T1_612006005_BAB IV

BAB IV
HASIL PERCOBAAN DAN ANALISIS
4.1.
Topik 1. Rangkaian Pemicu SCR dengan Menggunakan Rangkaian RC
(Penyearah Setengah Gelombang dan Penyearah Gelombang Penuh).
A. Penyearah Setengah Gelombang
Gambar 4.1. Tegangan Keluaran Kondisi Potensiometer Minimum (Penyearah
Setengah Gelombang).
21
22
Gambar 4.2. Tegangan Keluaran Kondisi Potensiometer Tengah (Penyearah
Setengah Gelombang).
Gambar 4.3. Tegangan Keluaran Kondisi Potensiometer Maksimum (Penyearah
Setengah Gelombang).
23
Gambar 4.4. Tegangan Thyristor Kondisi Potensiometer Minimum (Penyearah
Setengah Gelombang).
Gambar 4.5. Tegangan Thyristor Kondisi Potensiometer Tengah (Penyearah
Setengah Gelombang).
24
Gambar 4.6. Tegangan Thyristor Kondisi Potensiometer Maksimum (Penyearah
Setengah Gelombang).
Percobaan ini menghasilkan bentuk penyearah setengah gelombang dengan
sudut picu tertentu yang dikarenakan efek thyristor. Bentuk tegangan keluaran pada
resistor beban dan tegangan thyristor yang diharapkan terlihat pada Gambar 4.7.
Gambar 4.7. Tegangan Keluaran Resistor Beban dan Tegangan Thyristor.
Hasil percobaan yang didapat sesuai dengan yang diharapkan dengan analisis
berikut. Dari Gambar 3.1 tegangan masukan berupa tegangan AC 220 volt. Tegangan
ini diperlemah dengan menggunakan Trafo menjadi 12 Vpp pada keluarannya.
25
Thyristor dapat diaktifkan dengan cara memicu kaki gerbang dengan pulsa pada saat
kaki anoda Thyristor lebih positif dari kaki katoda. Pada rangkaian Gambar 3.1
tersebut, saat t=0 yang terjadi adalah kaki anoda Thyristor lebih positif dari kaki
katoda. Tetapi Thyristor belum aktif karena belum dipicu. Jalan pemicuannya adalah
arus yang mengalir melalui resistor 100 ohm 20 watt, mengalir juga menuju resistor
100 ohm lalu ke potensiometer dan mulai mengisi kapasitor. Setelah kapasitor penuh,
maka arus menuju ke dioda. Dioda mengalami bias maju yang memberikan tegangan
pada kaki gerbang sehingga Thyristor mulai terpicu. Thyristor yang dalam kondisi
aktif ini menyebab rangkaian menjadi hubung singkat sehingga tegangan thyristor
sama dengan nol. Untuk grafik tegangan Thyristor dapat dilihat pada Gambar 4.4, ini
saat kondisi potensiometer bernilai minimum. Tetapi pada resistor beban (100 ohm
20 watt) berupa tegangan masukan mulai dari thyristor terpicu sampai kondisi tidak
aktifnya yang dapat dilihat pada Gambar 4.1. Jika nilai potensiometer diubah, maka
saat pemicuan pun juga akan berubah. Perubahan waktu pemicuan dengan besarnya
potensiometer berbanding lurus, yaitu jika nilai potensiometer diperbesar maka
pemicuan menjadi lama. Pada percobaan ini, pemicuan berada diantara 0 dan 90
derajat (Gambar 4.2), dikarenakan jika lebih dari 90 derajat tegangan kaki gerbang
thyristor kecil dan tidak mampu membuat thyristor aktif (Gambar 4.3). Ini terjadi saat
tegangan masukan pada siklus positif. Pada siklus negatif, Thyristor mengalami
kondisi tidak aktif dengan sendirinya dikarenakan arus pada kaki katoda lebih positif
daripada kaki anoda. Thyristor yang tidak aktif dapat dianalogikan sebagai hubung
buka sehingga tegangan thyristor sama dengan tegangan masukan (Gambar 4.6) dan
tegangan pada resistor beban sama dengan nol (Gambar 4.3).
26
B. Penyearah Gelombang Penuh
Gambar 4.8. Tegangan Keluaran Kondisi Potensiometer Minimum (Penyearah
Gelombang Penuh).
Gambar 4.9. Tegangan Keluaran Kondisi Potensiometer Tengah (Penyearah
Gelombang Penuh).
27
Gambar 4.10. Tegangan Keluaran Kondisi Potensiometer Maksimum
(Penyearah Gelombang Penuh).
Gambar 4.11. Tegangan Thyristor Kondisi Potensiometer Minimum (Penyearah
Gelombang Penuh).
28
Gambar 4.12. Tegangan Thyristor Kondisi Potensiometer Tengah (Penyearah
Gelombang Penuh).
