Menerapkan Teknik Elektronika Analog dan Digital Dasar 2

1. Power Supply

Power Supply adalah sebuah perangkat atau sistem yang memasok listrik atau energi ke output yang dihubungkan pada beban atau kelompok beban. Beberap tipe dari power supply (dikutip dari http://en.wikipedia.org/wiki/Power_supply) :

Catu daya baterai/battery power supply
Catu daya tak teregulasi/unregulated power supply
Catu daya tergulasi secara linear/linear regulated power supply
Variabel catu daya/Switch mode power supply
Catu daya terprogram/programable power supply
Uninterruptible Power Supply
Catu daya tegangan tinggi/High voltage power supply
Pengali tegangan/Voltage multipliers

Catu daya baterai/battery power supply

: Baterai

Baterai adalah jenis catu daya yang tidak tergantung pada ketersediaan induk listrik, cocok untuk peralatan portabel dan digunakan dalam lokasi tanpa daya listrik. baterai terdiri dari beberapa sel elektrokimia terhubung secara seri untuk memberikan tegangan yang diinginkan. Sel primer yang digunakan adalah karbon-seng sel kering. Ia memiliki tegangan sebesar 1,5 volt . Karbon-seng dan sel-sel sudah banyak digunakan, tetapi sekarang jenis baterai alkaline lebih banyak digunakan karena memiliki lebih banyak energi. Tegangan baterai yang paling sering digunakan adalah 1.5 (1 sel) dan 9V (6 sel). Untuk saat ini jenis yang paling sering digunakan adalah NiMH , dan lithium ion dan varian lainnya.

Catu daya tak teregulasi/unregulated power supply

Sebuah catu daya AC yang tidak teregulasi biasanya menggunakan transformator mengubah tegangan dari stop kontak PLN dengan tegangan 220VAC menjadi tegangan yang lebih rendah, dengan variasi tegangan yang berbeda (misal : 220VAC menjadi 6, 9, 12VAC dll). Jika digunakan untuk menghasilkan tegangan DC, sebuah penyearah tegangan yang memotong salah satu polaritas tegangan (yang negatif atau yang positif), diikuti oleh sebuah filter ( terdiri dari satu atau lebih kapasitor , resistor , dan kadang-kadang induktor ), untuk menghapus riak/ripel yang dihasilkan.

: Pengisi Baterai/Battery charge

Untuk tujuan seperti pengisian baterai, riak/ripel tidak masalah, karena rangkaian catu daya/power supply-nya merupakan jenis sederhana yang memiliki blok rangkaian : transformator, sebuah dioda seri dengan sebuah resistor. Rangkaian dari catu daya tak teregulasi seperti digambarkan di bawah ini :

Catu daya tergulasi secara linear/linear regulated power supply

Catu daya/power supply jenis ini menghasilkan tegangan AC/DC teregulasi. Tegangan yang dihasilkan oleh power supply yang tak teregulasi akan bervariasi/fluktuatif tergantung pada variasi tegangan input AC (PLN). Untuk aplikasi elektronik penting sekali adanya sebuah regulator linear yang dapat digunakan untuk mengatur tegangan ke nilai yang tepat/ideal, stabil terhadap fluktuasi tegangan input dan beban. Regulator ini juga sangat mengurangi riple/riak pada output arus searah/DC. Regulator linier ini saat ini, dapat melindungi catu daya/power supply dan rangkaian dari arus yang berlebih.

: Catu daya teregulasi/regulated power supply

Catu daya ini terdiri dari beberapa komponen yang meliputi komponen penyearah (dioda), filter (kapasitor) dan regulator (IC atau transistor), seperti dapat dilihat dari gambar berikut :

Variabel catu daya/Switch mode power supply

Switch Mode Power Supply (SMPS) bekerja dengan prinsip yang berbeda. AC input (PLN), output tegangan DC dari catu daya diperbaiki tanpa menggunakan sebuah transformator listrik. Tegangan DC output ini kemudian dihidupkan dan dimatikan pada kecepatan tinggi dengan switching sirkuit elektronik.

SMPS memiliki fasilitas keamanan yang seperti pembatas arus untuk membantu melindungi perangkat dan pengguna dari bahaya, karena arus yang tidak normal atau tinggi akan terdeteksi dan power supply model ini akan secara otomatis mematikan dirinya sendiri.Jenis power supply PC saat ini, mampu memberikan tegangan yang sempurna untuk motherboard, sehingga mencegah terjadinya pasokan tegangan yang tidak normal.

