BAB II LANDASAN TEORI
2.1
Sistem Catu Daya / power supply
Power supply adalah rangkaian elektronika yang berfungsi untuk memberikan tegangan listrik yang dibutuhkan oleh suatu rangkaian elektronika. Dalam istilah kelistrikan dikenal dua jenis tegangan yaitu tegangan DC (Direct Current) dan tegangan AC (Alternate Current), kedua jenis tegangan ini dapat dimanfaatkan sesuai kebutuhan.
Rangkaian elektronika membutuhkan tegangan DC sebagai sistem catu daya, sehingga dibutuhkan rectifier yang berfungsi untuk merubah tegangan AC ke tegangan DC sesuai tegangan kerja komponen elektronika yang dipakai.
Rectifer dapat dibedakan menjadi dua macam, yaitu rectifier setengah gelombang dan rectifier gelombang penuh, sedangkan rectifier gelombang penuh terbagi lagi menjadi dua jenis, yaitu rectifier gelombang penuh dengan menggunakan CT dan rectifier gelombang penuh dengan menggunakan jembatan dioda. berikut gambar rectifier dengan menggunkana jembatan dioda :
Gambar 2.1 Rectifier DC
5
Rectifier memerlukan tegangan AC unutk dirubah ke tegangan DC, pada sistem tegangan AC digunkan trafo sebagai penginduksi tegangan 220 Volt yang memakai lilitan-lilitan.
Perbandingan antara 2 lilitan primer dan sekunder pada trafo mengacu rumus dibawah ini :
Vp / Vs = Np / Ns
... ( 1.1 )
Vs X Is = Vp X Ip
... ( 1.2 )
Vp = Tegangan lilitan primer ( Volt ) Vs = Tegangan lilitan sekunder ( Volt ) Np = Jumlah lilitan primer ( lilitan ) Ns = Jumlah lilitan sekunder ( lilitan ) Ip = Arus lilitan primer Is = Arus lilitan sekunder
Untuk menetapkan besar jumlah gulung per volt dipakai ketentuan :
GPV = f / O
… ( 1.3 )
Dimana : Gpv = jumlah gulung per volt f
= frekuensi listrik (50 Hz)
O
= luas irisan teras diukur dengan cm. (hasil kali dari lebar dan tinggi
tempat gulungan
Untuk mendapatkan nilai arus yang diinginkan maka dalam trafo terdapat perbandingan diameter kawat seperti tabel dibawah ini :
6
Tabel 2.1 Diameter kawat vs Arus
Garis tengah atau tebal kawat (mm)
Kemampuan dilalui arus ( A )
0,1
0,016 – 0,024
0,15
0,035 – 0,053
0,2
0,063 – 0,094
0,25
0,098 – 0,147
0,3
0,141 – 0,212
0,35
0,190 – 0,289
0,4
0,251 – 0,377
0,45
0,318 – 0,477
0,5
0,390 – 0,588
0,6
0,566 – 0,849
0,7
0,770 – 1,16
0,8
1,01 – 1,51
0,9
1,27 – 1,91
1
1,57 – 2,36
1,5
3,53 – 5,3
2
6,28 – 9,42
2,5
9,82 – 14,73
3
14,14 – 21,20
3,5
19,24 – 28,86
4
25,14 – 37,71
7
2.2
Dioda Dioda merupakan komponen elektronika yang mempunyai dua elektroda (terminal), dapat berfungsi sebagai penyearah arus listrik. Dioda semikonduktor dibuat dari sambungan P-N ini. Terminal pada P disebut anoda, sedang terminal N disebut katoda, seperti gambar dibawah ini :
Gambar 2.2 Simbol dan polarisasi dioda
Gambar diatas menunjukkan sambungan P-N pada dioda dan simbolnya. Arah panah menunjukkan arah hole (arus listrik) jika diberi tegangan maju
Spesifikasi yang penting dalam pemilihan dioda yang digunakan harus mempertimbangkan parameter tegangan puncak, arus maju rata-rata, tegangan maju maksimum, tegangan maju, arus balik, disipasi daya dan waktu pulih balik.
Karakteristik dioda dapat ditunjukkan oleh hubungan antara arus yang lewat dengan beda potensialnya, umumnya dioda terbuat dari bahan Silikon dan Germanium, perbedaan bahan dioda ini juga memiliki perbedaan karakteristik tegangan majunya (forward voltage), perbedaan ini terlihat seperti pada gambar dibawah ini :
8
Gambar 2.3 Kurva karakteristik dioda
Gambar diatas menunjukan bahwa dioda berbahan Germanium (Ge) arus baru mengalir pada tegangan 0,3 V, sedangkan pada dioda berbahan Silikon (Si), arus mengalir pada saat tegangan berada di 0,7 V. Tegangan ini sesuai dengan tegangan cut-in pada sambungan P-N dari dioda.
