Pengujian Kualitas Isolasi Trafo.

Pengujian Kualitas Isolasi Trafo.

Peralatan trafo tenaga merupakan bagian penting dalam jaringan tenaga listrik. Peralatan ini perlu untuk dijaga kondisinya agar dapat beroperasi optimal. Salah satu bagian penting yang dapat menggambarkan kondisi trafo secara keseluruhan adalah peralatan isolasi. Peralatan isolasi trafo terdiri dari isolasi cair (minyak) dan isolasi padat (kertas). Saat ini PT PLN telah melakukan beberapa pengujian untuk mengetahui kualitas isolasi trafo, yaitu :

a. Tegangan Tembus Minyak (Breakdown Voltage)

Merupakan pengujian untuk mengetahui pada tegangan berapa isolasi minyak trafo mengalami breakdown. Metode pengujian yang dapat dilakukan antara lain ASTM D-1816 dan ASTM D-877. Standar nilai hasil pengujian untuk kedua metode tersebut adalah [1]:

Metode	<68>	69 s/d 288 kV	>288 kV
ASTM D-1816 ( 1 mm)	23	26	26
ASTM D - 877 ( 1 mm)	26	30	30

Tabel 1. Standar hasil pengujian kekuatan dielektrik

Semakin tinggi nilai hasil pengujian tegangan tembus minyak, maka kekuatan isolasi minyak juga akan semakin tinggi. Tegangan tembus minyak mengalami penurunan seiring dengan bertambahnya partikel-partikel hasil oksidasi dan kandungan air dalam minyak. Dalam membuat analisa kondisi isolasi, selain hasil pengujian kekuatan dielektrik harus diperhatikan juga kandungan air dan oksigen. Kombinasi antara dua zat ini dengan energi panas akan mengakibatkan kerusakan pada isolasi kertas sebelum nilai kekuatan dielektrik di bawah standar.

b. Tegangan Antar Permukaan (Interfacial Tension / IFT)

Adalah pengukuran tegangan antar permukaan minyak dengan air. Nilai IFT adalah besarnya daya yang dibutuhkan untuk menarik sebuah cincin kecil ke atas sejauh 1 cm melalui permukaan antara air dan minyak (ASTM D-971). Minyak yang bagus (baru) mempunyai nilai IFT antara 40 – 50 dyne/cm. Nilai IFT dipengaruhi oleh banyaknya partikel-partikel kecil hasil oksidasi minyak dan kertas. Oksidasi akan menghasilkan air dalam minyak, meningkatkan nilai keasaman minyak dan pada kondisi tertentu akan menyebabkan pengendapan(sludge). Standar hasil pengujian IFT menggunakan metode ASTM D-971 [7] adalah sebagai berikut

IFT	<69>	69 – 288 kV	288 kV
ASTM D-971	24	26	30

Minyak harus di reklamasi ketika nilai IFT mencapai 25 dyne/cm. Pada kondisi ini, minyak sudah banyak mengandung kontaminasi hasil oksidasi dan akan terjadi pengendapan.

c. Kandungan air dalam minyak (Water content)

Salah satu hal yang membahayakan trafo adalah kandungan air. Kandungan air dan oksigen yang tinggi akan mengakibatkan korosi, menghasilkan asam, endapan dan cepat menurunkan usia trafo. Dari hasil penelitian EPRI diperolah bahwa setiap peningkatan kandungan air 2 kali lipat pada temperatur yang sama akan menurunkan usia isolasi menjadi 0.5 kali. Kandungan air dalam trafo dapat berasal dari udara saat trafo dibuka untuk keperluan inspeksi, dan apabila terjadi kebocoran maka uap air akan masuk ke dalam trafo karena perbedaan tekanan parsial uap air.

Standar hasil pengujian kandungan air dalam minyak menggunakan metode ASTM D-1533 [2] adalah sebagai berikut :

Kandungan Air	<69>	69 – 288 kV	288 kV
ASTM D-1533	35	25	20

Tabel 2. Standar hasil pengujian kandungan air dalam minyak

Nilai diatas tidak sepenuhnya menjamin kondisi isolasi trafo. Karena kandungan air dalam minyak akan sangat berbahaya apabila mencapai 30% saturasi air dan minyak harus direklamasi. Untuk itu pada waktu pengambilan sampel minyak untuk pengujian kandungan air harus dicatat temperatur minyak trafo. Temperatur ini sangat diperlukan pada waktu melakukan analisa. Prosentase saturasi air dalam minyak dapat dilihat pada gambar berikut [3]:

Gambar 1. Prosentase saturasi air dalam minyak

Selain itu, kandungan air dalam minyak dapat digunakan untuk memperkirakan jumlah kandungan air dalam kertas [1].

Temperatur (oC)	Air dalam minyak	Air dalam kertas
20	1	3000
40	1	1000
60	1	300

Tabel 3. Perbandingan distribusi air dalam minyak dan kertas.

Kandungan air pada kertas terutama terkumpul pada sepertiga belitan bagian bawah dimana suhu minyak rendah. Hal ini akan memungkinkan terjadinya flashover antar belitan.

d. Angka kenetralan (Neutralization Number / NN)

Merupakan jumlah kalium hidroksida (KOH) yang dibutuhkan (dalam mg) untuk menetralkan 1 gram minyak sample. Semakin banyak KOH yang dibutuhkan, maka semakin asam minyak dan semakin besar pula angka kenetralannya. Proses oksidasi pada kertas dan minyak akan menghasilkan asam. Kandungan asam dalam minyak mempercepat penurunan kondisi minyak dan kertas, yaitu :

- asam akan membentuk lebih banyak asam dari minyak dan kertas

- bereaksi dengan kertas menghasilkan air

- asam bersifat korosif terhadap logam dan akan membentuk lebih banyak partikel-partikel logam pada belitan dan bagian bawah tangki minyak.

Standar hasil pengujian angka kenetralan minyak dengan metode pengujian ASTM D-974 [7] adalah sebagai berikut :

Metode	<68>	69 s/d 288 kV	>288 kV
ASTM D 974	0.2	0.2	0.1

Tabel 4. Standar hasil pengujian angka keasaman

Berdasarkan hasil pengujian IFT dengan NN, dapat dibuat analisa lebih lanjut dengan membandingkan nilai keduanya [7]:

Kondisi Minyak	IFT	NN	IFT / NN
Bagus	30,0 – 45,0	0,00 – 0,10	300 – 1500
Proprosional A	27,1 – 29,9	0,05 – 0,10	271 – 600
Marginal	24,0 – 27,0	0,11 – 0,15	160 – 318
Jelek	18,0 – 23,9	0,16 – 0,40	45 – 159
Sangat jelek	14,0 – 17,9	0,41 – 0,65	22 – 44
Sangat sangat jelek	9,00 – 13,9	0.66 – 1,50	6 – 21
Rusak		> 1,51

Tabel 4. Nilai perbandingan IFT dengan NN

Dari hasil perbandingan di atas, apabila hasil pengujian IFT : 29,2 dyne/cm, NN : 0,3 dan IFT / NN : 96 maka minyak diklasifikasikan ke dalam kondisi jelek.

e. Flash point

Temperatur minimum dimana minyak menghasilkan uap yang cukup untuk dibakar bersama udara. Flash point merupakan indikator ketidakstabilan minyak. Minyak yang bagus mempunyai nilai flash point tinggi, nilai standar berdasarkan metode pengujian ASTM D-92 adalah 150^oC dan akan terus berkurang apabila kandungan air, oksigen, gas-gas terlarut meningkat dan ikatan rantai karbon minyak berkurang.

f. Warna

Untuk mendeteksi kecepatan penurunan atau kontaminasi yang serius. Nilai standar berdasarkan metode pengujian ASTM D-1500 adalah <3,5.>

g. Sludge.

Sludge dihasilkan oleh adanya oksigen dan kandungan air dalam minyak trafo. Sludge terutama terjadi pada belitan trafo bagian bawah dan terus meningkat. Slugde akan mengakibatkan suhu trafo naik pada beban yang dan hasil pengujian IFT akan mengalami penurunan.

Selain 7 macam pengujian di atas, ada beberapa pengujian on-line yang dapat dilakukan untuk memperkirakan kondisi kertas, yaitu:

a. Rasio CO/CO₂

Jumlah gas CO₂ dan CO dalam trafo meningkat seiring dengan peningkatan suhu operasi trafo. Berdasarkan hasil pengujian DGA menurut standar IEEE C57.104 [4], akumulasi gas CO₂ dan CO menggambarkan kondisi kertas yang dibedakan ke dalam 4 status seperti pada tabel berikut :

	CO2 (ppm)	CO (ppm)
Kondisi 1	0 - 2500	0 - 350
Kondisi 2	2501 – 4.000	351 - 570
Kondisi 3	4001 – 10.000	571 – 1.400
Kondisi 4	> 10.000	> 1.400

Tabel 5. Akumulasi gas CO₂ dan CO

Kondisi 1 adalah kondisi normal operasi sedangkan kondisi 4 kertas sudah mendekati kerusakan.