: Power supply computer

SMPS memiliki batas absolut terhadap arus keluaran. Catu daya ini mampu memberikan output di atas tingkat kekuatan tertentu dan tidak dapat berfungsi di bawah titik tersebut. Faktor Power telah menjadi perhatian untuk produsen komputer catu daya ini.

Catu daya terprogram/programable power supply

Programmable Power supply memungkinkan untuk me-remote control tegangan keluaran melalui sinyal input analog atau antarmuka komputer seperti RS232 atau GPIB . Fasilitas dari catu daya ini adalah variabel tegangan, arus, dan frekuensi (untuk unit AC output). Catu daya ini dihasilkan oleh komponen seperti prosesor,voltage/current programming circuits, current shunt, dan voltage/current read-back circuits. Fitur tambahan lain berupa pengaman arus lebih, tegangan lebih, dan perlindungan hubung singkat, dan suhu.

: Programmable Power Supply

Programable power supply ini dapat memberikan tegangan DC, AC, atau AC dengan DC offset. AC output dapat berupa satu-fase atau tiga fase. Single-fase ini umumnya digunakan untuk tegangan rendah, sementara tiga-fase yang lebih umum untuk pasokan listrik tegangan tinggi.

Uninterruptible Power Supply/UPS

UPS adalah sebuah catu daya yang menghasilkan tegangan tidak terputus meskipun sumber listrik dari PLN padam. Catu daya ini mengambil daya dari dua atau lebih sumber secara simultan. Biasanya power berasal langsung dari listrik AC, sementara itu secara bersamaan terjadi pengisian baterai di dalam UPS tersebut. Jika terjadi mati listrik/kegagalan listrik, baterai langsung mengambil alih sumber tegangan AC PLN tersebut, sehingga beban tidak pernah mengalami gangguan dan dapat memasok listrik selama daya baterai cukup, misalnya, pada instalasi komputer, UPS ini penting bagi seorang operator komputer untuk memberikan waktu yang cukup untuk mematikan sistem komputer tanpa takut kehilangan data.

: UPS digital

Catu daya tegangan tinggi/High voltage power supply

Catu daya ini menghasilkan tegangan output ratusan atau ribuan volt. Fitur tambahan yang tersedia on-persediaan tegangan tinggi dapat mencakup kemampuan untuk membalik polaritas keluaran bersama dengan menggunakan pemutus sirkuit.

: High Voltage Power Supply

Pengali tegangan/Voltage multipliers

Seperti namanya pengali tegangan adalah rangkaian yang dirancang untuk melipatgandakan tegangan input. Tegangan input bisa menjadi lebih besar dua kali lipat, tiga kali lipat, empat kali lipat. Tegangan pengali juga konverter daya. Masukan AC dikonversi menjadi output DC yang lebih tinggi. Sirkuit ini memungkinkan tegangan tinggi dapat diperoleh dengan menggunakan sumber tegangan AC yang lebih rendah.

Biasanya, pengali tegangan terdiri dari rectifier setengah gelombang, kapasitor, dan dioda. Misalnya, tegangan tripler terdiri dari tiga rectifier setengah gelombang, tiga kapasitor, dan tiga dioda. Rectifier gelombang penuh dapat digunakan dalam konfigurasi yang berbeda untuk mencapai tegangan yang lebih tinggi. Juga baik konfigurasi paralel dan seri yang tersedia. Untuk pengali paralel, tegangan yang lebih tinggi diperlukan pada setiap tahap multiplikasi berturut-turut, tetapi kapasitansi kurang diperlukan. Pengali Tegangan memiliki banyak aplikasi contoh, pengali tegangan dapat ditemukan di item sehari-hari seperti televisi dan mesin fotokopi. Bahkan aplikasi lebih lanjut dapat ditemukan di laboratorium, seperti tabung sinar katoda, osiloskop, dan tabung jenis.

2. Penerapan Catu Daya/Power supply untuk Komputer

Sebuah Catu Daya komputer modern dirancang untuk mengkonversi listrik AC 110-240 V menjadi tegangan output DC (baik polaritas positif atau negatif) dengan rentang + 12V,-12V, 5 V , 5 vbs dan 3,3 V. Generasi pertama dari catu daya komputer adalah perangkat catu daya linier.