Tampak pula bahwa arus IR = Io dalam orde μA, sedang arus maju IF dalam orde mA. Dari lengkungan kurve yang tidak linier, maka tentu saja tahanan dioda tidak tetap, baik tahanan maju maupun tahanan mundurnya, Jika tegangan balik diperbesar maka akan mencapai keadaan arus meningkat secara tajam, yang hanya dapat dibatasi oleh tahanan luar. Tegangan kritis ini disebut tegangan break down (break down voltage/peak inverse voltage)
9
2.3
Pemanfaatan Transistor Sebagai Saklar Elektris
Transistor adalah piranti elektronik yang menggantikan fungsi tabung elektron-trioda, dimana transistor ini mempunyai tiga elektroda , yaitu Emitter, Collector dan Base. Fungsi utama atau tujuan utama pembuatan transistor adalah sebagai penguat (amplifier), namun dikarenakan sifatnya, transistor ini dapat digunakan dalam keperluan lain misalnya sebagai suatu saklar elektronis.
Susunan fisik transistor adalah merupakan gandengan dari bahan semikonduktor tipe P dan N dan juga merupakan dioda, sehingga karakteristik transistor seperti juga karakteristik dioda, berikut gambar karakteristik transistor :
Gambar 2.4 Kurva karakteristik transistor
10
untuk mempermudah pemahaman tentang system kerja transistor dapat kita lihat gambar dibawah ini :
Gambar 2.5 Ilustrasi sistem kerja transistor
Sistem kerja transistor dapat dijelasakan dengan gambar ilustrasi diatas, kotak C berisi air yang akan mengalir ke E, namun air di kotak C tidak dapat mengalir dikarenakan ada katup berwana hitam yang terhubung ke kotak B dan menutupi lubang antara kotak C & E, jika Kotak B kita isi air maka katup hitam akan terbuka dan menyebabkan air dari kotak C dapat mengalir ke kotak E.
Perumpamaan diatas mempermudah kita dalam pemahaman sistem kerja transistor sebagai saklar, agar tegangan dan arus dari Colector bisa mengalir ke Emitor yang terhubung ke beban maka kita harus memberikan tegangan yang ideal agar Basis berada dalam kondisi saturasi ( jenuh ) sehingga arus dan tegangan dari Colector ke Emitor dapat mengalir, prinsip kerja transistor ini dapat kita manfaatkan sebagai saklar otomatis.
Syarat kerja transistor sebagai sebuah saklar yang dapat menghasilkan kondisi on/off ,, transistor dioperasikan pada salah satu titik kerjanya, titik saturasi dan cut off.
11
Transistor akan aktif apabila diberikan arus pada basis transistor sebesar :
… ( 1.4 )
Saat kondisi saturasi, transistor seperti sebuah saklar yg tertutup (on) sehingga arus dapat mengalir dari kolektor menuju emitor, sedangkan saat kondisi cutoff, transistor seperti sebuah saklar yg terbuka (off) sehingga tidak ada
arus
yg
mengalir
dari
kolektor
ke
emitor.
Beberapa hal yg harus diperhatikan agar transistor dapat bekerja sebagai saklar, antara lain :
1. Menentukan IcIc adalah arus beban yg akan mengalir dari kaki kolektor ke emitor. Besarnya arus beban ini tidak boleh lebih besar dari Ic maksimum yang dapat dilewatkan oleh transistor. Arus beban ini dapat dicari dengan persamaan berikut :
… ( 1.5 )
2. Mengetahui nilai HFE transistor yang digunakan,
… ( 1.6 )
12
3. Menentukan RbSetelah transistor yg akan dipakai sebagai saklar telah ditentukan maka selanjutnya adalah menentukan hambatan pada basis (Rb). Besarnya Rb ini dapat dicari dengan persamaan berikut :
… ( 1.7 )
13
2.4
LDR ( Light Depending Resistor )
LDR singkatan dari Light Dependent Resistor adalah resistor yang nilai resistansinya berubah-ubah karena adanya intensitas cahaya yang diserap. LDR juga merupakan resistor yang mempunyai koefisien temperature negative, dimana resistansinya dipengaruhi oleh intrensitas cahaya. LDR dibentuk dari cadium Sulfied (CDS) yang mana CDS dihasilkan dari serbuk keramik.
