POWER SUPPLY

Gambar 1 : Rangkaian Penyearah Sederhana

Gambar 2 : Rangkaian Penyearah Gelombang Penuh

Gambar 3 : Rangkaian Penyearah Setengah Gelombang Dengah Filter C



Gambar 4 : Bentuk Gelombang Dengan Filter Kapasitor




Gambar 5 : Rangkaian Penyearah Gelombang Penuh Dengan Filter C

Prinsip Kerja Catu Daya Linear

Perangkat Elektronika mestinya dicatu oleh Suplai Arus Searah DC (Direct Current) yang stabil agar dapat digunakan 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.

PENYEARAH (RECTIFIER)

Prinsip penyearah (rectifier) yang paling sederhana ditunjukkan pada gambar-1 .Transformator diperlukan untuk menurunkan tegangan AC dari jala-jala listrik pada kumparan primernya menjadi tegangan AC yang lebih kecil pada kumparan sekundernya.
( Gambar 1 : Rangkaian Penyearah Sederhana )
Pada rangkaian ini, dioda berperan untuk hanya meneruskan tegangan positif ke beban RL. 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 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 3 : Rangkaian Penyearah Setengah Gelombang Dengah 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.

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.

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. seIni 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 .
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.

C = I.T/Vr = (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.

Gb. Rangkaian Power Supply Menggunakan IC Regulator 78xx

Gb. Rangkaian Power Supply Menggunakan IC LM 723

Gb. Rangkaian Power Supply Simetris Positif - Ground - Negatif

LED

LED (Light Emitting diode) merupakan komponen yang dapat mengeluarkan emisi cahaya. LED merupakan produk temuan lain setelah dioda. Strukturnya juga sama dengan dioda, tetapi belakangan ditemukan bahwa elektron yang menerjang sambungan P-N juga melepaskan energi berupa energi panas dan energi cahaya. LED dibuat agar lebih efisien jika mengeluarkan cahaya. Untuk mendapatkan emisi cahaya pada semikonduktor, doping yang pakai adalah galium, arsenic dan phosporus. Jenis doping yang berbeda menghasilkan warna cahaya yang berbeda pula.
Pada saat ini warna-warna cahaya LED yang banyak ada adalah warna merah, kuning dan hijau.LED berwarna biru sangat langka. Pada dasarnya semua warna bisa dihasilkan, namun akan menjadi sangat mahal dan tidak efisien. Dalam memilih LED selain warna, perlu diperhatikan tegangan kerja, arus maksimum dan disipasi dayanya.

Bila LED diberi Tegangan Arah Maju, maka akan terjadi perpindahan elektron dari Ujung Katoda Menuju Ujung Anoda. Diantara Anoda & Katoda ini terdapat suatu ruang yang Sempit, Sehingga elektron harus Melompat untuk melewatinya. Dari loncatan inilah akan timbul Pancaran Cahaya yang sebanding dengan jumlah elektron yang meloncat.

RESISTOR

Tabel 1. Kode Warna Resistor

Pada dasarnya semua bahan memiliki sifat resistif namun beberapa bahan seperti tembaga, perak, emas dan bahan metal umumnya memiliki resistansi yang sangat kecil. Bahan-bahan tersebut menghantar arus listrik dengan baik, sehingga dinamakan Konduktor. Kebalikan dari bahan yang konduktif, bahan material seperti karet, gelas, karbon memiliki resistansi yang lebih besar menahan aliran elektron dan disebut sebagai Insulator.
Resistor adalah komponen dasar elektronika yang digunakan untuk membatasi jumlah arus yang mengalir dalam satu rangkaian. Sesuai dengan namanya resistor bersifat Resistif dan umumnya terbuat dari Bahan Karbon . Dari hukum Ohm diketahui, Resistansi berbanding terbalik dengan jumlah arus yang mengalir melaluinya. Satuan resistansi dari suatu resistor disebut Ohm atau dilambangkan dengan simbol Ω (Omega).

