LAPORAN PRAKTIKUM ELEKTRONIKA / PEMBUATAN PCB POWER SUPPLY MENGGUNAKAN SOFTWARE EAGLE 5.0
LAPORAN PRAKTIKUM ELEKTRONIKA
PEMBUATAN PCB POWER
SUPPLY
MENGGUNAKAN
SOFTWARE EAGLE 5.0
Disusun oleh :
Nama :
NIM :
Tanggal Pengumpulan :
DEPARTEMEN
PENDIDIKAN NASIONAL
UNIVERSITAS
JENDERAL SOEDIRMAN
FAKULTAS
PERTANIAN
PROGRAM STUDI TEKNIK PERTANIAN
PURWOKERTO
I. TINJAUAN PUSTAKA
Catu daya
elektronik atau catu daya yang digunakan dalam elektronik seringkali berarti
sebagai pengubah (altering),
pengendalian (controling), atau
pengaturan (regulating) daya listrik. Kata pengatur cukup padat artinya
termasuk penyearah gelombang (rectify),
mengubah AC ke DC (invert),
menghaluskan (regulate) atau mengubah
tingkat tegangan atau arus, dan beberapa pengaturan juga terliput. Pengaturan
penghantaran daya ke beban hanya dapat dilakukan dengan cara menyerap dengan
kelebihan daya tadi kedalam piranti pengatur (Irving Gofflieb M, 1987).
PCB adalah Papan rangkaian tercetak
merupakan suatu papan berlapis tembaga yang digunakan untuk memasang komponen
elektronika. Lapisan tembaga berfungsi sebagai penghantar yang menghubungkan
komponen satu dengan lainnya (Tim Penyusun, 2008).
Transformator memberikan cara
yang sederhana untuk mengubah tegangan bolak-balik dari satu harga ke harga
lainnya. Jika transformator menerima energi pada tegangan rendah dan
mengubahnya menjadi tegangan yang lebih tinggi, ia disebut transformator penaik
(step up). Transformator yang diberi energi pada tegangan tertentu dan
mengubahnya menjadi tegangan yang lebih rendah, maka transformator tersebut
termasuk transformator penurun (step down). Setiap transformator dapat
dioperasikan baik sebagai transformator penaik maupun penurun, tetapi transformator
yang memang dirancang untuk suatu tegangan, harus digunakan untuk tegangan
tersebut (Eugene C Lister,1988). Dalam rangkaian trafo terdapat komponen dioda.
Dioda adalah alat elektronik berterminal dua. Aliran muatan tersebut hanya
terjadi bila sebuah rangkaian listrik luar disediakan dan tenaga diberikan
kepada alat tersebut. Kontrol aliran partikel diselesaikan dengan menggunakan
sebuah tenaga luar yang dilewatkan melalui dioda tersebut (A.E Fisderald
dkk, 1981).
Dioda adalah devais dua elektroda yang
berlaku sebagai konduktor satu arah. Dioda tipe dasar adalah dioda sambungan PN,
yang terdiri atas bahan tipe P dan N yang dipisahkan oleh sambungan (junction)
(Thomas Sri Widodo, 2002).
Dioda adalah komponen elektronika
semikonduktor yang memiliki 1 buah junction,
sering disebut sebagai komponen 2 lapis (lapis N dan P) dan secara fisik
digambarkan :
Bias dioda adalah cara pemberian
tegangan luar ke terminal dioda. Apabila A diberi tegangan positif dan K diberi
tegangan negatif maka bias tersebut dikatakan bias maju (forward bias). Pada kondisi bias ini akan terjadi aliran arus
dengan ketentuan beda tegangan yang diberikan ke diode atau VA-VK > Vj dan
selalu positif. Sebaliknya apabila A diberi tegangan negatif dan K diberi
tegangan positif, arus yang mengalir (IR) jauh lebih kecil dari pada kondisi
bias maju. Bias ini dinamakan bias mundur (reverse bias) pada arus maju
(IF) diperlakukan baterai tegangan yang diberikan dengan IF tidak terlalu besar
maupun tidak ada peningkatan IR yang cukup significant.
II. TUJUAN
- Mengetahui cara kerja dan komponen yang ada dealam software eagle 5.0.
- Mengetahui komponen-komponen elektronika yang ada pada power supply.
- Mampu membuat rangkaian power
supply dan menggunakan software
eagle 5.0.
III. METODOLOGI
A. Alat dan Bahan
- Software Eagle 5.0
- Dioda 1N4002
- Transistor BC108
- Kapasitor
- Resistor 560 ohm
- Dioda Zener 1N4702
B. Prosedur Praktikum
1.
Pembuatan PCB power supply diawali
dengan merancang tata letak dan jalur rangkaian berdasarkan diagram skema
(rancangan skematik).
