LAPORAN PRAKTIKUM 8 ELEKTRONIKA-DIODA PENYEARAH DENGAN FILTER KAPASITOR DAN REGULATOR PDF

Preview

Summary

LAPORAN PRAKTIKUM VIII DIODA PENYEARAH DENGAN FILTER DAN REGULATOR Disusun untuk Memenuhi Matakuliah Elektronika Dibimbing oleh Bapak I Made Wirawan, S.T., S.S.T, M.T. Asisten Praktikum: Muhammad Arif Syarifudin Muhammad Bagus Arifin Oleh : Dwitha Fajri Ramadhani 160533611410 S1 PTI OFF B UNIVERSITA...

Description

LAPORAN PRAKTIKUM VIII DIODA PENYEARAH DENGAN FILTER DAN REGULATOR Disusun untuk Memenuhi Matakuliah Elektronika Dibimbing oleh Bapak I Made Wirawan, S.T., S.S.T, M.T.

Asisten Praktikum: Muhammad Arif Syarifudin Muhammad Bagus Arifin

Oleh : Dwitha Fajri Ramadhani

160533611410

S1 PTI OFF B

UNIVERSITAS NEGERI MALANG FAKULTAS TEKNIK JURUSAN TEKNIK ELEKTRO PRODI S1 PENDIDIKAN TEKNIK INFORMATIKA November 2016

RANGKAIAN DIODA PENYEARAH DENGAN FILTER DAN REGULATOR 1.1 Tujuan 1. Mahasiswa dapat mengetahui rangkaian regulator catu daya menggunakan IC regulator 78xx dan 79xx. 2. Mahasiswa mampu merancang rangkaian regulator catu daya. 3. Mahasiswa dapat mengetahui cara kerja rangkaian regulator catu daya. 4. Mahasiswa mampu menganalisa rangkaian regulator catu daya.

1.2 Pendahuluan Perangkat elektronik yang memerlukan arus DC 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. Setelah mengetahui konstruksi, karakteristik dan model dari dioda penyearah, diharapkan mahasiswa dapat memahami pula konfigurasi dengan menggunakan model dalam aplikasinya dirangkaian elektronik. Pada kesempatan ini, akan dibahas mengenai penyearah gelombang penuh dengan filter, catu daya positif regulator, dan catu daya positif dengan regulator negatif.

1.3 Dasar Teori 1.3.1 Penyearah Gelombang Penuh dengan Filter Filter dalam rangkaian penyearah digunakan untuk memperkecil tegangan ripple, sehingga dapat diperoleh tegangan keluaran yang lebih rata, baik untuk penyearah gelombang setengah maupun gelombang penuh. Filter diperlukan karena rangkaian – rangkaian elektronik memerlukan sumber tegangan DC yang tetap, baik untuk keperluan sumber daya dan pembiasan yang sesuai operasi rangkaian. Rangkaian filter dapat dibentuk dari kapasitor (C), induktor (L) atau keduanya. Gambaran rangkaian penyearah dengan filter, ditunjukkan pada gambar berikut ini :

2

Gambar 1. Pemakaian filter pada penyearah

1.3.1.1 Filter Kapasitor Gambar dibawah ini menunjukkan rangkaian gelombang penuh dengan filter kapasitor.

Gambar 2. Rangkaian Filter Gelombang Penuh dengan Kapasitor

Untuk menjelaskan cara kerja kapasitor ini, perhatikan gambar dibawah ini dimana penjelasan ini diambil untuk satu perioda sinyal masukan pada satu dioda. Selama seperempat perioda positif yang pertama dari tegangan sekunder, Dioda D1 menghantar. Karena dioda menghubungkan sumber VS1 secara langsung dengan kapasitor, maka kapasitor akan dimuati sampai tegangan maksimum VM.

Gambar 3. Cara kerja filter kapasitor

Setelah mencapai harga maksimum, dioda berhenti menghantar (mati), hal ini terjadi karena kapasitor mempunyai tegangan sebesar VM, yang artinya sama dengan tegangan sumber dan bagi dioda artinya tidak ada beda potensial. Akibatnya dioda seperti saklar terbuka, atau dioda dibias mundur (Reverse Bias).