Gambar 4.13. Tegangan Thyristor Kondisi Potensiometer Maksimum
(Penyearah Gelombang Penuh).
29
Pada percobaan ini, hasil yang diharapkan berbentuk penyearah gelombang
penuh dengan sudut picu tertentu. Bentuk gelombangnya dapat dilihat pada Gambar
4.14 berikut.
Gambar 4.14. Tegangan Keluaran Resistor Beban dan Tegangan Thyristor.
Hasil percobaan sesuai dengan yang diharapkan dengan analisis berikut. Baik
saat siklus positif maupun negatif tegangan masukan, arus tetap mengalir melalui
rangkaian dioda-dioda 1N4007 yang dapat juga disebut rangkaian diode-bridge
penyearah. Sehingga untuk kedua siklus ini, kaki anoda thyristor selalu lebih positif
dari kaki katodanya tiap pergantian siklus. Tegangan keluaran (tegangan resistor
beban) berbentuk sinus yang sudah disearahkan (Gambar 4.8, Gambar 4.9, Gambar
4.10). Thyristor akan aktif saat pemicuan terjadi. Namun tidak sepenuhnya thyristor
berada pada kondisi aktif secara terus menerus. Pada saat terjadi pergantian siklus
sesaat (saat beda tegangan anoda dan katoda thyristor bernilai 0 V), menyebabkan
thyristor tidak aktif sesaat. Setelah itu kaki anoda bernilai lebih positif dari kaki
katoda pada siklus selanjutnya (siklus negatif tegangan masukan) dan hanya
menunggu pemicuan untuk membuat thyristor aktif. Tegangan yang dapat memicu
kaki gerbang bergantung pada nilai potensiometer. Untuk Gambar 4.8 didapatkan bila
nilai potensiometer diambil minimum. Gambar 4.9 didapat saat potensiometer
bernilai sekitar 14 kilo ohm. Dan Gambar 4.10 didapat saat potensiometer bernilai
lebih dari 14 kilo ohm. Tegangan Thyristor membentuk grafik kebalikan dari
30
tegangan resistor beban. Ini terlihat pada Gambar 4.11, dimana tegangan thyristor
bernilai nol yang menunjukkan kondisi Thyristor aktif atau bisa dianggap sebagai
hubung singkat. Begitu juga dengan analisis grafik tegangan Thyristor pada Gambar
4.12 dan Gambar 4.13.
4.2.
Topik 2. Rangkaian Osilasi Pencuplik.
Percobaan ini menghasilkan gelombang DC yang berosilasi atau dapat juga
dikatakan sebagai gelombang kotak seperti keluaran timer. Bentuk gelombang DC
dan gelombang keluaran yang diharapkan terlihat pada Gambar 4.15.
Gambar 4.15. Tegangan DC dan Tegangan Resistor Beban.
Hasil percobaan menunjukkan bahwa tegangan resistor beban berosilasi dan
membentuk gelombang kotak dengan analisis berikut. Pada rangkaian Gambar 3.3
dapat dibagi menjadi 2 bagian, yaitu rangkaian yang berfungsi sebagai pembangkit
pulsa dan rangkaian yang berfungsi sebagai penghasil gelombang kotak.
31
Gambar 4.16. Rangkaian Pembangkit Pulsa.
Dari Gambar 4.16 dapat dianalisis bahwa saat pertama (t = 0s) UJT tidak aktif.
Arus tidak mengalir dari kaki E menuju kaki B1 pada UJT. Arus mengalir dari
sumber tegangan Vbb menuju resistor 100 ohm menuju potensiometer kemudian
mengisi kapasitor C1. Lama pengisian kapasitor dapat dilihat pada rumus 4.1.
Pengisian
RC
Pengisian
(100 RPotensiometer )(0.1uF )
(4.1)
Beda tegangan pada kaki B1 UJT terhadap bidang bumi menghasilkan tegangan
0 Volt (tidak ada tegangan). Setelah kapasitor C1 penuh, kapasitor C1 mengosongkan
muatannya. Arus kemudian mengalir melalui kaki E menuju kaki B1 (UJT). Kondisi
UJT menjadi aktif. Waktu yang dibutuhkan untuk mengosongkan kapasitor C1 dapat
dilihat pada rumus 4.2.