2.
Rancangan skematik disusun berdasarkan rancangan yang ada dan menggunakan
user yang sudah digunakan.
3.
Setelah semua komponen tersusun semua buat line atau garis yang
menghubungkan antar komponen listrik.
4.
Pastikan semua komponen sudah terhubung. Penyambungan komponen pada
rangkaian menggunakan icon show diperiksa.
5.
Setelah semuanya terhubung, rancangan skematik dipindahkan kedalam board.
6.
Hasil rancangan dipindahkan ke board yang sudah disediakan, susun
rancangan tersebut serapih mungkin.
7.
Untuk mendapatkan rancangan yang baik dan agar terhindar dari konslet,
klik ikon automatik untuk mengatur
rancangan.
8.
Klik display untuk melihat
hasil rancangan PCB power supply.
9.
Pada saat rancangan akan di print pilih icon mirror, karena rancangan akan dicetak ke lempeng PCB.
10. Tata letak yang
dihasilkan kemudian digunakan untuk merancang jalur rangkaian dengan
menggunakan kertas transparan (tembus cahaya) di atas gambar tata letak
kemudian gambar jalur rangkaian. Selain kertas transparan dapat digunakan
kertas kalkir atau plastik transparasi untuk OHP.
11. Gambar jalur rangkaian
pada kertas transparan ini dapat disebut sebagai film. Disebut film positif
jika digambar jalur rangkaian dibuat hitam. Disebut film negatif jika yang
dihitamkan adalah dasarnya, sedang yang bening sebagai jalur rangkaiannya.
12. Gambar jalur rangkaian
pada kertas transparan (film) kemudian disalin ke atas papan lapis tembaga
kosong. Penyalinan ini dapat dipilih salah satu diantara tiga metode, yaitu
metode gambar langsung, metode fotografik atau metode sablon.
a.
Metode gambar langsung, jalur rangkaian digambar langsung diatas papan
lapis tembaga kosong dengan menggunakan tinta/cat atau bahan tempel yang tahan
(resist) terhadap cairan pelarut.
b.
Pada metode fotografik, gambar jalur rangkaian pada film (kertas tembus
cahaya) diletakkan diatas papan lapis tembaga kosong yang sudah dipekacahayakan
(dilapisi bahan foto resist). Kemudian secara fotografi, papan beserta film
isinari (ekspose) untuk memindahkan
bayangan gambar jalur rangkaian ke atas papan lapis tembaga kosong.
c.
Pada metode sablon, gambar jalur rangkaian pada film (kertas tembus
cahaya) dipindahkan ke screen yang
kemudian digunakan untuk membuat gambar jalur rangkaian pada papan lapis
tembaga difungsikan sebagai bahan pelindung (resist). Setelah pelarutan dengan cairan pelarut yang disebut
etchant, semua lembaran tembaga kecuali yang tertutup atau tergambar oleh bahan
resist akan dilarutkan.
13. Hasilnya merupakan jalur
rangkaian yang tertinggal pada bahan alas. Selanjutnya PCB dibersihkan dari
bahan pelarut tembaga maupun bahan gambar kemudian dikeringkan. Setelah PCB
kering, dilakukan penyolderan atau pembuatan lubang-lubang kaki komponen serta
penyelesaian akhir pembuatan PCB.
IV. PEMBAHASAN
Perangkat elektronika seharusnya di
catu oleh suplai arus searah DC (direct current) yang stabil agar
dapat bekerja dengan baik. Baterai atau accu
adalah sumber catu daya DC yang paling baik. Namun untuk aplikasi yang
membutuhkan catu daya lebih besar, sumber dari baterai tidak cukup. Sumber catu
daya yang besar adalah sumber bolak-balik AC (alternating current)
dari pembangkit tenaga listrik. Untuk itu diperlukan suatu perangkat catu daya
yang dapat mengubah arus AC menjadi DC.
Power Supply adalah sumber
arus untuk alat/pesawat elektronika. Dalam rangkaian power supply terdapat
pengaturan komponen dioda secara sederhana yang dapat menghasilkan sejumlah
suplai daya DC dari sumber AC. Kerja dari power
supply melalui beberapa tahapan yaitu, transformer,
rectifier (penyearah), smoothing (penghalusan),
dan regulator.
Transformer atau transformator
diperlukan untuk menurunkan tegangan AC dari jala-jala listrik pada kumparan
primernya menjadi tegangan AC yang lebih kecil pada kumparan sekundernya. Prinsip
penyearah (rectifier) yang paling sederhana ditunjukkan pada gambar-1
berikut ini.
