lab tf 1 – modul 3 catu dayakuliah.itera.ac.id/pluginfile.php/83483/mod... · gambar 3.2 jenis...

Praktikum Laboratorium TF I Catu Daya - 1

Lab TF 1 – Modul 3 Catu Daya

3 Unit Catu Daya

3.1 Tujuan Praktikum

Unit Catu Daya (Power Supply Unit) adalah rangkaian elektronik yang bertugas memberi listrik pada suatu

rangkaian elektronika, biasanya dari jala-jala listrik AC. Praktikum ini akan mengajak mahasiswa membedah unit

catu daya agar menguasai kompetensi berikut:

• menguji kabel listrik AC dengan test-pen

• mengukur besaran listrik AC dan DC dengan AVO Meter

• mengamati bentuk gelombang listrik AC dengan osiloskop

• menjelaskan cara kerja step-down trafo

• menjelaskan cara kerja penyearah setengah gelombang, gelombang penuh mode jembatan, dan gelombang

penuh mode CT

• menjelaskan cara kerja penghalus gelombang

• menjelaskan cara kerja regulator

3.2 Alat dan Bahan

Untuk pelaksanaan praktikum modul ini, alat dan bahan yang diperlukan adalah:

No Nama Banyak Keterangan

1 AVO Meter 1

2 Osiloskop 1

3 Test Pen 1

4 Trafo 1

5 Kit Catu Daya 1

6 Kabel & jumper

Setiap praktikan juga wajib memakai alat pelindung diri untuk bekerja di lab elektronika (minimal: jas lab, sepatu

tertutup ber-sol karet, pengaman rambut).


3.3 Dasar Teori

3.3.1 Sumber Listrik

Listrik adalah salah satu bentuk energi, berupa aliran elektron pada suatu konduktor. Beberapa besaran listik dasar

adalah:

• Arus (I, Ampere): banyaknya muatan listrik yang mengalir pada satu satuan waktu.

• Tegangan (V, Volt): beda potensial listrik yang menyebabkan arus mengalir.

• Daya (P, watt): banyaknya energi listrik yang mengalir persatua waktu.

• Hambatan (R, Ohm): bisa dianggap beban yang memakai daya listrik.

Diantara ke-empat besaran tersebut berlaku hubungan:

(3.1)

(3.2)

Sesuai dengan besarnya tegangan yang bekerja, ada dua jenis sumber listrik yakni DC (Direct Current) dan AC

(Alternating Current). Pada sumber listrik DC, tegangan antara kedua kutubnya selalu tetap.

(3.3)

Sementara itu pada sumber listrik AC, tegangan antara kedua kutubnya berosilasi membentuk gelombang sinus.

(3.4)

Vp : amplitudo gelombang sinus

f : Frekuensi gelombang sinus

Gambar 3.1 Listrik DC dan AC

3.3.2 Sumber Listrik DC

Sumberdaya DC umumnya dihasilkan oleh baterai atau aki (accu). Bentuk baterai sudah ada standarnya seperti

nampak pada Gambar 3.2. Sementara itu tegangan baterai tergantung pada bahan kimia dasarnya seperti diberikan

pada Tabel 3.1.

𝑃(𝑡) = 𝑉(𝑡). 𝐼(𝑡)

𝑉(𝑡) = 𝑅. 𝐼(𝑡)

𝑉(𝑡) = 𝑘𝑜𝑛𝑠𝑡𝑎𝑛

𝑉(𝑡) = 𝑉𝑝𝑠𝑖𝑛(2𝜋𝑓𝑡)


Ukuran standar Baterai isi ulang (rechargeable)

Gambar 3.2 Jenis Baterai

Tabel 3.1. Contoh Berbagai jenis baterai DC

Type Zinc–

carbon Alkaline Li-FeS2 Li-ion NiCd NiMH NiZn

Tegangan

Nominal 1.5 V 1.5 V 1.5 V 3.6-3.7 V 1.2 V 1.2 V 1.65/1.6 V

Rechargeable No No No Yes Yes Yes Yes

Arus listrik DC selalu mengalir dari kutub (+) yang bertegangan tinggi ke kutub (-) yang bertegangan lebih rendah.

Apabila terbalik, beban yang tersambung ke sumber DC bisa rusak. Karena itu untuk memudahkan pengenalan

kutub, kabel listrik DC memiliki warna standar tertentu:

• Positip: kabel warna merah

• Negatif: kabel warna hitam

Sementara itu ada juga sumber listrik DC yang memiliki tiga kutub, dimana standarnya adalah :

• Positip: kabel warna merah

• Ground : kabel warna kuning

• Negatif: kabel warna hitam

3.3.3 Sumber Listrik AC

Listrik AC di rumah atau gedung dipasok dari jaringan listrik PLN, dengan amplitudo tegangan (Vp) 220 Volt dan

frekwensi (f) 50 Hz. Listrik AC tersebut dialirkan melalui 3 kabel yaitu:

• Ground : kabel warna kuning, bergaris hijau

• Netral : kabel warna merah atau biru

• Fasa : kabel warna hitam

Instalasi listrik yang aman untuk rumah tangga nampak pada Gambar 3.3. dimana komponen-komponen standar

adalah:

• Meter Daya listrik, berfungsi untuk mengukur daya listrik yang dipakai oleh rumah tersebit, dalam satuan

kWH (kilo Watt Hour).