CDS merupakan
semikonduktor beresistansi tinggi yang tidak
dilindungi dari cahaya. Jika cahaya yang mengenainya memiliki frekuensi yang cukup tinggi, foton yang diserap oleh semikonduktor akan menyebabkan elektron memiliki energi yang cukup untuk meloncat ke pita konduksi. Elektron bebas yang dihasilkan (dan pasangan lubangnya) akan mengalirkan listrik, sehingga menurunkan resistansinya.
Berikut gambar karakteristik dan simbol LDR :
Gambar 2.6 Kurva LDR (a) dan simbol LDR (b)
Gambar diatas menjelaskan bahwa saat intensitas cahaya (lumen) besar diterima oleh LDR, maka resistansi LDR akan akan menurun dan sebaliknya saat intensitas cahaya berkurang, maka resistansi LDR akan semakin besar.
14
2.5
Resistor
Resistor atau tahanan merupakan salah satu komponen dasar elektronika yang sangat penting di dalam membuat suatu sistem elektronika, resistor berfungsi untuk menahan arus listrik agar arus dan tegangan yang mengalir sesuai dengan spesifikasi macam-macam komponen elektronik yang digunakan.
Simbol resistor adalah “R” dengan satuan resistansi (Ω) Ohm (Kilo Ohm, Mega Ohm). 1K Ohm = 1.000 Ohm (1K Ω) 1M Ohm = 1.000.000 Ohm (1MΩ). Resistor didesain untuk menahan arus listrik dengan memproduksi penurunan tegangan listrik di antara kedua salurannya sesuai dengan arus yang mengalirinya, berdasarkan hukum Ohm :
… ( 1.8 )
Tabel 2.2 Tabel kode warna resistor
15
2.6
LED
Sebuah LED adalah sejenis dioda semikonduktor istimewa. Seperti sebuah dioda normal, LED terdiri dari sebuah chip bahan semikonduktor yang diisi penuh, sedangkanrus yg boleh melewati LED kira-kira 20mA (0,02 A)
Untuk menentukan nilai resistor yang dipakai kita dapat menggunakan rumus
R=V/I
… ( 1.9 )
Nilai tegangan(V) adalah nilai tegangan sumber(Vs) dikurangi nilai tegangan LED(VL).
Warna LED memiliki spesifikasi tegangan yang berbeda-beda seperti dijelaskan pada tabel dibawah ini :
Tabel 2.3 Warna LED vs tegangan kerja LED
No
Warna LED
Tegangan kerja
1.
Infrared
1,6 volt
2.
Merah
1,8 v – 2,1 volt
3.
Orange
2,2 volt
4.
Kuning
2,4 volt
5.
Hijau
2,6 volt
6.
Biru
3,0 volt – 3,5 volt
16
2.7
Penggunaan Dioda Sebagai Pengaman Tegangan Balik
Karakteristik dioda yang bekerja pada tegangan tertentu dapat dimanfaatkan fungsinya sebagai pengaman dari tegangan balik pada penggunaan relay DC pada alat elektronik, relay yang didalamnya terdapat lilitan menghasilkan tegangan balik ( kick-ack voltage) pada saat relay dimatikan yang akan mengarah ke komponen elektronik yang tersambung dengan input tegangan dari relay tersebut, pada aplikasi sensor bahan bakar yang dibuat, maka tegangan balik dari relay akan mengarah ke kaki kolektor dari transistor yang digunakan dan berakibat pada kerusakan transistor.
Tegangan balik ini terjadi karena saat relay dalam keadaan off maka akan terjadi transient pada koil relay yang bekerja secara induktif, dalam hal ini dinggunakan Dioda IN4007 sebagai perangkap tegangan balik dari induksi relay yang berbahaya bagi transistor ini.
Karakteristik dioda silikon yang mampu menyerap tegangan dan mengalirkannya ke dioda itu sendiri, dikarenakan dioda akan mengalirkan tegangan dan arusnya jika mendapat tegangan sebesar 0,7 Volt, jika tegangan balik dari relay diatas 0,7 volt, maka tegangan balik itu akan diserap dioda dan akan di alirkan ke dioda itu sendiri, jika tegangan balik dibawah 0,7 volt, maka walaupun tegangan lolos dari perangkap dioda namun tegangan itu tidak berbahaya tidak akan merusak fungsi dari transistor yang dipakai ( Philips 2N2222A ).
17