3

Dengan tidak menghantarnya dioda, kapasitor mulai mengosongkan diri melalui resistansi beban RL, sampai tegangan sumber mencapai harga yang lebih besar dari tegangan kapasitor. Pada saat dimana tegangan sumber lebih besar dari tegangan kapasitor, dioda kembali menghantar dan mengisi kapasitor. Untuk arus beban yang rendah tegangan keluaran akan hampir tetap sama dengan VM. Tetapi bila arus beban tinggi pengosongan akan lebih cepat yang mengakibatkan ripple yang lebih besar dan tegangan keluaran DC yang lebih kecil. 1.3.1.2 Tegangan Ripple Seperti terlihat pada gambar dibawah ini kapasitor mengisi (charges) dengan cepat pada awal siklus sinyal dan membuang (discharges) dengan lambat setelah melewati puncak positif (ketika dioda dibias mundur). Variasi pada tegangan keluaran untuk dua kondisi, mengisi dan membuang, disebut dengan tegangan ripple (ripple voltage). Semakin kecil ripple, semakin baik penfilteran seperti terlihat pada gambar dibawah.

Gambar 4. Tegangan ripple pada penyearah gelombang setengah dengan filter

Gambar dibawah memperlihatkan penyearah gelombang penuh lebih mudah melakukan penfilteran. Ketika di filter, penyearah gelombang penuh mempunyai tegangan ripple lebih kecil dibanding gelombang setengah untuk resistansi beban dan nilai kapasitor yang sama. Hal ini disebabkan kapasitor membuang lebih cepat dan interval waktu yang lebih pendek. Perbandingan tegangan ripple dari penyearah gelombang setengah dengan gelombang penuh dengan filter kapasitor yang diperoleh dari sinyal masukan yang sama.

4

1.3.1.3 Faktor Ripple ( r ) Faktor ripple menunjukkan efektif tidaknya sebuah filter, didefinisikan sebagai perbandingan tegangan ripple efektif (rms) terhadap tegangan DC. Semakin kecil faktor ripple, semakin baik filter. Faktor ripple dapat diperkecil dengan menambah nilai kapasitor. 1.3.2 IC Voltage Regulator (IC Pengatur Tegangan) Voltage Regulator atau Pengatur Tegangan adalah salah satu rangkaian yang sering dipakai dalam peralatan Elektronika. Fungsi Voltage Regulator adalah untuk mempertahankan atau memastikan Tegangan pada level tertentu secara otomatis. Artinya, Tegangan Output (Keluaran) DC pada Voltage Regulator tidak dipengaruhi oleh perubahan Tegangan Input (Masukan), Beban pada Output dan juga Suhu. Tegangan Stabil yang bebas dari segala gangguan seperti noise ataupun fluktuasi (naik turun) sangat dibutuhkan untuk mengoperasikan peralatan Elektronika terutama pada peralatan elektronika yang sifatnya digital seperti Mikro Controller ataupun Mikro Prosesor. 1.3.2.1 Jenis-jenis IC Voltage Regulator Terdapat beberapa cara pengelompokan Pengatur Tegangan yang berbentuk IC (Integrated Circuit),

