CATU DAYA PDF

Preview

Summary

BAB II PENDEKATAN PEMECAHAN MASALAH Pembatas temperatur opersasi AC adalah sebuah alat yang digunakan untuk membatasi temperatur ruangan secara otomatis. Sistem alat ini pada dasarnya terdapat rangkaian-rangkaian yang mendukung kinerja alat ini, yaitu rangkaian catu daya, rangkaian sensor suhu LM35 ...

Description

Accelerat ing t he world's research.

CATU DAYA SandroH Smtp

Related papers

Download a PDF Pack of t he best relat ed papers 

Laporan prakt ikum Dasar-Dasar Inst rument asi Kelaut an Haji Must akin Teknik Pemanfaat an Tenaga List rik Kurniawan Prabowo Ismail Kont rol Refrigerasi dan Tat a Udara XI 3 MH Sapt o Widodo, M.Sc Kamalfauzi ramadhan

BAB II PENDEKATAN PEMECAHAN MASALAH Pembatas temperatur opersasi AC adalah sebuah alat yang digunakan untuk membatasi temperatur ruangan secara otomatis. Sistem alat ini pada dasarnya terdapat rangkaian-rangkaian yang mendukung kinerja alat ini, yaitu rangkaian catu daya, rangkaian sensor suhu LM35 , rangkaian microcontroller ATmega 8, rangkaian display dan rangkaian driver kompresor AC. Rangkaian-rangkaian tersebut sebagian besar komponen-komponen elektronika digital. Oleh karena itu dibutuhkan beberapa teori yang dapat digunakan untuk memecahkan masalah, agar rangkaian yang dibuat dapat bekerja dengan maksimal. A. Rangkaian Catu Daya Catu daya tetap adalah rangkaian catu daya yang menghasilkan tegangan keluaran yang tetap dan stabil. Untuk mendapatkan catu daya tetap dapat menggunakan baterai kering atau rangkaian penyearah yang dilengkapi dengan stabilisator. Catu daya pada rangkaian ini berfungsi untuk mengubah tegangan AC 220 V menjadi tegangan DC 5 V dan DC 12 V. Catu daya tersusun dari transformator step down, dioda penyearah, kapasitor elektrolit, resistor, led dan IC regulator LM 7805 dan LM 7812. Gambar rangkaian catu daya dapat dilihat sebagai berikut :

Gambar 2.1. Rangkaian Catu Daya Catu daya atau sering disebut dengan power supply adalah rangkaian yang merubah tegangan AC menjadi tegangan DC teregulasi. Catu Daya dilihat dari rangkaiannya terdiri dari bermacam-macam jenis, akan tetapi dilihat dari tegangan keluarannya terdiri dari 2 jenis, yaitu catu daya tetap dan catu daya variable. (http://www.elektroindonesia.com) Berdasarkan uraian dan gambar diatas komponen-komponen elektronik yang mendukung rangkaian catu daya sebagai berikut : 1. Transformator Transformator atau biasa dikenal dengan trafo berasal dari kata transformatie yang berarti perubahan. Transformator adalah suatu alat listrik yang dapat memindahkan dan mengubah energi listrik dari satu rangkaian listrik

ke

rangkaian

listrik

lainnya

secara

induksi

elektromagnet.

Transformator juga dapat digunakan untuk menaikkan dan menurunkan tegangan AC. Transformator mempunyai dua buah belitan yaitu lilitan primer dan sekunder yang dililitkan pada sebuah inti yang saling terisolasi antara satu dengan yang lain. Trafo satu fasa sama seperti trafo pada umumnya hanya penggunaannya untuk kapasitas kecil.

