engginering

1. CATU DAYA
Kelompok 6:
1. Sari Daulay ( A1E0140)
2. Indra Avico ( A1E0140)
3. Siswi Wahyu Ningsih ( A1E014044)

2. Catu Daya
Apa sih yang akan dijelaskan pada bab ini ?
Bab ini akan menjelaskan bagaimana
rangkaian penyearah (rectifier) dan
rangkaian penghalus (smoothing) bekerja
dan bagaimana tegangan – tegangan
output catu daya dapat diatur dengan
baik serta beberapa rangkaian catu daya
praktis.

4. Rectifier
Dioda-dioda semikonduktor biasanya
digunakan untuk mengkonversi arus bolak-
balik (a.c) menjadi arus searah (d.c.),
dimana dalam kasus ini disebut sebagai
penyearah (rectifier).
Bentuk paling sederhana dari rectifier
memiliki satu dioda tunggal, dan karena
hanya bekerja pada setengah-siklus positif
atau negatif dari sumber, rangkaian ini
dikenal sebagai rectifier setengah-
gelombang.

7. Contoh soal
• Sebuah transformator sumber yang
memiliki rasio lilitan 11:1 disambungkan
je sebuah tegangan sumber r.m.s. 220
V. Jika output sekundernya diumpankan
ke sebuah rectifier setengah-
gelombang, tentukan tegangan puncak
yang akan timbul pada sebuah beban ?

8. penyelesaian
• Tegangan sekunder r.m.s. Akan diberikan
oleh :
Vs = Vp/11 = 220/11 = 20 V
• Tegangan puncak yang timbul setelah
penyearahan akan diberikan oleh :
VPK = 1,414 x 20 V = 28,28 V
Dengan mengasumsikan bahwa dioda
tersebut adalah perangkat silikon dengan
jatuh tegangan maju sebesar 0,7 V,
tegangan puncak aktual yang timbul pada
beban adalah :
VL = 28,28 V – 0,7 V = 27,58 V

9. Rangkaian penghalus dan reservoir
waktu yang dibutuhkan C1 hingga
mencapai level maksimum (puncak)
ditentukan oleh konstanta waktu
rangkaian pengisinya (resistansi seri
dikalikan kapasitansi).
waktu yang dibutuhkan C1 untuk melepas
muatannya, sangat berbeda dengan
waktu mengisinya, jauh lebih lama.
Konstanta waktu pelepasan muatan
ditentukan oleh nilai kapasitansi dan
resistansi bebannya,RL .

10. • C1 disebut sebagai kapasitor reservoir.
Kapasitor tersebut menyimpan muatan
selama setengah-siklus positif dari
tegangan sekunder dan melepasnya
selama setengah-siklus negatif.
• Hal ini akan mengakibatkan timbulnya
variasi-variasi kecil pada tegangan
output d.c. (dikenal sebagai riak
(ripple)).

13. karena riak merupakan sesuatu yang
tidak diinginkan kita harus berusaha
mereduksinya. Salah satu metode untuk
mengurangi amplitudo riak adalah dengan
memperbesar konstanta waktu
pelepasan muatannya.
besarnya riak direduksi dengan suatu
faktor pendekatan yang besarnya sama
dengan :

14. Contoh soal
• Filter penghalus R-C pada sebuah rectifier
yang bekerja dengan sumber 50 Hz terdiri dari
R1 = 100 Ω dan C2 = 1000 µF. Jika riak sebesar
1 V timbul pada input rangkaian, tentukanlah
besar riak yang muncul pada output ?
• Penyelesaian :
• Pertama-tama, kita harus menentukan
reaktansi dari kapasitor,C2, pada frekuensi riak
(50 Hz) :

15. • Besarnya riak pada output dari rangkaian
(yaitu yang muncul pada C2) akan diberikan
oleh :

16. FILTER – FILTER RIAK YANG DI
SEMPURNAKAN
Penyempurnaan lebih lanjut dapat di
lakukan dengan menggunakan sebuah indukator
(L1), bukannya resistor (R1), pada rangkaian
penghalus . rangkaian ini juga menawarkan
keunggulan lain yaitu hanya timbul jatuh
tegangan dc yang minimum pada indukator (
pada rangkaian dalam gambar 6. 7tegangan out
put d.c. tereduksi sebesar jatuh tegangan yang
timbul pada R1 ).

