie pada tahun 1873 Sedangkan prinsip kerja dioda kristal ditemukan pada tahun 1874 oleh peneliti Jerman, Karl Ferdinand Braun.

Dalam pemasangannya pengertian dioda harus terpasang dengan benar, tidak boleh terbalik. Secara fisik kaki katoda ( K ) adalah kaki yang dekat dengan tanda gelang yang terdapat pada body-nya. Untuk mengetahui sebuah pengertian dioda masih bagus atau sudah rusak adalah dengan menggunakan AVO Meter.
Fungsi Dioda dalam komponen elektronika adalah sebagai, penyerah arus, sebagai catu daya, sebagai penyaring atau pendeteksi dan untuk stabilisator tegangan. Dioda adalah komponen aktif yang memiliki dua terminal yang melewatkan arus listrik hanya satu arah.

Dioda memiliki dua elektroda aktif dimana isyarat listrik dapat mengalir, dan kebanyakan diode digunakan karena karakteristik satu arah yang dimilikinya. Dioda varikap (VARIable CAPacitor/kondensator variabel) digunakan sebagai kondensator terkendali tegangan.

Dalam dunia otomotif, fungsi dioda sangat di perlukan pada sistem pengisian alternatol/dinamo isi dimana tegangan AC yang di bangkitkan oleh alternator di searahkan menjadi tegangan DC oleh dioda sebagai sumber suplay tegangan ke beban serta sebagai charger accu/aki dengan 12 volt melalui IC regulator alternator.

Gambar II.2.2.2 Jenis –jenis Dioda

Jenis dioda juga bermacam-macam, seperti Dioda silicon, Dioda germanium, Dioda zener dan LED (Light Emitting Dioda). Fungsi dioda ini sangat berlainan, karena memiliki perbedaan pada aspek fisik baik ukuran geometrik, tingkat pengotoran, jenis elektrode ataupun jenis pertemuan.

Selain sebagai penyerah arus, fungsi dioda juga bisa di gunakan sebagai detector yaitu untuk mendeteksi sinyal-sinyal kecil. Dioda zener dipakai sebagai stabilisator tegangan catu daya sedangkan dioda LED (Light Emitting Dioda) yaitu dioda yang dapat memancarkan cahaya biasanya dipakai sebagai lampu control.

Sebagian besar jenis dioda seringkali disebut karakteristik menyearahkan. Fungsi dioda paling umum adalah untuk memperbolehkan arus listrik mengalir dalam suatu arah (disebut kondisi panjar maju) dan untuk menahan arus dari arah sebaliknya (disebut kondisi panjar mundur). Itu sebabnya, dioda dapat dianggap sebagai versi elektronik dari katup pada transmisi cairan.

Karakteristik dioda atau kurva I–V, berhubungan langsung dengan perpindahan dari pembawa melalui yang dinamakan lapisan penipisan atau daerah pemiskinan yang terdapat pada pertemuan p-n di antara semikonduktor.

Pada diode p-n, arus mengalir dari sisi tipe-p (anode) menuju sisi tipe-n (katode), tetapi tidak mengalir dalam arah sebaliknya. Itu lah yang dinamakan Dioda semikonduktor. Tipe lain dari diode semikonduktor adalah diode Schottky yang dibentuk dari pertemuan antara logam dan semikonduktor.

 Dioda Rectifier (Penyearah)

Peranan rectifier dalam rangkaian catu daya adalah untuk mengubah tegangan listrik AC yang berasal dari trafo step- down atau trafo adaptor menjadi tegangan listrik arus searah DC.

a). Penyearah Setengah Gelombang

Dalam komponen elektronika penyearah setengah gelombang disebut juga Half Wave Rectifier.

b).Penyearah Gelombang Penuh

Dalam komponen elektronika penyearah gelombang penuh disebut juga Full Wave Rectifier.

