Perancangan Power Supply.docx

PERANCANGAN PEMBUATAN POWER SUPPLY

1.

Definisi dan Teori 1.1. Definisi V average (rata – rata) atau Vdc Harga average memiliki inti penjelasan yaitu luas daerah yang dibatasi suatu fungsi dibagi dengan lebar intervalnya. Luas dari fungsi dapat dihitung dengan mengintegralkan fungsi tersebut. Dari definisi ini apabila ada suatu fungsi y = 𝑥 2 dengan interval [a, b] atau periode T, maka untuk mencari harga rata-rata fungsi harus diintegralkan lalu dibagi dengan intervalnya. Untuk gelombang sinusodial harga rata – ratanya (average) dapat dirumuskan sebagai berikut: 1 T ∫ Vm sinωt dt T 0 1.2. Definisi Vrms (Root Mean Square) / V effektif Sesuai dengan artinya, RMS (root mean square) atau V effektif adalah akar dari nilai rata-rata dari suatu fungsi yang dikuadratkan. Bisa dilihat dari kepanjangan V rms sendiri ada 3 kata penting yaitu root, mean, dan square. Dari kepanjangan ini kita bisa mendapatkan rumus untuk mencari Vrms, untuk mendapatkan rumusnya dapat diperoleh dari belakang : a. Square Artinya mengkuadratkan suatu fungsi atau persamaan garis, contoh : fungsi y = 𝑥 2 pada interval [a, b] atau periode T. Hal pertama yang harus dilakukan adalah mengkuadratkan fungsi y = 𝑥 2 pada batasnya. b. Mean Mencari nilai rata - rata didapat dengan cara mengintegralkan persamaan garis yang telah dikuadratkan, contoh : fungsi y = 𝑥 2 dengan interval [a, b] atau periode T. Apabila 𝑥 2 telah dikuadratkan (square) maka untuk mencari rata – ratanya harus fungsi harus diintegralkan. c. Root Artinya adalah setelah mengkuadratkan dan mencari rata-ratanya, hasil dari rata – rata di akar kuadratkan, sehingga nilai Vrms / Veffektif dapat diperoleh. Untuk mencari nilai Vrms pada gelombang sinnusoidal maka dapat dirumuskan sebagai berikut 1

T

Vrms = √T ∫0 (Vm sin ωt)2 dt

1.3. Tegangan ripple (Vr) Vr adalah riak gelombang atau tinggi tegangan ripple puncak ke puncak (peak to peak ripple voltage). Tegangan ini sebenarnya adalah tegangan ketika terjadi pengisian dan pengosongan muatan. Tegangan ripple dapat dicari dengan mencari selisih antara tegangan maksimum dan minimum pada kapasitor

2.

Perencanaan dan Perhitungan 2.1. Spesifikasi power supply yang direncanakan Vin = 220V f = 50 Hz Vout = 12V Imax = 5A

2.2. Blok Diagram a. Global

b.

Blok diagram proses

2.3. Perencanaan dan Perhitungan a. Gambar rangkaian

b.

Penghitungan dan pemilihan komponen i. V input (A – A’) Vrms = Veff 1

T

220 = √T ∫0 (Vm sin ωt)2 dt 1

2202 = 50 ∫050 Vm2 sin2 ωt dt 1

1

2202 = 50 Vm2 ∫050 2 (1 − cos2ωt) dt 1 1 2202 = 25 Vm2 (t sin2ωt)| 50 0 2ω 1 1 1 1 2202 = 25 Vm2 {( ) sin4π.50.50 ) – (0 sin4π.50.0} 50 4π.50 4π.50 1 2202 = 25 Vm2 {( – 0) – (0 – 0)} 50 2 220 × 50 Vm2 = 25 Vm = √2202 × 2 Vm = 311,11 VAVG = VDC 1 𝑇 = ∫0 𝑉𝑚 𝑠𝑖𝑛𝜔𝑡 𝑑𝑡 𝑇 1

= 50 ∫050 311,11 𝑠𝑖𝑛𝜔𝑡 𝑑𝑡

= 50 (311,11)(= - 50 (311,11) = =

−311,11 2𝜋 −311,11

2𝜋 =0V

1 𝜔

1

cos ωt) |50 0 1

2𝜋.50

(cos 2π.50.