• Main Circuit Breaker (MCB), berfungsi untuk membatasi arus yang dapat mengalir ke rumah tersebut,

sekaligus sebagai pengaman. Bila beban di rumah menarik arus lebih besar dari batas, maka MCB akan

otomatis memutus jaringan.

• Saklar dan beban. Saklar berfungsi untuk memutus / menyambung listrik ke beban (misalnya lampu), dan

harus dipasang di jalur fasa.

https://en.wikipedia.org/wiki/Zinc–carbon_battery




https://en.wikipedia.org/wiki/Alkaline_battery

https://en.wikipedia.org/wiki/Alkaline_battery

https://en.wikipedia.org/wiki/Lithium_battery




https://en.wikipedia.org/wiki/Lithium-ion_battery

https://en.wikipedia.org/wiki/Lithium-ion_battery

https://en.wikipedia.org/wiki/Nickel–cadmium_battery

https://en.wikipedia.org/wiki/Nickel–cadmium_battery

https://en.wikipedia.org/wiki/Nickel–metal_hydride_battery

https://en.wikipedia.org/wiki/Nickel–metal_hydride_battery

https://en.wikipedia.org/wiki/Nickel–zinc_battery

https://en.wikipedia.org/wiki/Nickel–zinc_battery


• Stop kontak, adalah tempat untuk menyambung listrik dengan colokan. Harap perhatikan bahwa

sambungan melalui stop-kontak tidak sebaik koneksi langsung, dan relatif mudah terbakar bila dialiri arus

besar. Karena itu jangan berlebihan menumpuk beban di stop-kontak.

Gambar 3.3 Instalasi Listrik di rumah tangga

Pada listrik AC, muatan listrik sesungguhnya berada pada jalur fasa, dan akan mengalir ke netral. Sementara itu

ground seharusnya tersambung ke bumi untuk memastikan bahwa jalur netral memiliki potensial yang sama dengan

bumi. Bila ada orang yang anggota tubuhnya terhubung ke bumi (misal berdiri tanpa alas kaki ber-sol karet), maka

dia dapat terkena kejutan listrik jika:

• menyentuh jalur fasa

• Menyentuh jalur netral yang tidak tersambung ke ground dengan baik

Untuk keselamatan, harap baca http://www.ibiblio.org/kuphaldt/electricCircuits/DC/DC_3.html

Gambar 3.4 Kejutan listrik pada jalur fasa atau netral

3.3.4 Adaptor AC/DC

Listrik untuk masyarakat dipasok oleh PLN dalam bentuk listrik AC (Alternating Current) dengan tegangan 220V.

Sementara itu peralatan elektronika umumnya menggunakan listrik DC dengan tegangan di bawah 12V. Karena itu

http://www.ibiblio.org/kuphaldt/electricCircuits/DC/DC_3.html

http://www.ibiblio.org/kuphaldt/electricCircuits/DC/DC_3.html


diperlukan rangkaian catu daya yang berfungsi mengubah listrik AC 220V menjadi listrik DC dengan tegangan

tertentu. Secara umum, ada dua jenis catu daya:

• Step-Down Trafo Power Supply

• Switching Power Supply

Pada praktikum ini kita akan menelaah jenis Step-Down Trafo. Secara umum, catu daya ini memiliki empat bagian,

yakni:

1. Trafo Stepdown : menurunkan tegangan AC 220V menjadi tegangan Vac tertentu.

2. Penyearah: membuat listrik AC yang tegangannya berosilasi antara negatif dan positif menjadi berosilasi

antara 0 dan positif.

3. Perata: membuat listrik dari penyearah menjadi rata tegangannya sebesar Vdc

4. Regulator: menjaga agar tegangan luaran catu daya selalu tetap, meski diberi beban.

3.3.5 Trafo StepDown

Trafo stepdown berfungsi mengubah listrik AC tegangan tinggi menjadi listrik AC tegangan rendah berdasarkan

induktansi. Komponen ini terdiri atas lilitan primer (kutub 1 dan 5) yang dihubungkan ke listrik AC tegangan tinggi,

dan lilitan sekunder yang akan mengeluarkan listrik AC tegangan rendah (kutub 2 dan 4). Bisa juga ditambahkan

sebuah center tap (CT, kutub 3) ditengah-tengah lilitan sekunder. Hubungan kelistrikan antara primer dan sekunder

adalah:

Ps = ηPp

Vs = ns/np Vp

I = P / V

fs = fp

P = daya listrik

η = efisiensi, biasanya sekitar 0,7 – 0,9

V = tegangan

I = arus

f = frekuensi

n = banyak lilitan

Ketika akan membeli sebuah trafo, parameter yang perlu diperhatikan adalah:

• Rating arus, yaitu arus maksimum yang bisa dialirkan.

• Tegangan masukan.

• Tegangan luaran.

• Adanya CT

3.3.6 Penyearah

Listrik dari trafo masih berbentuk sinus, dimana tegangannya berosilasi terus dari positip dan negatif, walau


amplitudonya sudah rendah. Mula-mula, listrik ini perlu disearahkan dulu, dalam artian tegangannya dibuat hanya

berosilasi dari positip ke nol. Komponen yang umum digunakan di sini adalah dioda, berupa sebuah semikonduktor

dengan kutub anoda dan katoda. Keistimewaan dioda adalah, arus listrik hanya dapat mengalir dari anoda ke katoda.