3.  Filter (Penyaring)

Penyaring atau filter merupakan bagian yang terdiri dari kapasitor yang berfungsi sebagai penyaring atau meratakan tegangan listrik yang berasal dari rectifier. Selain menggunakan filter juga menggunakan resistor sebagai tahanan.

4.  Stabilizer dan Regulator

Stabilizer dan regulator adalah bagian yang terdiri dari komponen dioda zener, transistor, komponen IC atau kombinasi dari ketiga komponen tersebut. Komponen ini berfungsi sebagai penstabil dan pengatur tegangan (regulator) yang berasal dari rangkaian penyaring.

5.  Komponen IC

Integrated Circuit (IC) adalah suatu komponen elektronik yang dibuat dari bahan semi conductor, dimana IC merupakan gabungan dari beberapa komponen seperti Resistor, Kapasitor, Dioda dan Transistor yang telah terintegrasi menjadi sebuah rangkaian berbentuk chip kecil, IC digunakan untuk beberapa keperluan pembuatan peralatan elektronik agar mudah dirangkai menjadi peralatan yang berukuran relatif kecil.

Keunggulan IC (Advantages)

IC telah digunakan secara luas diberbagai bidang, salah satunya dibidang industri Dirgantara, dimana rangkaian kontrol elektroniknya akan semakin ringkas dan kecil sehingga dapat mengurangi berat Satelit, Misil dan jenis-jenis pesawat ruang angkasa lainnya. Desain komputer yang sangat kompleks dapat dipermudah, sehingga banyaknya komponen dapat dikurangi dan ukuran motherboardnya dapat diperkecil. Contoh lain misalnya IC digunakan di dalam mesin penghitung elektronik(kalkulator), juga telepon seluler(ponsel) yang bentuknya relatif kecil.

Di era teknologi canggih saat ini, peralatan elektronik dituntut agar mempunyai ukuran dan beratnya seringan dan sekecil mungkin, dan hal itu dapat dimungkinkan dengan penggunaannya IC.

Selain ukuran dan berat IC yang kecil dan ringan, IC juga memberikan keuntungan lain yaitu bila dibandingkan dengan sirkit-sirkit keonvensional yang banyak menggunakan komponen, IC dengan sirkit yang relatif kecil hanya mengkonsumsi sedikit sumber tenaga dan tidak menimbulkan panas berlebih sehingga tidak membutuhkan pendinginan (cooling system).

Kelemahan-kelemahan IC (Disanvantages)

Pada uraian sebelumnya nampak seolah-olah IC begitu sempurna dibanding komponen elektronik konvensional, padalah tak ada sesuatu komponen yang tidak memiliki kelemahan.

Kelemahan IC antara lain adalah keterbatasannya di dalam menghadapi kelebihan arus listrik yang besar, dimana arus listrik berlebihan dapat menimbulkan panas di dalam komponen, sehingga komponen yang kecil seperti IC akan mudah rusak jika timbul panas yang berlebihan.

Demikian pula keterbatasan IC dalam menghadapi tegangan yang besar, dimana tegangan yang besar dapat merusak lapisan isolator antar komponen di dalam IC Contoh kerusakan misalnya, terjadi hubungan singkat antara komponen satu dengan lainnya di dalam IC, bila hal ini terjadi, maka IC dapat rusak dan menjadi tidak berguna.

                                                          

Gambar II.2.5.1 IC 337                                    Gambar II.2.5.2. IC 317

                                                

Gambar II.2.5.3 IC 7905                                 Gambar II.2.5.4 IC 7805

                                    

Gambar II.2.5.5 IC 7912                                  Gambar II.2.5.6 IC 7812

Selain komponen utama dalam pembuatan rangkaian catu daya juga menggunakan berbagai komponen pendukung lainnya seperti sakelar, sekering, lampu indicator, voltmeter, multimeter, PCB ( Printed Circuit Board) dan berbagai komponen pendukung lainnya.