Tipe resistor yang umum adalah berbentuk tabung dengan dua kaki tembaga di kiri dan kanan. Pada badannya terdapat lingkaran membentuk gelang kode warna untuk memudahkan pemakai mengenali besar resistansi tanpa mengukur besarnya dengan Ohmmeter. Kode warna tersebut adalah standar manufaktur yang dikeluarkan oleh EIA (Electronic Industries Association) seperti yang ditunjukkan pada tabel di Atas. Waktu penulis masuk pendaftaran kuliah elektro, ada satu test yang harus dipenuhi yaitu diharuskan tidak buta warna. Belakangan baru diketahui bahwa mahasiswa elektro wajib untuk bisa membaca warna gelang resistor (barangkali).

PEMBACAAN GELANG RESISTOR

Resistansi dibaca dari warna gelang yang paling depan ke arah gelang toleransi berwarna coklat, merah, emas atau perak. Biasanya warna gelang toleransi ini berada pada badan resistor yang paling pojok atau juga dengan lebar yang lebih menonjol, sedangkan warna gelang yang pertama agak sedikit ke dalam. Dengan demikian pemakai sudah langsung mengetahui berapa toleransi dari resistor tersebut. Kalau anda telah bisa menentukan mana gelang yang pertama selanjutnya adalah membaca nilai resistansinya.
Jumlah gelang yang melingkar pada resistor umumnya sesuai dengan besar toleransinya. Biasanya resistor dengan Toleransi 5%, 10% atau 20% memiliki 3 gelang (tidak termasuk gelang toleransi). Tetapi resistor dengan Toleransi 1% atau 2% (toleransi kecil) memiliki 4 gelang (tidak termasuk gelang toleransi). Gelang pertama dan seterusnya berturut-turut menunjukkan besar nilai satuan, dan gelang terakhir adalah faktor pengalinya.
Misalnya Resistor dengan gelang kuning, violet, merah dan emas. Gelang berwarna emas adalah gelang toleransi. Dengan demikian urutan warna gelang resitor ini adalah, gelang pertama berwarna kuning, gelang kedua berwana violet dan gelang ke tiga berwarna merah. Gelang ke empat tentu saja yang berwarna emas dan ini adalah gelang toleransi. Dari tabel-1 diketahui jika gelang toleransi berwarna emas, berarti resitor ini memiliki toleransi 5%. Nilai resistansisnya dihitung sesuai dengan urutan warnanya. Pertama yang dilakukan adalah menentukan nilai satuan dari resistor ini. Karena resitor ini resistor 5% (yang biasanya memiliki tiga gelang selain gelang toleransi), maka nilai satuannya ditentukan oleh gelang pertama dan gelang kedua. Masih dari tabel-1 diketahui gelang kuning nilainya = 4 dan gelang violet nilainya = 7. Jadi gelang pertama dan kedua atau kuning dan violet berurutan, nilai satuannya adalah 47. Gelang ketiga adalah faktor pengali, dan jika warna gelangnya merah berarti faktor pengalinya adalah 100. Sehingga dengan ini diketahui nilai resistansi resistor tersebut adalah nilai satuan x faktor pengali atau 47 x 100 = 4.7K Ohm dan toleransinya adalah 5%.
Spesifikasi lain yang perlu diperhatikan dalam memilih resitor pada suatu rancangan selain Besar Resistansi adalah Besar Watt-nya. Karena resistor bekerja dengan dialiri arus listrik, maka akan terjadi disipasi daya berupa panas sebesar W=I2R watt. Semakin besar ukuran fisik suatu resistor bisa menunjukkan semakin besar kemampuan disipasi daya resistor tersebut. Umumnya di pasar tersedia ukuran 1/8, 1/4, 1, 2, 5, 10 dan 20 watt. Resistor yang memiliki disipasi daya 5, 10 dan 20 watt umumnya berbentuk Kubik memanjang persegi empat berwarna putih, namun ada juga yang berbentuk silinder. Tetapi biasanya untuk resistor ukuran jumbo ini nilai resistansi dicetak langsung dibadannya, misalnya 100W5W.