Apabila salah satu atau kedua gas telah mencapai kondisi 2 atau 3, maka rasio peningkatan jumlah CO₂/CO sangat membantu dalam menentukan kondisi isolasi padat. Pada trafo yang beroperasi pada beban dan suhu normal, hasil pengujian rasio pertambahan gas CO₂ akan 7 sampai 20 kali lebih besar dibanding CO. Kondisi normal ini dapat dipertimbangkan untuk ratio pertambahan mencapai 5. Apabila rasio kurang dari 5 disertai dengan pertambahan gas H₂, CH₄, C₂H₆ maka ada kemngkinan terjadi masalah di dalam trafo dan kertas mengalami penurunan kondisi yang cepat apabila rasio CO₂/CO kurang dari 3. Pada kondisi ini trafo mendekati kerusakan sehingga perlu dilakukan inspeksi internal pada isolasi kertas.

b. Furan

Pengujian furan dapat dilakukan apabila hasil pengujian rasio pertambahan CO₂/CO bernilai 3 atau kurang. Furan adalah molekul organic yang dihasilkan dari penurunan isolasi kertas akibat pemanasan berlebih, oksidasi dan asam. Pengujian yang dilakukan adalah pengujian untuk 5 macam furan yang disebabkan oleh hal, yaitu :

- 5H2F (5 hidroksimetil 2 furaldehid) yang disebabkan oleh oksidasi

- 2FOL (2 fulfurol) disebabkan kandungan air yang tinggi pada kertas

- 2FAL (2 furaldehid) disebabkan oleh pemanasan berlebih

- 2ACF (2 Asetilfuran) disebabkan oleh petir

- 5M2F (5 Metil 2 Furaldehid) disebabkan oleh hotspot pada belitan.

Pada isolasi yang bagus, seharusnya jumlah keseluruhan furan yang terdeteksi kurang dari 100 ppb. Jika terjadi kerusakan pada kertas, maka hasil uji furan akan lebih dari 100 ppb sampai 70.000 ppb. Minyak harus direklamasi jika jumlah furan melebihi 250 ppb, karena kertas telah mengalami penurunan kondisi dan usia trafo berkurang. Hasil pengujian furan ini dikorelasikan dengan hasil pengujian IFT dan keasaman. Asam menyerang isolasi kertas menghasilkan furan dan akan menyebabkan IFT turun. Untuk mendapatkan hasil yang lebih baik, analisa hasil pengujian dilakukan berdasarkan pada tren hasil pengujian bukan pada 1 hasil pengujian saja.

Hal yang perlu diperhatikan dalam menjaga kondisi isolasi trafo adalah kandungan gas oksigen. Gas ini sangat berbahaya karena menimbulkan oksidasi di dalam trafo. Oksigen di dalam minyak berasal dari adanya kebocoran dan penurunan kondisi isolasi. Beberapa ahli dan organisasi termasuk EPRI meyakini bahwa kandungan oksigen dalam lebih dari 2000 ppm akan mempercepat pemburukan kondisi kertas. Minyak harus di-treatment apabila kandungan oksigen mencapai 10.000 ppm.

Daftar Pustaka :

[1] Transformer Maintenance Guide, by J.J. Kelly, S.D. Myers, M. Horning, 2001.

[2] Reference Book on Insulating Liquids and Gases, Doble Engineering Company’s

[3] IEEE Guide for Diagnostic Field Testing of Electrical Power Apparatus. IEEE Standard 62-1995,

[4] Guide for the Interpretation of Gases Generated in Oil-Immersed Transformers, IEEE Standard C57.104™

[5] Transformer Maintenance, FIST Vol 3-30, Bureau of Reclamation Colorado, 2000

[6] Transformer Diagnostics, FIST Vol 3-31, Bureau of Reclamation Colorado, 2003.

[7] A Guide to Transformer Maintenance, by J.J. Kelly, S.D. Myers, R.H. Parrish, 1981

Modul I

(Karakteristik dioda, Penyearah,

dan Penapis C, L, dan π)

I. Tujuan

· Praktikan dapat memahami karakteristik dari beberapa jenis dioda.

· Praktikan dapat memahami bagaimana cara memperoleh karakteristik dari diode.

· Praktikan dapat memahami prinsip kerja dan manfaat dari penyearah setengah gelombang, gelombang penuh dengan centre tap, dan gelombang penuh dengan dioda bridge.

· Praktikan mampu merancang rangkaian penyearah setengah gelombang, gelombang penuh dengan centre tap, dan gelombang penuh dengan dioda bridge.

· Praktikan dapat memahami prinsip kerja, penggunaan dan manfaat dari Penapis C, L, dan p

II. Peralatan

· Power supply DC

· Power supply AC

· AC/DC Voltmeter

· DC Ammeter

· Dual channel oscilloscope

· Trafo CT

· Job I Tool Box

· Kit Praktikum

III. Dasar Teori

Karakteristik Dioda

Dioda merupakan komponen elektronika yang terbuat dari bahan semikonduktor. Dioda memiliki fungsi mengalirkan arus satu arah saja. Struktur diode adalah sambungan semikonduktor jenis-p dan jenis-n. Dengan struktur demikian, arus akan mengalir dari sisi p menuju sisi n. Dibawah ini adalah gambar symbol dan struktur dioda serta bentuk karakteristik dioda (Untuk dioda yang terbuat dari bahan silikon tegangan konduksi adalah diatas 0,7 volt).

Gambar 1.1. (a) Simbol, (b) Struktur, dan (c) Karakteristik dari dioda semikonduktor

Penyearah

Penyearah berfungsi untuk mengubah tegangan bolak-balik (AC) menjadi tegangan searah (DC). Penyearah ada dua macam, yaitu penyearah setengah gelombang dan penyearah gelombang penuh. Penyearah setengah gelombang mamiliki nilai tegangan puncak input transformator:

Vp =

V_rms

Ö2

Tegangan rata-rata DC pada penyearah setengah gelombang adalah:

Vdc =

V_p

p

frekuensi output:

f_in = f_out

Untuk penyearah gelombang penuh, tegangan rata-rata DC-nya:

Vdc =

2V_p

p

dan frekuensi outputnya:

f_in =2f_out

Penapis

Tegangan DC keluaran dari penyearah baik penyearah setengah gelombang maupun penyearah gelombang penuh belum menghasilkan tegangan DC yang sempurna (masih terdapat riak) seperti yang diperoleh dari batere. Untuk memperoleh tegangan DC yang sempurna, pada rangkaian perlu ditambahkan suatu komponen yang berfungsi mengurangi riak yang terjadi. Komponen ini dalam elektronika disebut Penapis.

Gambar 1.2. Penapis Kapasitor

Faktor ripple merupakan besarnya persentase perbandingan antara tegangan ripple dengan tegangan dc yang dihasilkan. Secara matematis dapat ditulis sebagai berikut.

γ =

V_rip

V_dc

Komponen yang memegang peranan penting dalam penapis adalah kapasitor. Saat dioda menghantarakan arus, maka kapasitor akan terisi muatan. Karena dioda mempunyai hambatan yang rendah, maka proses pengisian akan berlangsung dalam waktu singkat. Dilain pihak, saat dioda berhenti berkonduksi, kapasitor akan melepaskan muatannya melalui muatan beban. Dengan disain khusus, waktu pengosongan kapasitor dapat dibuat sangat panjang. Semakin besar nilai kapasitansi dari kapasitor, maka tegangan dc yang dihasilkan akan semakin sempurna.

IV. Tugas Pendahuluan

1. Jelaskan apa yang dimaksud dengan:

a) Forward bias

b) Reverse bias

c) Breakdown Voltage

d) Tegangan Lutut

e) Ripple

2. Jelaskan tentang penyearah setengah gelombang, gelombang penuh dengan centre tap, dan gelombang penuh dengan dioda bridge.

3. Pada percobaan penyearah gelombang penuh dengan dioda bridge, diketahui V_2(peak) sebesar 18 V dan tahanan beban (R_L) sebesar 500Ω. Jika pada beban dipasang kapasitor sebesar 1000 µF, hitunglah:

a) Tegangan Ripple?

b) Tegangan beban dc?

c) Faktor ripple?

d) Tegangan-balik puncak pada masing-masing dioda?

e) Arus DC yang mengalir pada masing-masing dioda?

Sebelum dan sesudah ditambahkan kapasitor.