BAB III

PERANCANGAN ALAT

Dalam pembuatan catu daya kali ini, kita harus melewati langkah - langkah yang tidak bisa dilewati. Catu daya yang dirancang kali ini ditentukan outputnya yaitu +5 volt, -5 volt, +12 volt, -12 volt, dan variabel.

III.1 Komponen Alat dan Bahan

Sebelum  masuk kelangkah-langkah pembuatan catu daya,perlu disiapkan alat, bahan dan komponen yang diperlukan sebagai berikut:

1. Solder
2. Timah secukupnya
3. Bor
4. Papan PCB
5. Travo 3 Ampere
6. Dioda Bridge
7. Capasitor Polar 10uF/16V
8. IC
9. Resistor
10. LED warna merah dan hijau
11. Sekring 1 Ampere + soket
12. Kabel AC
13. Binding Post
14. Transistor
15. Sakelar
16. Spidol FM

III.2 Langkah-langkah Pembuatan Catu Daya

Setelah komponen tersebut ada, kita akan mulai merangkai rangkaian Catu Daya tersebut. Kemudian akan diperlukan gambar susunan rangkaian Catu Daya ini. Berikut adalah contoh gambar susunan rangkaian Catu Daya.

Gambar III.2.1 Susunan Rangkaian Catu Daya

Setelah memperoleh gambar rangkaian ini rangkailah komponen sesuai dengan rangkaian diatas. Dalam merangkai rangkaian ini ada beberapa hal yang harus diperhatikan.

Pertama dalam memasang dioda (gunakan dioda brige 4 Ampere) dioda ini memiliki 4 buah kaki yang berisi simbul +, -, dan 2 buah simbol ~.1 kaki yang berisi gambar ~ dihubungkan dengan travo yang berisi angka 12V, dan kaki yang bergambar ~ yang lainnya dihubungkan dengan travo yang berisi tanda 0. Kemudian kaki dioda yang bergambar + dihubungkan dengan kaki + capasitor, dan kaki dioda yang berisi gambar -, dihubungkan dengan kaki – kapasitor.

Kemudian kaki + capasitor dihubungkan dengan kaki input dari IC 7805 (IC ini berisi 3 kaki, untuk lebih jelasnya lihat data Sheet yang disediakan di akhir pembahasan ini), dan kaki – kapasitor dihubungkan dengan kaki Ground/- dari IC 7805.

Setelah itu kaki ke tiga dari IC 7805  yang merupakan kaki keluaran yang harus di hubungkan dengan kaki + kapasitor yang ke 2, dan Ground dari IC 7805 dihubungkan dengan kaki – dari kapasitor ke 2.

Kemudian pada kaki + pada kapasitor ke 2 dipasangkan kabel yang berisi jepit buaya warna merah, dan pada kaki – kapasitor ke 2 dipasangkan kaber yang berisi jepit buaya warna hitam.

Dan yang terakhir adalah memasang  kabel  AC yang sudah berisi sekring pada travo. Cara pemasangannya sangat mudah yaitu memasangkan salah satu bagian kabel AC ke travo yang berisi tanda 220V dan bagian lain dari kabel AC dipasangkan pada travo yang bertandakan 0 di sebelah tanda 220V.

III.3 Prinsip Kerja Catu Daya

Perangkat elektronika mestinya dicatu oleh suplai arus searah DC (direct current) yang stabil agar dapat bekerja dengan baik. Baterai atau accu adalah sumber catu daya DC yang paling baik. Namun untuk aplikasi yang membutuhkan catu daya lebih besar, sumber dari baterai tidak cukup. Sumber catu daya yang besar adalah sumber bolak-balik AC (alternating current) dari pembangkit tenaga listrik. Untuk itu diperlukan suatu perangkat catu daya yang dapat mengubah arus AC menjadi DC. Pada tulisan kali ini disajikan prinsip rangkaian catu daya (power supply) linier mulai dari rangkaian penyearah yang paling sederhana sampai pada catu daya yang ter-regulasi.