1 50

– cos2π.50.0)

(1-1) .0

ii. Vs (B – B’) Vrms = Veff 1

T

18 = √T ∫0 (Vm sinωt)2 dt 1

182 = 50 ∫050 Vm2 sin2 ωt dt 1

1

324 = 50 Vm2 ∫050 2 (1 – cos2ωt) dt 1 1 324 = 25 Vm2 (t sin2ωt)|50 0 2ω 1 1 1 1 324 = 25 Vm2 {( sin4π.50. ) – (0 sin4π.50.0)} 50 50 4π.50 4π.50 1 324 = 25 Vm2 ( ) 50 1 324 = Vm2 2 Vm = √324 × 2 = 18 √2 = 25,45V Vavg = Vdc 1 T = ∫0 Vm sinωt dt T 1 50

= 50 ∫0 25,45 sinωt dt 1 1 = 50 (25,45)(- cos ωt) |50 0 ω 1 1 = - 50 (25,45) (cos 2π.50. – cos2π.50.0) 2π.50 50 −25,45 = (1-1) 2π

=

−25,45

2π =0V

.0

iii. Vd (C – C’) Vavg = Vdc 1 T = ∫0 Vm sinωt dt T 1

= 100 ∫0100(25,45 − 0,7) sinωt dt 1 1 = 100 (24,75)(- cos ωt) |100 0 ω 1 1 = - 100 (24,75) (cos 2π.50. – cos2π.50.0) 2π.50 100 −24,75 = (-1 – 1) π −24,75 = . ( - 2) π = 15,77 V Vrms = Veff 1

T

= √T ∫0 (Vm sinωt)2 dt 1

= √100 ∫0100 Vm2 sin2 ωt dt 1

1

= √100. 24,752 ∫0100 2 (1 – cos2ωt) dt 1 1 = √50. 24,752 (t − 2ω sin2ωt)| 100 0

1 1 1 = √50. 24,752 {(100 − 4π.50 sin4π) – (0 − 4π.50 sin4π. 0)} 1 = √50 . 24,752 (100)

=√ =

24,752

2 24,75

√2 = 17,5 V

iv. Vc (D – C’) 

Vr

= =

Vm 2f.R.C 24,75

2.50.47.1000.10−6 = 5,27V



Vmin

= Vm – Vr = 24,75 – 5,27 = 19,48V

2.4. IC Regulator IC Regulator tegangan berfungsi sebagai filter tegangan agar didapatkan tegangan sesuai dengan keinginan. IC regulator tegangan secara garis besar dapat dibagi menjadi dua, yakni regulator tegangan tetap (3 kaki) dan regulator tegangan yang dapat diatur (3 kaki dan banyak kaki). Kaki di sini menyatakan terminal IC. IC regulator tegangan tetap (3 kaki) yang sekarang ini populer adalah seri 78 untuk tegangan positif dan seri 79 untuk tegangan negatif. Regulator seri 78 tersedia dalam beberapa variasi tegangan keluaran mulai dari 5 volt sampai 24 volt, seperti 7805, 7806,7808, 7810, 7815, 7818, dan 7824. Besarnya tegangan keluaran IC seri 78 atau 79 ini dinyatakan dengan dua angka terakhir dari serinya. Contoh IC 7805 adalah regulator tegangan positif dengan tegangan keluaran 5 Volt. IC 7915 adalah regulator tegangan negative dengan tegangan -15 Volt. Untuk perancangan ini dipilih IC regulator 7812 sesuai dengan spesifikasi power supply yang direncanakan. 2.5. Transistor Fungsi transistor sebagai adalah sebagai penguat arus. Fungsi komponen ini membuatnya dapat digunakan dalam rangkaian power supply yang tegangannya telah diatur. Dalam keadaan tersebut transisor haruslah terlebih dahulu dibias dengan tegangan yang konstan pada basisnya, tujuannya supaya emitor menghasilkan tegangan yang tetap. Umumnya yang dipakai untuk mengontrol tegangan basis agar tetap adalah dioda zener.

2.6. Bentuk Gelombang

3. Kalibrasi Oscilloscope 3.1. Oscilloscope Oscilloscope (Osiloskop) adalah Alat Ukur yang dapat menunjukkan ‘bentuk’ sinyal listrik dengan menunjukkan grafik dari tegangan terhadap waktu pada layarnya. Layaknya voltmeter dengan fungsi kemampuan lebih, penampilan tegangan berubah terhadap waktu. Sebuah graticule setiap 1cm grid menyebabkan dapat melakukan pengukuran dari tegangan dan waktu pada layar (screen).