17. Gambar 6.8 : rectifier setengah-gelombang pada rangkaian penghalus L-C
Gambar 6.8 memperlihatkan rangkaian catu daya
setengah gelombang yang di lengkapi dengansebuah
rangkaian penghalus L-C. Pada frekuensi riak, L1 memiliki
nilai reaktansi – induktif yang tinggi sementara C1
memiliki nilai reaktansi-kapasitif yang rendah. Efek
gabungan dari kedua hal ini adalah pelemahan ( atenuasi )
yang sangat mereduksi amplitudo riak tanpa terlalu
mempengruhui tegangan searah.

18. Contoh 6.3
filter penghalus L – C pada sebuah recifier setengah
gelombang yang berkerja dengan sumber 50 Hz terdiri
dari L1 = 10 H dan C2 = 1000 µF. jika riak sebesar 1 v
muncul pada input rangkaian, tentukan besar riak yang
timbul pada output.
Penyelesaian :
Sekali lagi, reaktansi dari kapasitor, C2. ADALAH
3,18 Ohm ( lihat contoh 6.2 ).
reaktansi dari L1 pada 50 Hz dapat di hitung
dari :
XL = 2𝜋fL = 2 X 3,14 X 50 X 10 = 3140 Ohm

19. Besarnya riak pada output dari rangkaian (yaitu
yang timbul pada C2) akan di berikan oleh :
Vriak = 1 V X
𝑋𝑐
𝑋𝑙 +𝑋𝐶
= 1 V X
3,18
3142+3,18
= 0,001 V atau 1 mV
Cobalah membandingkan nilai ini dengan hasil
yang di peroleh dalam contoh sebelumnya.

20. RECTIFIER GELOMBANG PENUH
Rectifier setengah – gelombang relatif tidak efisien
karena penghantarannya hanya terjadi pada tiap-
tiap setengah siklus positif dan setengah siklus
negatif rectifier gelombang penuh ini menawarkan
perbaikan kinerja yang lebih signifikan dari rectifier
setengah gelombang. Rectifier gelombang-penuh
tidak saja lebih efisien namun juga hanya
membutuhkan komponen penghalus dan
komponen reservoir yang lebih sedikit.
Terdapat dua jenis dasar rectifier gelombang
penuh; jenis dua fase dan jenis rectifier jembatan.

21. Gambar 6.9 rectifier dua-fase
Rangkian rectifier dua-fase

22. Gambar 6.9 memperlihatkan rectifier dua-fase
sederhana. Tegangan sumber ( 240 V ) diberikan pada sisi
primer dari sebuah trafo step-dwon (TI) yang memiliki
dua gulung lilitan skunder yang identik, masing-masing
memberikan tegangan r.m.s. 12 V ( Rasio lilitan dari TI
oleh karena itu adalh 240/12 atau 20:1 untuk setiap
gulung lilitan sekunder).
pada setengah siklus positif, titik A akan positif
terhadap titik B. sama halnya, titik B akan positif terhadap
titik C. dalam kondisi ini D1 akan menghantar ( anodany
akan positif terhadap katodanya) sedangkan D2 tidak
menghantar ( anodanya akan negatif terhadap katodanya
). Sehingga hanya D1 saja yang akan menghantar dalam
setengah siklus positif.

23. Pada setengah siklus negatif, titik C akan
positif terhadap titik B. Sama hal nya, titik B
akan positif terhadap titik A. dalam kondisi ini
D2 akan menghantar (anodanya akan positif
terhadap katodanya). Sehingga hanya D2 saja
yang akan menghantar dalam setengah siklus
negatif.

24. Gambar 6.10. memperlihatkan rectifier dua-fase
dengan dioda-dioda yang diganti oleh saklar-saklar.
Gambar 6.10 (a) : rectifier dua-fase dengan D1 menghantar
Dalam gambar 6.10(a) D1 di perlihatkan menghantar
dalam setengah siklus positif.

25. Gambar 6.10 (b) : rectifier dua-fase dengan D2 menghantar
sedangkan dalam gambar 6.10(b) D2 di perlihatkan
menghatar.
Hasilnya adalah arus di alirkan ke beban pada arah
yang sama dalam tiap-tiap setengah-siklus yang
berurutan. Lebih jauh lagi, arus ini di peroleh secara
bergantian dari kedua gulungan lilitan sekunder.