Ada berbagai cara memasang dioda ke trafo agar listrik AC tersebut menjadi searah, diantaranya (Gambar 3.5):

1. Penyearah setengah gelombang.

2. Penyearah gelombang penuh 2 dioda.

3. Penyearah gelombang penuh 4 dioda (dioda bridge).

4. Penyearah gelombang penuh dua kutub dengan 4 dioda.

Konfigurasi pertama akan menghasilkan listrik searah seperti sinus yang terpotong gelombang negatifnya.

Rangkaian ini kurang efisien, karena artinya setengah daya listrik akan hilang. Rangkaian kedua dan ketiga sudah

lebih efisien karena listrik AC akan diteruskan gelombang positifnya, dan dibalik gelombang negatifnya. Sementara

itu pada rangkaian keempat, akan dihasilkan listrik searah dua kutub (positif dan negatif).

Pada rangkaian catu daya, jalur earth dari jala-lala AC sebaiknya dikoneksikan ke inti trafo dan juga ground

rangkaian untuk pengamanan pada keseluruhan rangkaian. Jika tak dilakukan, rangkaian masih bekerja. Namun jika

dipegang dengan tangan, akan terasa adanya getaran, bahkan sengatan, jika grounding di bangunan tersebut kurang

bagus.

Bentuk dioda umumya seperti silinder dengan dua kaki berwarna hitam, dimana kaki katoda diberi garis putih.

Parameter dioda yang penting adalah :

• Peak Inverse Voltage : Tegangan balik yang masih bisa diterima. Harus jauh lebih besar dari Vac sekunder

trafo.

• Forward Current: arus maju maksimum yang bisa dilewatkan. Harus lebih besar daripada rating arus trafo.

Gambar 3.5: Empat jenis konfigurasi trafo - penyearah


Tabel 3.2.Tipe dioda dan rating arusnya

Tipe Forward Current Peak Inverse Voltage

IN4001 1A 50 V

IN4002 1A 100 V

IN5400 3A 50 V

IN5401 3A 100V

Sementara itu ada juga komponen yang berisi 4 dioda dalam konfigurasi rangkaian jembatan (bridge diode). Dioda

ini memiliki 4 kaki saja, dan praktis untuk digunakan sebagai penyerah gelombang penuh.

3.3.7 Perata

Setelah melalui penyearah, akan diperoleh listrik searah namun tegangannya masih naik turun seperti bukit-bukit.

Untuk meratakan bukit-bukit ini, perlu dipasang sebuah kapasitor setelah penyearah.

Dengan dipasangnya penyearah, akan diperoleh listrik searah yang rata dengan tegangan RMS (root mean square)

sebesar:

(3.2)

Kapasitor adalah komponen yang dapat menyimpan muatan lisrik ketika terhubung ke sumber tegangan yang lebih

tinggi potensialnya, dan sebaliknya akan melepaskan muatan ke beban. Ada berbagai jenis kapasitor, umumnya

dibagi menjadi:

• Kapasitor non-polar : kedua kakinya tidak berkutub, bisa dipasang bolak-balik pada listrik searah dan aman

dipasang pada listrik AC.

• Kapasitor polar : ada kaki positip dan kaki negatif, harus dipasang dengan benar pada rangkaian listrik

𝑉𝑑𝑐 =𝑉𝑎𝑐

√2

Gambar 3.6: Catu daya dengan perata


searah. Jika terbalik, kapasitor bisa meletus.

Sementara itu dalam membeli komponen kapasitor, ada dua parameter yang perlu diperhatikan:

• Nilai kapasitansi : dalam satuan Farad (micro, nano, atau pico), sesuai kebutuhan skema.

• Tegangan maksimum: besarnya tegangan yang bisa diterima diantara kedua kaki. Pada catu daya, harus

lebih besar dari Vac.

3.3.8 Regulator

Setelah disearahkan, luaran catu daya sudah cukup aman untuk dialirkan ke beban DC. Namun jika bebannya

berdaya besar (arus yang ditarik cukup besar), tegangan Vdc masih bisa jatuh (drop). Oleh karena itu diperlukan

bagian regulator. Di pasaran telah tersedia komponen IC (integrated circuit) regulator, yaitu seri LM78* dan

LM79*, dimana * menyakan besarnya tegangan regulasi. IC ini harus diberi tegangan V input sekitar 2V lebih tinggi

dari V regulated, namun jika terlalu tinggi maka rugi-rugi daya di IC akan besar dan IC menjadi panas. Sementara

itu IC ini juga punya batas arus maksimum (I max). Jika arus yang diminta oleh beban lebih besar dari rating ini,

IC tidak akan jebol namun arus yang diberi hanya akan sebatas rating. Ketika bekerja dengan daya tinggi, akan

timbul panas sehingga topi IC ini harus diberi heat-sink.

Tabel 3.3. Beberapa komponen regulator

Tipe Sisi Regulasi V input V regulated I Max

7805 positif +7V +5V 800 mA

7812 positif +14V +12V 800 mA

7905 negatif -7V -5 V 800 mA

7912 negatif -14V -12V 800 mA

Rangkaian regulator ini cukup mudah seperti nampak pada skema berikut. Nampak bahwa IC ini dipasang setelah

kapasitor perata (C1, C2), kemudian ditambah lagi kapasitor penghalus (C3, C4).