Gambar 2.2. Tranformator dan Simbol Transformator (http://pri82yogya.blogspot.com/2010/12/gaya-gerak-listrik-induksi-gglmedan.html#axzz1wHnwaJKx) a. Prinsip Kerja Transformator Satu Fasa Apabila

kumparan primer dihubungkan dengan tegangan

(sumber), maka akan mengalir arus bolak balik I1 pada kumparan tersebut. Oleh karena kumparan mempunyai inti, arus I1 menimbulkan fluks magnet yang juga berubah–ubah pada intinya. Akibat adanya fluks magnet yang berubah–ubah, maka pada kumparan primer akan timbul GGL induksi ep. Besarnya GGL pada kumparan primer adalah : ………………………………… (1) Keterangan : ep = gaya gerak listrik sisi primer (Volt) Np = jumlah lilitan sisi primer (turn) = perubahan fluks magnet (weber/sec) Fluk magnet yang menginduksi GGL induksi ep juga dialami oleh kumparan sekunder karena merupakan fluk bersama. Dengan demikian fluk tersebut mengiduksi GGL induksi ep pada kumparan sekunder adalah sebagai berikut : ………………………………… (2)

Keterangan : es = gaya gerak listrik sisi sekunder (Volt) Ns = jumlah lilitan sisi sekunder (turn) = perubahan fluks magnet (weber/sec) Dari persamaan (1) dan (2) didapatkan perbandingan lilitan (α) berdasarkan GGL induksi yaitu : …………………………………… (3) Karena daya pada primer sama dengan daya sekunder, maka dibuat : Pin = Pout V1 I1 = V2 I2 ………………………………..….. (4) Dari persamaan (3) dan (4) dapat diperoleh : …...…………………..….……….. (5) Keterangan : Pin = daya primer (VA) Pout = daya sekunder (VA) V1 = tegangan sisi primer (volt) V2 = tegangan sisi sekunder (volt) N1 = jumlah lilitan sisi primer N2 = jumlah lilitan sisi sekunder I1

= arus sisi primer (ampere)

I2

= arus sisi sekunder (ampere)

b. Konstruksi Transformator Konstruksi trafo secara umum terdiri dari:

1) Inti yang terbuat dari lembaran-lembaran plat besi lunak atau baja silicon yang diklem jadi satu. 2) Belitan dibuat dari tembaga yang cara membelitkan pada inti dapat konsentris maupun spiral. 3) Sistem pendingan pada trafo-trafo dengan daya yang cukup besar. Jenis trafo berdasarkan letak kumparan : 1) Core type (jenis inti) yakni kumparan mengelilingi inti. 2) Shell type (jenis cangkang) yakni inti mengelilingi belitan.

Gambar 2.3. Trafo jenis inti dan trafo jenis cangkang (http://pri82yogya.blogspot.com/2010/12/gaya-gerak-listrik-induksi-gglmedan.html#axzz1wHnwaJKx) c. Efisiensi Efisiensi transformator (η) adalah perbandingan antara daya keluar (P out) dengan daya masuk (P in). untuk trafo ideal efisiensinya adalah satu. ……………….……………(6) 2. IC Regulator Tegangan 78xx IC regulator tegangan adalah suatu komponen elektronik yang bisa mengubah tegangan input menjadi nilai yang tertera setelah angka 78 (mis : 7805 berarti memiliki output +5V). Regulator jenis 78xx ada 9 macam

yaitu: 7805, 7806, 7808,7809, 7810, 7812, 7815,7818 dan 7824. Regulator 78xx memiliki konfigurasi kaki (pin) sebagai berikut:

Gambar 2.4. Bentuk Fisik IC LM 7805 (http://id.wikipedia.orgwiki78xx) Regulator 79xx hampir sama dengan regulator 78xx hanya saja tegangan yang diubah adalah tegangan negatif

Gambar 2.5. Penyambungan IC LM 7805 (http://id.wikipedia.orgwiki78xx) IC regulator ini mempunyai kekurangan dan kelebihan. Diantaranya sebagai berikut: a. Kelebihan 1) Seri

78xx

tidak

memerlukan

komponen

tambahan untuk

meregulasi tegangan, sehingga mudah digunakan, ekonomis dan hemat ruang. Regulator tegangan lain mungkin memerlukan komponen tambahan untuk membantu peregulasian tegangan, bahkan untuk regulator bersakelar, selain membutuhkan banyak komponen, juga membutuhkan perencanaan yang rumit.