Gambar dibawah ini merupakan Rangkaian Pembagi Tegangan Beserta Dengan Rumus-Rumusnya Untuk Mencari V1 & V2. Sebenarnya Gambar Ini Juga Merupakan Rangkaian Seri Untuk Resistor.

KAMUS

KELISTRIKAN

AC → Alternating Current / Sumber Arus / Tegangan Bolak – Balik. ( ~ )
DC → Direct current / Sumber Arus / Tegangan Searah.
Akselerator → Alat Pemercepat Muatan Listrik.
Alternator → Dinamo Yg Menghasilkan Arus Bolak – Balik.
1 Ampere → Besarnya Kuat Arus Listrik Jika Pd Suatu Kawat Konduktor Dilalui Muatan Listrik Sebesar 1 Coulomb.
Anker → Alur Pada Silinder Besi Yg Merupakan Tempat Kumparan Pada Motor Listrik.
Arus Bolak – Balik → Arus Listrik Yg Arahnya Selalu Berubah Secara Periodik ( Berkala / Tetap )
Arus Searah → Arus Listrik Yg Arahnya Selalu Tetap.
Arus Eddy ( Arus Pusar ) → Arus Yg Timbul Dlm Suatu Logam Penghantar Yg Bergerak Dlm Medan Magnet.
Arus Listrik → Dianggap Sbg Aliran Muatan Positif Yg Bergerak Dr Potensial Tinggi Ke Potensial Rendah.Hal ini Mrpkn Anggapan Saja,Karena Yg Dpt Bergrk Dgn Bebas Adalah Muatan Negatif ( Elektron ) Sdgkan Muatan Positif ( Proton ) Tidak Dpt Bergrk.
Frekuensi Audio → Frekuensi Daerah Pendengaran Manusia ( 20 Hz – 20 KHz )
Beda Fase → Selisih Fase Antara Arus & Tegangan Pd Rangkaian Listrik AC.
( Selisih Fase Antara Dua Titik Yg Bergetar Harmonis ).
Beda Potensial → Selisih Tegangan Antara Ujung – Ujung Penghantar Yg Dialiri Arus Listrik.
Buzzer → Suatu Alat Penggetar Yg Menggunakan Arus Listrik,Menghslkan Suara Menderu Yg Terus – Menerus ( Alat Penderu / Sirine ).
Cahaya → Gelombang Elektromagnet Yg Merambat Tanpa Medium & Mempunyai Frekuensi Antara ( 4 x 1014 – 7,5 x 1014 Hz )
Cincin Belah / Komutator → Cincin Pd Dinamo Yg Berfungsi Sbg Penyearah Arus.
Daya Kuda → Satuan Daya Yg Disetarakan Dg Kekuatan Kuda,Biasanya Utk Mesin Yg Mempunyai Daya Besar.
Diamagnetic → Bahan Yg Tidak Dpt Dipengaruhi Magnet ( Bismut, Tembaga, Emas & Perak )
Ferromagnetic → Bahan Yg Sangat Kuat Dipengaruhi Magnet, Bahan Yg Biasanya Sbg Sumber Magnet Permanen ( Besi, Baja, Besi Silikon )
Dynamo / Generator → Pembangkit Tenaga Listrik / Alat Pengubah Energi Gerak Menjadi Energi Listrik.
Elektrokimia → Ilmu Yg Membahas Aksi Antara Sifat – Sifat Listrik Dg Reaksi Kimia.
Elektrolisis → Peruraian Ion – Ion Elektrolit Dg Energi Listrik.
Electromagnet → ( Magnet Listrik ) Magnet Yg Terjadi Akibat Arus Listrik.
Induksi / Imbas Elektromagnet → Gejala Terjadinya Arus Listrik Akibat Perubahan Medan Magnet. Arus Yg Terjadi Disebut Arus Induksi / Imbas.
Elemen Pemanas → Bagian Dr Alat Pemanas Listrik Yg Biasanya Terbuat Dr Kawat Halus / Pita Kecil ( Nikelin, Konstantan & Nikrom ) Yg Dililitkan.
Energi Potensial Listrik → Usaha Utk Memindahkan Muatan Listrik Dr Tak Terhingga Ke Titik Itu.
Sudut Fase → Sudut Yg Ditempuh Selama Titik Bergetar Harmonis.
Filamen → Kawat Kecil Yg Digulung Spt Spiral, Yg Merupakan Bahan Kawat Bohlam Listrik ( Wolfram )
Fluk → Garis – Garis Gaya.
Fluk Magnetik → Jumlah Garis – Garis Gaya Magnet Yg Dilingkungi Oleh Suatu Luasan.
Garis – Garis Gaya Magnet → Garis – Garis Khayal Pd Magnet Yg Menunjukan Kuat Medan Magnet. Arah Garis – Garis Gaya Magnet ini Jika Diluar Magnet Arahnya Dr KU ke KS, Sedangkan Jika Didlm Magnet Dr KS ke KU.
Gaya Gerak Listrik → Beda Potensial Antara Ujung – Ujung Konduktor Sebelum Dialiri Arus Listrik.
GGL Bolak – Balik → Beda Potensial Yg Ditimbulkan Oleh Generator Arus Bolak – Balik.
GGL Induksi → Beda Potensial Yg Ditimbulkan Akibat Perubahan Banyaknya Garis – Garis Gaya Magnet. ( Batang Magnet Yg Digrk – Grkan Keluar Masuk Kumparan, Akan Menimbulkan GGL Induksi / Imbas, Sedangkan Arus Yg Terjadi Disebut Arus Induksi )
Hambatan Dalam → Hambatan Yg Dimiliki Alat Listrik / Sumber Tegangan Itu Sendiri.
Hukum GGL Induksi → Besarnya GGL Induksi Bergantung Pd Kecepatan Perubahan Grs – Grs Gaya Magnet . Makin Cepat Perubahanya Makin Besar Pula GGL Yg Ditimbulkanya.
Satuan GGL Adalah VOLT.
Hukum Kekekalan Energi → Energi Tdk Dpt Diciptakan & Tdk Dpt Dimusnahkan, Energi Hanya Dpt Diubah Dr Bentuk Satu Ke Bentuk Yg Lain, Energi Itu Kekal Adanya.
Hukum Kirchhoff → Tentang Jaringan.
1. Jumlah Kuat Arus Yg Menuju Percabangan Sama Dg Jumlah Kuat Arus Yg Meninggalkanya.
2. Dalam Rangkaian Tertutup Jumlah Aljabar Gaya Gerak Listrik ( E ) Sama Dg Jumlah Aljabar Penurunan Potensialnya.