3.3.9 Beban

Bagi catu daya, beban adalah rangkaian listrik yang akan dialiri listrik. Pada praktikum ini akan dipakai beban

berupa LED (light emiting dioda). Komponen ini memiliki kaki anoda dan katoda, dan bila dialiri listrik dari anoda

Gambar 3.7: Catu daya dengan regulator


ke katoda, maka akan menyala. Jika diberi listrik terbalik (katoda lebih positif daripada anoda), LED tidak akan

menyala dan mungkin jadi rusak.

Spesifikasi LED yang perlu diperhatikan adalah:

• Warna. LED tersedia untuk berbagai warna dari putih, merah, kuning, hijau, bahkan ultra violet.

• Daya. Ada berbagai jenis LED dengan daya rendah hingga tinggi. Semakin tinggi daya, maka semakin

terang nyalanya.

• Arus nominal. LED umumnya minta diberi arus, bukannya tegangan. Jika LED disambung ke sumber

tagangan,maka harus diberi resistor yang sesuai.

LED terpasang

dengan resistor

LED biasa

Kaki lebih panjang = anoda

LED daya tinggi

Gambar 3.8: Rangkaian LED

3.4 Tugas Awal

Agar lebih cepat paham saat melakukan praktikum, maka lalukan simulasi dengan LTSpice sebagai berikut.

1. Penyearah

Bandingkan unjuk kerja TIGA buah rangkaian penyearah dengan simulasi LTSpice sebagai berikut:

A. Penyearah setengah gelombang

Pada LTSpice, gambarkan rangkaian penyearah setengah gelombang sebagai berikut.


Label Input AC dan output DC dapat dibuat dengan mengatur tipe label sebagai berikut:

Jika dibandingkan dengan teori (Gambar 3.5.a), pada rangkaian LTSPice ini sumber daya V1 mewakili trafo

stepdown yang akan memberi arus AC 12 Volt. Oleh karena itu, V1 diatur menghasilkan sinus 12V sebagai berikut:

Untuk mensimulasikan rangkaian ini, kita perlu menghitung lama simulasi sebagai berikut:

• karena sinusnya adalah berfrekuensi 50 Hz, maka periodenya adalah 20 ms.

• Agar dapat melihat sedikitnya 2 gelombang penuh, maka simulasi sedikitnya adlaah 40 ms.

Dalam hal ini kita set selama 50 ms dengan menu Simulate – Edit Simulation Cmd sebagai berikut


Setelah itu jalankan simulasi dan lihat hasil gelombangnya pada:

• input AC (bawa mouse ke label AC sampai kursor berubah menjadi probe, klik)

• output DC (sama caranya)

• Arus di D1 (bawa mouse ke D1 sampai kursor berubah menjadi panah, klik).

Kita dapat melihat bahwa D1 hanya melewatkan arus saat V(ac) positip, karenanya terjadi output Vdc setangah

gelombang. Cetak grafik luaran ini, lalu tempel pada jurnal tugas awal.


B. Penyearah gelombang penuh memakai CT

Sama seperti sebelumnya, gambarlah rangkaian pada LTSpice sebagai berikut:

Rangkaian ini setara dengan teori (Gambar 3.5.b) dimana trafo dengan CT disimulasikan memakai 2 sumber

tegangan (V1 dan V2). Simulasikan kemudian buat dan analisis:

• Tegangan AC+, AC-, DC

• Arus D1 dan D2

Cetak grafik luaran ini, lalu tempel pada jurnal tugas awal. Jelaskan mengapa bisa terjadi gelombang penuh pada

output Vdc

C. Penyearah bridge untuk sumber daya 2 kutub

Kini gambarkan rangkaian pada LTSpice yang setara dengan teori (Gambar 3.5.d) sebagai berikut:


Coba lakukan simulasi dan analisis:

• Tegangan AC+, AC-, DC+, DC-

• Arus D1, D2, D3 dan D4

Cetak grafik luaran ini, lalu tempel pada jurnal tugas awal. Jelaskan mengapa bisa terjadi gelombang penuh pada

output Vdc+ maupun Vdc-

2. Perata

A. Tanpa Perata

Gunakan rangkaian penyearah gelombang penuh (tugas 1.B) sebelumnya. Tak ada perubahan dalam hal rangkaian,

namun kini buatlah simulasi lebih lama, hingga 200 mili detik. Simulasikan dan amati:

• Input Vac

• Output Vdc

B. Perata Kapasitor 10uF

Pada rangkaian sebelumnya tersebut, tambahkan kapasitor 10uF sebagai berikut:

Simulasikan dan amati tegangab Vac dan Vdc. Cetak grafik output dan jelaskan mengapa output tidak setengah

gelombang lagi.

C. Perata Kapasitor 2200uF

Pada rangkaian sebelumnya tersebut, ubah harga kapasitor C1 menjadi 2200uF.

Simulasikan dan amati tegangab Vac dan Vdc. Cetak grafik output dan jelaskan mengapa output Vdc bisa menjadi

rata. Simpulkan, apa yang terjadi ketika kapasitor diperbesar.