4. Jelaskan tentang Penapis C, L, dan p.

V. Langkah Percobaan

1. Dioda Forward Bias

Gambar 1.3. Dioda forward bias

1. Susun rangkaian seperti pada gambar diatas. (D = IN 4001; R= 1K)

2. Hidupkan power supply dan pastikan tegangan sumber 0 volt.

3. Catat nilai yang tertera pada alat ukur yang digunakan.

4. Variasikan tegangan DC 0,1; 0,3; 0,5; 0,6; 0,7; 0,8; 0,9; 1; 2; 3; 5; 8; 12; 18 dan 25 Volt

5. Ulangi langkah 1 hingga 4.

6. Ganti dioda IN 4001 dengan Zener, LED, dioda Infrared, dan photodioda

7. Ulangi langkah 1 hingga 6.

8. Catat hasil pengamatan pada tabel hasil percobaan.

Tabel 1.1. Data hasil percobaan dioda forward bias

Vs (Volt)	VD (Volt)	ID (mA)
0	…	…
…	…	…

2. Dioda Reverse Bias

Gambar 1.4. Dioda reverse bias

1. Susun rangkaian seperti pada gambar diatas. (D = IN 4001; R= 1K)

2. Hidupkan power supply dan pastikan tegangan sumber 0 volt.

3. Catat nilai yang tertera pada alat ukur yang digunakan.

4. Variasikan tegangan DC 1; 3; 6; 10; 15; 20; 25; 30 dan 35 Volt

5. Ulangi langkah 1 hingga 4.

6. Ganti dioda IN 4001 dengan Zener, LED, dioda Infrared, dan photodioda

7. Ulangi langkah 1 hingga 6.

8. Catat hasil pengamatan pada tabel hasil percobaan.

Tabel 1.2. Data hasil percobaan dioda reverse bias

Vs (Volt)	VD (Volt)	ID (mA)
0	…	…
…	…	…

3. Penyearah Setengah Gelombang

Gambar 1.5. Penyearah setengah gelombang

1. Susun rangkaian seperti pada gambar diatas (D = IN 4001; R= 1K)

2. Hidupkan power supply dan tutup saklar Sw.

3. Ukur tegangan pada keluaran transformator (power supply) dengan menggunakan voltmeter dan osiloskop.

4. Ukur tegangan pada beban R dengan menggunakan voltmeter dan osiloskop.

5. Ganti tegangan sumber hingga 3 variasi tegangan dan ulangi langkah 1 hingga 4.

6. Tambahkan kapasitor secara parallel terhadap beban sebesar 1; 470 dan 1100 µF.

7. Ulangi langkah 1 hingga 6.

8. Catat hasil pengamatan pada tabel hasil percobaan.

Tabel 1.3. Data hasil percobaan penyearah setengah gelombang

VT (Volt)		VR (Volt) Tanpa C		VR (Volt) Dengan C
Voltmeter	Osiloskop	Voltmeter	Osiloskop	Voltmeter	Osiloskop
…	...	…	…	...	...
…	...	…	…	...	...

4. Penyearah Gelombang Penuh Dengan Centre Tap

Gambar 1.6. Penyearah gelombang penuh dengan centre tap

1. Susun rangkaian seperti pada gambar diatas (D = IN 4001; R= 1K)

2. Hidupkan power supply dan tutup saklar Sw

3. Ukur tegangan pada keluaran transformator (power supply) dengan menggunakan voltmeter dan osiloskop

4. Ukur tegangan pada beban R dengan menggunakan voltmeter dan osiloskop

5. Ganti tegangan sumber hingga 3 variasi tegangan dan ulangi langkah 1 hingga 4.

6. Tambahkan kapasitor secara parallel terhadap beban sebesar 1; 470 dan 1100 µF.

7. Ulangi langkah 1 hingga 6.

8. Catat hasil pengamatan pada tabel hasil percobaan.

Tabel 1.4. Data hasil percobaan penyearah gelombang penuh dengan center tap

VT (Volt)		VR (Volt) Tanpa C		VR (Volt) Dengan C
Voltmeter	Osiloskop	Voltmeter	Osiloskop	Voltmeter	Osiloskop
…	...	…	…	...	...
…	...	…	…	...	...

5. Penyearah Gelombang Penuh Dengan Diode Bridge

Gambar 1.7. Penyearah gelombang penuh dengan dioda bridge

1. Susun rangkaian seperti pada gambar diatas (D = IN 4001; R= 1K)

2. Hidupkan power supply dan tutup saklar Sw

3. Ukur tegangan pada keluaran transformator (power supply) dengan menggunakan voltmeter dan osiloskop

4. Ukur tegangan pada beban R dengan menggunakan voltmeter dan osiloskop

5. Ganti tegangan sumber hingga 3 variasi tegangan dan ulangi langkah 1 hingga 4.

6. Tambahkan kapasitor secara parallel terhadap beban sebesar 1; 470 dan 1100 µF.

7. Ulangi langkah 1 hingga 6.

8. Catat hasil pengamatan pada tabel hasil percobaan.

Tabel 1.5. Data hasil percobaan penyearah gelombang penuh dengan diode bridge

VT (Volt)		VR (Volt) Tanpa C		VR (Volt) Dengan C
Voltmeter	Osiloskop	Voltmeter	Osiloskop	Voltmeter	Osiloskop
…	...	…	…	...	...
…	...	…	…	...	...

6. Penapis L

Gambar 1.8. Penapis L

1. Susun rangkaian seperti pada gambar diatas (DB = IN 4001; C= 1 µF; L= 10 mH; R= 1K)

2. Hidupkan power supply dan tutup saklar Sw.

3. Gunakan sumber ± 9 volt.

4. Ukur tegangan pada keluaran transformator (power supply) dengan menggunakan voltmeter dan osiloskop

5. Ukur tegangan pada beban R dengan menggunakan voltmeter dan osiloskop

6. Ganti nilai C dengan 47; 470 dan 1100 µF.

7. Ulangi langkah 2 hingga 6.

8. Catat hasil pengamatan pada tabel hasil percobaan.

Tabel 1.6. Data hasil percobaan penapis L

Kapasitansi C (µF)	VT (Volt)		VR (Volt)
	Voltmeter	Osiloskop	Voltmeter	Osiloskop
…	…	...	...	...
…	…	...	...	...

7. Penapis p

Gambar 1.8. Penapis p

1. Susun rangkaian seperti pada gambar diatas (DB = IN 4001; C = 1 µF; L= 10 mH; R= 1K)

2. Hidupkan power supply dan tutup saklar Sw.

3. Gunakan sumber ± 12 volt.

4. Ukur tegangan pada keluaran transformator (power supply) dengan menggunakan voltmeter dan osiloskop

5. Ukur tegangan pada beban R dengan menggunakan voltmeter dan osiloskop

6. Ganti nilai L dengan 100 dan 200 mH.

7. Ulangi langkah 2 hingga 6.

8. Catat hasil pengamatan pada tabel hasil percobaan.

Tabel 1.7. Data hasil percobaan penapis p

Induktansi L (mH)	VT (Volt)		VR (Volt)
	Voltmeter	Osiloskop	Voltmeter	Osiloskop
…	…	...	...	...
…	…	...	...	...

VI. Evaluasi

1. Analisa setiap rangkaian yang di praktikumkan berdasarkan teori yang ada.

2. Simulasikan setiap percobaan dengan menggunakan EWB.

3. Gambarkan grafik karakteristik dari diode sesuai dengan apa yang diperoleh pada saat praktikum dan bandingkan dengan grafik yang diperoleh dari hasil simulasi.

4. Bandingkan setiap hasil pengukuran dengan menggunakan multimeter dengan hasil pengukuran dengan menggunakan osiloskop.

5. Bandingkan juga hasil yang diperoleh dari evaluasi no. 4 dengan hasil perhitungan berdasarkan rumus yang ada.

6. Hitung factor ripple yang terjadi pada setiap percobaan yang menggunakan penyearah.

7. Gambarkan bentuk gelombang yang terjadi dari semua pengukuran yang menggunakan osiloskop pada kertas grafik.

Modul II

(Pelipat Tegangan, Penggunting, Penjepit

dan Regulator Catu Daya)

I. Tujuan

· Praktikan dapat memahami prinsip dari pelipat, penggunting, dan penjepit tegangan.

· Praktikan dapat memahami prinsip kerja dari regulator catu daya dengan menggunakan IC 78xx series dan 79xx series.

· Praktikan dapat membuat rangkaian regulator catu daya positif dengan menggunakan IC 78xx series.

· Praktikan dapat membuat rangkaian regulator catu daya negatif dengan menggunakan IC 79xx series.

II. Peralatan

· power supply AC

· AC/DC Voltmeter

· Dual channel oscilloscope

· Trafo CT

· Job II Tool Box

· Kit Praktikum

III. Dasar Teori

Pelipat Tegangan

Pelipat tegangan merupakan rangkaian elektronika yang terdiri dari dua atau lebih penyearah puncak yang menghasilkan tegangan dc sama dengan perbanyakan puncak tegangan masuk (2V_P, 3V_P, 4V_P dan seterusnya). Catu daya ini digunakan untuk alat-alat tegangan tinggi tetapi memiliki arus rendah seperti pada tabung sinar katoda.