Pengosongan
RC
Pengosongan
RB1 (0.1uF )
(4.2)
Nilai hambatan pada kaki B1 (RB1) dapat dihitung melalui lebar pulsa yang
keluar dari UJT (tegangan VB1g) terhadap bidang bumi. Rumus 4.2 yang merupakan
waktu untuk membuat 1 pulsa VB1g sama dengan juga waktu pengosongan kapasitor
32
C1. Beda tegangan kaki B1 (UJT) terhadap bidang bumi memiliki nilai walaupun
kecil. Dari rangkaian Gambar 3.3, variabel resitor (potensiometer) berfungsi sebagai
pengatur lamanya pengisian kapasitor C1. Jika nilai variabel resistor tersebut
diperbesar maka pengisian kapasitor berlangsung secara lama. Begitu pula
sebaliknya, jika nilai variabel resistor diubah minimum, maka pengisian kapasitor
berlangsung secara lebih cepat. Oleh karena itu, perubahan nilai potensiometer akan
mengubah lebar sempitnya pulsa (waktu). Rangkaian pada Gambar 4.16 dapat
dianalogikan dengan rangkaian timer yang menghasilkan nilai 1 (V cc) dan nilai 0 (0
Volt). Namun yang membedakan dengan rangkaian timer adalah fasanya. Perbedaan
ini akan dibahas pada topik peragaan selanjutnya. Bentuk gelombangnya dapat dilihat
pada Gambar 4.17.
Gambar 4.17. Gelombang pulsa yang merupakan keluaran rangkaian Gambar
4.16.
33
Gambar 4.18. Rangkaian Penghasil Gelombang Kotak.
Gambar 4.18 menunjukkan rangkaian penghasil gelombang kotak. Ini
dikarenakan adanya thyristor yang berfungsi sebagai saklar. Saat kaki gerbang dipicu
yang membuat thyristor aktif, maka tegangan keluaran (tegangan pada resistor beban)
menjadi sama dengan Va. Tegangan ini dipertahankan sampai saat pengosongan
induktor (dengan arus balik) dan kapasitor. Hal ini membuat thyristor tidak aktif dan
nilai tegangan thyristor menjadi 0 Volt. Pengosongan induktor (dengan arus balik)
dan kapasitor menyebabkan tegangan pada kaki anoda thyristor menjadi negatif
daripada kaki katodanya. Kondisi ini dinamakan komutasi sendiri. Bentuk tegangan
keluaran saat thyristor tidak aktif menjadi negatif karena tegangan pengosongan
kapasitor dijumlahkan dengan tegangan pengosongan induktor lebih besar daripada
tegangan supply. Duty-cycle Gambar 4.18 dapat diubah lebar sempitnya dengan cara
mengubah nilai kapasitor atau induktor. Namun nilai kapasitor dan induktor pada
peraga tetap karena tujuan dari percobaan ini adalah untuk menunjukkan osilasi
Pencuplik.
Agar membuat thyristor aktif, kaki gerbang membutuhkan suatu tegangan yang
cukup. Namun keluaran dari rangkaian pulsa masih belum dapat mampu membuat
thyristor on. Oleh karena itu, dibutuhkan transformator yang membuat tegangan pulsa
menjadi lebih besar. Selain itu, fungsi dari transformator ini juga untuk membedakan
bidang bumi dengan tujuan menyelamatkan komponen yang membutuhkan ground
yang berbeda nilainya. Sedangkan dioda pada Gambar 3.3 berfungsi melindungi UJT
34
karena efek dari pengisian dan pengosongan arus balik induktor. Gambar 4.19
merupakan gelombang pada resistor beban.
Gambar 4.19. Gelombang keluaran pada resistor beban.
4.3.
Topik 3. Rangkaian Pemicu Thyristor dengan Menggunakan UJT.
Gambar 3.4 dan 3.5 dapat dibagi menjadi 2 bagian rangkaian, yaitu rangkaian
penghasil pulsa dan rangkaian pemicuan thyristor.
Gambar 4.20. Rangkaian Penghasil Pulsa.
35
Tegangan Vin (220 Volt AC) pada Gambar 4.20 dikecilkan dengan
menggunakan trafo. Kemudian sinyal AC yang telah diperkecil tersebut disearahkan
menggunakan rangkaian diode-bridge. Itulah yang menjadi keluaran grafik tegangan
V1g.
Gambar 4.21. Tegangan V1g.
Setelah disearahkan, sinyal tersebut dibatasi sampai nilai puncak tegangan
hanya 24 Volt. Seandainya nilai puncak tegangan lebih dari 24 Volt maka sinyal
tersebut akan dipotong. Inilah fungsi dari dioda zener. Namun pada percobaan grafik
tegangan V1g tidak memiliki puncak lebih atau sama dengan 24 Volt, jadi tidak ada
sinyal yang terpotong.
Sinyal
keluaran
tersebut
kemudian
memasuki
bagian
terakhir
yang
menghasilkan pulsa dengan menggunakan komponen UJT. Awalnya UJT belum
dapat diaktifkan karena arus mengalir untuk mengisi kapasitor. Setelah kapasitor
penuh, kapasitor akan mengosongkan muatan. Inilah yang membuat UJT aktif.