BAB IV

ANALISIS DAN PEMBAHASAN

Perangkat elektronika mestinya dicatu oleh suplai arus searah DC (direct current) yang stabil agar dapat bekerja dengan baik. Baterai atau accu adalah sumber catu daya DC yang paling baik. Namun untuk aplikasi yang membutuhkan catu daya lebih besar, sumber dari baterai tidak cukup. Sumber catu daya yang besar adalah sumber bolak-balik AC (alternating current) dari pembangkit tenaga listrik. Untuk itu diperlukan suatu perangkat catu daya yang dapat mengubah arus AC menjadi DC. Prinsip rangkaian catu daya (power supply) linier mulai dari rangkaian penyearah yang paling sederhana sampai pada catu daya yang ter-regulasi.

IV.1.  Penyearah (Rectifier)

Prinsip penyearah (rectifier) yang paling sederhana ditunjukkan pada gambar-1 berikut ini. Transformator (T1) diperlukan untuk menurunkan tegangan AC dari jala-jala listrik pada kumparan primernya menjadi tegangan AC yang lebih kecil pada kumparan sekundernya.

Gambar IV.1.1 Rangkaian penyearah sederhana

Pada rangkaian ini, dioda (D1) berperan hanya untuk merubah dari arus AC menjadi DC dan meneruskan tegangan positif ke beban R1. Ini yang disebut dengan penyearah setengah gelombang (half wave). Untuk mendapatkan penyearah gelombang penuh (full wave) diperlukan transformator dengan center tap (CT) seperti pada gambar-2.

Gambar IV.1.2 Rangkaian penyearah gelombang penuh

Tegangan positif phasa yang pertama diteruskan oleh D1 sedangkan phasa yang berikutnya dilewatkan melalui D2 ke beban R1 dengan CT transformator sebagai common ground.. Dengan demikian beban R1 mendapat suplai tegangan gelombang penuh seperti gambar di atas. Untuk beberapa aplikasi seperti misalnya untuk men-catu motor dc yang kecil atau lampu pijar dc, bentuk tegangan seperti ini sudah cukup memadai. Walaupun terlihat di sini tegangan ripple dari kedua rangkaian di atas masih sangat besar.

Gambar IV.1.3 Rangkaian penyearah setengah gelombang dengan filter C

Gambar 3 adalah rangkaian penyearah setengah gelombang dengan filter kapasitor C yang paralel terhadap beban R. Ternyata dengan filter ini bentuk gelombang tegangan keluarnya bisa menjadi rata. Gambar-4 menunjukkan bentuk keluaran tegangan DC dari rangkaian penyearah setengah gelombang dengan filter kapasitor. Garis b-c kira-kira adalah garis lurus dengan kemiringan tertentu, dimana pada keadaan ini arus untuk beban R1 dicatu oleh tegangan kapasitor. Sebenarnya garis b-c bukanlah garis lurus tetapi eksponensial sesuai dengan sifat pengosongan kapasitor.

Gambar IV.1.3 Bentuk gelombang dengan filter kapasitor

Kemiringan kurva b-c tergantung dari besar arus (I) yang mengalir ke beban R. Jika arus I = 0 (tidak ada beban) maka kurva b-c akan membentuk garis horizontal. Namun jika beban arus semakin besar, kemiringan kurva b-c akan semakin tajam. Tegangan yang keluar akan berbentuk gigi gergaji dengan tegangan ripple yang besarnya adalah :

V_r = V_M -V_L ………. (1)

dan tegangan dc ke beban adalah V_dc = V_M + V_r/2 ….. (2)

Rangkaian penyearah yang baik adalah rangkaian yang memiliki tegangan ripple paling kecil. V_L adalah tegangan discharge atau pengosongan kapasitor C, sehingga dapat ditulis :

V_L = V_M e ^-T/RC ………. (3)