Rheostat / Hambatan Geser → Hambatan Yg Bisa Diatur Dg Cara Menggeser Saklar Menurut Kebutuhanya.
Definisi Henry → Induktansi Dinyatakan 1 Henry Apabila Perubahan Kuat Arus 1 A Tiap Detik Menyebabkan GGL Induksi 1 Volt.
Impedansi → Jumlah Hambatan Secara Vektor Pd Rangkaian Arus Bolak – Balik / AC.
Induksi ( Influensi ) → Pengaruh Benda Yg Bermuatan Listrik / Magnet, Shg Benda Lain Yg Netral Dpt Bersifat Magnet / Bermuatan Listrik.
Arus Induksi → Arus Listrik Dlm Konduktor Yg Disebabkan Oleh GGL Akibat Perubahan Medan Magnet
Disekelilingnya.
Inductor → Kumparan Yg Digunakan Utk Mendapatkan Tegangan Tinggi.
Intensitas → Ukuran Kecepatan Perpindahan Energi Oleh Gelombang ( Satuanya = Watt / m2 )
Induksi Magnet → Kuat Medan Magnet Disuatu Titik Dlm Medan Magnet Akibat Arus Listrik.
Rangkaian Induktif → Rangkaian Bolak – Balik Yg Dihubungkan Dg Induktor.
Reaktansi Induktif → Hambatan Yg Ditimbulkan Oleh Kumparan ( Induktor ) Pd Arus Bolak – Balik.
Reaktansi Kapasitif → Hambatan Yg Ditimbulkan Oleh Kapasitor Pd Arus Bolak – Balik.
Pemanasan Joule → Panas Yg Timbul Akibat Hambatan Listrik Suatu Penghantar Yg Dilalui Arus.
Kalor → Salah Satu Bentuk Energi Yg Mengakibatkan Naiknya Suhu Suatu Benda.
Konduksi → ( Hantaran ) Proses Transfer Energi Melalui Suatu Bahan Tanpa Gerak Dari Suatu Bahan Itu Sendiri. Kecepatan & Perpindahan tsb Tergantung Dr Panjang , Luas Penampang, Suhu & Jenis Material ( Konduktor ).
Konveksi → ( Perpindahan / Aliran ) Hantaran Kalor / Energi Yg Disertai Perpindahan Molekul Zat.
Kuat Medan Listrik → Besarnya Gaya Listrik PerSatuan Muatan.

