Catudaya atau power supply merupakan suatu rangkaian
elektronik yang mengubah arus listrik bolak-balik (alternating current /
AC) menjadi arus listrik searah (direct current / DC).
Dalam kehidupan sehari-hari. sumber tegangan dari PLN
adalah tegangan AC, dimana tegangan ini akan bergerak naik-turun dari
220 volt AC menjadi -220 volt AC selama 50 kali dalam 1 detik secara
sinusoidal. Itulah makanya sering kita lihat pada stiker spesifikasi
alat elektronik adalah 220 VAC / 50 Hz. Saking cepatnya tegangan AC ini
bergerak, kita sampai tidak melihat pergerakannya, itu dibuktikan dengan
lampu dirumah kita yang selalu menyala bila lampu tersebut dinyalakan,
padahal lampu tersebut sebenarnya nyala-mati-nyala-mati selama 50 kali /
detik.
Banyak peralatan listrik yang dapat beroperasi bila
langsung terhubung dengan stop kontak rumah kita seperti : Oven,
setrika, lampu, dll. Berarti peralatan listrik tersebut memang
membutuhkan tegangan 220 VAC.
Namun ada juga peralatan listrik yang membutuhkan tegangan DC dimana
tegangan yang dibutuhkan harus stabil atau tidak naik-turun seperti AC.
Peralatan listrik ini diantaranya TV, DVD player, Tape, Radio, dll.
Untuk mendapatkan tegangan DC, kita dapat menggunakan adaptor / power
supply , batu baterai, aki, dll.
Mungkin Anda bertanya, ”TV dirumah saya langsung
terhubung ke stop kontak (PLN) kok, berarti kan tegangan yang masuk
adalah 220 VAC ?”.
Anda benar sekali, elektronik seperti TV, DVD player,
dll memang langsung terhubung dengan stop kontak PLN yang berarti
mendapatkan tegangan 220 VAC. Tapi bila Anda melihat isi didalam TV, DVD
player, dll.maka akan Anda temui sebuah modul power supply / adaptor,
dimana fungsi modul ini adalah mengubah tegangan AC menjadi tegangan DC.
Namun tidak semua peralatan elektronik yang
membutuhkan tegangan DC memiliki modul power supply didalamnya. Misalnya
saja, mungkin Anda memiliki / setidaknya pernah melihat sebuah laptop,
dimana laptop ini untuk bekerja tanpa baterai harus terhubung ke suatu
kotak hitam, baru kemudian kotak hitam tersebut terhubung ke stop kontak
PLN. Nah, Kotak hitam itulah sebenarnya power supply / adaptor.
Sekarang coba Anda perhatikan panel belakang dari komputer desktop di
depan Anda saat ini, apakah di bagian atas terdapat kipas exhaust ?
Nah, itulah power supply dari komputer Anda. Komputer biasanya
membutuhkan tegangan 5 VDC dan 12 VDC, sedangkan tegangan dari PLN
adalah 220 VAC, nah inilah tugas dari power supply / adaptor untuk
mengubahnya.
//
Mari kita pelajari sebuah modul power supply / adaptor !!!
Secara prinsip rangkaian power supply adalah
menurunkan tegangan AC -> menyearahkan tegangan AC sehingga menjadi
DC -> Menstabilkan tegangan DC, yang terdiri atas transformator,
dioda dan kapasitor/condensator.
Menurunkan Tegangan – dengan komponen Transformator
Tranformator biasanya berbentuk kotak dan terdapat
lilitan-lilitan kawat email didalamnya. Tugas dari komponen ini adalah
untuk menaikkan atau menurunkan tegangan AC sesuai kebutuhan. Kita lihat
lagi komputer di depan Anda, komputer di depan Anda membutuhkan
tegangan sekitar 5 VDC dan 12 VDC. Nah, transformator merupakan komponen
terbaik untuk menurunkan tegangan PLN dari 220 VAC menjadi 15 VAC.
Mengapa 15 VAC ?! karena kebutuhan komputer ada yang 12 VDC, jadi kita
harus menyiapkan tegangan lebih tinggi dari 12 VDC. Ingat bahwa komponen
ini hanya menurunkan tegangan AC, jadi setelah tegangan PLN 220 VAC
diturunkan menjadi 12 V, maka sifat dari 12 V ini masih AC dan belum DC.