Gambar 2.1. Pelipat (a) dua tegangan dan (b) tiga tegangan

Secara teoritis, jumlah penyearah puncak dapat ditambah terus untuk menghasilkan kelipatan tegangan yang lebih besardari harga puncak tegangan masuk. Namun bersamaan dengan itu, riak keluaran juga bertambah buruk yang disebabkan oleh proses pengosongan muatan antara puncak yang menjadi makin berat. Atas dasar ini, pengali tegangan yang paling populer adalah pelipat-ganda dan pelipat tiga tegangan.

Penggunting dan Penjepit

Dalam sistem radar, komputer serta penerapan-penerapan lainnya, sering kalai diperlukan rangkaian pemotong atau penggunting (clipper) untuk menyingkirkan bagian sinyal tertentu. Rangkaian penjepit atau pengepit (clamper) untuk menggeser tingkat dc dari tegangan. Rangkaian penjepit juga memiliki penerapan yang luas, misalnya pada pesawat penerima TV digunakan untuk menggeser tingkat sinyal vidio.

Gambar 2.2. (a) Penggunting (clipper) dan (b) Penjepit (clamper)

Regulator Catu Daya

Regulator catu daya merupakan suatu rangkaian power supply yang tegangan keluarannya tetap walaupun arus keluarannya berubah-ubah. Ada beberapa komponen yang dapat menjalankan fungsi sebagai regulator, diantaranya IC regulator (78xx dan 79xx), dioda zener, dan penguat operasional (Op-Amp).

IV. Tugas Pendahuluan

1. Jelaskan apa yang dimaksud dengan:

a) DC restorer

b) Voltage doubler

2. Dari gambar 2.1 (b) diketahui C = 0.1 µF dan Vac = 12 V. Tentukan:

a) Tegangan beban ideal?

b) PIV?

c) Tegangan yang melintas disetiap kapasitor?

3. Menurut anda apakah IC 78xx dan 79xx bisa digunakan secara bersamaan? Jika bisa, rancang suatu supply yang menggunakan kedua IC tersebut dan berapa tegangan keluaran pada ujung-ujung sisi negatif dan positif jika IC yang digunakan adalah 7805 dan 7909 dengan tegangan keluaran trafo 5 V_rms? Jelaskan!

V. Langkah Percobaan

1. Pelipat Tegangan

a) Pelipat Ganda

Gambar 2.3. Rangkaian percobaan pelipat ganda

1. Susun rangkaian seperti pada gambar di atas (D = IN 4001; C = 1 µF; R_L = 1K)

2. Atur tegangan supply hingga ± 4,5 volt.

3. Ukur tegangan sumber dengan menggunakan AC Voltmeter dan Osiloskop.

4. Ukur tegangan pada beban R_L dengan menggunakan DC Voltmeter dan Osiloskop.

5. Ganti nilai C dengan 1100 µF.

6. Ulangi langkah percobaan 3 dan 4.

7. Naikkan Tegangan sumber hingga menjadi ± 9 volt.

8. Ulangi langkah percobaan 1 hingga 6

9. Catat hasil pengamatan pada tabel hasil percobaan.

Tabel 2.1. Data hasil percobaan pelipat ganda

Kapasitansi C (µF)	VT (Volt)		VR (Volt)
	Voltmeter	Osiloskop	Voltmeter	Osiloskop
…	…	...	...	...
…	…	...	...	...

b) Pelipat Tiga Tegangan

Gambar 2.4. Rangkaian percobaan pelipat tiga tegangan

1. Susun rangkaian seperti pada gambar di atas (D = IN 4001; C = 1 µF; R_L = 1K)

2. Atur tegangan supply hingga ± 4,5 volt.

3. Ukur tegangan sumber dengan menggunakan AC Voltmeter dan Osiloskop.

4. Ukur tegangan pada beban R_L dengan menggunakan DC Voltmeter dan Osiloskop.

5. Ganti nilai C dengan 1100 µF.

6. Ulangi langkah percobaan 3 dan 4.

7. Naikkan Tegangan sumber hingga menjadi ± 9 volt.

8. Ulangi langkah percobaan 1 hingga 6

9. Catat hasil pengamatan pada tabel hasil percobaan.

10. Simulasikan rangkaian diatas dengan menggunakan EWB.

Tabel 2.2. Data hasil percobaan pelipat tiga tegangan

Kapasitansi C (µF)	VT (Volt)		VR (Volt)
	Voltmeter	Osiloskop	Voltmeter	Osiloskop
…	…	...	...	...
…	…	...	...	...

2. Penggunting Tegangan

Gambar 2.5. Rangkaian percobaan penggunting tegangan I

1. Susun rangkaian seperti pada gambar di atas (D = IN 4001; R_L = 1K)

2. Atur tegangan supply hingga ± 4,5 volt.

3. Ukur tegangan sumber dengan menggunakan AC Voltmeter dan Osiloskop.

4. Ukur tegangan pada beban dioda dengan menggunakan AC Voltmeter dan Osiloskop.

5. Naikkan Tegangan sumber hingga menjadi ± 9 volt.

6. Ulangi langkah percobaan 1 hingga 4

7. Catat hasil pengamatan pada tabel hasil percobaan.

8. Simulasikan rangkaian diatas dengan menggunakan EWB.

Tabel 2.3. Data hasil percobaan penggunting tegangan I

VT (Volt)		Vd (Volt)
Voltmeter	Osiloskop	Voltmeter	Osiloskop
…	...	...	...
…	...	...	...

Gambar 2.6. Rangkaian percobaan penggunting tegangan II

1. Susun rangkaian seperti pada gambar di atas (D = IN 4001; R_L = 1K)

2. Atur tegangan supply hingga ± 4,5 volt.

3. Ukur tegangan sumber dengan menggunakan AC Voltmeter dan Osiloskop.

4. Ukur tegangan pada beban dioda dengan menggunakan AC Voltmeter dan Osiloskop.

5. Naikkan Tegangan sumber hingga menjadi ± 9 volt.

6. Ulangi langkah percobaan 1 hingga 4

7. Catat hasil pengamatan pada tabel hasil percobaan.

8. Simulasikan rangkaian diatas dengan menggunakan EWB.

Tabel 2.4. Data hasil percobaan penggunting tegangan II

VT (Volt)		Vd (Volt)
Voltmeter	Osiloskop	Voltmeter	Osiloskop
…	...	...	...
…	...	...	...

Gambar 2.7. Rangkaian percobaan penggunting tegangan III

1. Susun rangkaian seperti pada gambar di atas (D = IN 4001; R_L = 1K; V₁ = 3V; V₂ = 9V).

2. Atur tegangan supply hingga ± 4,5 volt.

3. Ukur tegangan sumber dengan menggunakan AC Voltmeter dan Osiloskop.

4. Ukur tegangan pada beban dioda dengan menggunakan AC Voltmeter dan Osiloskop.

5. Naikkan Tegangan sumber hingga menjadi ± 12 volt.

6. Ulangi langkah percobaan 1 hingga 4.

7. Ganti Tegangan V₁ dengan tegangan 9V dan V₂ dengan tegangan 3V

8. Ulangi langkah percobaan 1 hingga 5.

9. Catat hasil pengamatan pada tabel hasil percobaan.

10. Simulasikan rangkaian diatas dengan menggunakan EWB.

Tabel 2.5. Data hasil percobaan penggunting tegangan III

V1 (Volt)	V2 (Volt)	VT (Volt)		Vd (Volt)
		Voltmeter	Osiloskop	Voltmeter	Osiloskop
…	…	…	...	...	...
…	…	…	...	...	...

3. Penjepit Tegangan

Gambar 2.8. Rangkaian percobaan penjepit tegangan

1. Susun rangkaian seperti pada gambar di atas. (D = IN 4001; R_L = 1K; dan C = 1 µF)

2. Atur tegangan supply hingga ± 4,5 volt.

3. Ukur tegangan sumber dengan menggunakan AC Voltmeter dan Osiloskop.

4. Ukur tegangan pada beban R_L dengan menggunakan AC Voltmeter dan Osiloskop.

5. Ganti nilai C dengan 1100 µF.

6. Ulangi langkah percobaan 3 dan 4.

7. Naikkan Tegangan sumber hingga menjadi ± 9 volt.

8. Ulangi langkah percobaan 1 hingga 6

9. Catat hasil pengamatan pada tabel hasil percobaan.

10. Simulasikan rangkaian diatas dengan menggunakan EWB.

Tabel 2.6. Data hasil percobaan penjepit tegangan

C (µF)	VT (Volt)		Vd (Volt)
	Voltmeter	Osiloskop	Voltmeter	Osiloskop
…	…	...	...	...
…	…	...	...	...

