Skip to main content

Pengertian Power Supply Catu Daya Linear

Semestinya perangkat elektro dicatu oleh suplai arus searah DC (direct current) yang stabil supaya mampu dengan baik. Baterai atau accu adalah sumber catu daya DC yang paling baik. Namun untuk aplikasi yang memerlukan 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 mengganti arus AC menjadi DC. Pada tulisan kali ini dihidangkan prinsip rangkaian catu daya (power supply) linier mulai dari rangkaian penyearah yang paling sederhana sampai pada catu daya yang ter-regulasi.

Semestinya perangkat elektronika dicatu oleh suplai arus searah DC  Pengertian Power Supply Catu Daya Linear

Penyearah (Rectifier)
Prinsip penyearah (rectifier) yang paling sederhana ditunjukkan pada gambar-1 berikut ini. Transformator dibutuhkan untuk menurunkan tegangan AC dari jala-jala listrik pada kumparan primernya menjadi tegangan AC yang lebih kecil pada kumparan sekundernya.

Semestinya perangkat elektronika dicatu oleh suplai arus searah DC  Pengertian Power Supply Catu Daya Linear

Gambar 1 : Rangkaian Penyearah Sederhana
Baca juga : Pengertian Power Supply Catu Daya dan Fungsinya
Pada rangkaian ini, dioda berperan untuk cuma meneruskan tegangan faktual ke beban RL. Ini yang disebut dengan penyearah setengah gelombang (half wave). Untuk menerima penyearah gelombang penuh (full wave) diharapkan transformator dengan center tap (CT) mirip pada gambar-2.
Semestinya perangkat elektronika dicatu oleh suplai arus searah DC  Pengertian Power Supply Catu Daya Linear

Gambar 2 : Rangkaian Penyearah Gelombang Penuh

Tegangan nyata 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 sarat seperti gambar di atas. Untuk beberapa aplikasi seperti contohnya untuk men-catu motor dc yang kecil atau lampu pijar dc, bentuk tegangan mirip ini sudah cukup mencukupi. Walaupun tampakdi sini tegangan ripple dari kedua rangkaian di atas masih sungguh besar.

Semestinya perangkat elektronika dicatu oleh suplai arus searah DC  Pengertian Power Supply Catu Daya Linear

Gambar 3 : Rangkaian Penyearah Setengah Gelombang Dengah Filter C

Gambar 3 ialah rangkaian penyearah setengah gelombang dengan filter kapasitor C yang paralel kepada beban R. Ternyata dengan filter ini bentuk gelombang tegangan keluarnya bisa menjadi rata. Gambar-4 memperlihatkan bentuk keluaran tegangan DC dari rangkaian penyearah setengah gelombang dengan filter kapasitor. Garis b-c kira-kira yaitu 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.

Semestinya perangkat elektronika dicatu oleh suplai arus searah DC  Pengertian Power Supply Catu Daya Linear

Gambar 4 : Bentuk Gelombang Dengan Filter 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 kalau beban arus kian besar, kemiringan kurva b-c akan semakin tajam. Tegangan yang keluar akan berbentuk gigi gergaji dengan tegangan ripple yang besarnya yakni :

Vr = VM -VL ………. (1)

dan tegangan dc ke beban yakni Vdc = VM + Vr/2 ….. (2)

Rangkaian penyearah yang bagus adalah rangkaian yang mempunyai tegangan ripple paling kecil. VL adalah tegangan discharge atau pengosongan kapasitor C, sehingga dapat ditulis :

VL = VM e -T/RC ………. (3)

Jika persamaan (3) disubsitusi ke rumus (1), maka diperoleh :

Vr = VM (1 – e -T/RC) …… (4)