Penyearah (Rectifier)- dengan komponen Dioda
Setelah tegangan PLN diturunkan menjadi 15 VAC, maka
saatnya untuk mengubah sifat AC menjadi DC. Tugas ini dilakukan oleh
rangkaian penyearah dengan komponen dioda. Perhatikan kedua gambar
berikut, dimana Gambar 1 adalah gambar gelombang AC yang masih
bolak-balik, sedangkan Gambar 2 adalah gambar dimana gelombang negatif
akan dibuang / tidak dilewatkan.
Ada 2 jenis rangkaian penyearah, yaitu setengah gelombang (half wave) dan gelombang penuh (full wave).
Penyearah setengah gelombang (halfwave rectifier)
Seperti namanya, rangkaian ini hanya memotong
setengah periode saja. Jadi perhatikan Gambar 1 dan 2 lagi. pada Gambar 2
terlihat bahwa fase negatif akan dihilangkan atau tidak dilewatkan,
sehingga nantinya hanya fase positif saja yang akan dilewatkan. Ingat
bahwa maksud dari kata “searah” disini adalah sama fasenya,
jika hanya fase positif saja yang dilewatkan maka gelombang tersebut
dinamakan searah, dan jika hanya fase negetif saja yang dilewatkan,
gelombang tersebut dinamakan searah juga. Jadi, persepsi kata “searah”
berarti hanya fase positif atau fase negatif saja yang dilewatkan.
Jika sebelum disearahkan, gelombang bergerak dari
puncak positif ke puncak negatif, maka sekarang gelombang bergerak dari
puncak positif ke nol.
Bentuk dasar rangkaian penyearah setengah gelombang
seperti terlihat pada gambar 3. Beban yang membutuhkan sumber tenaga
listrik searah diwakili oleh resistor. Sebuah dioda diletakkan seri atau
berderet dengan beban sehingga arus listrik hanya mengalir ke satu arah
saja.
Gambar 4 menunjukkan apa yang terjadi dalam circuit
selama periode setengah gelombang positip dari arus listrik bolak-balik.
Anoda dari Katoda memperoleh gelombang positip, akibatnya dioda
konduksi, arus listrik mengalir melalui beban. Pada beban timbul
tegangan positip setengah gelombang. Jalannya arus listrik dari negatip
AC menuju beban, dari beban menuju ke katoda dioda dan kembali ke
terminal positip AC.
Gambar 5 menunjukkan setengah gelombang sinus
berikutnya dari AC. Di sini anoda D1 menerima tegangan negatip akibatnya
dioda menyumbat sehingga arus listrik tidak dapat mengalir dan pada
beban tidak timbul tegangan.
Ingat bahwa ada dua lubang pada stop kontak rumah
Anda, salah satu lubang disebut “live” dimana lubang inilah yang
mengalirkan listrik, sedangkan lubang satunya adalah ”ground” atau
netral. Saat fase positif, yaitu dimana “live” mengalirkan tegangan +220
VAC maka “ground” akan menjadi negatifnya, sedangkan saat “live”
mengalirkan tegangan -220VAC, maka “ground” akan menjadi positifnya.
Ingat bahwa arus listrik mengalir bila terdapat perbedaan potensial, dan
selalu mengalir dari potensial tinggi ke potensial rendah (hukum
conventional current – adalah hukum yang menyatakan bahwa arus mengalir
dari kutub positif ke kutub negatif, padahal yang terjadi adalah
sebaliknya, yaitu hukum electron current)
Dari gambar 1,2, dan 3 jelas bahwa pada rangkaian
penyearah setengah gelombang arus listrik AC diubah menjadi arus pulsa
DC. Sudah barang tentu arus listrik pulsa DC tidak sesuai sebagai sumber
energi bagi kebanyakan alat elektronik dikarenakan tidak stabil yaitu
bergerak naik kemudian turun menjadi nol, dst (masih bergelombang sinus
yang tidak sempurna). Yang dibutuhkan alat elektronik adalah arus
listrik DC yang rata dan stabil. Rangkaian penyearah setengah gelombang
hanyalah merupakan prinsip dasar catudaya. Pada paragraf berikutnya akan
diketahui pengembangan dari halfwave ini yaitu penyearah gelombang
penuh (fullwave) dan penyearah jembatan (bridge).
