BAB II LANDASAN TEORI

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