4. Regulator Dengan IC 78xx Series

Gambar 2.9. Rangkaian percobaan regulator catu daya dengan IC 78xx series

1. Susun rangkaian seperti pada gambar diatas (DB = IN 4001; R= 1K)

2. Hidupkan power supply dan tutup saklar Sw

3. Ukur tegangan pada keluaran transformator (power supply) dengan menggunakan voltmeter dan osiloskop

4. Ukur tegangan pada beban R dengan menggunakan voltmeter dan osiloskop

5. Ganti tegangan sumber hingga 3 variasi tegangan dan ulangi langkah 1 hingga 4.

6. Tambahkan kapasitor secara parallel terhadap beban sebesar 1 dan 1100 µF.

7. Ulangi langkah 1 hingga 6.

8. Ganti IC 78xx dengan tipe lainnya hingga 3 jenis IC 78xx yang berbeda.

9. Simulasikan rangkaian di atas dengan menggunakan EWB.

Tabel 2.7. Data hasil percobaan Regulator Dengan IC 78xx Series

IC (xx)	C (µF)	VT (Volt)		Vd (Volt)
		Voltmeter	Osiloskop	Voltmeter	Osiloskop
…	…	…	...	...	...
…	…	…	...	...	...

5. Regulator Dengan IC 79xx Series

Gambar 2.10. Rangkaian percobaan regulator catu daya dengan IC 79xx series

1. Susun rangkaian seperti pada gambar diatas (DB = IN 4001; R= 1K)

2. Hidupkan power supply dan tutup saklar Sw

3. Ukur tegangan pada keluaran transformator (power supply) dengan menggunakan voltmeter dan osiloskop

4. Ukur tegangan pada beban R dengan menggunakan voltmeter dan osiloskop

5. Ganti tegangan sumber hingga 3 variasi tegangan dan ulangi langkah 1 hingga 4.

6. Tambahkan kapasitor secara parallel terhadap beban sebesar 1 dan 1100 µF.

7. Ulangi langkah 1 hingga 6.

8. Ganti IC 79xx dengan tipe lainnya hingga 3 jenis IC 79xx yang berbeda.

9. Simulasikan rangkaian di atas dengan menggunakan EWB.

Tabel 2.8. Data hasil percobaan Regulator dengan IC 79xx Series

IC (xx)	C (µF)	VT (Volt)		Vd (Volt)
		Voltmeter	Osiloskop	Voltmeter	Osiloskop
…	…	…	...	...	...
…	…	…	...	...	...

VI. Evaluasi

1. Analisa setiap rangkaian yang di praktikumkan berdasarkan teori yang ada.

2. Kecuali percobaan regulator, simulasikan setiap percobaan dengan menggunakan EWB.

3. Bandingkan setiap hasil pengukuran dengan menggunakan multimeter dengan hasil pengukuran dengan menggunakan osiloskop.

4. Hitung nilai tegangan beban ideal yang terjadi dan bandingkan dengan tegangan yang diperoleh pada saat pengukuran.

5. Gambarkan bentuk gelombang yang terjadi dari semua pengukuran yang menggunakan osiloskop pada kertas grafik.

Modul III

(Dioda Khusus)

I. Tujuan

· Praktikan dapat mengetahui beberapa jenis diode khusus beserta pemanfaatannya.

· Praktikan dapat memahami teknik dasar dari lampu seven segmen.

· Praktikan dapat memahami karakteristik dari Photodiode.

· Praktikan dapat memahami pemanfaatan diode zener sebagai penggunting tegangan dan regulator catu daya.

II. Peralatan

· Power supply DC

· AC/DC Voltmeter

· DC Volmeter

· Dual channel oscilloscope

· Trafo CT

· Job III Tool Box

· Kit Praktikum

III. Dasar Teori

Dioda Zener

Dioda-dioda sinyal kecil dan dioda-dioda penyearah tadak pernah dengan sengaja dioperasikan dalam daerah dadalnya karena akan merusak dioda tersebut. Tetapi berbeda dengan dioda zener, dioda ini adalah dioda silikon yang dibuat bekerja baik pada daerah dadalnya. Dioda zener yang terkadang dapat disebut sebagai dioda dadal merupakan tulang punggung pengaur tegangan yang menjaga tegangan beban menjadi stabil.

Gambar 3.1. Dioda zener (a) lambing dan (b) Lengkungan I-V

Optoelektronika

Optoelektronika sesuai dengan namanya merupakan teknologi yang menggabungkan optika dan eloktronika yang didasarkan atas perilaku persambungan pn. Contoh alat optoelektronika adalah dioda pemancar cahaya (light emitting diode, disingka LED), Fotodioda dan sebagainya.

Pada dioda berprategangan maju, electron bebas melintasi persambungan dan jatuh kedalam lubang (hole). Pada saat elektron jatuh dari tingkat energi yang lebih tinggi ke tingkat energi yang lebih rendah, ia akan memancarkan energi. Pada dioda-dioda biasa, energi yang keluar dalam bentuk panas. Tetapi pada dioda pemancar cahaya (LED), energi akan memancar dalam bentuk cahaya. LED dibuat menggunakan unsur-unsur, seperti gallium, arsen, dan fospor sehingga dapat memancarkan cahaya merah, kuning, hijau, biru, jingga, atau infrared.

Dioda biasa akan menghantarkan energi listrik apabila diberi prategangan maju (forward bias). Sama halnya dengan Fotodioda, alat ini juga akan menghantarkan energi listrik apabila diberi prategangan maju. Bedanya, energi akan melewati fotodioda bila alat ini menerima pancaran sinar (biasanya infrared). Jadi pada saat fotodioda tidak menerima pancaran sinar, maka fotodioda akan berfungsi seperti saklar yang terbuka.

IV. Tugas Pendahuluan

1. Jelaskan apa yang dimaksud dengan:

a) hole

b) dadal

c) dioda schottky

d) varactor

2. Kerjakan soal latihan pada buku elektronika Albert Paul Malvino no. 4-10 hingga 4-14!

3. Sebutkan dan jelaskan penerapan dari setiap rangkaian yang dipraktikumkan!

V. Langkah Percobaan

1. Led dan Seven Segment

Gambar 3.2. Rangkaian percobaan led dan 7-segment

1. Susun LED seperti pada gambar diatas.

2. Hubungkan a – g dengan salar dan tahanan 250 Ω kemudian catu dengan sumber tegangan ± 5 V.

3. Dengan menggunakan saklar, variasikan nyala hidup-matinya LED hingga membentuk angka 0 hingga 9 dan A hingga F.

4. Catat hasil percobaan pada tabel hasil percobaan.

Tabel 3.1. Data hasil percobaan led dan 7-segment

Karakter	a	b	c	d	e	f	G
…	…	…	…	…	…	…	…
…	…	…	…	…	…	…	…

2. Infared dan Fotodioda

Gambar 3.3. Rangkaian percobaan infrared dan fotodioda

1. Susun rangkaian seperti pada gambar diatas. (D = IN 4001; R= 1K)

2. Hidupkan power supply dan pastikan tegangan sumber 0 volt.

3. Catat nilai yang tertera pada alat ukur yang digunakan.

4. Variasikan tegangan DC 0,1; 0,2; 0,3; 0,4; dst hingga tegangan yang ditunjukkan pada voltmeter tidak berubah lagi.

5. Ulangi langkah 1 hingga 4.

6. Catat hasil percobaan pada tabel hasil percobaan

Tabel 3.2. Data hasil percobaan infrared dan fotodioda

V1 (Volt)	VD (Volt)	ID (mA)
0	…	…
…	…	…

3. Penggunting Tegangan dengan Zener

Gambar 3.4. Rangkaian percobaan penggunting tegangan dengan zener

1. Susun rangkaian seperti pada gambar di atas (R = 1K; Z₁ = 5V; Z₂ = 12V).

2. Atur tegangan supply hingga ± 4,5 volt.

3. Ukur tegangan sumber dengan menggunakan AC Voltmeter dan Osiloskop.

4. Ukur tegangan pada beban dioda dengan menggunakan AC Voltmeter dan Osiloskop.

5. Naikkan Tegangan sumber hingga menjadi ± 12 volt.

6. Ulangi langkah percobaan 1 hingga 4.

7. Ganti Z₁ menjadi 12V dan Z₂ menjadi 5V

8. Ulangi langkah percobaan 1 hingga 5.

9. Catat hasil pengamatan pada tabel hasil percobaan.

Tabel 3.3. Data hasil percobaan penggunting tegangan dengan Zener

Z1 (Volt)	Z2 (Volt)	VT (Volt)		Vd (Volt)
		Voltmeter	Osiloskop	Voltmeter	Osiloskop
…	…	…	...	...	...
…	…	…	...	...	...