Jika T << RC, mampu ditulis : e -T/RC » 1 – T/RC ….. (5) sehingga jika ini disubsitusi ke rumus (4) dapat diperoleh persamaan yang lebih sederhana : Vr = VM(T/RC) …. (6) VM/R tidak lain ialah beban I, sehingga dengan ini terlihat kekerabatan antara beban arus I dan nilai kapasitor C terhadap tegangan ripple Vr. Perhitungan ini efektif untuk mendapatkan nilai tengangan ripple yang diinginkan. Vr = I T/C … (7) Rumus ini menyampaikan, jikalau arus beban I semakin besar, maka tegangan ripple akan kian besar. Sebaliknya kalau kapasitansi C kian besar, tegangan ripple akan kian kecil. Untuk penyederhanaan lazimnya dianggap T=Tp, ialah era satu gelombang sinus dari jala-jala listrik yang frekuensinya 50Hz atau 60Hz. Jika frekuensi jala-jala listrik 50Hz, maka T = Tp = 1/f = 1/50 = 0.02 det. Ini berlaku untuk penyearah setengah gelombang. Untuk penyearah gelombang sarat , tentu saja fekuensi gelombangnya dua kali lipat, sehingga T = 1/2 Tp = 0.01 det. Penyearah gelombang sarat dengan filter C dapat dibuat dengan menambahkan kapasitor pada rangkaian gambar 2. Bisa juga dengan menggunakan transformator yang tanpa CT, namun dengan merangkai 4 dioda seperti pada gambar-5 berikut ini.

Semestinya perangkat elektronika dicatu oleh suplai arus searah DC  Pengertian Power Supply Catu Daya Linear

Gambar 5 : Rangkaian Penyearah Gelombang Penuh dengan Filter C

Sebagai pola, anda mendisain rangkaian penyearah gelombang sarat dari catu jala-jala listrik 220V/50Hz untuk mensuplai beban sebesar 0.5 A. Berapa nilai kapasitor yang diperlukan sehingga rangkaian ini memiliki tegangan ripple yang tidak lebih dari 0.75 Vpp. Jika rumus (7) dibolak-balik maka diperoleh.

C = I.T/Vr = (0.5) (0.01)/0.75 = 6600 uF.

Untuk kapasitor yang sebesar ini banyak tersedia tipe elco yang mempunyai polaritas dan tegangan kerja maksimum tertentu. Tegangan kerja kapasitor yang digunakan harus lebih besar dari tegangan keluaran catu daya. Anda barangkalai sekarang paham mengapa rangkaian audio yang anda buat mendengung, coba periksa kembali rangkaian penyearah catu daya yang anda buat, apakah tegangan ripple ini cukup mengganggu. Jika dipasaran tidak tersedia kapasitor yang demikian besar, pasti mampu dengan memparalel dua atau tiga buah kapasitor.

Regulator

Rangkaian penyearah sudah cukup cantik kalau tegangan ripple-nya kecil, namun ada persoalan 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 keluarnya juga ikut turun. Untuk beberapa aplikasi pergeseran tegangan ini cukup mengusik, sehingga diharapkan komponen aktif yang mampu meregulasi tegangan keluaran ini menjadi stabil.

Rangkaian regulator yang paling sederhana ditunjukkan pada gambar 6. Pada rangkaian ini, zener melakukan pekerjaan pada tempat breakdown, sehingga menghasilkan tegangan output yang serupa dengan tegangan zener atau Vout = Vz. Namun rangkaian ini cuma bermanfaat kalau arus beban tidak lebih dari 50mA

Semestinya perangkat elektronika dicatu oleh suplai arus searah DC  Pengertian Power Supply Catu Daya Linear

Gambar 6 : Regulator Zener

Prinsip rangkaian catu daya yang mirip ini disebut shunt regulator, salah satu ciri khasnya yaitu komponen regulator yang paralel dengan beban. Ciri lain dari shunt regulator yaitu, rentan terhadapshort-circuit. Perhatikan bila Vout terhubung singkat (short-circuit) maka arusnya tetap I = Vin/R1. Disamping regulator shunt, ada juga yang disebut dengan regulator seri. Prinsip utama regulator seri seperti rangkaian pada gambar 7 berikut ini. Pada rangkaian ini tegangan keluarannya yaitu :

Vout = VZ + VBE ……….. (8)
VBE yaitu tegangan base-emitor dari transistor Q1 yang besarnya antara 0.2 – 0.7 volt tergantung dari jenis transistor yang dipakai. Dengan mengabaikan arus IB yang mengalir pada base transistor, mampu dijumlah besar tahanan R2 yang diperlukan ialah :

R2 = (Vin – Vz)/Iz ………(9)
Iz ialah arus minimum yang diperlukan oleh dioda zener untuk mencapai tegangan breakdown zener tersebut. Besar arus ini dapat dikenali dari datasheet yang besarnya lebih kurang 20 mA.