Jika persamaan (3) disubsitusi ke rumus (1), maka diperoleh :

V_r = V_M (1 – e ^-T/RC) …… (4)

Jika T << RC, dapat ditulis : e ^-T/RC » 1 – T/RC ….. (5)

sehingga jika ini disubsitusi ke rumus (4) dapat diperoleh persamaan yang lebih sederhana :

V_r = V_M(T/RC) …. (6)

V_M/R tidak lain adalah beban I, sehingga dengan ini terlihat hubungan antara beban arus I dan nilai kapasitor C terhadap tegangan ripple V_r. Perhitungan ini efektif untuk mendapatkan nilai tengangan ripple yang diinginkan.

V_r = I T/C … (7)

Rumus ini mengatakan, jika arus beban I semakin besar, maka tegangan ripple akan semakin besar. Sebaliknya jika kapasitansi C semakin besar, tegangan ripple akan semakin kecil. Untuk penyederhanaan biasanya dianggap T=Tp, yaitu periode satu gelombang sinus dari jala-jala listrik yang frekuensinya 50Hz atau 60Hz. Jika frekuensi jala-jala listrik 50Hz, maka T = Tp = 1/f = 1/50 = 0.02 det. Ini berlaku untuk penyearah setengah gelombang. Untuk penyearah gelombang penuh, tentu saja fekuensi gelombangnya dua kali lipat, sehingga T = 1/2 Tp = 0.01 det.

Penyearah gelombang penuh dengan filter C dapat dibuat dengan menambahkan kapasitor pada rangkaian gambar 2. Bisa juga dengan menggunakan transformator yang tanpa CT, tetapi dengan merangkai 4 dioda seperti pada gambar-5 berikut

Gambar IV.1.4 Rangkaian penyearah gelombang penuh dengan kapasitor C

Sebagai contoh, anda mendisain rangkaian penyearah gelombang penuh dari catu jala-jala listrik 220V/50Hz untuk mensuplai beban sebesar 0.5 A. Berapa nilai kapasitor yang diperlukan sehingga rangkaian ini memiliki tegangan ripple yang tidak lebih dari 0.75 Vpp. Jika rumus (7) dibolak-balik maka diperoleh.

C = I.T/V_r = (0.5) (0.01)/0.75 = 6600 uF.

Untuk kapasitor yang sebesar ini banyak tersedia tipe elco yang memiliki polaritas dan tegangan kerja maksimum tertentu. Tegangan kerja kapasitor yang digunakan harus lebih besar dari tegangan keluaran catu daya. Anda barangkalai sekarang paham mengapa rangkaian audio yang anda buat mendengung, coba periksa kembali rangkaian penyearah catu daya yang anda buat, apakah tegangan ripple ini cukup mengganggu. Jika dipasaran tidak tersedia kapasitor yang demikian besar, tentu bisa dengan memparalel dua atau tiga buah kapasitor.

IV.2  Voltage Regulator

Rangkaian penyearah sudah cukup bagus jika tegangan ripple-nya kecil, namun ada masalah stabilitas. Jika tegangan PLN naik/turun, maka tegangan outputnya juga akan naik/turun. Seperti rangkaian penyearah di atas, jika arus semakin besar ternyata tegangan dc keluarnya juga ikut turun. Untuk beberapa aplikasi perubahan tegangan ini cukup mengganggu, sehingga diperlukan komponen aktif yang dapat meregulasi tegangan keluaran ini menjadi stabil.

Regulator Voltage berfungsi sebagai filter tegangan agar sesuai dengan keinginan. Oleh karena itu biasanya dalam rangkaian power supply maka IC Regulator tegangan ini selalu dipakai untuk stabilnya outputan tegangan.

Berikut susunan kaki IC regulator tersebut.

Gambar IV.2.1 Susunan kaki IC regulator

Misalnya 7805 adalah regulator untuk mendapat tegangan +5 volt, 7812 regulator tegangan +12 volt dan seterusnya. Sedangkan seri 79XX misalnya adalah 7905 dan 7912 yang berturut-turut adalah regulator tegangan -5 dan -12 volt.