Penyearah gelombang penuh (fullwave rectifier).
Kelemahan dari halfwave rectifier adalah arus listrik
yang mengalir ke beban hanya separuh dari setiap satu cycle. Hal ini
akan menyulitkan dalam proses filtering (penghalusan). Untuk mengatasi
kelemahan ini adalah penyearah gelombang penuh.
Rangkaian dasar penyearah gelombang penuh seperti
terlihat pada gambar. Menggunakan dua dioda dan satu center tape
transformer. Jika titik tengah transformer ditemukan maka tegangan di
kedua ujung lilitan sekunder berlawanan fasa 180 derajat. Jadi ketika
misalnya tegangan dititik A mengayun kearah positip diukur dari titik
tengah lilitan sekunder maka tegangan dititik B mengayun ke arah negatif
diukur dari titik yang sama. Mari kita lihat prinsip kerja penyearah
gelombang penuh ini.Gambar A menunjukkan ketika anoda D1 mendapat
tegangan positip, Anoda D2 mendapat tegangan negatip.
Pada kedudukan ini hanya D1 saja yang konduksi atau
terhubung singkat. Arus listrik mengalir dari titik tengah sekunder
melalui beban, kemudian melalui D1 dan kembali ketitik tengah melalui
lilitan atas sekunder.
Da hal ini D1 berfungsi seperti saklar atau switch yang menutup sehingga
arus listrik mengalir melalui beban disaat perioda positip dari
gelombang sinus AC. Gambar B menunjukkan apa yang terjadi selama
setengah periode berikutnya ketika polaritas berganti.
Anoda D1 mengayun kearah negatip sementara anoda D2
mengayun kearah positip. Akibatnya D1 menyumbat, sebaliknya D2 konduksi
atau terhubung singkat. Pada keadaan ini arus listrik mengalir dari
titik setengah sekunder melalui beban dan D2 kembali ketitik tengah
setelah melalui lilitan bawah sekunder. Perhatikan bahwa dalam rangkaian
penyearah gelomang arus listrik mengalir sepanjang satu perioda.
Sedangkan dalam rangkaian penyearah setengah gelombang arus listrik
hanya mengalir selama setengah perioda saja. Jadi penyearah gelombang
penuh (fullwave rectifier) lebih baik dari penyearah setengah gelombang
(halfwave rectifier).
Penyearah type jembatan (bridge rectifier)
Rangkaian dasar penyearah type jembatan seperti
terlihat pada gambar. Terdiri atas satu transformer dan 4(empat) dioda
yang disusun sedemikian rupa sehingga arus listrik hanya mengalir kesatu
arah saja melalui beban. Circuit ini tidak memerlukan sekunder
bersenter tapi sebagaimana pada rangkaian penyearah gelombang penuh.
Bahkan transformator tidak diperlukan jika tegangan DC yang dibutuhkan
relatif sama dengan tegangan jaringan PLN, misalnya. Artinya titik A dan
B dapat dihubungkan langsung dengan jaringan yang tersedia di rumah.
Transformator digunakan bila tegangan DC yang
dibutuhkan lebih kecil atau lebih besar dari tegangan jaringan. Selain
itu adakalanya transformator digunakan sebagai isolator antara tegangan
jaringan dengan tegangan rangkaian.
Gambar A menunjukkan jalannya aliran arus listrik
selama periode positip AC (sine wave). D1 an D2 konduksi. Arus listrik
mengalir dari ujung lilitan bawah sekunder melalui beban, D1, D2, dan
kembali ke lilitan bawah sekunder.
Setengah perioda berikut polaritas sinewave berganti
seperti terlihat pada gambar B. Ujung lilitan atas sekunder sekarang
menjadi negatip, ujung lilitan bawah menjadi positif.D3 dan D4 konduksi.
Pada kedudukan ini arus listrik mengalir dari ujung lilitan atas
sekunder melalui beban, D3, D4 dan kembali lilitan bawah sekunder. Dari
gambar A dan B nampak jelas arus listrik yang mengalir melalui beban
selalu dalam arah yang sama.
Filtering (penghalusan).