diantaranya adalah berdasarkan Jumlah Terminal (3 Terminal dan 5

Terminal), berdasarkan Linear Voltage Regular dan Switching Voltage Regulator. Sedangkan cara pengelompokan yang ketiga adalah dengan menggolongkannya menjadi 3 jenis yakni Fixed Voltage Regulator, Adjustable Voltage Regulator dan Switching Voltage Regulator. 1.3.2.1.1 Fixed Voltage Regulator (Pengatur Tegangan Tetap) IC jenis Pengatur Tegangan Tetap (Fixed Voltage Regulator) ini memiliki nilai tetap yang tidak dapat disetel (di-adjust) sesuai dengan keinginan Rangkaiannya. Tegangannya telah ditetapkan oleh produsen IC sehingga Tegangan DC yang diatur juga Tetap sesuai dengan spesifikasi ICnya. Misalnya IC Voltage Regulator 7805, maka Output Tegangan DC-nya juga hanya 5 Volt DC. Terdapat 2 jenis Pengatur Tegangan Tetap yaitu Positive Voltage Regulator dan Negative Voltage Regulator. Jenis IC Voltage Regulator yang paling sering ditemukan di Pasaran adalah tipe 78XX. Tanda XX dibelakangnya adalah Kode Angka yang menunjukan Tegangan Output DC pada IC

5

Voltage Regulator tersebut. Contohnya 7805, 7809, 7812 dan lain sebagainya. IC 78XX merupakan IC jenis Positive Voltage Regulator. IC yang berjenis Negative Voltage Regulator memiliki desain, konstruksi dan cara kerja yang sama dengan jenis Positive Voltage Regulator, yang membedakannya hanya polaritas pada Tegangan Outputnya. Contoh IC jenis Negative Voltage Regulator diantaranya adalah 7905, 7912 atau IC Voltage Regulator berawalan kode 79XX. IC Fixed Voltage Regulator juga dikategorikan sebagai IC Linear Voltage Regulator. Dibawah ini adalah Rangkaian Dasar untuk IC LM78XX beserta bentuk Komponennya (Fixed Voltage Regulator).

1.3.2.1.2 ADJUSTABLE VOLTAGE REGULATOR (Pengatur Tegangan Yang Dapat Disetel) IC jenis Adjustable Voltage Regulator adalah jenis IC Pengatur Tegangan DC yang memiliki range Tegangan Output tertentu sehingga dapat disesuaikan kebutuhan Rangkaiannya. IC Adjustable Voltage Regulator ini juga memiliki 2 jenis yaitu Positive Adjustable Voltage Regulator dan Negative Adjustable Voltage Regulator. Contoh IC jenis Positive Adjustable Voltage Regulator diantaranya adalah LM317 yang memiliki range atau rentang tegangan dari 1.2 Volt DC sampai pada 37 Volt DC. Sedangkan contoh IC jenis Negative Adjustable Voltage Regulator adalah LM337 yang memiliki Range atau Jangkauan Tegangan yang sama dengan LM317. Pada dasarnya desain, konstruksi dan cara kerja pada kedua jenis IC Adjustable Voltage Regulator adalah sama. Yang membedakannya adalah Polaritas pada Output Tegangan DC-nya. IC Fixed Voltage Regulator juga dikategorikan sebagai IC Linear Voltage Regulator.

6

Dibawah ini adalah Rangkaian Dasar IC LM317 beserta bentuk komponennya (Adjustable Voltage Regulator).

1.3.2.1.3 Switching Voltage Regulator Switching Voltage Regulator ini memiliki Desain, Konstruksi dan cara kerja yang berbeda dengan IC Linear Regulator (Fixed dan Adjustable Voltage Regulator). Switching Voltage Regulator memiliki efisiensi pemakaian energi yang lebih baik jika dibandingkan dengan IC Linear Regulator. Hal ini dikarenakan kemampuannya yang dapat mengalihkan penyediaan energi listrik ke medan magnet yang memang difungsikan sebagai penyimpan energi listrik. Oleh karena itu, untuk merangkai Pengatur Tegangan dengan sistem Switching Voltage Regulator harus ditambahkan komponen Induktor yang berfungsi sebagai elemen penyimpan energi listrik. 1.4 Data dan Analisis (Foto) 1.4.1 Tugas Pendahuluan 1. Carilah persamaan untuk menghitung tegangan dc dan tegangan ripple rangkaian penyearah dengan filter kapasitor! Jawab :