4. Regulator Zener

Gambar 3.4. Rangkaian percobaan regulator zener

1. Susun rangkaian seperti pada gambar diatas (D = IN 4001; R= 1K)

2. Hidupkan power supply dan tutup saklar Sw

3. Ukur tegangan pada keluaran transformator (power supply) dengan menggunakan voltmeter dan osiloskop

4. Ukur tegangan pada beban R dengan menggunakan voltmeter dan osiloskop

5. Ganti tegangan sumber hingga 3 variasi tegangan dan ulangi langkah 1 hingga 4.

6. Tambahkan kapasitor secara parallel terhadap beban sebesar 1 dan 1100 µF.

7. Ulangi langkah 1 hingga 6.

8. Ganti zener yang digunakan dengan menggunakan zener tipe lainnya dan ulangi langkah percobaan 1 hingga 7

Tabel 3.4. Data hasil percobaan regulator zener

VT (Volt)		VR (Volt) Tanpa C		VR (Volt) Dengan C
Voltmeter	Osiloskop	Voltmeter	Osiloskop	Voltmeter	Osiloskop
…	...	…	…	...	...
…	...	…	…	...	...

VI. Evaluasi

1. Analisa setiap rangkaian yang di praktikumkan berdasarkan teori yang ada.

2. Simulasikan setiap percobaan dengan menggunakan EWB.

3. Gambarkan grafik karakteristik dari fotodioda sesuai dengan apa yang diperoleh pada saat praktikum yang menunjukkan hubungan:

a) I_D terhadap V_D

b) V_D terhadap V₁

c) I_D terhadap V₁

4. Bandingkan setiap hasil pengukuran dengan menggunakan multimeter dengan hasil pengukuran dengan menggunakan osiloskop.

5. Gambarkan bentuk gelombang yang terjadi dari semua pengukuran yang menggunakan osiloskop pada kertas grafik.

Modul IV

(Transistor Bipolar)

I. Tujuan

· Mengetahui karakteristik transistor

· Mampu merancang rangkaian sederhana menggunakan transistor bipolar

· Mampu menganalisa rangkaian sederhana menggunakan transistor bipolar

· Mampu merancang rangkaian transistor sebagai saklar elekronik

II. Peralatan

· Power Supply DC

· Multimeter

· Job IV Tool Box

· Kit Praktikum

III. Dasar Teori

Transistor adalah salah satu komponen elektonika aktif dan merupakan dioda semikonduktor yang terdiri dari dua dioda yang mempunyai satu elektroda yang bersama. Dengan memilih elektroda pengontrol dari tipe N atau tipe P sebagai elektroda persekutuan antara dua buah dioda yang dipertemukan, maka dihasilkan transistor PNP atau transistor NPN.

(a) (b)

Gambar 4.1. Simbol transistor jenis (a) PNP dan (b) NPN

Alpha DC

Perbandingan arus kolektor dengan arus emiter hampir sama,alpha dc sebagai definisi perbandingan kedua arus tersebut :

αdc =

I_C

I_E

Beta DC

Arus kolektor telah dihubungkan dengan arus emitor dengan menggunakan ∂dc juga menghubungkan arus kolektor dengan arus basis dengan mendifinisikan beta DC transistor

βdc =

I_C

I_B

Hubungan αdc dan βdc

Hukum kirchoff menyatakan

I_E = I_C + I_B

Dengan aljabar maka dapat disusun menjadi :

βdc =

α_dc

1- α_dc

atau

αdc =

β_dc

β_dc + 1

Transistor Bipolar sebagai saklar elektronika dengan memanfaatkan dua keadaan transistor yaitu:

· Keadaan saturasi (sebagai saklar tertutup)

· Keadaan cut off ( sebagai saklar terbuka)

Pada saat saturasi maka arus kolektor

IC (sat) =

V_CC

R_C

Arus basis yang menimbulkan penjenuhan

IB (sat) =

I_{C (sat)}

β_dc

Pada saat cut off tegangan kolektor emiter sama dengan tegangan sumber kolektor dan arus basis mendekati nol

V_{CE (cut off)} = V_CC

IV. Tugas Pendahuluan

1. Bagaimana cara menentukan kaki-kaki transistor menggunakan ohm meter

2. Jika BDC suatu transistor adalah 250,berapakah nilai arus emiter!

3. Apa yang dimaksud dengan saturasi dan cut off? Jelaskan!

4. Jelaskan bagaimana cara menentukan garis beban dan pada kurva transistor?

5. Berapa besar penguatan arusnya ketika saklar S1 ditutup,jika VDC=10 volt,VBB=15,Rb=1 Kohm, dan Rc=1 Kohm?

V. Langkah Percobaan

1. Karakteristik Transistor Bipolar

1. Susunlah rangkaian seperti gambar di bawah ini. (Q1 = 2N3904; RB = RC = 1 K; VCC = VBB = 12 volt)

Gambar 4.2. Rangkaian percobaan karakteristik transistor

2. Atur R_B sampai besar I_B =10 µA, 20 µA, 40 µA.

3. Ubah V_CC = 0, 0.3, 0.5, 0.8, 1, 2, 4, 6, 8, 10, 15, 20, 25, 30 volt.

4. Ukur besar V_CE dan I_C pada setiap perubahaan V_CC

5. Catat data hasil percobaan pada tabel.

Tabel 4.1. Data hasil percobaan karakteristik transistor

VCC (Volt)	VCE (Volt)	IC (mA)
...	...	...
...	...	...

2. Transistor sebagai saklar

1. Susunlah rangkaian seperti gambar di bawah ini. (Q₁ = 2N3904; R_B = 3 K; R_C = 1 K; V_CC = 6V dan V_BB = 12V)

Gambar 4.3. Rangkaian percobaan transistor sebagai saklar

2. Ukur besar tegangan R_C, V_LED.

3. Tutup saklar. Apa yang terjadi pada LED?

4. Ukur kembali besar tegangan R_C, V_LED.

5. Catat data hasil percobaan pada tabel.

Tabel 4.2. Data hasil percobaan transistor sebagai saklar

VCC	SAKLAR ON				SAKLAR OFF
	IB	IC	VRC	VLED	IB	IC	VRC	VLED
...	...	...	...	...	...	...	...	...
...	...	...	...	...	...	...	...	...

6. Ukur besar I_B dan I_C. Hitung besar penguatan transistor.

7. Buktikan nilai I_B, I_C dan V_RB menggunakan persamaan!

3. Transistor sebagai Saklar Penggerak Motor DC

1. Susunlah rangkaian seperti gambar dibawah ini. (Q₁ = 2N3904; R_E = 1K; V_CC = 12V dan V_BB = 6V)

Gambar 4.4. Rangkaian percobaan transistor sebagai saklar penggerak motor dc

2. Ukur besar tegangan R_C, V_M.

3. Tutup saklar. Apa yang terjadi pada Motor DC?

4. Ukur kembali besar tegangan R_E, V_M.

5. Catat data hasil percobaan pada tabel.

Tabel 4.3. Data hasil percobaan transistor sebagai saklar penggerak motor dc

VCC	SAKLAR ON				SAKLAR OFF
	IB	IC	VRC	VM	IB	IC	VRC	VM
...	...	...	...	...	...	...	...	...
...	...	...	...	...	...	...	...	...

6. Ukur besar I_B dan I_C. Hitung besar penguatan transistor.

7. Buktikan nilai I_B, I_C dan V_RB menggunakan persamaan!

VI. Evaluasi

1. Buatlah grafik kurva kolektor transistor dari data hasil percobaan karakteristik transistor!

2. Lakukan analisa secara perhitungan dari percobaan yang telah dilakukan!

3. Hitung nilai α_dc dan β_dc dari setiap percobaan yang dilakukan (Kecuali Percobaan karakteristik transistor)!

4. Berikan kesimpulan dari data hasil percobaan!

Modul V

(Penguat Daya)

I. Tujuan

· Mengetahui karakteristik dari pengut daya.

· Mengetahui cara kerja dari penguat daya kelas A, kelas B, kelas C.

· Dapat menggambarkan grafik dari garis beban.

· Memahami dispasi daya transistor.

II. Bahan Pratikum

· Power Supply AC

· Power Supply DC

· Multimeter

· Osiloskop

· Kit Praktikum

· Job V Tool Box

III. Dasar Teori

Ada beberapa jenis penguat daya yang akan digunakan dalam percobaan ini, yaitu penguat daya kelas A, penguat daya kelas B, dan penguat daya kelas C. Klasifikasi ini disusun berdasarkan letak titik kerja transistor bipolar.