Tegangan keluaran catu daya komputer juga telah sangat beragam, oleh karena itu komputer dipasok daya dari catu daya mode SMPS, meskipun model sekarang sudah merupakan gabungan mode yang sama. Akibatnya pasokan daya komputer yang paling modern sebenarnya terdiri dari beberapa perlengkapan mode yang berbeda diaktifkan, masing-masing memproduksi hanya satu komponen tegangan dan masing-masing dapat berbeda output berdasarkan kebutuhan daya komponen, dan semuanya dihubungkan bersama untuk menutup jika terjadi kesalahan.

PRINSIP KERJA CATU DAYA/POWER SUPPLY

Hampir semua perangkat elektronika sekarang ini membutuhkan supply arus searah/DC (direct current) yang stabil dan dengan konsumsi yang lama. Beberapa contoh perangkat elektronika yang membutuhkan supply arus DC adalah : televisi, komputer, radio, tape cassete, camcoder dll. Meskipun kelihatannya perangkat elektronika tersebut dicolokkan pada sumber arus/tegangan PLN sebagai sumber tegangan dan arus AC (alternating current), tetapi sebenarnya didalam rangkaian perangkat elekronika tersebut sudah include rangkaian penyearah dari tegangan AC menjadi tegangan DC. Sebenarnya sudah ada catu tegangan/arus DC yang stabil, contoh : baterai, accu, dll, tetapi sangat disayangkan catu tegangan tersebut tidak bertahan lama, semakin lama sumber arus/tegangan dalam baterai atau accu tersebut akan menurum sebanding dengan jumlah dan lama penggunaan. Untuk itu perlu adanya sebiuah catu daya yang berupa sebuah rangkaian elektronika yang dapat mensuplai kebutuhan tegangan dan arus secara continue dan tahan lama.

Komponen inti pada Power Supply PC :

Tansformator Step Down

Transformator/transformer

Transformator terdiri dari dua kumparan (sering disebut ‘gulungan’) dihubungkan oleh inti besi, seperti yang ditunjukkan pada gambar di bawah ini. Antara gulungan primer dan gulunga sekunder tidak ada hubugan secara langsung, tetapi mereka dihubungkan oleh sebuah medan magnet yang terjadi dalam inti.

: Transformator Step Down

Transformers digunakan untuk mengubah tegangan listrik dari sisi primer ke sisi sekunder dengan mengurangi kerugian daya. Mereka hanya bekerja dengan AC (alternating current) karena mereka memerlukan medan magnet yang berubah/fluktuatif pada inti besi. Transformers dapat berfungsi sebagai peningkat tegangan (step-up) serta mengurangi tegangan (step-down).

Tegangan AC mengalir pada gulungan primer (input) menciptakan perubahan medan magnet secara terus-menerus dalam inti besi. Medan magnet ini akan menginduksi sisi gulungan sekunder. Output gulungan sekunder juga akan terinduksi sesuai dengan gerakan fluktuasi tegangan dari lilitan primer. Jika kumparan sekunder dihubungkan ke beban/tahanan, tegangan induksi akan membuat aliran arus induksi. Istilah yang benar untuk tegangan induksi ini biasanya disingkat GGL (gaya gerak listrik)

Transformers memiliki dua keuntungan besar melalui metode lain dari perubahan tegangan:

Mereka menyediakan listrik isolasi total antara input dan output, sehingga mereka dapat dengan aman digunakan untuk mengurangi tegangan tinggi dari pasokan listrik.
Hampir tidak ada daya yang terbuang di trafo. Mereka memiliki efisiensi tinggi (dari daya / kekuatan) dari 95% atau lebih.

Pengujian Transformator dapat menggunakan sebuah multimeter yang difungsikan sebagai ohmmeter dengan arah knob pada 1X,10X. Langkah pengujian

Pastikan bahwa transformator sudah terlepas dari rangkaian
Bedakan terlebih dahulu lilitan primer dan lilitan sekunder pada transformator. Untuk memudahkan pembedaan dengan melihat posisi terminal. Jika terminal tersebut dikoneksikan langsung dengan sumber tegangan 110 V, 220V dan 0 V maka terminal tersebut berada pada lilitan primer sedangkan teminal sekunder adalah terminal yang nilai tegangan keluarannya lebih kecil dari tegangan input.
Transformator dikatakan baik jika kedua probe multimeter dicolokkan antar terminal primer harusnya jarum bergerak, begitu juga jika kedua probe multimeter dicolokkan antar terminal sekunder jarum juga bergerak. Jarum tidak akan bergerak jika salah satu probe dicolokkan pada salah satu terminal primer dan yang lain dicolokkan pada salah satu terminal sekunder
Transformator dikatakan rusak salah satu gejala berikut ini terjadi : jika kedua probe multimeter dicolokkan antar terminal primer harusnya jarum tidak bergerak, begitu juga jika kedua probe multimeter dicolokkan antar terminal sekunder jarum juga tidak bergerak, dan Jarum bergerak jika salah satu probe dicolokkan pada salah satu terminal primer dan yang lain dicolokkan pada salah satu terminal sekunder