3. Efek Pembebanan

A. Beban R1=1K

Gunakanlah rangkaian catu daya gelombang penuh yang digunakan sebelumnya (tugas 2C), dimana:

• C1 berharga 2200 uF

• R1 berharga 1K

Simulasikan dan amati tegangan Vac, Vdc serta arus I pada R1. Cetak grafik output.

B. Beban R1=100

Cobalah mengubah harga R1 menjadi 100 ohm. Simulasikan dan amati tegangan Vac dan Vdc, serta arus R1. Cetak

grafik output.

C. Beban R1=100K

Cobalah mengubah harga R1 menjadi 100 Kilo ohm. Simulasikan dan amati tegangab Vac dan Vdc, serta R1. Cetak

grafik output.

Dari mengamati grafik ketika R1=100, 1K dan 100K, simpulkan apa yang terjadi ketika beban menjadi lebih besar.

3.5 Praktikum

3.5.1 Listrik AC Jala-Jala

3.5.1.1 Mengamati Panel Listrik

Di perkotaan, listrik AC di gedung-gedung disediakan secara terpusat dari pembangkit listrik. Sebelum dipakai di

suatu lokasi, listrik AC masuk dulu ke panel listrik, dimana terpasang MCB (Miniature Circuit Breaker). Bentuk

MCB seperti sebuah saklar yang bisa dinaikkan (ON) untuk mulai mengalirkan listrik. Keistimewaan MCB adalah,

saklar itu bisa jatuh (trip OFF) sendiri jika arus yang mengalir melebihi batasnya. Dengan demikian MCB akan

putus jika ada beban yang melebihi rating, atau terjadi hubung singkat (konslet).

Pada percobaan ini, asisten akan menunjukkan MCB yang mengarah ke meja-meja praktikum. Catatlah batas arus

yang menuju ke meja anda. Catat rating arus dan tegangan operasional pada MCB tersebut.


(dari http://teknikelektronika.com/arti-kode-pada-mcb-miniature-circuit-breaker/)

Arti rating arus:

Huruf jenis kurva:

B: trip bila arus > 3-5 kali nilai;

untuk beban resistif (lampu,

heater, dll.)

C: trip bila arus > 5-10 kali nilai;

untuk beban induktif (pompa,

trafo, dll.)

D: trip bila arus > 10-25 kali nilai;

untuk beban resistif dan induktif

tinggi.

Nilai angka:

batas arus dalam ampere. Contoh

16, artinya 16 Ampere

Gambar 3.9: MCB

3.5.1.2 Menguji Listrik AC Jala-Jala Dengan Test-Pen

Listrik AC disediakan melalui stop kontak. Secara umum, ada dua jenis stop kontak yang digunakan di Indonesia

yaitu tanpa ground (2 lubang) dan dengan ground (2 lubang + 2 penjepit). Ada juga stop kontak untuk daya besar,

dan dilengkapi saklar.

Stop kontak tanpa ground

Stop kontak dengan ground

Stop kontak daya besar

Gambar 3.10: Stop kontak AC

Masalahnya di sini, pada stop kontak tak ada pembeda fasa dan netral. Untuk mengetahuinya, gunakan test-pen

sebagai berikut:

1. Pegang test-pen, bagian belakangnya (yang ada konduktornya) disentuh dengan jari. Awas, jangan

menyentuh bagian depan test-pen.

2. Sentuhkan (kalau perlu colokkan) ujung test-pen ke konduktor yang akan diperiksa. Jika test-pen menyala,

konduktor itu terhubung ke fasa. Potret ketika fasa ditemukan.


Gambar 3.11: Memegang test-pen

Sebagai pengamanan, coba sentuhkan test-pen ke badan (body) suatu perangkat elektronik (di lab ada osiloskop dan

generator sinyal). Jika sampai menyala, itu artinya fasa dan netral-nya terbalik. Lepaskan konektor AC perangkat

tersebut dari stop kontak, lalu tancapkan kembali dengan membaliknya.

3.5.1.3 Mengukur Listrik AC Jala-Jala Dengan Multimeter

AVO Meter, atau MultiMeter, adalah satu piranti pengukuran yang dapat mengukur beberapa besaran listrik

(Ampere, DC Volt, AC Volt, Ohm). Di pasaran, banyak sekali jenis multimeter. Namun bagian terpentingnya adalah:

• Penampil besaran, bisa berupa jarum dengan skala, maupun angka digital.

• Saklar pemilih fungsi dan rentang pengukuran.

• Sepasang probe (jarum) pengukur.

• Jack untuk menancapkan probe.

Cara penggunaan multimeter bisa sedikit berbeda antar merek, kalau tidak yakin, sebaiknya baca manualnya

masing-masing.

Gambar 3.12: Multimeter


Multimeter bisa digunakan untuk mengukur tegangan listrik AC sebagai berikut:

1. Pasang probe dengan baik pada jack yang sesuai (hitam ke COM, merah ke salah satu yang sesuai).

2. Dengan saklar pemilih, pastikan memilih mode V AC dengan skala yang lebih besar daripada yang akan

diukur (untuk AC 220V, pilih 250VAC atau 500VAC).

3. Koneksikan masing-masing jarum pengukur ke fasa dan netral (terbalik tidak apa-apa).

4. Baca dan catat hasil pembacaam di penampil. Perhatikan bahwa tegangan yang diukur ini adalah tegangan

RMS.