Selain dari regulator tegangan tetap ada juga IC regulator yang tegangannya dapat diatur. Prinsipnya sama dengan regulator OP-amp yang dikemas dalam satu IC misalnya LM317 untuk regulator variable positif dan LM337 untuk regulator variable negatif. Bedanya resistor R1 dan R2 ada di luar IC, sehingga tegangan keluaran dapat diatur melalui resistor eksternal tersebut.

Rangkaian regulator yang paling sederhana ditunjukkan pada gambar 6. Pada rangkaian ini, zener bekerja pada daerah breakdown, sehingga menghasilkan tegangan output yang sama dengan tegangan zener atau Vout = Vz. Namun rangkaian ini hanya bermanfaat jika arus beban tidak lebih dari 50mA.

Gambar IV.2.2 Regulator zener

Prinsip rangkaian catu daya yang seperti ini disebut shunt regulator, salah satu ciri khasnya adalah komponen regulator yang paralel dengan beban. Ciri lain dari shunt regulator adalah, rentan terhadap short-circuit. Perhatikan jika Vout terhubung singkat (short-circuit) maka arusnya tetap I = Vin/R1. Disamping regulator shunt, ada juga yang disebut dengan regulator seri. Prinsip utama regulator seri seperti rangkaian pada gambar 7 berikut ini. Pada rangkaian ini tegangan keluarannya adalah :

V_out = V_Z + V_BE ……….. (8)

V_BE adalah tegangan base-emitor dari transistor Q1 yang besarnya antara 0.2 – 0.7 volt tergantung dari jenis transistor yang digunakan. Dengan mengabaikan arus I_B yang mengalir pada base transistor, dapat dihitung besar tahanan R2 yang diperlukan adalah :

R2 = (V_in – V_z)/I_z ………(9)

I_z adalah arus minimum yang diperlukan oleh dioda zener untuk mencapai tegangan breakdown zener tersebut. Besar arus ini dapat diketahui dari datasheet yang besarnya lebih kurang 20 mA.

Gambar IV.2.3 Regulator zener follower

Jika diperlukan catu arus yang lebih besar, tentu perhitungan arus base I_B pada rangkaian di atas tidak bisa diabaikan lagi. Dimana seperti yang diketahui, besar arus IC akan berbanding lurus terhadap arus IB atau dirumskan dengan I_C = bI_B. Untuk keperluan itu, transistor Q1 yang dipakai bisa diganti dengan tansistor darlington yang biasanya memiliki nilai b yang cukup besar. Dengan transistor darlington, arus base yang kecil bisa menghasilkan arus IC yang lebih besar.

Teknik regulasi yang lebih baik lagi adalah dengan menggunakan Op-Amp untuk men-drive transistor Q, seperti pada rangkaian gambar 8. Dioda zener disini tidak langsung memberi umpan ke transistor Q, melainkan sebagai tegangan referensi bagi Op-Amp IC1. Umpan balik pada pin negatif Op-amp adalah cuplikan dari tegangan keluar regulator, yaitu :

V_in(-) = (R2/(R1+R2)) V_out ……. (10)

Jika tegangan keluar V_out menaik, maka tegangan V_in(-) juga akan menaik sampai tegangan ini sama dengan tegangan referensi Vz. Demikian sebaliknya jika tegangan keluar V_out menurun, misalnya karena suplai arus ke beban meningkat, Op-amp akan menjaga kestabilan di titik referensi V_z dengan memberi arus IB ke transistor Q1. Sehingga pada setiap saat Op-amp menjaga kestabilan :

V_in(-) = V_z ……… (11)

Gambar IV.2.4 Regulator dengan Op-amp

Dengan mengabaikan tegangan V_BE transistor Q1 dan mensubsitusi rumus (11) ke dalam rumus (10) maka diperoleh hubungan matematis :