Kemudian sinyal keluaran VB1g menjadi berbentuk pulsa-pulsa. Grafik tegangan V2g
berbentuk sinyal gigi gergaji ini dikarenakan dampak pengisian pengosongan
36
kapasitor. Cara perhitungan lamanya pengisian dan pengosongan kapasitor dapat
dilihat pada Persamaan 4.1 dan 4.2. Dari Persamaan 4.1 didapatkan waktu pengisian
minimum 0.01 ms (saat potensiometer 0 ohm) dan waktu pengisian maksimum 50 ms
(saat potensiometer 500 kilo ohm). Untuk pengosongan kapasitor karena nilai
hambatan dalam UJT begitu kecil maka jika dijumlahkan dengan pengisian kapasitor
dapat diabaikan. Perhitungan ini sesuai dengan hasil pada Gambar 4.22 dimana
proses pengisian dan pengosongan kapasitor diperkirakan diantara 0.01 ms dan 50
ms. Pada Gambar 4.22 proses pengisian dan pengosongan kapasitor berlangsung
selama 10 ms.
Gambar 4.22. Tegangan V2g.
37
Gambar 4.23. Tegangan VB1g.
Kemudian grafik tegangan VB1g ini akan diperkuat dengan menggunakan
transformer yang nantinya masuk melalui kaki gerbang thyristor. Tujuan perlu adanya
transformer ini adalah untuk menguatkan tegangan VB1g dikarenakan adanya
tegangan minimal yang harus dipenuhi kaki gerbang. Selain itu juga untuk
membedakan bidang bumi atau tegangan minimum antara rangkaian penghasil pulsa
dengan rangkaian pemicu thyristor. Dimana rangkaian penghasil pulsa memiliki
tegangan minimum 0 Volt, sedangkan rangkaian pemicu thyristor memiliki tegangan
minimum lebih kecil dari 0 Volt. Jika tidak menggunakan transformer ini maka
rangkaian penghasil pulsa akan mengalami gangguan yang dapat merusak komponen.
Dioda disebelah transformer bertujuan untuk mengantisipasi arus balik yang datang
menuju UJT. Jika tidak ada dioda ini menyebabkan UJT menjadi panas, dan
kelamaan UJT akan meledak karena arus berlebih.
Rangkaian pemicu thyristor pada topik ini dapat dibedakan menjadi 2, yaitu
penyearah setengah gelombang dan penyearah gelombang penuh. Ini bergantung
38
pada masukan tegangan awalnya. Walaupun memiliki bentuk gelombang yang
berbeda, tetapi rangkaian pemicu thyristornya sama. Hal ini berarti bukan rangkaian
tersebut yang mempengaruhi tetapi bergantung pada masukan yang disearahkan
terlebih dahulu atau tidaknya.
Gambar 4.24. Rangkaian Pemicuan Thyristor.
Pada penyearah setengah gelombang dan penyearah gelombang penuh dengan
menggunakan UJT untuk memicu thyristor mendapatkan hasil yang sama dengan
menggunakan rangkaian RC. Bentuk gelombang keluaran berupa penyearah setengah
gelombang dengan sudut pemicuan tertentu. Bentuk gelombang keluaran resistor
beban dan thyristor yang diharapkan dapat dilihat pada Gambar 4.25.
39
Gambar 4.25. Tegangan Keluaran Resistor Beban dan Tegangan Thyristor
Penyearah Gelombang Penuh dan Penyearah Setengah Gelombang.
Pada percobaan ini hasilnya sama dengan yang diinginkan. Untuk analisisnya
masing-masing antara penyearah setengah gelombang dan penyearah gelombang
penuh dapat dilihat berikut.
A. Penyearah Setengah Gelombang
Penyearah setengah gelombang terjadi karena grafik tegangan keluaran
mempunyai setengah siklus dari gelombang masukan. Ini dikarenakan siklus negatif
tegangan masukan menghasilkan tegangan keluaran bernilai 0 Volt. Hal ini dapat
dilihat pada Gambar 3.4, dimana sinyal tegangan masukan yang belum disearahkan
masuk kedalam rangkaian pemicu thyristor melalui resistor beban 100 ohm 20 watt.
Nilai 0 Volt ini karena thyristor tidak dapat aktif karena nilai tegangan pada kaki
katodanya lebih besar daripada kaki anoda. Sehingga thyristor mendapat arus bias
balik. Oleh karena itu, thyristor dapat dianggap hilang. Pada kondisi ini tegangan
40
keluaran (tegangan pada resistor beban) menjadi 0 Volt karena dapat dianggap
hubung singkat. Sedangkan tegangan thyristor sama dengan tegangan masukan. Pada
siklus positif, thyristor dapat aktif karena kaki anoda lebih positif daripada kaki
katodanya. Sehingga thyristor mendapat arus bias maju dan thyristor dapat dianggap
sebagai hubung singkat. Sementara itu grafik tegangan resistor beban sama dengan
tegangan masukan. Tegangan thyristor sama dengan 0 Volt. Sudut picu ini
bergantung dari letak pulsa yang diatur oleh variabel resistor atau potensiometer.