5. Coba balik koneksi jarum pengukuran. Bacalah kembali hasil pengukuran. Apakah ada beda dengan

sebelumnya ?

6. Cobalah ukur tegangan antara fasa dan ground.

7. Cobalah ukur tegangan antara netral dan ground.

Jika tegangan antara netral dan ground agak besar, artinya grounding di gedung itu kurang bagus. Hubungi teknisi

agar segera diperbaiki.

3.5.2 Trafo Step-Down

Siapkan Kit Praktikum Lab TF 1. Mulai tahap ini, akan dipakai kit catu daya dengan skema sebagai berikut.

Gambar 3.13: Skema rangkaian kit catu daya


Gambar 3.14: Papan kit catu daya

Perhatikan bahwa pada papan ini, konektor yang tersedia adalah:

• Terminal blok (K1, K2, dll), berfungsi sebagai terminal masukan atau luaran. Untuk koneksi ke soket ini

bisa digunakan kabel dengan kabel skun u.

• pin header (J1, J2, dll), berfungsi sebagai tempat penyambung atau titik ukur. Untuk menyambungkan

sebuah jumper. Sementara itu untuk mengukur, gunakan kabel dengan plug header female.

Terminal Blok Kabel Skun U

Pin header

Jumper

Plug header Jepit buaya

Gambar 3.15: Berbagai konektor

Trafo step-down dan soket banana ada pada koper, di luar papan catu daya tersebut. Koneksikan bagian trafo step-

down sebagai berikut:

1. Koneksikan kabel AC sisi primer ke outlet jala-jala AC.


2. Lakukan pengukuran dari soket banana trafo yang telah disediakan, yaitu AC+, CT, dan AC-. Untuk

mempermudah, sebaiknya sambungkan soket tersebut ke konektor jepit buaya, lalu jepitkan ke probe alat

ukur.

3.5.2.1 Mengukur Listrik AC Tegangan Rendah Dengan AVO Meter

Ukur listrik AC bagian sekunder sebagai berikut:

1. Siapkan multimeter, pilih mode VAC dengan tegangan lebih besar dari 24V, namun paling mendekati.

2. Ukur Vac antara CT ke AC+.

3. Ukur Vac antara CT ke AC-.

4. Ukur Vac antara AC+ dan AC-.

Catat semua hasil pengukuran ke jurnal, lengkap dengan satuan dan galat.

3.5.2.2 Mengukur Listrik AC Tegangan Rendah Dengan Osiloskop

Kini kita akan mengukur listrik AC dari trafo sekunder dengan osiloskop (awas jangan salah mengukur sisi

primer. Osiloskop akan rusak jika dipakai mengukur listrik jala-jala AC). Setelah Osiloskop dihidupkan:

1. Siapkan kedua kanal A dan B, atur skala vertikal (V/div) sekitar 5V/div, sementara skala horizontal sekitar

10ms/div.

2. Koneksikan probe kanal A ke AC+ dan CT (jepit buaya ke CT). Baca frekuensi dan tegangan Vpeak to

peak. Catat hasil pembacaan, serta potret tampilan pada layar osiloskop.

3. Koneksikan probe kanal B ke AC- dan CT (jepit buaya ke CT). Cobalah baca frekuensi dan tegangan Vpeak

to peak. Catat hasil pembacaan, serta potret tampilan gelombang pada osiloskop (nampak gelombang kanal

A dan kanal B).

4. Lepas probe kanal B. Koneksikan probe kanal A ke AC+ dan AC- (jepit buaya). Cobalah baca frekuensi

dan tegangan Vpeak to peak. Catat hasil pembacaan, serta potret tampilan gelombang pada osiloskop.

3.5.3 Penyearah

Siapkan tabel pengukuran sebagai berikut pada jurnal.

Percobaan Osiloskop Multimeter

Vac PP Bentuk Vdc PP Bentuk Vdc

Half wave

Full wave

Bridge

Bridge-CT positip

Bridge-CT negatip


3.5.3.1 Penyearah Gelombang Setengah 1 Dioda

Kita akan mencoba rangkaian penyearah gelombang setengah 1 dioda (Gambar 3.5.a).

Gambar 3.16: Koneksi kit percobaan setengah gelombang

Caranya:

1. Pasang jumper pada J7 di sisi luar (seperti terlihat pada X1), sehingga jalur atas akan langsung tersambung

ke luaran V+.

2. Koneksikan trafo CT ke terminal blok CT.

3. Koneksikan trafo AC+ ke terminal blok ~ atas.

Lakukan pengukuran dengan osiloskop sebagai berikut:

1. Ukurkan kanal A osiloskop ke masukan dari trafo, yaitu terminal blok ~ paling atas dan terminal blok CT.

2. Ukurkan kanal B osiloskop ke luaran penyearah, dengan mengkoneksikan probe negative (capit buaya) ke

terminal blok ground (V0) dan probe positif ke test point P3.

3. Baca dan catat Vpp (peak to peak) kedua kanal, dan potret layar osiloskop.

Lalu dengan Multimeter:

1. Ubah mode ke pengukuran V-AC. Ukurlah tegangan luaran masukan sesuai kanal A osiloskop (antara

terminal blok AC+ dan CT.