Kelas A

Penguat ini dioperasikan pada titik kerja yang meskipun tanda sinyal masukan, transistor tetap aktif dan siap beroperasi (stand-by). Titik kerja transistor dipilih diatas titik padam (cut off) dan diatur sedemikian rupa hingga besar sinyal masukan dikuatkan seutuhnya. Gambar sinyal keluaran:

Gambar 5.1. Sinyal keluaran penguat kelas A

Kelas B

Titik kerja transistor diatur dan dipilih tepat pada titik cut-off nya. Dalam keadaan tanpa sinyal, transistor tidak aktif. Baru dengan sinyal masukan, sinyal keluaran akan ada. Dalam hal ini bentuk sinyal keluaran adalah setengah gelombang, Gambar sinyak keluaran :

Gambar 5.2. Sinyal keluaran penguat kelas B

Kelas C

Pada penguat kelas c, titik kerja transistor dipilih sedemikian rupa hingga sinyal keluaran akan berbentuk kurang dari setengah gelombang. Bentuk gelombang keluaran:

Gambar 5.3. Sinyal keluaran penguat kelas C

Setiap jenis/kelas penguat mempunyai efisiensi yang didefinisikan :

x 100%

η =

Daya ac yang diberikan kebeban

Daya dc yang diambil dari sumber daya

Dari ketiga kelas penguat C yang memiliki effisiensi paling tinggi. Tetapi seperti yang kita lihat dari gambar, bentuk sinyal keluaran kurang dari setengah gelombang (cacat). Sebaliknya pada penguat kelas A, bentuk gelombang adalah utuh tapi efisiensinya yang rendah.

IV. Tugas Pendahuluan

1. Apa yang dimaksud dengan penguat daya? Apa bedanya dengan penguat biasa!

2. Parameter – parameter apa saja yang menentukan kualitas suatu penguat daya?

3. Apa yang membedakan dari penguat daya kelas A,kelas B,kelas C?

V. Langkah Percobaan

1. Kelas A

1. Susunlah rangkaian seperti gambar dibawah ini

Gambar 5.4. Rangkaian percobaan penguat kelas A

Dimana : R1 = 10 ohm

R2 = 3 kohm

R3 = 1 kohm

R4 = 4 kohm

R5 = 1 kohm

RL = 2 kohm

C1= 1 μf/16 volt

C2= 1 μf/16 volt

C3= 47 μf/16 volt

Q = 2N 3904

2. Tentukan tegangan sumber V_s = 12 volt dan V_cc = 10 volt.

3. Ubah V_cc = 2, 4, 6, 8, 10 volt.

4. Ukur nilai I_B, I_C, I_E, V_CE dan V_RL (V_out).

5. Catat data percobaan pada tabel dibawah ini!

Tabel 5.1. Data hasil percobaan penguat kelas A

VCC	IB	IC	IE	VCE	VRL
...	...	...	...	...	...
...	...	...	...	...	...

6. Dengan menggunakan Osiloscop, gambarkan gelombang pada V_CC dan V_RL.

2. Kelas B

1. Susunlah rangkaian seperti gambar dibawah ini.

Gambar 5.5. Rangkaian percobaan penguat kelas B

Dimana : R1 = 1 kohm

R2 = 1 kohm

R3 = 1 kohm

R4 = 1 kohm

RL = 2 kohm

C1= 47 μf/16 volt

C2= 47 μf/16 volt

C3= 1 μf/16 volt

Q1= 2N 3904

Q2= 2N 3906

2. Tentukan tegangan sumber Vs =12 volt dan V_cc = 10 volt.

3. Ubah V_cc= 2, 4, 6, 8, 10 volt.

4. Ukur nilai V_CE, I_B, I_C, I_E (Q₁ &Q₂) dan V_RL(V_out).

5. Catat data percobaan pada tabel dibawah ini!

Tabel 5.2. Data hasil percobaan penguat kelas B

VCC	Q1				Q2				VRL
	IB	IC	IE	VCE	IB	IC	IE	VCE
...	...	...	...	...	...	...	...	...	...
...	...	...	...	...	...	...	...	...	...

6. Dengan menggunakan Osiloskop, gambarkan gelombang pada V_CC dan V_RL

3. Kelas C

1. Susunlah rangkaian seperti gambar dibawah ini.Tentukan Q, R, C, L, V_CC dan V_s.

Gambar 5.6. Rangkaian percobaan penguat kelas C

Dimana : R1 = 1 kohm

RL = 2 kohm

C1= 1 μf/16 volt

C2= 1 μf/16 volt

C3= 47 μf/16 volt

L = 50 mH

Q = 2N 3904

2. Tentukan tegangan sumber Vs =12 volt dan Vcc=10 volt.

3. Ubah Vcc= 2,4,6,8,10 volt.

4. Ukur nilai VCE,IB,IC,IE (Q1 &Q2)dan VRL(Vout).

5. Catat data percobaan pada tabel dibawah ini!

Tabel 5.3. Data hasil percobaan penguat kelas C

VCC	Q1				Q2				VRL
	IB	IC	IE	VCE	IB	IC	IE	VCE
...	...	...	...	...	...	...	...	...	...
...	...	...	...	...	...	...	...	...	...

6. Dengan menggunakan Osiloskop, gambarkan gelombang pada V_CC dan V_RL.

VI. Evaluasi

1. Simulasikan rangkaian kelas A, B, C pada program EWB dan bandingkan dengan data hasil percobaan.

2. Dengan persamaan,hitunglah :

a. Daya beban AC maksimum

b. Dispasi daya transistor

c. Efisiensi Tahapan

3. Buat grafik garis beban AC dan DC dari data percobaan!

4. Berikan Analisa dan kesimpulan dari percobaan yang telah dilakukan!

Modul VI

(Op-Amp dan Osilator)

I. Tujuan

· Mengetahui macam-macam tipe rangkaian Op-Amp dan Osilator

· Mengetahui karakteristik dari rangkaian Op-Amp dan Osilator.

· Mengetahui aplikasi dari Op-Amp dan Osilator

II. Peralatan

· Power Supply AC & DC

· Generator Sinyal

· Osiloscop

· Multimeter

· Kit Praktikum

· Job VI Tool Box

III. Dasar Teori

Op – Amp

Rangkaian utama suatu penguat operasional (Op-Amp) adalah suatu penguat differensial. Penguat differensial mempunyai dua masukan yang disebut masukan pembalik (Inverting) dan masukan tak pembalik (Non Inverting). Sinyal keluaran akan berbaluk 180˚ terhadap sinyal yang diterapkan pada masukan inverting dan akan sama dengan sinyal yang diteraplan pada masukan non inverting. Penguat operasional Op-amp semuanya memiliki satu output. Gambar di bawah memperlihatkan simbul sebuah penguat operasional (op-amp).

Gambar 6.1. Simbol skematik penguat operasional

Gambar 6.2 Rangkaian ekivalen penguat operasional

Karakteristik dari penguat operasional sebagai berikut :

a. Penguat tegangan Av, besar sekali ( >10⁴)

b. Impedansi masukan tinggi ( >10¹¹Ω), sehingga arus masukan dapat diabaikan.

c. Impegansi keluaran rendah ( >250Ω), sehingga keluaran penguat tidak terpengarui oleh pembebanan.

Osilator

Osilator merupakan alat yang menghasilkan signal gelombang sinusoidal. Secara umum, osilator dapat dibagi menjadi dua, diantaranya:

a. Osilator RC; menghasilkan gelombang sinus dengan frekuensi lebih kecil dari 1 MHz.

b. Osilator LC; menghasilkan gelombang sinus dengan frekuensi lebih besar dari 1 MHz.

IV. Tugas Pendahuluan

1. Apa yang dimaksud dengan penguat Inverting dan Non Inverting? Jelaskan!

2. Jelaskan cara kerja penguat Operasional (Op-Amp)!

3. Dari jenis Osilator yang ada pada percobaan, jelaskan kebaikan dan keburukan masing–masing! Mana yang paling baik?

V. Langkah Percobaan

A. Op –Amp

1. Op-amp sebagai penguat Inverting dan non Inverting.

1. Susunlah rangkaian seperti gambar dibawah ini.

Gambar 6.3. Rangkaian percobaan (a) Penguat Inverting dan (b) Penguat Non Inverting

2. Tentukan V_i = 6 volt, V_cc = 15 volt, R₁ = 1 ohm, R_f = 5 Kohm

3. Ukur tegangan keluaran (V_o) dan bentuk gelombang pada tegangan keluaran (V_o).

4. Catat hasil percobaan yang dilakukan pada tabel.

Tabel 6.1. Data hasil percobaan Op-Amp sebagai penguat inverting dan non inverting

Vi	R1	Rf	Vo
...	...	...	...
...	...	...	...

5. Ulangi untuk harga R₁ = 1, 1.5, 2, 2.5 , 3 Kohm dan R_f = 5 , 6, 7, 8, 9 K ohm.

2. Op-amp sebagai Deferensiator.

1. Susunlah rangkaian seperti gambar dibawah ini.

Gambar 6.4. Rangkaian percobaan Op-Amp sebagai diferensiator

2. Tentukan Vi= 1 Khz, vcc= 15 volt , Rf= 1 Kohm, C = 47 μf/16 volt

3. ukur tegangan masukan (Vi) dan tegangan keluaran (Vo) menggunakan multimeter.