Semestinya perangkat elektronika dicatu oleh suplai arus searah DC  Pengertian Power Supply Catu Daya Linear

Gambar 7 : Regulator Zener Follower

Jika diharapkan catu arus yang lebih besar, pasti perkiraan arus base IB pada rangkaian di atas tidak bisa diabaikan lagi. Dimana mirip yang dikenali, besar arus IC akan berbanding lurus terhadap arus IB atau dirumskan dengan IC = bIB. Untuk kebutuhan itu, transistor Q1 yang digunakan bisa diganti dengan tansistor darlington yang umumnya memiliki nilai b yang cukup besar. Dengan transistor darlington, arus base yang kecil bisa menciptakan arus IC yang lebih besar.

Teknik regulasi yang lebih baik lagi adalah dengan menggunakan Op-Amp untuk men-drive transistor Q, mirip pada rangkaian gambar 8. Dioda zener disini tidak langsung memberi umpan ke transistor Q, melainkan sebagai tegangan referensi bagi Op-Amp IC1. Umpan balik pada pin negatif Op-amp ialah cuplikan dari tegangan keluar regulator, yakni :

Vin(-) = (R2/(R1+R2)) Vout ……. (10)

Jika tegangan keluar Vout menaik, maka tegangan Vin(-) juga akan menaik sampai tegangan ini sama dengan tegangan rujukan Vz. Demikian sebaliknya bila tegangan keluar Vout menurun, misalnya sebab suplai arus ke beban meningkat, Op-amp akan mempertahankan kestabilan di titik acuan Vz dengan memberi arus IB ke transistor Q1. Sehingga pada setiap ketika Op-amp mempertahankan kestabilan :

Vin(-) = Vz ……… (11)

Semestinya perangkat elektronika dicatu oleh suplai arus searah DC  Pengertian Power Supply Catu Daya Linear

Gambar 8 : Regulator dengan Op-amp

Dengan mengabaikan tegangan VBE transistor Q1 dan mensubsitusi rumus (11) ke dalam rumus (10) maka diperoleh kekerabatan matematis :

Vout = ( (R1+R2)/R2) Vz……….. (12)

Pada rangkaian ini tegangan output dapat dikontrol dengan mengatur besar R1 dan R2.

Sekarang mestinya tidak perlu sukar payah lagi mencari op-amp, transistor dan komponen yang lain untuk mewujudkan rangkaian regulator seperti di atas. Karena rangkaian seperti ini sudah dibungkus menjadi satu IC regulator tegangan tetap. Saat ini sudah banyak dikenal bagian seri 78XX selaku regulator tegangan tetap positif dan seri 79XX yang ialah regulator untuk tegangan tetap negatif. Bahkan komponen ini lazimnya sudah dilengkapi dengan pembatas arus (current limiter) dan juga pembatas suhu (thermal shutdown). Komponen ini cuma tiga pin dan dengan memperbesar beberapa unsur saja telah dapat menjadi rangkaian catu daya yang ter-regulasi dengan baik.

Semestinya perangkat elektronika dicatu oleh suplai arus searah DC  Pengertian Power Supply Catu Daya Linear

Gambar 9 : Regulator dengan IC 78XX / 79XX

Misalnya 7805 adalah regulator untuk menerima tegangan 5 volt, 7812 regulator tegangan 12 volt dan seterusnya. Sedangkan seri 79XX misalnya adalah 7905 dan 7912 yang berturut-turut ialah regulator tegangan negatif 5 dan 12 volt.

Selain dari regulator tegangan tetap ada juga IC regulator yang tegangannya mampu diatur. Prinsipnya sama dengan regulator OP-amp yang dikemas dalam satu IC contohnya LM317 untuk regulator variable aktual dan LM337 untuk regulator variable negatif. Bedanya resistor R1 dan R2 ada di luar IC, sehingga tegangan keluaran dapat dikelola melalui resistor eksternal tersebut.
Baca juga : Pengertian Power Supply dan Fungsinya
Hanya saja perlu dikenali supaya rangkaian regulator dengan IC tersebut bisa bekerja, tengangan input harus lebih besar dari tegangan output regulatornya. Biasanya perbedaan tegangan Vin terhadap Voutyang dianjurkan ada di dalam datasheet komponen tersebut. Pemakaian heatshink (aluminium pendingin) diusulkan jikalau bagian ini dipakai untuk men-catu arus yang besar. Di dalam datasheet, unsur mirip ini maksimum bisa dilewati arus meraih 1 A.
Comment Policy: Silahkan tuliskan komentar Anda yang sesuai dengan topik postingan halaman ini. Komentar yang berisi tautan tidak akan ditampilkan sebelum disetujui.
Buka Komentar
Tutup Komentar