2. Ubah mode ke pengukuran V-DC. Ukurlah tegangan luaran pada kanal B osiloskop (antara terminal blok

V+ dan terminal blok V0). Awas, jangan terbalik mengkoneksikan jarum merah dan hitam ! Catat hasilnya

pada jurnal.

3.5.3.2 Penyearah Gelombang Penuh 2 Dioda

Dari percobaan sebelumnya. buatlah rangkaian penyearah gelombang penuh 2 dioda (Gambar 3.5.b). Dari

rangkaian sebelumnya:

1. Pasangkan jumper pada header J1.

2. Tambahkan koneksi dari trafo AC- ke terminal blok ~ bawah.


Tidak perlu ubah koneksi pengukuran, lakukan pengukuran dengan osiloskop dan AVO meter seperti sebelumnya.

Gambar 3.17: Koneksi kit percobaan penyearah gelombang penuh

3.5.3.3 Penyearah Gelombang Penuh Dua Kutub

Kini kita akan mencoba rangkaian penyearah yang dapat menghasilkan tegangan dua kutub (positip dan negatip)

dengan penyearah gelombang penuh 4 dioda (Gambar 3.5.d).

Gambar 3.18: Koneksi kit percobaan penyearah jembatan (bridge) dengan CT

Dari rangkaian sebelumnya, cara merangkai pada kit adalah sbb.:

1. Sambungkan jumper pada header J2

Lalu lakukan pengukuran dengan osiloskop:


1. Ukurkan kanal A ke luaran positip, di titik-P3 dan terminal blok V0.

2. Ukurkan kanal B ke luaran negatif, di titik-P4 dan terminal blok V0. Awas jangan terbalik, kutub ground

probe kanal A maupun B osiloskop harus sama-sama ke terminal blok V0.

3. Baca Vpp kedua kanal dan potret layar osiloskop.

Sementara itu dengan AVO Meter:

4. Ukur tegangan luaran positip sesuai kanal A osiloskop.

5. Ukur tegangan luaran negatip sesuai kanal B osiloskop. Awas, terminal blok V0 sesungguhnya lebih

positip dibanding titik-Y1. Jika AVO meter anda sanggup mengukur negatif, bisa koneksikan jarum merah

ke header-P-2, hitam ke terminal blok V0. Namun jika tidak (biasanya AVO meter analog dengan indikator

jarum), maka baliklah kutub pengukurannya dan catat hasil pengukurannya sebagai negatif.

3.5.4 Perata

Pada percobaan ini kita akan menyelidiki kegunaan kapasitor perata seperti pada skema Gambar 3.6. Dalam hal

ini akan dicoba dua kapasitor berbeda, masing-masing tanpa dan dengan beban. Siapkan tabel sebagai berikut:

Percobaan

Osiloskop Multimeter

Vdc+ Bentuk Vdc- Bentuk Vdc+ Vdc-

Tanpa

beban

C = (kecil)

C = (besar)

Dengan

beban

C = (kecil)

R =

C = (besar)

R =

Pada kit, bacalah nilai kapasitor kecil dan besar (C1, C2, C4, C5). Juga harga beban (R1). Catat pada jurnal.

3.5.4.1 Perata Tanpa Beban

Dari rangkaian penyearah sebelumnya (bridge+CT), buat rangkaian seperti Gambar 3.19, lanjutkan membuat

rangkaian sbb:

1. Sambung kapasitor (C2) dengan memasang jumper pada header-J5.

2. Sambung kapasitor (C5) dengan memasang jumper pada header-J6.

Dengan osiloskop, lakukan pengukuran yang sama seperti sebelumnya:

1. Ukurkan kanal A ke luaran positip (Vdc+) di titik-P3 dan terminal blok V0.

2. Ukurkan kanal B ke luaran negatif (Vdc-) di titik-P4 dan terminal blok V0.


Lalu dengan AVO Meter:


5. Ukur tegangan luaran negatip sesuai kanal B osiloskop.


Gambar 3.19: Koneksi kit percobaan perata kecil dengan perata kapasitor kecil

Selanjutnya kita coba dengan kapasitor besar (C1 dan C4):

1. Pindah jumper pada header-J5 ke header-J3.


Lakukan pengukuran dengan osiloskop dan multimeter seperti sebelumnya. Catat semua hasil ke tabel pada jurnal.

3.5.4.2 Perata Dengan Beban

Kini kita akan mencoba memberi beban pada catu daya, berupa resistor dan LED.

Gambar 3.20: Koneksi kit percobaan perata besar dengan beban

Agar praktis kita lakukan percobaan dengan kapasitor besar dulu. Dari percobaan sebelumnya, pada kit, lakukan:


1. Sambung header-J9 dengan memakai jumper.

2. Sambung header-J10 dengan memakai jumper.

Pengukuran masih sama seperti prosedur sebelumya pada sub 3.5.4.1.

Lalu lakukan percobaan untuk kapasitor keci dengan memodifikasi rangkaian:



Amati gelombang luaran dengan osiloskop dan AVO Meter seperti sebelumnya. Amati terjadinya efek pembebanan.