Sebagaimana telah kita lihat pada bab sebelumnya
bahwa arus listrik DC yang keluar dari dioda masih berupa deretan
pulsa-pulsa. Tentu saja arus listrik DC semacam ini tidak cocok atau
tidak dapat digunakan oleh perangkat elektronik apapun.
Untuk itu perlu dilakukan suatu cara filtering agar
arus listrik Dc yang masih berupa deretan pulsa itu menjadi arus listrik
DC yang halus/ rata. Ada beberapa cara yang dapat dilakukan diantaranya
dengan C filter, RC filter dan LC filter.
Pada bab berikut hanya akan dibahas C filter (basic).
Sedangkan RC maupun LC filter merupakan pengembangan C filter yang
fungsinya lebih menghaluskan tegangan output dioda. Capacitor sebagai
filter.
Filtering atau penghalusan yang paling sederhana ialah dengan
menggunakan capacitor yang dihubungkan seperti terlihat pada gambar.
Tegangan input rata-rata (average) 115 volt. Tegangan puncak 162 volt.
mari kita lihat apa yang terjadi ketika suatu capasitor ditambahkan pada
output dioda. Pada saat anoda D1 mendapat pulsa positip, D1 langsung
konduksi dan capacitor mulai mengisi. Ketika capacitor telah mencapai
tegangan puncak D1 menyumbat karena katodanya lebih positip daripada
anodanya. Capacitor harus membuang (discharge) muatannya melalui beban
yang mempunyai resistan tertentu. Oleh karenanya waktu discharge
capacitor lebih lama dibanding waktu yang dibutuhkan AC untuk melakukan
satu periode (cycle). Akibatnya sebelum capacitor mencapai nol volt
diisi kembali oleh pulsa berikutnya.
Bagaimana bentuk tegangan DC setelah difilter dengan capacitor dapat dilihat pada gambar.
Gambar A menunjukkan output penyearah setengah gelombang tanpa
capacitor. Tampak jelas tegangan rata-ratanya (E ave) hanya sitar 31%
dari tegangan puncak. Ketika suatu capacitor ditambahkan maka bentuk
tegangan outputnya seperti terlihat pada gambar B. Di sini capacitor
mencegah tegangan output mencapai nol volt. Sehingga tegangan output
rata-ratanya naik dibanding sebelumnya (no capacitor). Jika nilai
capacitornya dibesarkan atau ditambah maka bentuk tegangan outputnya
seperti terlihat pada gambar C. Tampak jelas tegangan rata-ratanya (E
ave) meningkat dibandingkan sebelumnya (nilai capacitor yang lebih besar
diperlukan bila arus listrik yang dinutuhkan beban relativ besar.
Tegangan rata-rata (E ave). Jika kita mengatakan
tegangan AC ini 115 V, sesungguhnya yang kita sebutkan adalah tegangan
efektif (E rms). Sedangkan tegangan puncaknya (Epeak0 adalah :E peak = E
rms x 1,414 E peak = 115 V x 1,414 = 162,6 v.
Sedangkan tegangan rata-ratanya adalah 0 v karena
positip dan negatip bergantian (alternate). Yang dibutuhkan rangkaian
elektronika adalah tegangan rata-rata atau E ave. Untuk mendapatkan E
ave maka salah satu gelombang AC (positip / negatip) harus di clip /
dipotong (lihat gambar).
E ave = E peak x 0,0318 E ave = 162,6 v x 0,318 = 51,7 v.
Output E ave pencatudaya setengah gelombang sukar difilter karena mengandung ripple 50Hz
Pada catudaya type jembatan (bridge rectifier) hubungan antara tegangan
puncak E peak dengan tegangan rata-rata E ave sebagai berikut:
E peak = E rms x 1,414
E peak = 115v x 1,414 = 162,6v.
E ave = E peak x 0,636
E ave = 1,62,6v x 0,636 = 103,4v.
Dari perbandingan di atas tampak jelas bahwa output
tegangan DC catudaya type jembatan lebih besar dari type setengah
gelombang. Walaupun ripple frequency catudaya jembatan 120Hz, secara
teknis mudah difilter atau disaring dibanding ripple frequency 60Hz dari
pencatudaya type setengah gelombang.
oleh ;
Imamst1's Blog