Dimana variabel resistor ini menentukan waktu yang dibutuhkan untuk pengisian
ataupun pengosongan. Berikut ini adalah gambar grafik tegangan thyristor dan
tegangan resistor beban untuk 3 kondisi nilai variabel resistor. Sudut picu pada
percobaan ini berada pada 0 derajat sampai dengan 180 derajat. Ini disebabkan efek
dari UJT. Jika tanpa UJT hasil yang sama dengan Topik 1 akan didapatkan.
Gambar 4.26. Tegangan resistor beban saat potensiometer minimum.
41
Gambar 4.27. Tegangan resistor beban saat potensiometer ditengah-tengah.
Gambar 4.28. Tegangan resistor beban saat potensiometer maksimum.
42
Gambar 4.29. Tegangan thyristor saat potensiometer minimum.
Gambar 4.30. Tegangan thyristor saat potensiometer ditengah-tengah.
43
Gambar 4.31. Tegangan thyristor saat potensiometer maksimum.
B. Penyearah Gelombang Penuh
Penyearah gelombang penuh memiliki bentuk gelombang positif baik dalam
siklus positif maupun siklus negatif dari tegangan masukan. Ini dapat dilihat pada
Gambar 3.5, dimana sinyal masukan yang berbentuk sinusoidal disearahkan terlebih
dahulu sebelum masuk pada rangkaian pemicuan thyristor. Baik siklus positif
maupun negatif tegangan pada kaki anoda lebih besar daripada kaki katoda sehingga
thyristor mengalami bias maju yang membuat thyristor aktif. Saat tegangan thyristor
bernilai 0 Volt, maka thyristor menjadi tidak aktif. Pada penyearah gelombang penuh
ini juga memiliki sudut picu yang sama dengan penyearah setengah gelombang yaitu
antara 0 derajat sampai dengan 180 derajat. Ini dikarenakan peranan UJT. Untuk
memperbesar atau memperkecil sudut picu dilakukan dengan mengubah nilai variabel
resistor. Berikut gambar grafik tegangan keluaran dan tegangan thyristor untuk 3 nilai
variabel resistor yang berbeda.
44
Gambar 4.32. Tegangan resistor beban saat potensiometer minimum.
Gambar 4.33. Tegangan resistor beban saat potensiometer ditengah-tengah.
45
Gambar 4.34. Tegangan resistor beban saat potensiometer maksimum.
Gambar 4.35. Tegangan thyristor saat potensiometer minimum.
46
Gambar 4.36. Tegangan thyristor saat potensiometer ditengah-tengah.
Gambar 4.37. Tegangan thyristor saat potensiometer maksimum.
47
4.4.
Topik 4. Rangkaian Pemicuan Digital.
Pada percobaan ini, thyristor dapat dipicu dengan menggunakan suatu rangkaian
digital dengan bentuk tegangan thyristor yang diharapkan terlihat pada Gambar 4.38.
Gambar 4.38. Tegangan Thyristor.
Hasil yang didapat saat percobaan hampir sama bergantung dengan frekuensi
yang diberikan akibat keluaran rangkaian timer. Untuk analisisnya dapat dilihat
berikut. Dari Gambar 3.6, dapat dilihat bahwa pemicu thyristor berupa rangkaian
digital. Rangkaian digital yang dipakai adalah rangkaian timer yang menggunakan IC
NE555. Tegangan keluaran yang dihasilkan dari rangkaian timer berupa sinyal kotak.
Tegangan yang digunakan pada rangkaian timer tersebut diantara 5 Volt dan 10 Volt.
Batas minimum ini digunakan dengan tujuan agar keluaran rangkaian timer tersebut
dapat membuat thyristor aktif. Sedangkan batas maksimum 10 Volt dengan tujuan
agar tidak merusak IC NE555. Grafik tegangan SCR yang dihasilkan berupa grafik
sinusoidal yang terkadang nilai positifnya terpotong. Ini karena frekuensi antara
sinyal masukan dan sinyal timer tidak sama.
Gambar 4.39. Rangkaian Timer.