3.5.5 Regulator

Kita akan menambah regulator pada rangkaian catu daya sebelumnya (trafo + penyearah gelombang penuh 2 dioda

+ perata kapasitor besar), sehingga terbentuk rangkaian lengkap Gambar 3.7. Tabel pengukuran yang perlu

disiapkan:

Percobaan

Osiloskop Multimeter

Input Bentuk Output Bentuk Input Output

Regulator

Positip

Tanpa beban

Dengan beban

Regulator

Negatip

Tanpa beban

Dengan beban

3.5.5.1 Regulator tanpa beban

Gambar 3.21: Koneksi kit percobaan regulator tanpa beban

Dari percobaan sebelumnya:

1. Lepas jumper beban J9 dan J10


2. Tambah jumper pada J3 dan J4 (kapasitor besar terpasang)

3. Pindah jumper pada header J7 ke bawah

4. Pindah jumper pada header J8 ke atas

Amati masukan dan luaran regulator positip dengan menggunakan osiloskop sebagai berikut:

1. Ukurkan kanal A ke input regulator positip di titik-P1 dan terminal blok V0.

2. Ukurkan kanal B ke output regulator di titik-P3 dan terminal blok V0.





Pada sisi sebaliknya, amati masukan dan luaran regulator NEGATIP dengan menggunakan osiloskop:

1. Ukurkan kanal A ke input regulator positip di titik-P2 dan terminal blok V0.

2. Ukurkan kanal B ke output regulator di titik-P4 dan terminal blok V0.





3.5.5.2 Regulator dengan beban

Selanjutnya untuk percobaan regulator dengan beban:

1. Pasang jumper pada header J9

2. Pasang jumper pada header J10

Lakukan pengukuran input output regulator seperti pada percobaan sebelumnya (3.5.5.1)

3.6 Laporan

Buatlah laporan sesuai petunjuk umum. Setelah analisis, jawablah pertanyaan-pertanyaan khusus berikut.

3.6.1 Pengukuran AC Jala-jala

• Apakah anda bisa menentukan lubang fasa pada stop kontak dengan test-pen ?

• Hasil pengukuran AC jala-jala dengan AVO Meter adalah Vrms. Berapakah Vpp jala-jala AC ?

• Dari pengukuran tegangan antara fasa, netral dan ground, simpulkan apakah kondisi grounding di lab

praktikum cukup bagus ?

3.6.2 Pengukuran Listrik AC

• Bandingkan ketiga hasil pengukuran tegangan AVO Meter dengan hasil pengukuran Vpp osiloskop. Apakah

sama ? Jelaskan jika berbeda.

• Bandingkan antar ketiga hasil pengukuran baik oleh AVO meter maupun osiloskop. Simpulkan posisi


tegangan CT terhadap dua kutub lainnya, apakah tepat ditengah ? Jika tidak tepat ditengah, kira-kira apa

efeknya ke catu daya ?

• Dari hasil pengukuran osiloskop, berapa frekuensi jala-jala ? Apakah cukup sesuai dengan spesifikasi (50

Hz)?

3.6.3 Penyearah

Bandingkan hasil percobaan penyearah gelombang setengah 1 dioda terhadap gelombang penuh 2 dioda.

• Mengapa bentuk gelombangnya berbeda ?

• Apakah Vpp yang diukur osiloskop setelah disearahkan sama ?

• Apakah Vdc yang diukur dengan multimeter sama ? Jelaskan fenomena tersebut.

• Apakah hasil pengukuran dengan osiloskop (Vpp) setara dengan Vdc yang diukur multimeter ? Jelaskan

memakai teori RMS.

Selanjutnya bandingkan hasil percobaan penyearah dua kutub gelombang penuh antara kutub negatip dan positip.

• Apakah bentuk gelombangnya sama ?

• Apakah tegangannya sama ?

• Apakah memang terjadi listrik DC positif dan negatif yang seimbang ?

3.6.4 Perata

• Bandingkan hasil percobaan perata kapasitor kecil dengan perata kapasitor besar sebelum diberi beban.

Bagaimana bentuk gelombangnya dibanding sebelum diberi perata ? Jelaskan !

• Bandingkan hasil percobaan perata kapasitor kecil dengan perata kapasitor besar setelah diberi beban.

Apakah ada perbedaan bentuk gelombang ? Simpulkan fungsi perata dan jelaskan mengapa sebaiknya

memakai kapasitor lebih besar.

• Bandingkan Vpp yang diukur oleh osiloskop dengan tegangan yang diukur oleh AVO Meter. Jelaskan jika

timbul perbedaan.

3.6.5 Regulator

Bandingkan tegangan output regulator tanpa dan dengan beban; baik kutub positif maupun negative.

• Apakah terbukti bahwa tegangan output tidak berubah ketika diberi beban ?

Kini coba bandingkan tegangan input regulator dengan tegangan output regulator baik kutub positif maupun

negative.

• Tanpa beban, berapa beda tegangan antara input dan output

• Dengan beban, berapa beda tegangan antara input dan output

Apakah ada bedanya ? Jelaskan mengapa regulator dapat menjaga tegangan output tetap stabil jika diberi beban ?

4 Referensi

Bacalah sumber-sumber tambahan mengenai catu daya. Jika ingin lebih paham, sebaiknya baca datasheet LM78xx

dan LM79xx.

lab tf 1 – modul 3 catu dayakuliah.itera.ac.id/pluginfile.php/83483/mod... · gambar 3.2 jenis...

Documents