2) Seri 78xx memiliki rangkaian pengaman terhadap pembebanan lebih, panas tinggi dan hubung singkat, membuatnya hampir tak dapat dirusak. Kemampuan pembatasan arus peranti 78xx tidak hanya melindunginya sendiri, tetapi juga melindungi rangkaian yang ditopangnya. b. Kekurangan 1) Tegangan masukan harus lebih tinggi dari tegangan keluaran (biasanya 2-3 volt), ini membuatnya tidak tepat digunakan untuk penggunaan tegangan rendah, misalnya regulasi 5 volt dari sumber baterai 6 volt tidak akan bekerja dengan 7805. 2) Sebagaimana regulator linier lainnya, arus masukan sama dengan arus keluaran, karena tegangan masukan lebih tinggi daripada tegangan keluaran, berarti ada daya yang diboroskan sebagai bahang. (http://id.wikipedia.orgwiki78xx) Rangkaian catu daya pada sistem ini disetting dengan dua tegangan keluaran yaitu DC 5 V dan DC 12 V. Tegangan DC 5 V difungsikan untuk mensuplai rangkaian microcontroller ATmega 8, rangkaian display dan rangkaian sensor suhu LM35, sedangkan tegangan DC 12 V difungsikan untuk mensuplai rangkaian driver kompresor AC. IC regulator yang digunakan untuk mendukung rangkaian catu daya ini adalah LM 7805 dan LM 7812.

3. Dioda Dioda merupakan jenis komponen pasif, yang memiliki dua kaki atau kutub yaitu kaki anoda dan kaki katoda. Dioda terbuat dari bahan semi konduktor tipe P dan semi konduktor tipe N yang disambungkan. Semi konduktor tipe P berfungsi sebagai anoda dan semi konduktor tipe N berfungsi sebagai katoda. Pada daerah sambungan, dua jenis semi konduktor yang berlawanan ini akan muncul daerah deplesi yang akan membentuk gaya barier. Gaya barier dapat ditembus dengan tegangan + sebesar 0.7 volt yang dinamakan sebagai break down voltage, yaitu tegangan minimum dimana dioda akan bersifat sebagai konduktor atau penghantar arus listrik. Dioda bersifat menghantarkan arus listrik hanya pada satu arah saja, yaitu jika kutub anoda kita hubungkan pada tegangan (+) dan kutub katoda kita hubungkan dengan tegangan (-) maka akan mengalir arus listrik dari anoda ke katoda. Jika polaritasnya kita balik (bias mundur) maka arus yang mengalir hampir nol atau dioda akan bersifat sebagai isulator.

Gambar 2.6. Simbol Umum Dioda (Sumber : http://elektro.itenas.ac.id) Dioda bagi rangkaian catu daya adalah komponen yang penting karena berfungsi untuk menyearahkan tegangan yang keluar dari

transformator. Lebih jelasnya dapat dilihat gambar 2.7, yaitu tentang dioda sebagai penyearah sebagai berikut :

Gambar 2.7. Dioda Sebagai Penyearah 4. Filter Kapasitor Kapasitor adalah suatu komponen elektronika yang dapat menyimpan muatan listrik dan sebagai filter untuk arus listrik AC. Dimana bentuk dan nilai dari kapasitor ini bermacam–macam tergantung dari nilai yang dikandung dalam suatu kapasitor. Berdasarkan kemampuan untuk menyimpan muatan listrik kapasitor disebut dengan kapasitansi atau kapasitas. Dalam bidang elektronika komponen kapasitor adakalanya disebut kondensator. Nilai kapasitas listrik yang tersimpan dalam kapasitor dinyatakan dalam satuan Farad.