48
Pada Gambar 4.39, resistor RA berupa potensiometer dengan nilai batas 0-500
kΩ, resistor RB 51 kΩ, dan kapasitor C bernilai 0.1uF. Dari ketiga nilai tersebut
dapat digunakan untuk menghitung frekuensi gelombang kotak yang akan
dikerluarkan dengan menggunakan Persamaan 4.3.
f
1
(4.3)
ln 2 * ( RA 2 RB ) * C
Dari Persamaan 4.3 dapat diketahui frekuensi minimum dan maksimum yang
bekerja pada rangkaian timer Gambar 4.39 secara teoritis yaitu sebagai berikut.
f min
f min
f max
f max
1
ln 2 * (500000 2 * 51000) *10
23.97 Hz
1
ln 2 * (0 2 * 51000) *10
141.44Hz
7
7
Namun pada praktek frekuensi maksimum melebihi teori dikarenakan toleransi
komponen yang digunakan.
49
Gambar 4.40. Tegangan keluaran timer dengan frekuensi 200 Hz.
Gambar 4.41. Tegangan SCR dengan frekuensi timer 200 Hz.
Gambar 4.42. Tegangan keluaran timer dengan frekuensi 100 Hz.
50
Gambar 4.43. Tegangan SCR dengan frekuensi timer 100 Hz.
Dari rangkaian Gambar 3.6 dapat dianalisis saat siklus positif, SCR aktif
(tergantung dengan frekuensi timer) sehingga SCR dapat dianggap hubung singkat.
Sehingga tegangan SCR (VSCR) bernilai 0 Volt. Saat masukan berada pada siklus
negatif maka SCR berada pada kondisi tidak aktif dan SCR dianggap sebagai hubung
buka. Ini memberikan nilai tegangan SCR sama dengan tegangan masukan. Dutycycle pada percobaan ini tidak berpengaruh pada bentuk gelombang yang
dikeluarkan.
4.5.
Topik 5. Rangkaian Pengendali Tegangan AC dengan Menggunakan Kombinasi
TRIAC-DIAC.
Percobaan ini menghasilkan gelombang sinusoidal dengan sudut picu tertentu.
Ini dikarenakan untuk kedua siklus yaitu positif dan negatif dari gelombang masukan
dilanjutkan atau disearahkan pada siklus masing-masing dengan sudut picu yang
sama. Gelombang keluaran resistor beban dan TRIAC yang diinginkan pada
percobaan ini dapat dilihat pada Gambar 4.44.
51
Gambar 4.44. Tegangan Keluaran Resistor Beban dan Tegangan TRIAC.
Hasil yang didapat dari percobaan sesuai dengan yang diharapkan dengan
analisis berikut. Rangkaian pada Gambar 3.7 menghasilkan grafik tegangan
penyearah gelombang penuh yang dikendalikan dengan sebuah sudut picu TRIAC.
Baik siklus positif maupun siklus negatif sinyal masukan yang melewati DIAC akan
disearahkan menjadi berada pada siklus positif sebelum masuk menuju kaki gerbang
TRIAC. Dengan kata lain sinyal masukan yang tadinya berbentuk sinusoidal
disearahkan oleh DIAC. Saat kaki gerbang TRIAC terpicu maka TRIAC dapat
dianggap sebagai hubung singkat. Jadi tegangan keluaran (tegangan resistor beban)
sama dengan tegangan masukan. Di sini juga TRIAC selalu aktif baik pada siklus
masukan positif maupun negatif setelah kaki gerbangnya terpicu. Bentuk tegangan
keluaran juga berada sama dengan siklus tegangan masukan. Besar sudut picu
dipengaruhi oleh lamanya pengisian dan pengosongan kapasitor yang dikendalikan
oleh besarnya variabel resistor. Sudut picu yang dapat ditempuh pada percobaan ini 0
derajat sampai dengan 180 derajat. Terlebih dari itu tegangan gerbang TRIAC tidak
memenuhi syarat untuk membuat TRIAC aktif. Sehingga TRIAC pada kondisi ini
dapat dianggap sebagai hubung buka. Nilai tegangan keluaran menjadi 0 Volt.
Sedangkan tegangan TRIAC sama dengan tegangan masukan.
52
Gambar 4.45. Tegangan resistor beban saat potensiometer minimum.
Gambar 4.46. Tegangan resistor beban saat potensiometer ditengah-tengah.
53
Gambar 4.47. Tegangan resistor beban saat potensiometer maksimum.
Gambar 4.48. Tegangan TRIAC saat potensiometer minimum.
54
Gambar 4.49. Tegangan TRIAC saat potensiometer ditengah-tengah.
Gambar 4.50. Tegangan TRIAC saat potensiometer maksimum.
55
4.6.
Topik 6. Penyearah Kendali Gelombang Penuh Fasa Tunggal.
Penyearah kendali gelombang penuh fasa tunggal merupakan gabungan dari 2
penyearah setengah gelombang yang berbeda 180 derajat sehingga mendapatkan
bentuk penyearah gelombang penuh. Hasil keluarannya sama dengan penyearah
gelombang penuh murni. Bentuk gelombang tegangan keluaran resistor beban yang
diharapkan terlihat pada Gambar 4.51.