Pada dasarnya terminal pada lilitan primer akan saling terhubung karena satu lilitan dan begitu juga terminal pada lilitan sekunder, Sedangkan antara lilitan primer dan lilitan sekunder tidak saling terhubung
Dioda

Dioda dan simbolnya

Dioda adalah sebuah perangkat semikonduktor paling sederhana. Saat ini, kebanyakan chip semikonduktor dan transistor dibuat dari bahan Silikon (Si), meskipun masih ada beberapa bahan semikomduktor yang berasal dari bahan Germanium (Ge). Silikon adalah unsur yang sangat umum – karena merupakan unsur utama dalam pasir dan kuarsa. Jika Anda melihat “silikon” dalam tabel periodik , Anda akan menemukan bahwa silikon berada di samping aluminium, di bawah karbon dan di atas germanium.

Cuplikan dari tabel periodik

Karbon, silikon dan germanium memiliki properti unik dalam struktur elektron – masing-masing memiliki empat elektron di orbital terluarnya. Semikonduktor adalah bahan yang sifat konduktivitasnya akan menurun pada suhu yang rendah dan sifat konduktivitasnya akan naik seiring dengan naiknya temperatur. Silikon umumnya lebih disukai sebagai bahan semikonduktor karena tidak sensitif terhadap variasi suhu. Semikonduktor ada 2 type yaitu semikonduktor tipe N dan semikonduktor tipe P, yang membedakan kedua tipe semikonduktor ini adalah jumlah elektron valiensi untuk tipe N adalah 5 dan 3 untuk tipe P.

Pengujian Dioda menggunakan sebuah multimeter yang difungsikan sebagai ohmmeter dengan arah knob pada 1X,10X. Langkah pengujian :

Pastikan posisi kani anoda dan kaki katoda pada dioda

Posisi anode dan cathode pada dioda. Sumber dari http://www.gadgetjq.com/single_fire_tach_adapter_diode.jpg
Dioda dikatakan baik : jika probe positif dicolokkan pada kaki cathode dan probe negativ pada anode maka jarum akan bergerak, jika probe positif dicolokkan pada kaki anode dan probe negativ pada cathode, maka jarum tidak bergerak
Dioda dikatakan rusak jika kombinasi langkah ke-2 di atas jarum bergerak semua

Capasitor

Jenis-jenis kapasitor

Kapasitor atau biasa juga disebut kondensor adalah sebuah komponen pasif yang dapat menimpan energi yang ditimbulkan oleh sepasang konduktor (plates), yang dipisahkan oleh dielektrik (isolator). Jenis dielektrik (isolator) tersebut, menentukan jenis kapasitor itu, apakah akan digunakan untuk rangkaian pembeda sinyal frekuensi tinggi dan frekuensi rendah, ataukah untuk rangkaian tegangan tinggi, tergantung jenis dan ukuran dielektriknya. Kapasitor secara luas digunakan dalam rangkaian elektronika untuk menghalangi arus searah (DC) dan juga arus bolak-balik (AC) Beberapa Jenis kapasitor :

Air; Sering digunakan dalam rangkaian tuning radio
Mylar – Umumnya digunakan untuk rangkaian pengatur waktu seperti jam , alarm dan penghitung
Greencap – sebuah kapasitor poluester
Monoblock – juga disebut monolitik
Glass – Baik untuk aplikasi tegangan tinggi
Keramik – Digunakan untuk tujuan frekuensi tinggi seperti antena, X-ray dan MRI mesin
Super kapasitor – Powers listrik dan mobil hibrida