26. Sebagaimana pada rectifier setengah-
gelombang, tindakan pensaklaran kedua dioda
mengakibatkan timbulnya tegangan output yang
berdenyut pada resistor beban (RL). Namun, tidak
seperti rectifier setengah-gelombang, pulsa-pulsa
tegangan yang timbul pada RL akan berada pada
frekuensi 100 Hz (bukan 50 Hz). Berlipat duanya
frekuensi riak ini memungkin kan kita menggunakan
kapasitor reservoir dan penghalus dengan nilai yang
lebih kecil untuk memperoleh pengurangan riak
pada tingkat yang sama (ingatlah bahwa reaktansi
kapasitor berkurang dengan bertambahnya
frekuensi).

27. Gambar 6.11 : rectifier dua-fase dengan kapasitor reservoir
Gambar 6.11 memperlihatkan bagaimana sebuah kapasitor recervoir
(C1) dapat ditambahkan untuk memastikan bahwa tegangan output akan tetap
berada pada atau mendekati tegangan puncak, bahkan ketika dioda-dioda tidak
menghantar komponen ini berkerja dengan carayang sama persis dengan yang
ada pada rangkaian setengah gelombang yaitu komponen tersebut mengisi
muatan hingga mencapai kira-kira 16,3 V pada puncak setengah siklus positif dan
mempertahan kan tegangan pada level ini ketika dioda-diodaberada dalam
keadaan tidak menghantar.

28. Gambar 6.12 : bentuk-bentuk gelombang dari rectifier dua-fase

29. Gambar 6.13 : empat dioda disambungkan membentuk rectifier
jembatan

30. Rangkaian rectifier jembatan
Sebagai alternatif untuk penggunaan
rangkaian dua-fase adalah penggunaan rectifier
jembatan empat dioda (lihat gambar 6.13)
dimana kedua pasang dioda yang berlawanan
akan menghantar pada tiap-tiap setengah siklus
yang bergantian, susunan ini menghindarkan
kita dari kebutuhan untuk menggunakan dua
gulung lilitan skunder yang terpisah.

31. sebuah rectifier jembatan gelombang-
penuh di perlihatkan dalam gambar 6.14
Gambar 6.14 rectifier jembatan gelombang-penuh

32. Pada gambar 6.14 tegangan sumber (240
V) di umpamakan pada sisi primer dari trafo
step-dwon (T1). lilitan skunder memberikan
tegangan r.m.s. 12 V (sekitar 17 V puncak) dan
memiliki rasio sebesar 20:1, sebagaimana
sebelumnya.

33. Gambar 6.15 (a) rectifier jembatan dengn D1 dan D2 menghantar,
D3 dan D4 tidak menghantar
Pada gambar diatas memperlihatkan D1 dan D2 menghantar pada
setengah siklus positif

34. Gambar 6.15 (b) rectifier jembatan dengn D1 dan D2 tidak menghantar,
D3 dan D4 menghantar
Pada gambar diatas memperlihatkan D1 dan D2 menghantar pada
setengah siklus positif. Sekali lagi adalah arus dialirkan melalui beban
pada arah yang sama pada tiap-tiap setengah siklus yang berurutan.

35. Sebagaimana dengan rectifier dua-fase
pensaklaran dari kedua dioda menghasilkan
tegangan output berdenyut yang timbul pada
resistor beban (RL). Sekali lagi, tegangan output
puncak nya adalah sekitar 16,3 V (yaitu 17 di
kurang nilai ambang tegangan maju 0,7 V).

36. Gambar 6.16 rectifier jembatan dengan kapasitor recervoir
Gambar di atas memperlihatkan bagaimana kapasitor recervoir (C1) dapat di
tambahkan untuk memastikan tegangan output tetap berada pada atau mendekati
tegangan puncak bahkan ketika dioda-dioada tidak menghantar. Komponen ini berkerja
dengan cara yang persis sama dengan rangkaian dua-fase, yaitu mengisi muatan hingga
mencapai sekita 16,3 V pada puncak dari setengah siklus positif dan mempertahankan
tegangan pada level ini bahkan ketika dioda-dioda berada pada kondisi tidak menghantar.