Fungsi kapasitor pada rangkaian diatas untuk menekan riple yang terjadi dari proses penyearahan gelombang AC. Setelah dipasang filter kapasitor maka output dari rangkaian penyearah gelombang penuh ini akan menjadi tegangan DC (Direct Current) yang dapat diformulasikan sebagai berikut : Dan untuk nilai riple tegangan :

VMAX = VAC x 1,4142 -1.2V Iload = Vmax / R 7

2. Jelaskan cara kerja rangkaian pada percobaan A? Dan gambarkan sinyal masukan dan keluarannya! Jawab : Rangkaian jembatan gelombang penuh dengan menambahkan filter yaitu sebuah kapasitor di antara sebuah rectifier dan sebuah beban. Gelombang yang ditunjukkan pada osiloskop adalah gelombang ripple atau gelombang riak. Dari hasil percobaan dapat diketahui semakin besar nilai hambatan dan kapasitor yang digunakan maka bentuk gelombang semakin lurus, tidak terdapat riak pada gelombang. Hal ini terjadi karena hampir semua komponen DC melalui resistor beban dan hampir semua komponen AC diblok. Dalam hal ini komponen yang di dapat adalah tegangan DC yang sempurna. Pada resistor 4700Ω dengan kapasitor 2200μF dihasilkan sebuah gelombang yang lurus namun masih belum sempurna, hal ini dikarenakan masih terdapat komponen AC yang keluar. Cara kerja rangkaian penyearah gelombang penuh menggunakan jembatan adalah pada awalnya kapasitor tidak bertenaga selama putaran seperempat pertama dioda adalah bias maju. Kapasitor di charger dengan tegangan sama dengan sumber tegangan. Pengisian kapasitor berlanjut sampai masukan mencapai nilai maksimum. Pada saat itu tegangan kapasitor sama dengan VM. Setelah tegangan mencapai puncak, ia mulai menurun. Tegangan masukan kurang dari VM. Di antara puncak, dioda mati, kapasitor discharged melalui resistor beban. Dengan kata lain, kapasitor menyediakan arus beban. Karena kapasitor discharged di antara puncak, riak dari puncak ke puncak sangat kecil. Ketika puncak berikutnya datang, dioda menghantar kembali dan mencharger kapasitor kembali. Hal ini ditunjukkan dengan gelombang yang lurus. Artinya semakin besar nilai hambatan dan nilai kapasitor maka tegangan keluaran yang dihasilkan semakin baik.

Gambar masukan dan keluaran rangkain percobaan A

3. Jelaskan cara kerja kapasitor sebagai filter? Dan gambarkan sinyal keluarannya sebelum dan sesudah difilter! Jawab : Untuk menjelaskan cara kerja kapasitor ini, perhatikan gambar dibawah ini dimana penjelasan ini diambil untuk satu perioda sinyal

8

masukan pada satu dioda. Selama seperempat perioda positif yang pertama dari tegangan sekunder, Dioda D1 menghantar. Karena dioda menghubungkan sumber VS1 secara langsung dengan kapasitor, maka kapasitor akan dimuati sampai tegangan maksimum VM.

Setelah mencapai harga maksimum, dioda berhenti menghantar (mati), hal ini terjadi karena kapasitor mempunyai tegangan sebesar VM, yang artinya sama dengan tegangan sumber dan bagi dioda artinya tidak ada beda potensial. Akibatnya dioda seperti saklar terbuka, atau dioda dibias mundur (Reverse Bias). Dengan tidak menghantarnya dioda, kapasitor mulai mengosongkan diri melalui resistansi beban RL, sampai tegangan sumber mencapai harga yang lebih besar dari tegangan kapasitor. Pada saat dimana tegangan sumber lebih besar dari tegangan kapasitor, dioda kembali menghantar dan mengisi kapasitor. Untuk arus beban yang rendah tegangan keluaran akan hampir tetap sama dengan VM. Tetapi bila arus beban tinggi pengosongan akan lebih cepat yang mengakibatkan ripple yang lebih besar dan tegangan keluaran DC yang lebih kecil.