Osiloskop biasanya digunakan untuk menghitung besarnya frekuensi atau tegangan (amplitudo) dari suatu gelombang atau sinyal listrik. Umumnya orang akan menggunakan osiloskop untuk mengamati bentuk suatu gelombang sinusoidal dari rangkaian atau sumber listrik arus bolak balik atau AC (Alternating Current), sehingga dapat mengitung langsung besarnya amplitudo gelombang dari puncak bawah sampai puncak atas, oleh sebab itu sering dikenal dengan istilah tegangan peak to peak (Vpp). Namun untuk melakukan perhitungan dan mendapatkan hasil yang akurat maka harus dipastikan terlebih dahulu bahwa osiloskop yang akan kita gunakan telah terkalibrasi atau belum. Untuk mengetahui apakah osiloskop tersebut sudah terkalibrasi ataupun cara untuk melakukan kalibrasi adalah sebagai berikut. Pada osiloskop terdapat beberapa tombol utama yang memiliki fungsi pokok berbeda, antara lain:  Volt/div yaitu digunakan untuk mengatur batas pengukuran tegangan atau amplitodo dalam 1 kotak atau div pada batas posisi sisi atas dan sisi bawah kotak. Lebih tepatnya untuk menentukan besarnya tegangan yang dihitung dalam tiap kotak.  Time/div yaitu digunakan untuk menentukan besarnya batas pengukuran periode (dalam sekon) atau batas sisi kiri dan sisi kanan dalam 1 kotak atau div.  Mode yaitu untuk menentukan channel mana yang aktif atau muncul dalam layar. Umumnya bisa salah satu atau kedua channel secara bersamaan, bahkan sampai menggabungkan kedua channel tersebut.  var pada volt/div yaitu digunakan untuk mengkalibrasi tegangan pada masing-masing channel pada osiloskop. Efek yang muncul pada pengaturan tombol ini yaitu perubahan jarak atas dan bawah pada 1 gelombang.  var pada time/div yaitu digunakan untuk mengkalibrasi periode pada semua channel osiloskop. Efek yang mancul pada pengaturan tombol ini yaitu perubahan jarak kiri dan kanan pada 1 gelombang.  Position pada y untuk mengatur dan menggeser letak atas dan bawah gelombang pada layar.  Position pada x untuk mengatur dan menggeser letak kiri dan kanan gelombang pada layar. Untuk lebih jelas silahkan perhatikan semua tombol yang ada pada gambar osiloskop berikut.

Gambar Osiloskop Merk GW 50 MHz

Gambar tombol utama pada osiloskop.

volt/div

time/div

Gambar Layar osiloskop.

3.2. Kalibrasi Oscilloscope Setelah semua fungsi tombol pada osiloskop telah dimengerti maka kita dapat mulai untuk melakukan kalibrasi.

Langkah kalibrasi 1. Pertama, kita nyalakan terlebih dahulu osiloskopnya. Pastikan bahwa ada suatu gambar garis pada layar dan terlihat jelas serta tidak kabur. Apabila masih kabur lakukan pengaturan fokus terlebih dahulu dengan memutar tombol fokus dibawah layar, serta cek apakah garis yang terlihat miring atau lurus? Jika garis yang muncul sedikit miring segeralah perbaiki dengan cara memutar pengaturan kemiringan garis pada lubang di bawah layar dengan menggunakan obeng (-) kecil. Setelah semua pengaturan awal telah selesai dilakukan, segera persiapkan probe osiloskop yang akan digunakan. Karena fungsi probe osiloskop ini sangatlah penting untuk menghubungkan masing masing channel osiloskop pada alat yang akan kita ukur dan dapat pula digunakan untuk mengkalibrasi osiloskop itu sendiri. Probe osiloskop itu sendiri sebenarnya selain berfungsi sebagai penghubung juga dapat digunakan sebagai faktor pengali manakala sumber ataupun rangkaian yang akan kita ukur memiliki tegangan melebihi batas maksimal kemampuan osiloskop, karena pada probe osiloskop terdapat saklar yang bertuliskan X1 dan X10. Saklar tersebut biasanya hanya terdapat pada probe osiloskop yang asli sehingga dengan menempatkan pada posisi X10 kita masih bisa mengukur sumber tegangan yang lebih besar dari batas ukur osiloskop (volt/div) sampai 10 kali lipat pada batas kemampuan maksimal osiloskop. Namun untuk probe osiloskop buatan sendiri kita hanya dapat menggunakan maksimal 1X pada batas maksimal osiloskop.

Gambar Probe osiloskop

Pada gambar diatas tampak saklar pada probe asli, namun pastikan posisi probe tetap pada X1. Apabila tidak mempunyai probe yang asli dapat digunakan probe buatan sendiri dengan menggunakan kabel yang

bermutu baik dan capi buaya. Pasanglah probe pada channel 1 serta pilih saklar mode pada channel 1 (CH1.) seperti terlihat pada gambar dibawah ini.