Gambar 2.8. Struktur Kapasitor Struktur sebuah kapasitor terbuat dari dua buah plat metal yang dipisahkan oleh suatu bahan dielektrik. Bahannya dielektrik adalah isolator yang diselipkan diantara keping kapasitor. Bahan-bahan dielektrik yang

umum digunakan misalnya udara vakum, keramik, gelas dan lain-lain. Kapasitor dalam lambang rangkaian :

Gambar 2.9. Simbol-simbol Kapasitor Macam-macam Kapasitor a. Kapasitor Elektrolit Elektrolit atau electrolytic sering disebut electrolit condenser (elco) adalah kapasitor yang biasanya berbentuk tabung, mempunyai dua kutub kaki berpolaritas positif (kaki yang panjang) dan negatif (kaki yang pendek). Terdiri atas dua lembar kertas alumunium sebagai konduktor dan alumunium oksida sebagai dielektrik.

Gambar 2.10. Simbol Kapasitor Elektrolit (http://library.gunadarma.ac.id/repository/files/17201/10405795/bab-ii.pdf)

Gambar 2.11. Bentuk Fisik Kapasitor Elektrolit (Sumber : //www.infoservicetv.com)

b. Kapasitor Tetap Kapasitor tetap terdiri dari tiga macam bentuk: 1) Kapasitor keramik (Ceramic Capacitor): Bentuknya ada yang bulat tipis, ada yang persegi empat berwarna merah, hijau, coklat dan lain-lain. Merupakan kapasitor non-polar. 2) Kapasitor polyester : Bentuknya persegi empat seperti permen. Biasanya

mempunyai

warna

merah,

hijau,

coklat

dan

sebagainya. 3) Kapasitor kertas: Tersusun atas dua lembar kertas timah (perak) panjang sebagai konduktor yang digulung padasebuah silinder yang diantaranya disisipi kertas tipisbsebagai dielektrik. kapasitor kertas ini sering disebut juga kapasitor padder.

Gambar 2.12 .Simbol Kapasitor Non Polar (http://library.gunadarma.ac.id/repository/files/17201/10405795/bab-ii.pdf) c. Kapasitor Variabel Kapasitor variabel dan trimmer adalah jenis kapasitor yang kapasitasnya bisa diubah-ubah. Kapasitor ini dapat berubah kapasitasnya karena secara fisik mempunyai poros yang dapat diputar dengan menggunakan obeng. Pada umumnya kapasitor variable hampir sama dengan resistor variable yaitu bertujuan agar kita dapat menentukan nilai kapasitor yang kita gunakan sesuai dengan keinginan kita.

Gambar 2.13. Simbol Varco Kapasitansi diukur dalam farad, yang mana diambil dari nama Michael Faraday (1791-1867) 1 coulomb sama dengan muatan 6.25 x 10 18 elktron. 1 Farad adalah kwantitas terbesar dari kapasitansi. Persamaan matematika kapasitansi dapat ditulis: C = Q/V……………………(8) Dimana : Q = muatan elektron dalam C (coulombs) C = nilai kapasitansi dalam F (farads) V = besar tegangan dalam V (volt) Oleh karena itu, muatan elektrik yang disimpan dapat dihitung menggunakan rumus: Q = CV……………………(9) Perbedaan tegangan atau potensial dari kapasitor dapat dihitung menggunakan rumus : V= Q/C……………………(10) Karena kapasitor digunakan sebagai penyimpan muatan listrik maka waktu pengisian dari kapasitor (charge) dan pengosongan (discharge) sangat penting dalam sebuah analisa. Persamaan umum dari pengisian dan pengosongan kapasitor adalah : Vc(t) = Vc(0) + [Vc(~) – Vc(0)] [1 – e –t/τc] …………………(11)

τ=RxC τ = konstanta waktu Dari teori dasar diatas untuk mendukung rangkaian catu daya agar bekerja secara maksimal, maka kapasitor yang dipakai adalah jenis kapasitor elektrolit (elko). Kapasitor elektolit ini berfungsi sebagai filter atau perata arus yang bergelombang, karena arus yang tidak rata dapat mengakibatkan terganggunya sistem. Untuk mendapatkan penyearahan yang lebih halus, digunakan kapasitor yang sifatnya menimbun muatan sementara. Muatan tertimbun ini akan berangsur-angsur dikeluarkan lagi jika potensial diluar lebih rendah. Skema rangkaian kapasitor sebagi filter dapat dilihat seperti gambar dibawah ini :