RUMUS – RUMUS

Kuat Arus Listrik → Jumlah Muatan Listrik Yg Lewat Suatu
Penghantar Tiap Detik.

I = Q / t
I → Kuat Arus Listrik ( Ampere )
Q → Jumlah Muatan ( Coulomb )
t → Waktu ( Detik )

Daya → Usaha Per Satuan Waktu.

P = W / t
P = Daya ( Watt )
W = Usaha ( Joule )
t = Waktu ( Detik )

Hambatan Jenis → Hambatan Yg Terdapat Pd Penghantar Tiap
Satu Satuan Panjang.

ρ = R . A / L
ρ = Hambatan Jenis ( Ohm )
R = Hambatan ( Ohm )
A = Luas Penampang Penghantar ( m2 )
L = Panjang Penghantar ( m )

Hambatan Pada Suatu Kawat Penghantar Tergantung Pada :

a. Luas Penampang Penghantar.
b. Panjang Penghantar.
c. Hambatan Jenis.

R = ρ . L / q
ρ = Hambatan Jenis ( Ohm )
R = Hambatan ( Ohm )
q = Luas Penampang Penghantar ( mm2 )
L = Panjang Penghantar ( m )

Hambatan Listrik → Hambatan Yg Terjadi Pd Rangkaian Listrik.

HUKUM OHM.
Besarnya Hambatan Listrik ini Sebanding Dg Beda Potensialnya
( VOLT ), Serta Berbanding Terbalik Dg Kuat Arusnya.

R = V / I
I = V / R
V = I . R

Impedansi → Jumlah Hambatan Secara Vektor Pd Rangkaian Arus
Bolak – Balik / AC.

1. Impedansi Rangkaian Seri R & L : Z = √ R2 + XL2
2. Impedansi Rangkaian Seri R & C : Z = √ R2 + XC2
3. Impedansi Rangkaian Seri R – L & C : Z = √ R2 + ( XL – XC ) 2

Kapasitas Kapasitor → Perbandingan Antara Besarnya Muatan
Salah Satu Keping Kapasitor Dg Beda
Potensial Antar Keping – Keping tsb.

C = q / V
C = Kapasitas Kalor ( Coulomb / Volt )
q = Muatan ( Coulomb )
V = Beda Potensial ( VOLT )

Reaktansi Induktif → Hambatan Yg Ditimbulkan Oleh Kumparan /
Induktor Pd Arus Bolak-Balik ( AC )

XL = ω.L
XL = 2.π.f.L
ω = 2.π.f

Reaktansi Kapasitif → Hambatan Yg Ditimbulkan Oleh Kapasitor Pd
Arus Bolak – Balik.

XC = 1 / ω.C
XC = 1 / 2.π.f.C
ω = 2.π.f