Rangkaian di atas, dioda (D1) berperan
hanya untuk merubah dari arus AC menjadi DC dan meneruskan tegangan positif ke
beban R1. Ini yang disebut dengan penyearah setengah gelombang (half wave). Untuk mendapatkan penyearah
gelombang penuh (full wave) diperlukan transformator dengan center
tap (CT) seperti pada gambar-2.
Tegangan positif phasa yang pertama diteruskan
oleh D1 sedangkan phasa yang berikutnya dilewatkan melalui D2 ke beban R1
dengan CT transformator sebagai common ground. Dengan demikian beban
R1 mendapat suplai tegangan gelombang penuh seperti gambar di atas. Untuk
beberapa aplikasi seperti misalnya untuk men-catu motor DC yang kecil atau
lampu pijar DC, bentuk tegangan seperti ini sudah cukup memadai. Walaupun
terlihat di sini tegangan ripple dari kedua rangkaian di atas masih
sangat besar.
Gambar 3 adalah rangkaian penyearah
setengah gelombang dengan filter kapasitor C yang paralel terhadap beban R.
Ternyata dengan filter ini bentuk gelombang tegangan keluarnya bisa menjadi
rata. Gambar-4 menunjukkan bentuk keluaran tegangan DC dari rangkaian penyearah
setengah gelombang dengan filter kapasitor. Garis b-c kira-kira adalah garis
lurus dengan kemiringan tertentu, dimana pada keadaan ini arus untuk beban R1
dicatu oleh tegangan kapasitor. Sebenarnya garis b-c bukanlah garis lurus
tetapi eksponensial sesuai dengan sifat pengosongan kapasitor.
Kemiringan kurva b-c tergantung dari
besar arus (I) yang mengalir ke beban R. Jika arus I = 0 (tidak ada beban) maka
kurva b-c akan membentuk garis horizontal. Namun jika beban arus semakin besar,
kemiringan kurva b-c akan semakin tajam. Tegangan yang keluar akan berbentuk
gigi gergaji dengan tegangan ripple yang besarnya adalah :
Vr = VM -VL
dan tegangan DC ke beban adalah VDC = VM
+ Vr/2
Rangkaian penyearah yang baik adalah
rangkaian yang memiliki tegangan ripple (Vr) paling kecil. VL
adalah tegangan discharge atau pengosongan kapasitor C, sehingga dapat
ditulis :
VL = VM e -T/RC
Penyearah gelombang penuh dengan
filter C dapat dibuat dengan menambahkan kapasitor pada rangkaian gambar 2.
Bisa juga dengan menggunakan transformator yang tanpa CT, tetapi dengan
merangkai 4 dioda seperti pada gambar-5 berikut ini.
Rangkaian penyearah sudah cukup bagus
jika tegangan ripple-nya kecil, namun ada masalah pada stabilitas.
Jika tegangan PLN naik/turun, maka tegangan outputnya juga akan naik/turun.
Seperti rangkaian penyearah di atas, jika arus semakin besar ternyata tegangan DC
keluaranya juga ikut turun. Untuk beberapa aplikasi perubahan tegangan ini
cukup mengganggu, sehingga diperlukan komponen aktif yang dapat meregulasi
tegangan keluaran ini menjadi stabil. Regulator Voltage berfungsi sebagai
filter tegangan agar hasil keluaran sesuai dengan keinginan. Oleh karena itu
biasanya dalam rangkaian power supply,
IC Regulator tegangan ini selalu dipakai untuk stabilnya keluaran tegangan.
Power supply transformator yang
dirangkai pada praktikum ini menggunakan 4 diode yang terpasang menyerupai
rangkaian jembatan. Hal ini dilakukan untuk penyearahan gelombang penuh.
Penyearah gelombang penuh adalah untai yang mengubah ragam gelombang
bolak-balik menjadi searah pada seluruh siklus gelombang. Separuh siklus
pertama bila bagian atas dari kumparan sekunder transformator bertegangan
positif, maka arus mengalir melewati 2 diode kembali ke bagian bawah kumparan
sekunder. Separuh siklus berikutnya arus mengalir dari bagian bawah kumparan
sekunder melewati 2 diode yang lain dan kembali ke bagian atas kumparan
sekunder.
Keuntungan dari penggunaan 4 buah
diode adalah ukuran transformator lebih kecil. Selain itu, kelebihan dari
penggunaan 4 buah diode yang lain adalah hasilnya, menghasilkan tegangan beban DC
yang idealnya sama dengan persen rms tegangan sekunder, sedangkan penyearah
yang lain hanya menghasilkan tegangan DC 45% saja. Perbedaan yang lain
diperlihatkan dari tabel dibawah ini.