4. Jika pada percobaan A nilai R1 = 1 KΩ. C1 = 2200 µf dan tegangan sekunder pada trafo sebesar 24V. Hitung besar tegangan output dc dan tegangan ripple-nya menggunakan persamaan yang diperoleh dari no. 1? Jawab : VDC =

� �� �

=

VRIPPLE = =

=

� ,

� �� ��

�

,

,

=

�� � ,

�

− .

=

� ��/�

− . ,

�

=

,

�

��

�

= ,

�

9

1.4.2 Langkah Percobaan 1.4.2.1 Penyearah Gelombang Penuh dengan Filter Kapasitor a. Alat dan Komponen yang digunakan : 1. Osiloskop Gw INSTEK GOS-622G : 1 buah 2. Multimeter SANWA YX360TRF

: 1 buah

3. Probe

: 1 buah

4. Resistor 4700Ω

: 1 buah

5. Dioda 1N4001

: 1 buah

6. Kapasitor 2200 µf

: 1 buah

7. Transformator 12 V – CT

: 1 buah

8. Project board

: 1 buah

9. Jumper

: Beberapa Utas

b.1 Mengukur besar tegangan pada T1 menggunakan multimeter 1.Melakukan kalibrasi pada multimeter dengan cara memutar range switch selector pada posisi ohm lalu menempelkan probe + dengan negatif . 2.Mengecek kondisi trafo dengan mengukur tahanan isolasi antara kumparan primer – kumparan sekunder, kumparan primer – inti besi, kumparan sekunder – inti besi. Trafo dikatakan baik apabila tahanan isolasi berukuran tak hingga ( ∞ ) 3.Merangkai komponen dioda, trafo, dan resistor sesuai gambar, menggunakan 1 sumber yaitu 12 Volt.

4.Siapkan multimeter yang telah terkalibrasi, karena trafo yang digunakan 12 V maka putar range switch selector pada posisi 50 ACV, hubungkan kabel trafo pada saklar. 5.Mengukur tegangan T1 dengan menempelkan probe multimeter positif pada trafo 12 V dan probe multimeter negatif pada trafo CT.

10

6.Hasil pengukuran pada skala multimeter jarum menunjukkan posisi 13 karena skala yang dilihat pada multimeter adalah skala 0 – 50 V. 7.Jadi besar tegangan pada T1 menggunakan multimeter adalah 13 V.

b.2 Mengukur besar tegangan pada R1 menggunakan multimeter 1.Melakukan kalibrasi pada multimeter dengan cara memutar range switch selector pada posisi ohm lalu menempelkan probe + dengan negatif . 2.Mengecek kondisi trafo dengan mengukur tahanan isolasi antara kumparan primer – kumparan sekunder, kumparan primer – inti besi, kumparan sekunder – inti besi. Trafo dikatakan baik apabila tahanan isolasi berukuran tak hingga ( ∞ ) 3.Merangkai komponen dioda, trafo, dan resistor sesuai gambar, menggunakan 1 sumber yaitu 12 Volt.

4.Siapkan multimeter yang telah terkalibrasi, karena trafo yang digunakan 12 V maka putar range switch selector pada posisi 50 DCV, hubungkan kabel trafo pada saklar. 5.Mengukur tegangan R1 dengan menempelkan probe multimeter positif pada kaki resistor yang dialiri arus positif dan probe multimeter negatif pada ground kaki resistor.

11

6.Hasil pengukuran pada skala multimeter jarum menunjukkan posisi 11 karena skala yang dilihat pada multimeter adalah skala 0 – 50 V. 7.Jadi besar tegangan pada R1 menggunakan multimeter adalah 11 V.

b.3 Bandingkan dengan besar tegangan R1 ketika C1 dilepas Hasil pengukuran tegangan R1 ketika C1 dilepas pada skala

multimeter

menunjukkan

jarum

posisi

10

karena skala yang dilihat pada

multimeter

adalah

skala 0 – 50 V. Jadi besar tegangan pada R1 ketika C1 dilepas maupun dipasang adalah memiliki selisih 1 V, yaitu dengan C1 = 11 V dan tanpa C1 = 10 V. Tegangan menggunakan kapasitor lebih besar karena kapasitor menyimpan muatan listrik yang disebut dengan kapasitansi.