Menentukan mode pada channel 1

Setelah memasang probe pada channel 1, tempatkan ujung probe pada terminal Cal yang ada pada ujung kiri bawah pada layar osiloskop. Perhatikan tulisan yang ada pada terminal cal yaitu terdapat tulisan 2 Vpp dan 1KHz. Hal itu berarti osiloskop harus dikalibrasi supaya nilai pada peak to peak atau puncak atas dan bawah pada kotak div bernilai 2 volt dan frekuensi gelombang 1div sebesar 1 KHz. Pada gambar dibawah ini adalah gambar bentuk gelombang yang belum dilakukan kalibrasi karena belum memenuhi aturan yang ada pada tulisan terminal cal.

Menempatkan ujung probe osiloskop pada terminal cal.

2. Langkah kedua yang harus dilakukan untuk kalibrasi yaitu membuat supaya nilai perhitungan pada 1 kotak adalah 2 volt. Batasan yang dipakai pada tombol volt/div bebas yang penting hasil perhitungan 1 kotak atau div adalah 2 Volt. Putarlah tombol var didekat tombol volt/div untuk menyesuaikan atau mengkalibrasi tegangan pada channel 1 tersebut. Bila nilai 1 kotak (div) sudah tepat 2 volt seperti pada gambar dibawah berati kalibrasi tegangan pada channel 1 telah berhasil. Maka dilanjutkan untuk melakukan kalibrsi frekuensi.

Bentuk gelombang sudah dikalibrasi tegangan.

Untuk melakukan kalibrasi frekuensi buatlah nilai 1 gelombang (1 puncak dan 1 lembah ) pada gelombang kotak tersebut bernilai 1 KHz. Caranya yaitu atur tombol time/div agar pulsa gelombang kotak mudah

dilihat (usahakan pada nilai 0.5 ms atau 1 ms saja), kemudian putar tombol var dibawah atau didekat tombol time/div . Misal saya gunakan tombol time/div pada 0.5 ms maka saya harus mendapatkan bentuk gelombang kotak 1 puncak 1 kotak dan 1 lembah 1 kotak. Sehingga nantinya saat dihitung nilai periode 1 gelombang (1 puncak dan 1 lembah) adalah 0.5 ms + 0.5 ms = 1 ms (nilai periode gelombang). Maka frekuensinya f adalah 1/T = 1/1 ms = 1 / 0,001= 1000 Hz = 1 KHz (sesuai dengan nilai 1 KHz pada terminal Cal kan). Untuk lebih jelasnya silahkan lihat gambar dibawah ini. Perlu di ingat bahwa nilai var pada kalibrasi tegangan pada channel 1 tadi sudah selesai dilakukan, jadi jangan sekali-kali merubahnya sedikitpun, bila tidak anda harus mengulang kembali melakukan kalibrasi tegangan channel 1 dari awal lagi.

Pengaturan time/div untuk kalibrasi frekuensi

Bentuk gelombang setelah dikalibrasi tegangan dan frekuensi

Setelah melakukan semua langkah langkah diatas berati osiloskop pada channel 1 telah selesai dikalibrasi tegangan dan frekuensi, maka siap untuk digunakan. Tetapi channel 2 juga memerlukan kalibrasi, sehingga bila kita akan memakai osiloskop channel 1 dan 2 maka pada channel 2 juga harus dilakukan kalibrasi, namun ingat kalibrasi cukup pada tegangan saja (volt/div), tidak perlu sampai ke frekuensi (time/div) karena untuk kalibrasi frekuensi efeknya pada channel 1 dan 2. 4. Data Hasil Praktikum Alat dan bahan: Osciloskop Multimeter Power supply Kabel buaya

: 1 buah : 1 buah : 1 buah : 2 buah

Hasil percobaan Osciloscop (B-B’)

V/ div = 5 Amplitudo = 3 V peak = (V/div) x A =5 . 3 = 15 V Time / div = 2 ms Lebar = 10 div T = (time / div) x l = 2.10−3.10 = 20. 10−3 s

F= =

(C-C’)

(D-D’)

1 T

1

20.10−3 = 50 Hz V div = 5 Amplitudo = 3 div (peak) Vpeak = (V/div) x A = 5 .3 = 15 V V/div = 5 Amplitudo = 2,35 (min) ; 3,05 (max) Vmin = (V/div ) x A (min) = 5 . 2,35 = 11,75 V max = (V/div) x A(max) = 5. 3,05 = 15,25 Vr = V max – Vmin = 15,25 – 11,75 = 3,5

Gambar hasil percobaan