Gambar 4.51. Tegangan Keluaran Resistor Beban.
Hasil percobaan ini sesuai dengan yang diharapkan Gambar 4.51 dengan
analisis berikut. Pada rangkaian Gambar 3.8 dapat dibagi menjadi 2 bagian yaitu
rangkaian penghasil pulsa dan rangkaian penyearah gelombang seperti Gambar 4.20
dan 4.24. Pada percobaan ini ada 2 buah rangkaian penyearah setengah gelombang.
Karena pada percobaan ini menggunakan 2 buah thyristor yang berjalan secara
berkebalikan. Thyristor yang pertama berfungsi untuk menyearahkan siklus positif
sinyal masukan dan memblokir siklus negatif. Sedangkan thyristor ke-2 memiliki
peranan yang berkebalikan yaitu menyearahkan siklus negatif sinyal masukan dan
memblokir siklus positifnya. Rangkaian penghasil pulsa terdiri dari penyearah
gelombang, pemotong gelombang, dan pembentuk pulsa dengan menggunakan UJT.
Pertama sinyal masukan yang berupa sinusoidal disearahkan terlebih dahulu.
Dengan tujuan untuk membangkitkan 2 pulsa dalam 1 periodik. Pulsa inilah yang
digunakan untuk memicu kaki gerbang pada thyristor agar dapat menghasilkan
rangkaian penyearah gelombang penuh. Namun untuk memicu thyristor, kaki gerbang
diberi sinyal impuls bukan sinyal sinusoidal yang telah disearahkan. Agar
mendapatkan sinyal impuls tersebut maka sinyal sinusoidal yang telah disearahkan
tersebut dibatasi nilai puncaknya. Dengan tujuan UJT yang digunakan tidak
mendapatkan daya besar karena dapat membahayakan UJT tersebut. Sebagai
56
pengaman dipakai dioda zener 24 Volt. Jadi jika grafik tegangan masukan yang telah
disearahkan melebihi 24 Volt akan dipotong sampai bernilai 24 Volt. Jika tegangan
tersebut dibawah 24 Volt maka akan diloloskan. Kemudian barulah diproses untuk
mendapatkan sinyal impuls atau dalam percobaan ini menyerupai impuls untuk
memicu thyristor. Awalnya karena kapasitor baru memulai pengisian sehingga
kapasitor dapat dianggap sebagai hubung singkat, maka arus mengalir menuju
kapasitor dan mengisi kapasitor. Setelah batas pengisian kapasitor, kapasitor akan
mengosongkan sehingga UJT mengalami bias maju. Ini membuat UJT menjadi aktif
dan kapasitor mengalami pengosongan muatan. UJT yang aktif ini membuat tegangan
yang masuk transformer menjadi ada (tidak 0). Namun karena bernilai kecil maka
harus diperkuat agar kaki gerbang thyristor menjadi terpicu. Selain itu transformer ini
juga berfungsi untuk membedakan bidang bumi atau nilai minimum yang berbeda
antara rangkaian penghasil pulsa dan rangkaian penyearah gelombang. Dengan tujuan
untuk melindungi UJT dari arus balik.
Gambar 4.52. Tegangan kapasitor.
57
Gambar 4.53. Tegangan resistor beban saat potensiometer minimum.
Karena tujuan dari percobaan topik ini adalah untuk mendapatkan penyearah
gelombang penuh maka tidak cukup dengan menggunakan 1 thyristor saja. 1 thyristor
hanya mengambil peranan pada setengah gelombangnya saja. Sedangkan thyristor
yang lain berperan dalam setengah gelombang yang lainnya. Masukan thyristor ini
juga berbeda karena yang satu berfungsi untuk menyearahkan siklus positif sinyal
masukan dan yang lain menyearahkan siklus negatif masukan. Namun pulsa yang
diberikan pada tiap kaki gerbang sama. Bila potensiometer diubah nilainya maka
yang berubah hanya 1 buah thyristor saja karena kedua thyristor tersebut tidak
sinkron.
58
Gambar 4.54. Tegangan resistor beban saat potensiometer minimum.
Gambar 4.55. Tegangan resistor beban saat potensiometer ditengah-tengah.
59
Gambar 4.56. Tegangan resistor beban saat potensiometer maksimum.
4.7.
Topik 7. Tugas Rancang : Step-Down Chopper.
Step-Down Chopper berfungsi mengubah tegangan masukan DC menjadi
tegangan keluaran DC yang lebih kecil. Rangkaian Step-Down Chopper dapat
direalisasikan dengan menggunakan IC MC34063. Dengan gambar rangkaian seperti
yang ditunjukkan pada Gambar 4.57.
60
Gambar 4.57. Rangkaian Step-Down Chopper.
