Pekerjaan Rumah 08 SOAL-1:

Program Studi Teknik Elektro STEI ITB
Mata Kuliah Elektronika EL-2005 Semester II 2014/2015
Pekerjaan Rumah 08
SOAL-1:
Tinjau rangkaian listrik di bawah ini. Sumber tegangan
Vi(t) = Vm sin ωt
merupakan
tegangan jala-jala listrik (PLN) di mana Vm = 220 √𝟐 volt, dan RL mewakili resistansi beban
elemen kawat sebuah alat pemanas listrik. Nilai RL = 200 .
a
b
c
Gambar 1: (a) Rangkaian kendali daya beban menggunakan SCR dan rangkaian pembangkit pulsa trigger (b)
Bentuk gelombang teganga SCR VAK (ωt) (c) bentuk gelombang arus beban IL (ωt)
Program Studi Teknik Elektro STEI ITB
Mata Kuliah Elektronika EL-2005 Semester II 2014/2015
Bentuk gelombang tegangan pada terminal anode-ke-katoda SCR VAK (ωt) serta arus beban
iL (ωt) ditunjukkan pada gambar di atas dengan sudut penyalaan SCR: ϕ = 0.2 π radian (
= 36o) sekedar sebagai contoh. Perlu dicatat bahwa tegangan holding / forward SCR di sini
di abaikan ( VH ≈ 0 ).. Secara umum, bentuk fungsi arus beban iL(ωt) adalah
𝑖𝐿 (𝜔𝑡) = 𝐼𝑚 sin 𝜔𝑡
(1)
di mana Im = Vm / RL. Jika digunakan notasi θ = ωt, maka nilai efektif (rms) dari arus beban
di atas dapat dinyatakan sebegai
1
2𝜋
𝐼𝑟𝑚𝑠 = √2𝜋 ∫𝜑 [𝑖𝐿 (𝜃)]2 𝑑𝜃
(2)
(a) Dengan menggunakan persamaan (1) dan (2) serta hubungan fungsi trigonometri
sin2(θ) = ½ - ½ . cos(2θ)
dapatkan persamaan umum yang menghubungkan nilai rms arus beban Irms di atas
serta sudut penyalaan SCR,
ϕ. Kemudian hitunglah daya P yang diberikan pada beban
RL untuk sudut penyalaan ϕ = 0o, 45o, 60o, 90o, dan 120o.
SOAL-2:
Untuk mewujudkan bagian rangkaian pembangkit pulsa trigger untuk modul kendali daya
listrik seperti di sebutkan pada SOAL-1 di atas, akan digunakan sebuah rangkaian osilator
relaksasi menggunakan komponen UJT seperti ditunjukkan pada gambar di bawah ini
Gambar 2: (a) Rangkaian penghasil pulsa trigger yang di sinkronkan fasa-nya dengan timing jala-jala listrik PLN
Program Studi Teknik Elektro STEI ITB
Mata Kuliah Elektronika EL-2005 Semester II 2014/2015
Gambar 2: (b) Kurva karakteristik VE vs IE komponen UJT (c) Bentuk gelombang tegangan VE (t) serta
tegangan output VB1(t)
Gambar 2.b di atas memperlihatkan kurva karakteristik VE vs IE komponen UJT yang
memperlihatkan nilai pasangan parameter Peak-Point: IP dan VP serta parameter Valley-Point:
IV dan VV . Sedang gambar 2.c memperlihatkan gelombang tegangan VE (t) serta tengan output
VB1(t) yang merupakan pulsa-trigger yang dikirimkan ke terminal gate SCR pada rangkaian
yang ditunjukkan pada SOAL-1.
Perlu diperhatikan bahwa catu tegangan rangkaian UJT, VBB tidak diperoleh dari sumber
tegangan DC yang benar-benar konstan, tetapi dari output sebuah rangkaian penyearah, yang
terdiri dari transformator penurun tegangan jala-jala, penyearah dioda D1, serta dioda Zener
D2 sehingga VBB (t) = VZ (t). Tujuannya adalah agar diperoleh sinkronisasi fasa yang konsisten
antara timing pulsa trgger dengan timing gelombang sinus dari tegangan jala-jala serta pada
SCR. Di sini di inginkan agar rangkaian pembangkit pulsa menghasilkan 1 pulsa trigger pada
setiap setengah perioda positif dari tegangan jala-jala. Di sini digunakan diode Zener dengan
nilai VZ = 10 V.
(a) Gambar bentuk gelombang tegangan Va (t) (jika efek pembebanan dioda Zener serta
rangkaian di sebelah kanan-nya bisa diabaikan). Gambarkan pula bentuk gelombang
tegangan VZ (t) (jika efek pembebanan rangkaian UJT di sebelah kanan-nya bisa di
abaikan). Jadi apa peran komponen dioda Zener di sini?
(b) Terlepas dari soal ‘sinkronisasi dengan timing jala-jala’ di atas, hitunglah rentang nilai
yang sesuai untuk kompone resistor R1. Jika digunakan komponen sebuah UJT dengan
nilai parameter η = 0.68, IP = 2 µA dan IV = 4 mA. Pertama-tama hitunglah nilai
parameter VV dan VP menggunakan hubungan: VP = 0.7 V + η .VBB, dan VV = 0.1 VBB,
lalu hitunglah rentang nilai R1: R1.min < R1 < R1.max sesuai dengan penjelasan pada
bagian 11-6 Chapter 11 dari buku teks: “Electronic Devices” oleh Thomas L. Floyd.
(c) Pilihlah suatu harga tertentu dari nilai R1 yang memenuhi jawaban soal (c) di atas,
misalnya dengan menghitung nilai rata-rata dari kedua batas harga R1 di atas. Dari
Program Studi Teknik Elektro STEI ITB
Mata Kuliah Elektronika EL-2005 Semester II 2014/2015
pilihan harga R1 ini, hitunglah harga komponen kapasitor C yang sesuai, berdasarkan
hubungan:
𝑓=
1
1
𝑅1 𝐶 . ln (1− 𝜂)
Di mana f : frekuensi jala-jala listrik PLN.