Gambar 2.14. Kapasitor Sebagai Filter 5. Resistor Resistor atau tahanan adalah komponen elektronika yang berfungsi untuk mengatur kuat arus yang mengalir. Dalam rangkaian catu daya resistor difungsikan untuk menahan arus yang mengalir karena resistor bersifat sebagai tahanan. Lambang untuk resistor dengan huruf R. Macammacamnya antara lain :

a. Resistor Tetap (fixed resistor) Resistor tetap (fixed resistor) adalah hambatan yang nilai hambatannya tetap. Ukuran hambatan resistor ada dua yaitu ukuran besar ditandai dengan penulisan nilai langsung dibodi resistor, sedangkan ukuran hambatan kecil ditandai dengan gelang-gelang warna pada bodinya. Untuk mengetahui nilai tahanannya, pada bodi resistor diberi cincin-cincin berwarna yang menyatakan nilai tahanan resistor.

Gambar 2.15. Simbol Resistor dan Fisik Resistor (Sumber : komponen2007.wordpress.com)

Tabel 2.1. Kode Warna Resistor

(sumber : http://komponen2007.wordpress.com/)

b. Resistor Tidak Tetap (Variable Resistor) Resistor tidak tetap atau variabel resistor adalah resistor yang nilainya dapat dirubah dengan cara menggeser atau memutar tuas yang terpasang pada komponen. c. Resistor NTC dan PTC. NTC (Negatife Temperature Coefficient), yaitu resistor yang nilainya akan bertambah kecil bila terkena suhu panas. Sedangkan PTC (Positife Temperature Coefficient), yaitu resistor yang nilainya akan bertambah besar bila terkena suhu panas. d. Resistor LDR LDR (Light Dependent Resistor) yaitu jenis resistor yang berubah hambatannya karena pengaruh cahaya. Bila terkena cahaya gelap nilai tahanannya semakin besar, sedangkan bila terkena cahaya terang nilainya menjadi semakin kecil. e. Potensiometer Resistor yang nilai resistansinya dapat diubah-ubah dengan memutar poros yang telah tersedia. Potensiometer pada dasarnya sama dengan trimpot secara fungsional.

Gambar 2.16. Simbol Potensiometer dan Potensiometer (Sumber : komponen2007.wordpress.com)

f. Trimpot Resistor yang nilai resistansinya dapat diubah-ubah dengan cara memutar porosnya dengan menggunakan obeng. Untuk mengetahui nilai hambatan dari suatu trimpot dapat dilihat dari angka yang tercantum pada badan trimpot tersebut. Simbol dan Komponen Trimpot :

Gambar 2.17. Trimpot dan Simbol Trimpot (Sumber : komponen2007.wordpress.com)

6. Led Menurut (Albert P. Malvino,1985: 95) LED adalah singkatan dari Light Emiting Dioda, merupakan komponen yang dapat mengeluarkan emisi cahaya apabila diberi sumber tegangan. Led ini terbuat dari berbagai material semikonduktor campuran seperti misalnya gallium arsenida fosfida (GaAsP), gallium fosfida (GaP) dan gallium alumunium arsenida (GaAsP), campuran inilah yang memberi warna berbeda dari LED. LED ini dalam rangkaian catu daya difungsikan sebagai lampu indikator tegangan keluaran.

Gambar 2.18. Bentuk Fisik LED dan Simbolnya ( http://doktertech.blogspot.com/2010/12/dioda.html ) B. Rangkaian Sensor Suhu LM35