b.4 Mengukur besar tegangan pada T1 menggunakan osiloskop 1.Melakukan kalibrasi pada osiloskop dengan cara tekan tombol power osiloskop dan pastikan semua tombol pada posisi tengah. Hubungkan probe pada CH1 kemudian probe pengait dihubungkan pada tombol cal. Posisikan garis pada posisi tengah garis horizontal (0). Atur volt/div pada posisi 1V, dan time/div pada posisi 0,5 ms. Atur div vertikal 2 kotak, div horizontal 1 kotak, sehingga menghasilkan 2 div dan 1 ms. Osiloskop siap digunakan.

12

2.Mengecek kondisi trafo dengan mengukur tahanan isolasi antara kumparan primer – kumparan sekunder, kumparan primer – inti besi, kumparan sekunder – inti besi. Trafo dikatakan baik apabila tahanan isolasi berukuran tak hingga ( ∞ ) 3.Merangkai komponen dioda, trafo, dan resistor sesuai gambar, menggunakan 1 sumber yaitu 12 Volt.

4.Siapkan osiloskop yang telah terkalibrasi dan hubungkan kabel trafo pada saklar. 5.Mengukur tegangan T1 dengan menempelkan probe pengait pada jumper yang terhubung pada trafo 12 V dan probe hitam pada jumper yang terhubung dengan CT.

6.Hasil pengukuran pada osiloskop dengan menggunakan 2 volt/div dan 5ms time/div, adalah 6 div vertikal. 7.Jadi besar tegangan pada T1 menggunakan osiloskop adalah 6 x 2 = 12 Vpp b.5 Mengukur besar tegangan pada R1 menggunakan osiloskop 1.Melakukan kalibrasi pada osiloskop dengan cara tekan tombol power osiloskop dan pastikan semua tombol pada posisi tengah. Hubungkan probe pada CH1 kemudian probe pengait dihubungkan pada tombol cal. Posisikan garis pada posisi tengah garis horizontal (0). Atur volt/div pada posisi 1V, dan time/div pada posisi 0,5 ms. Atur div vertikal 2 kotak, div horizontal 1 kotak, sehingga menghasilkan 2 div dan 1 ms. Osiloskop siap digunakan. 2.Mengecek kondisi trafo dengan mengukur tahanan isolasi antara kumparan primer – kumparan sekunder, kumparan primer – inti besi, kumparan sekunder – inti besi. Trafo dikatakan baik apabila tahanan isolasi berukuran tak hingga ( ∞ )

13

3.Merangkai komponen dioda, trafo, dan resistor sesuai gambar, menggunakan 1 sumber yaitu 12 Volt.

4.Siapkan osiloskop yang telah terkalibrasi dan hubungkan kabel trafo pada saklar. 5.Mengukur tegangan R1 dengan menempelkan probe pengait pada jumper yang terhubung pada kaki katoda dioda dan probe hitam pada jumper yang terhubung dengan ground.

6.Hasil pengukuran pada osiloskop dengan menggunakan 5 volt/div dan 5ms time/div, adalah 3,4 div vertikal. 7.Jadi besar tegangan pada R1 menggunakan osiloskop adalah 3,4 x 5 = 17 Vpp

b.6 Bandingkan dengan besar tegangan R1 ketika C1 dilepas

14

Hasil pengukuran tegangan R1 ketika C1 dilepas pada osiloskop dengan menggunakan 5 volt/div dan 5ms time/div, adalah 3,4 div vertikal. Jadi besar tegangan pada R1 ketika C1 dilepas maupun dipasang adalah memiliki selisih 1 V, yaitu dengan C1 = 3,4 x 5 = 17 Vpp dan tanpa C1 = 3,2 x 5 = 16 Vpp. Tegangan menggunakan kapasitor lebih besa...