V_out = ( (R1+R2)/R2) V_z……….. (12)

Pada rangkaian ini tegangan output dapat diatur dengan mengatur besar R1 dan R2. Sekarang mestinya tidak perlu susah payah lagi mencari op-amp, transistor dan komponen lainnya untuk merealisasikan rangkaian regulator seperti di atas. Karena rangkaian semacam ini sudah dikemas menjadi satu IC regulator tegangan tetap. Saat ini sudah banyak dikenal komponen seri 78XX sebagai regulator tegangan tetap positif dan seri 79XX yang merupakan regulator untuk tegangan tetap negatif. Bahkan komponen ini biasanya sudah dilengkapi dengan pembatas arus (current limiter) dan juga pembatas suhu (thermal shutdown). Komponen ini hanya tiga pin dan dengan menambah beberapa komponen saja sudah dapat menjadi rangkaian catu daya yang ter-regulasi dengan baik.

Gambar 1V.2.5 Regulator dengan IC 78XX / 79XX

Hanya saja perlu diketahui supaya rangkaian regulator dengan IC tersebut bisa bekerja, tengangan input harus lebih besar dari tegangan output regulatornya. Biasanya perbedaan tegangan V_in terhadap V_out yang direkomendasikan ada di dalam datasheet komponen tersebut. Pemakaian heatshink (aluminium pendingin) dianjurkan jika komponen ini dipakai untuk men-catu arus yang besar. Di dalam datasheet, komponen seperti ini maksimum bisa dilewati arus mencapai 1 A.

IV.3 Blok Diagram

Catu daya memiliki blok diagram yang tidak begitu rumit.Seperti pada gambar tersebut:

Gambar IV.3.1 Blok diagram catu daya

Gambar IV.3.2 Blok Diagram alur catu daya

BAB V

PENUTUP

V.1 Kesimpulan

Kesimpulan yang dibuat yaitu berdasarkan tujuan dari penulisan laporan akhir ini. Kesimpulan yang kami dapat dari laporan akhir ini adalah sebagai berikut.

1.      Praktikan dapat mengetahui kegunaan catu daya.

2.      Praktikan dapat mengetahui kegunaan dari komponen-komponen dalam catu daya

3.      Praktikan dapat menentukan tegangan keluaran dari catu daya.

4.      Praktikan dapat mengetahui kelebihan dan kekurangan catu daya yang telah dibuat

5.      Praktikan dapat mengetahui perbandingan antara hasil teori dengan hasil praktikum.

V.2 Saran

Saran yang diberikan bertujuan sebagai bahan acuan pada praktikum selanjutnya. Beberapa saran yang bermanfaat tersebut dalah sebagai berikut:

1.      Pada pelaksanaan praktikum diharapkan pembimbing atau asisten dapat memberikan cara kerja alat dengan baik terhadap praktikan.

2.      Diharapkan juga peralatan yang menunjang pada saat praktikum lengkap.

3.      Diharapkan kepada para praktikan agar lebih berhati-hati lagi dalam melakukan praktikum pembuatan catu daya ini agar tidak ada kecerobohan yg menyebabkan kerugian.

DAFTAR PUSTAKA

http://goscience-go.blogspot.com/2011/12/cara-membuat-catu-daya.html

http://aang-la.blogspot.com/2010/05/cara-membuat-catu-daya.html

http://duniaelektronika.blogspot.com/2007/09/catu-daya.html

http://mia-andilolo.blogspot.com/2011/10/catu-daya.html

http://www.undiksha.ac.id/e-learning/staff/dsnmateri/4/2-240.pdf

http://wongwara.blogspot.com/2012/04/makalah-elektro.html

 www.forumsains.com › ... › Ilmu Teknik › Teknik Elektro‎

110.138.206.53/bahan-ajar/modul_online/fisika/CATUDAYA