MC34063 berfungsi sebagai pengatur dengan memvariasikan waktu t on dan
siklus waktu switching keseluruhan. Analisis rangkaian Gambar 4.57 sebagai berikut.
Awalnya transistor Q1 dianggap tidak aktif, arus induktor IL menjadi 0, dan tegangan
keluaran sama dengan tegangan keluaran yang seharusnya. Tegangan keluaran yang
melalui kapasitor Co akan menurun dibawah nilai seharusnya karena arus itu adalah
komponen yang satu-satunya menyuplai arus ke beban RL. Penurunan tegangan
dipantau oleh rangkaian pengendali switching dan menyebabkan Q1 saturasi. Arus
induktor akan mengalir dari Vin melalui Q1 lalu induktor L kemudian menuju Co yang
paralel dengan RL. Saat transistor Q1 tidak aktif, medan magnet pada induktor mulai
mengosongkan muatan sehingga membangkitkan tegangan balik yang membuat
61
dioda Schotkey menjadi bias maju. Arus puncak akan menurun seiring dengan energi
yang disuplai untuk Co dan RL.
Untuk merancang sebuah step-down yang dapat menghasilkan tegangan
keluaran sebesar 15 V dari tegangan masukan 30 V, harus menentukan nilai-nilai
resistor ( R1 , R 2 , dan R SC ), kapasitor ( CT dan C O ), dan induktor ( L ).
Sebelum
menentukan
nilai-nilai
komponen
tersebut,
terlebih
dahulu
menentukan lama waktu siklus on ( t on ) dan siklus off ( t off ) berlangsung dengan
menggunakan persamaan-persamaan berikut.
t on
t off
Vout VF
Vin (m in) Vsat Vout
ton toff
toff
ton
1
f
(4.5)
ton toff
ton
1
toff
ton
toff
(4.4)
(4.6)
toff
(4.7)
Nilai-nilai komponen dapat dihitung dengan menggunakan persamaanpersamaan berikut.
I pk
2 I out (m ax)
(4.8)
Rsc
0,3
I pk
(4.9)
62
CT
CO
Lmin
4 10
5
I PK (t on
(4.10)
ton
t off )
(4.11)
8 Vripple (Vpp)
Vin (min) Vsat Vout
I pk
t on
(4.12)
Nilai resistor R1 dan R2 ditentukan sendiri agar dapat menghasilkan tegangan
keluaran yang sesuai dengan yang dikehendaki. Nilai tegangan keluaran dihitung
dengan Persamaan (4.13) berikut.
Vout
1,25 1
R2
R1
(4.13)
Dengan menggunakan Persamaan 4.4 hingga Persamaan 4.13 tersebut,
diperoleh penghitungan dengan hasil sebagai berikut.
63
Vin
30V 10%
Vout
15V
I out ( maz )
Vripple
t on
t off
t on
t off
27V
33V
250mA
100mV
Vout VF
Vin (m in) Vsat Vout
t off
t on
t on
t off
15 0,4
27 0,5 15
1
1
0,05ms
f 20KHz
t off
0,05ms
21,376 10 6 s
1,3391 1
1
t on
t on
CT
4 10
I pk
2 I out (m ax)
2 250mA 0,5 A
Rsc
0,3
I pk
0,6
Lm in
CO
Vout
15,4
1,3391
11,5
t off
t off
5
t on
0,3
0,5
0,05ms 0,021ms
4 10
Vin (m in) Vsat Vout
I pk
I PK (t on
t off )
8 Vripple
1,25 1
R2
R1
5
t on
0,028624ms
28,624 10
6
1144,96 10
12
27 0,5 15
0,028624ms
0,5
0,5 0,05ms
8 0,1
1,25 1
0,021376ms
110K
10K
F
1,1nF
0,6325904mH
0,03125mF
1,25 12 15V
Karena nilai-nilai komponen yang diperoleh dari hasil penghitungan tidak tersedia di
pasaran dengan nilai yang sama persis, maka nilainya disesuaikan dengan yang ada di
pasaran. Nilai-nilai komponen yang digunakan:
Rsc
0,5
CT
1,1nF
64
CO
Lmin
33uF
0,625 mH
Hasil tugas rancang dengan tegangan masukan (Vin) bernilai 28.6 Volt dapat
membuat tegangan keluaran (Vout) bernilai 15 Volt. Begitu tegangan masukan
diturunkan sampai diatas 15 Volt, tegangan keluaran masih bernilai 15 Volt. Setelah
tegangan masukan berada kurang dari 15 Volt, maka tegangan keluaran juga akan
turun dibawah 15 Volt. Bila diberi beban resistif, tidak ada dampak pada tegangan
keluaran. Hal ini berarti tegangan keluaran berubah bila tegangan masukan berada
dibawah spesifikasi tegangan keluaran yang diharapkan.