Gambar 2.19. Rangkaian Sensor Suhu LM35 1. Sensor LM35 LM35 adalah komponen elektronika yang memiliki fungsi untuk mengubah besaran suhu menjadi besaran listrik dalam bentuk tegangan. Sensor suhu LM35 yang dipakai dalam penelitian ini berupa komponen elektronika yang diproduksi oleh National Semiconductor. Sensor LM35 memiliki

keakuratan

tinggi

dan

kemudahan

perancangan

jika

dibandingkan dengan sensor suhu yang lain, LM35 juga mempunyai keluaran impedansi yang rendah dan linieritas yang tinggi sehingga dapat dengan mudah dihubungkan dengan rangkaian kendali khusus serta tidak memerlukan penyetelan lanjutan. Meskipun tegangan sensor ini dapat mencapai 30 volt akan tetapi yang diberikan ke sensor adalah sebesar 5 volt, sehingga dapat digunakan

dengan catu daya tunggal dengan ketentuan bahwa LM35 hanya membutuhkan arus sebesar 60 µA hal ini berarti LM35 mempunyai kemampuan menghasilkan panas (self-heating) dari sensor yang dapat menyebabkan kesalahan pembacaan yang rendah yaitu kurang dari 0,5 ºC pada suhu 25 ºC .

Gambar 2.20. Bentuk Fisik LM 35 dan Konfigurasi Pin (sumber : http://www.finger.de-web.cc/poel/lm35.pdf) Gambar diatas menunjukkan bentuk dari LM35 tampak depan dan tampak bawah. 3 pin LM35 menujukkan fungsi masing-masing pin diantaranya, pin 1 berfungsi sebagai sumber tegangan kerja dari LM35, pin 2 atau tengah digunakan sebagai tegangan keluaran atau V out dengan jangkauan kerja dari 0 Volt sampai dengan 1,5 Volt dengan tegangan operasi sensor LM35 yang dapat digunakan antar 4 Volt sampai 30 Volt. Keluaran sensor ini akan naik sebesar 10 mV setiap derajad celcius sehingga diperoleh persamaan sebagai berikut : VLM35 = Suhu x 10 mV……………………(12) (sumber : http//:www.shatomedia-online/lm35.html) 2. IC LM 358 Penguat operasional atau op-amp adalah rangkaian elektronik yang dirancang dan dikemas secara khusus sehingga dengan menambahkan

komponen luar sedikit saja dapat dipakai untuk berbagai keperluan. Dalam penulisan ini op-amp digunakan sebagai penguat tegangan dari sensor. Pada dasarnya ada dua macam penguatan yaitu inverting dan non-inverting dengan konfigurasi seperti pada gambar 2.21.

Gambar 2.21. Rangkaian penguat (a) inverting (b) non-inverting (http://elib.unikom.ac.id/files/disk1/126/jbptunikompp-gdl-s1-2007-yusliharya6251-bab-ii.pdf) Perasamaan pada gambar 2.21. adalah sebagai berikut : Inverting

………………………………………..………………….(13)

Non-inverting …………………….(14) Pada rangkaian yang dibuat penulis menggunakan IC LM358 sebagai penguat masukan dari sensor. Fungsi rangkaian penguat adalah untuk memperbesar masukan dari sensor kerangkaian ADC.

Gambar 2.22. Konfigurasi Pin LM 358 (http://elib.unikom.ac.id/files/disk1/126/jbptunikompp-gdl-s1-2007yusliharya-6251-bab-ii.pdf) Penguat LM358 mempunyai 2 rangkaian penguatan (gambar 2.23.). Amplifier ini mempunyai beberapa keuntungan diatas tipe amplifier standar dalam mode single supply diantaranya adalah : (1) Dapat beroperasi pada tegangan 3V sampai 32V; (2) Mode masukan daya (supply) ini termasuk negative supply, dengan demikian menghilangkan eksternal bias dari komponen pada banyak aplikasi; (3) Cakupan voltase keluaran juga

meliputi

voltase

negatif;

(4)

IC

LM358

dalam

pengoperasiannya dapat dilakukan secara single supply atau split supply (gambar 2.23).

Gambar 2.23. Konfigurasi Power supply (http://elib.unikom.ac.id/files/disk1/126/jbptunikompp-gdl-s1-2007-yusliharya 6251-bab-ii.pdf)

C. Rangkaian Microcontroller ATmega 8

Gambar 2.24. Rangkaian Sistem Minimum ATmega 8 1. Microcontroller Microcontroller adalah sebuah chip yang berfungsi sebagai pengontrol atau pengendali rangkaian elektronik dan umumnya dap...