Simbol Kapasitor

Cara kerja kapasitor dikenal sebagai proses pengisian yang menyimpan energi dalam bentuk muatan listrik yang memiliki besar sama dengan polaritas yang berlawanan pada masing-masing konduktor (plates) yang dipisahkan oleh dielektrik (isolator) baik dari udara atau plastik. Kemampuan kapasitor untuk menyimpan muatan dinyatakan dengan kapasitansi dalam satuan Farad. Untuk memudahkan persepsi kapasitor bisa diumpamakan seperti bendungan air yang berfungsi mengairi sawah, jika debit air yang masuk melebihi dari air yang dibutuhkan oleh sawah-sawah, maka sisanya air akan disimpan pada bendungan itu.
1.000 nanofarad = 1 microfarad.
Jadi 0,1 u = 100 nanofarad.
simbol untuk mewakili nanofarad adalah “n”.
Jadi 0,01 u = 10n
1.000 picofarad = 1nanofarad.
picofarad ini ditulis pF
Beberapa kapasitor secara fisik sangat kecil , untuk menyiasati hal ini, produsen telah menghasilkan sistem penomoran dengan menggunakan 3 digit.
Hal ini didasarkan pada picofarads. Sebuah kapasitor 100 picofarad ditulis sebagai 101, A kapasitor 1.000 picofarad ditulis 102, Sebuah kapasitor 10 nanofarad ditulis 103 dan 100 nanofarads ditulis 104.Angka ketiga menunjukkan jumlah nol itu.
Sebagai contoh: 1N = 1,000 p = 102.
10n = 10.000 = 103
100 = 100.000 = 104

Kapasitor dicatu baterai

Jika tegangan dicatukan pada pelat sebuah kapasitor (misalnya, dengan menghubungkan salah satu konduktor (plates) ke positif dan yang lain ke terminal negatif baterai), salah satu plat konduktor yang terhubung dengan terminal negatif baterai akan menerima elektron yang berasal dari negatif baterai, sedangkan plat konduktor yang terhubung dengan terminal positif baterai akan kehilangan elektron. Pada saat itu kapasitor terisi oleh elektron yang berasal dari baterai, sehingga tegangan kapasitor menjadi sama dengan tegangan baterai (sebesar 1,5 V). Jika tegangan kemudian dihilangkan, plat konduktor kapasitor tetap menyimpan muatan listrik yang menginduksi potensi listrik antara pelat, dan muatan listrik itu akan dilepaskan beberapa saat kemudian. Fenomena ini disebut induksi elektrostatik. Nilai kapasitansi kapasitor dapat ditingkatkan dengan meningkatkan luas pelat konduktor, mengatur jarak antara plat konduktor, atau dengan mengubah mengubah dielektrik (isolator).

kapasitor yang terhubung dengan lampu

Jika anda memiliki sebuah baterai, sebuah bola lampu dan sebuah kapasitor. Ketika Anda menghubungkan baterai, arus mengalir dari baterai akan mengisi kapasitor, sehingga lampu akan mati, setelah itu jika arus telah penuh memenuhi kapasitor bola lampu akan menyala dan semakin lama akan meredup dan mati setelah arus pada kapasitor habis.

Penyearah setengah gelombang (klik untuk melihat gambar asli)

Thermistor NTC (Negative Temperature Coeficient)

Thermistor NTC. Diambil dari http://www.sudirman-xp.co.cc/2010/05/hardware-serta-fungsinya.html

Thermistor adalah salah satu jenis sensor resistor yang nilai tahanannya dipengaruhi oleh perubahan suhu. Thermistor ada dua jenis yaitu thermistor PTC dan thermistor NTC. Gejala dari thermistor NTC jika semakin tinggi suhu ruangan maka akan semakin rendah nilai dari tahanan thermistor tersebut begitu juga sebaliknya. Sedangkan gejala dari thermistor PTC jika suhu ruangan semakin tinggi maka tahanan juga akan semakin tinggi begitu juga sebaliknya. Banyak produsen power supply menggunakan komponen NTC resistor secara seri dengan saluran. Sebuah resistor NTC menawarkan puluhan ohm perlawanan ketika dingin,dan akan menjadi semakin berkurang nilai tahanannya menuju satu ohm dengan meningkatnya suhu. Fungsi dari Thermistor adalah pelindung rangkaian dari lonjakan arus yang tiba-tiba tinggi. Fungsi utama dari NTC thermistor ini khususnya untuk melindungi komponen dioda jembatan dan capasitor

Pengujian NTC thermistor menggunakan multimeter dengan arah knob pada ohmmeter X1K :

Pastikan NTC thermistor terlepas dari rangkaian
Colokkan kedua probe multimeter pada kedua kaki NTC thermistor (boleh bolak-balik).
Jika jarum bergerak menuju tahanan tertentu berarti NTC tersebut dalam keadaan baik
Jika jarum mununjuk pada tahanan yang tak terhingga, dimungkinkan NTC tersebut rusak

Rangkaian power supply PC sebenarnya terdiri dari beberapa blok yaitu : transient filter (memotong arus berlebih), penyearah (mengubah tegangan ac menjadi tegangan DC, PFC (Power Factor Correction),