Tabel 1. Penggunaan dioda
|
1/2 Gelombang |
Gelombang Penuh |
Jembatan |
Banyaknya Dioda |
1 |
2 |
4 |
Puncak tegangan keluar |
V2(puncak) |
0,5 V2(puncak) |
V2(puncak) |
Tegangan keluar DC |
0,318 Vout(puncak) |
0,636 Vout(puncak) |
0,636 Vout(puncak) |
Arus diode DC |
IDC |
0,5 IDC |
0,5 IDC |
Puncak tegangan balik |
V2(puncak) |
V2(puncak) |
V2(puncak) |
Frekuensi riak |
fin |
2 fin |
2 fin |
Tegangan keluar DC |
0,45 V2(rms) |
0,45 V2(rms) |
0,9 V2(rms) |
(Albert Paul
Malvino, 1984)
Transformator adalah suatu alat
listrik yang dapat memindahkan dan mengubah energi listrik dari satu atau lebih
rangkaian listrik ke rangkaian listrik
yang lain, melalui suatu gandengan magnet dan berdasarkan prinsip
induksi-elektromagnet. Transformator digunakan secara luas, baik dalam bidang
tenaga listrik maupun elektronika. Penggunaan transformator dalam sistem tenaga
memungkinkan terpilihnya tegangan yang sesuai, dan ekonomis untuk tiap-tiap
keperluan misalnya kebutuhan akan tegangan tinggi dalam pengiriman daya listrik
jarak jauh.
Transformator sederhana terdiri dari
dua kumparan yang dililitkan pada inti besi tertutup. Energi dicatukan pada
satu lilitan yang disebut lilitan
primer, dan diberikan pada beban dari lilitan lainnya yang disebut lilitan
sekunder. Jika transformator digunakan sebagai transformator penaik, lilitan
tegangan rendah merupakan primernya. Transformator penurun, lilitan tegangan
tinggi merupakan primernya (Albert Paul Malvino, 1985).
Di bawah ini adalah gambar dari transformator tanpa dihubungkan dengan beban:
da dua perbedaan bentuk inti
tansformator yang biasa digunakan yang dinamakan tipe inti/CT (core type)
dan tipe selubung/ non CT (shell type). Inti dari kedua tipe ini dibuat
dari baja khusus berkerugian rendah dan dilaminasi untuk mengurangi kerugian
inti.
CT (center tapped)
transformator dapat digunakan untuk penyearah gelombang penuh dengan
menggunakan dua dioda seperti terlihat pada gambar 2. Pada rangkaian ini setiap
dioda masing masing melewatkan setengah gelombang saling menyusul pada
rangkaian listrik. Pada sisi sekunder transformator terlihat memiliki dua
lilitan. Kedua lilitan tersebut salah satu ujungnya tersambung dan diberi tanda
seperti pada gambar. Tanda titik hitam menandakan terminal positif dari
terminal ini ditentukan gelombang positif pertama kali. Titik pertemuan CT
dipakai bersama pada ragakaian.
V. KESIMPULAN DAN SARAN
A. Kesimpulan
1. Power supply adalah sumber arus pada
alat/pesawat elektronika.
2. PCB adalah Papan rangkaian tercetak merupakan
suatu papan berlapis tembaga yang digunakan untuk memasang komponen
elektronika.
3. Kelebihan penggunaan 4 buah diode pada power
supply adalah didapat hasil penyearah gelombang penuh.
4. Transformator CT (core type) adalah
transformator yang lilitan primer dari transformator tipe inti ini ditunjukkan
dalam satu kaki inti dan sekundernya pada kaki yang lain. Sedangkan
transformator non-CT/tipe selubung adalah inti besi mengelilingi lilitan.
B. Saran
Praktikum
terhambat oleh kerja dari komputer yang tersedia. Sehingga perlu adanya
perbaikan pada komputer, serta penambahan komputer untuk memaksimalkan
pelaksanaan praktikum.
DAFTAR PUSTAKA
Fitzgerald, A.E, dkk. 1981. Dasar-Dasar Elektronika Teknik Jilid1 Edisi Kelima. Bandung: ITB.
Gofflieb M, Irving. 1987. Catu Daya-Switching Regulator. Jakarta: PT Elex Media Komputindo.
Lister, Eugene C. 1988. Mesin dan Rangkaian Listrik Edisi Keenam. Jakarta: Erlangga.
Malvino, Albert Paul. 1985. Prinsip-Prinsip Elektronika Edisi Ketiga. Jakarta: Erlangga.
Millman, Jacob. 1979. Mikroelektronika. Jakarta: Erlangga.
Tim Penyusun. 2008. Modul Praktikum Elektronika. Purwokerto: UNSOED.
Widodo, Sri Thomas. 2002. Elektronika Dasar. Jakarta: Salemba Teknika.
Wollard, Barry G. 1988. Elektronika Praktis. Jakarta: Pradnya Paramita.