37. Pengatur Tegangan
Sebuah pengatur (regulator) tegangan sederhana
diperlihatkan dalam Gambar 6.17. Rs disertakan untuk
membatasi arus zener pada nilai aman ketika beban
dilepaskan dari sambungan. Ketika beban (RL) di sambung,
arus zener (IZ) akan jatuh karena dibelokkan kearah
resistansi beban (adalah umum untuk melewatkan arus
sebesar 2 mA hingga 5mA untuk memastikan bahwa dioda
bekerja dengan baik). Tegangan output (V0) akan tetap
sama dengan tegangan zener hingga pengaturan
berhenti pada titik dimana pembagi tegangan yang
dibentuk oleh Rs dan RL menghasilkan tegangan output
yang lebih rendah dari Vz. Rasio Rs terhadap RL.

38. Pada titik dimana rangkaian mulai brehenti melakukan
pengaturan :
VZ = VIN X
𝑅𝐿
𝑅𝐿+𝑅𝑆
Dimana VIN adalah tegangan input yang belum teregulasi.
Rs maks = RL X (
𝑉𝐼𝑁
𝑉𝑍
− 1 )
Daya yang terdisipasi pada dioda zener, PZ = IZX VZ
Rs min =
VIN −VZ
IZ
=
VIN −VZ
(PZ
maks
VZ
)
=
(VIN – VZ ) X VZ
PZ maks
Sehingga
Rs min =
VIN X VZ −VZ
Pz maks
Di mana Pz maks adalah rating disipasi daya maksimum bagi
dioda zener.

39. Contoh 6.4
Sebuah dioda zener 5 V memiliki rating disipasi daya maksimum
sebesar 500 Mw. Jika dioda tersebut akan digunakan pada
sebuah rangkaian pengatur sederhana yang memberikan tengan
tergulasi (regulated voltage) 5 V pada sebuah beban yang
memiliki resistansi sebesar 400Ώ , tentukanlah nilai resistor seri
yang sesuai untuk di operasikan bersama dengan sumber
sebesar 9 V.

40. Penyelesaian
Pertama kita harus menentukan nilai maksimum bagi Rs :
Rs maks = RL X (
𝑉𝐼𝑁
𝑉𝑍
− 1 )
Sehingga
Rs maks = 400Ώ x (
9V
5V
- 1) = 400 X (1,8 – 1)
= 320Ώ
Sekarang tentukanlah nilai minimum untuk Rs ;
Rs min =
VIN X VZ −VZ2
Pz maks
=
( 9 x 5 ) − 52
0,5
=
45−25
0,5
= 40Ώ
Maka nilai Rs yang sesuai adalah 150Ώ (kira-kira menengah
antara kedua nilai ekstrim tersebut).

41. Resistansi output dan pengaturan tegangan
Tegangan output akan tetap konstan berapapun arus yang di
terima oleh beban. Tegangan output akan jatuh seiring dengan
bertambah nya beban. Catu daya memiliki resistansi internal (
idealnya adalah nol ).
Resistansi internal ini muncul pada output dari catu daya dan
didefinisikan sebagai perubahan pada tegangan output dibagi
perubahan yang terkait pada arus output. Maka:
R0 =
perubahan tegangan output
perubahan arus output
=
dVo
d/L
Pengaturan oleh catu daya diberikan oleh hubungan:
Pengaturan =
perubahan tegangan output
perubahan tegangan input
x 100%

42. Contoh 6.5
Data berikut ini diperoleh dalam sebuah pengujian yang di
lakukan terhadap catu daya d.c :
(i) Uji beban
Tegangan output (tanpa beban) = 12V
Tegangan output (arus beban 2A) = 11,5 V
(ii) Uji pengaturan
Tegangan output (input sumber, 220 V) = 12V
Tegangan output (input sumber, 200V) = 11,9 V
Tentukanlah (a) resistansi output dari catu daya dan
(b) pengaturan catu daya

43. Penyelesaian
Resistansi output dapat ditentukan dari data uji beban:
Ro =
perubahan tegangan output
perubahan arus output
=
(12−11,5 𝑉)
(2−0)
=
0,5
2
= 0,25Ώ
Pengaturan dapat di tentukan dari uji pengaturan:
Pengaturan =
perubahan tegangan output
perubahan tegangan input
x 100%
=
(12−11,9)
220−200
x 100%
=
0,1
20
x 100% = 0,5%

44. Rangkaian-rangkaian catu daya praktis
Gambar 6.18 memperlihatkan rangkaian catu daya
sederhana yang mampu membrikan arus output hingga 250
Ma. Rangkaian tersebut menggunakan