4. Ganbarkan bentuk gekombang tegangan masukan (Vi) dan tegangan keluaran (Vo) menggunakan Osiloskop

5. Catat hasil percobaan yang dilakukan pada table.

Tabel 6.2. Data hasil percobaan Op-Amp sebagai diferensiator

Rf	Multimeter		Osiloskop
	Vi	Vo	Vi	Vo
...	...	...	...	...
...	...	...	...	...

6. Ulangi untuk harga Rf = 1, 2, 3, 4, 5 Kohm.

3. Op-amp sebagai Integerator.

1. Susunlah rangkaian seperti gambar dibawah ini.

Gambar 6.5. Rangkaian percobaan Op-Amp sebagai integrator

2. Tentukan Vi= 1 kHz ,Vcc= 15 volt , Ri= 1 Kohm, C = 47 μf/16 volt

3. Ukur tegangan masukan (Vi) dan tegangan keluaran (Vo) menggunakan multimeter.

4. Gambarkan bentuk gekombang tegangan masukan (Vi) dan tegangan keluaran (Vo) menggunakan Osiloskop

5. Catat hasil percobaan yang dilakukan pada table.

Tabel 6.3. Data hasil percobaan Op-Amp sebagai integrator

Rf	Multimeter		Osiloskop
	Vi	Vo	Vi	Vo
...	...	...	...	...
...	...	...	...	...

6. Ulangi untuk harga Ri = 1, 2, 3, 4, 5 Kohm.

4. Op-amp sebagai Penjumlah.

1. Susunlah rangkaian seperti gambar dibawah ini.

Gambar 6.6. Rangkaian percobaan Op-Amp sebagai penjumlah

2. Tentukan V₁, V₂, V₃ = 6 volt, Vcc = 15 volt , R₁ = R₂ = 1 Kohm, R₃ = R₄ = 2 Kohm, R₅ = 1 Kohm.

3. Ukur tegangan keluaran (Vo) menggunakan multimeter.

4. Ganbarkan bentuk gelombang tegangan keluaran (Vo) menggunakan Osiloskop

5. Catat hasil percobaan yang dilakukan pada table.

Tabel 6.4. Data hasil percobaan Op-Amp sebagai penjumlah

Vin	Vout
	Multimeter	Osiloskop
...	...	...
...	...	...

6. Ulangi untuk harga Vin = 2, 3, 4, 5 volt.

5. Op-amp sebagai Pengurang

1. Susunlah rangkaian seperti gambar dibawah ini.

Gambar 6.7. Rangkaian percobaan Op-Amp sebagai pengurang

2. Tentukan V1,V2, = 6 volt, vcc = 15 volt , R1 & R2 = 1 Kohm, R3 & R4 = 2 Kohm.

3. ukur tegangan keluaran (Vo) menggunakan multimeter.

4. Ganbarkan bentuk gelombang tegangan keluaran (Vo) menggunakan Osiloskop

5. Catat hasil percobaan yang dilakukan pada tabel.

Tabel 6.5. Data hasil percobaan Op-Amp sebagai pengurang

Vin	Vout
	Multimeter	Osiloskop
...	...	...
...	...	...

6. Ulangi untuk harga Vin = 2, 3, 4, 5 volt.

B. Osilator

1. Osilator Colpits

1. Susunlah rangkaian seperti gambar dibawah ini.

Gambar 6.8. Rangkaian percobaan Osilator Colpits

2. Tentukan Vi= 1 Khz, vcc= 15 volt , Rf= 1 Kohm, C = 47 μf/16 volt

3. Ukur tegangan masukan (Vi) dan tegangan keluaran (Vo) menggunakan multimeter.

4. Gambarkan bentuk gekombang tegangan masukan (Vi) dan tegangan keluaran (Vo) menggunakan Osiloskop

5. Catat hasil percobaan yang dilakukan pada table.

6. Ulangi untuk harga R_f = 1, 2, 3, 4, 5 Kohm.

Tabel 6.6. Data hasil percobaan Osilator Colpits

Rf	Multimeter		Osiloskop
	Vi	Vo	Vi	Vo
...	...	...	...	...
...	...	...	...	...

2. Osilator Clapp

1. Susunlah rangkaian seperti gambar dibawah ini.

Gambar 6.9. Rangkaian percobaan Osilator Clapp

2. Tentukan Vi= 1 kHz, Vcc= 15 volt , R_f= 1 Kohm, C = 47 μf/16 volt

3. Ukur tegangan masukan (Vi) dan tegangan keluaran (Vo) menggunakan multimeter.

4. Gambarkan bentuk gekombang tegangan masukan (Vi) dan tegangan keluaran (Vo) menggunakan Osiloskop

5. Catat hasil percobaan yang dilakukan pada tabel.

6. Ulangi untuk harga R_f = 1, 2, 3, 4, 5 Kohm.

Tabel 6.7. Data hasil percobaan Osilator Clapp

Rf	Multimeter		Osiloskop
	Vi	Vo	Vi	Vo
...	...	...	...	...
...	...	...	...	...

3. Osilator Hartley

1. Susunlah rangkaian seperti gambar dibawah ini.

Gambar 6.10. Rangkaian percobaan Osilator Hartley

2. Tentukan Vi= 1 Khz, vcc= 15 volt , Rf= 1 Kohm, C = 47 μf/16 volt

3. Ukur tegangan masukan (Vi) dan tegangan keluaran (Vo) menggunakan multimeter.

4. Gambarkan bentuk gekombang tegangan masukan (Vi) dan tegangan keluaran (Vo) menggunakan Osiloskop

5. Catat hasil percobaan yang dilakukan pada tabel.

6. Ulangi untuk harga Rf = 1, 2, 3, 4, 5 Kohm.

Tabel 6.8. Data hasil percobaan Osilator Hartley

Rf	Multimeter		Osiloskop
	Vi	Vo	Vi	Vo
...	...	...	...	...
...	...	...	...	...

VI. Evaluasi

1. Amati dan analisa hasil data percobaan!

2. Dengan menggunakan persamaan, hitunglah penguatan tegangan dan besar tegangan keluaran!

3. Jelaskan prinsip kerja dari masing – masing percobaan!

4. Simulasikan setiap percobaan dengan menggunakan EWB dan bandingkan hasil simulasi dengan hasil yang diperoleh saat percobaan!

5. Berikan kesimpulan dari analisa anda!

Modul VII

(Gerbang Logika Analog)

I. Tujuan Percobaan

· Praktikan dapat mengetahui karakteristik dari beberapa gerbang logika.

· Praktikan dapat membuat dan menganalisa rangkaian gerbang logika AND, OR dan NOT.

· Praktikan dapat membangun gerbang NAND dan NOR dari gerbang dasar AND, OR dan NOT.

· Praktikan dapat membuat dan menganalisa rangkaian gerbang logika dengan masukan lebih dari dua.

II. Peralatan

· Power supply DC

· Job VII Tool Box

· Kit Praktikum

III. Dasar Teori

Komputer, kalkulator dan peralatan logika lain terkadang dianggap oleh orang awam sebagai sesuatu yang ajaib. Alat-alat tersebut merupakan suatu sistem yang menggunakan rangkaian-rangkaian logika yang sangat logis dalam operasinya. Bentuk dasar blok dari setiap rangkaian digital adalah suatu gerbang logika. Rangkaian-rangkaian ini sanggup meniru proses-proses mental tertentu. Dengan rangkaian-rangkaian logika, dapat dilakukan secara elektronis operasi-operasi penjumlahan, pengurangan serta operasi pengolahan data untuk penyelesaian soal-soal tertentu. Suatu gerbang adalah rangkaian logika dengan satu atau beberapa tegangan masuk tetapi hanya mempunyai satu tegangan keluar.

Gerbang OR

Gerbang OR mempunyai satu atau beberapa tegangan masuk. Jika salah satu tegangan masuknya diberi harga tinggi, maka tegangan keluarannya akan tinggi.

Gambar 7.1. (a) Rangkaian dan (c) Lambang gerbang OR 2-masukan

Gerbang AND

Suatu gerbang AND mempunyai dua masukan tegangan OR. Untuk memperoleh keluaran yang tinggi, semua masukan garus tinggi pula.

Gambar 7.2. (a) Rangkaian dan (c) Lambang gerbang AND 2-masukan

Gerbang NOT

Berbeda dari dua gerbang sebelumnya, gerbang NOT hanya mempunyai satu masukan dan tentunya satu keluaran. Gerbang NOT dapat juga disebut sebagai pembalik. Jadi keluaran dari gerbang ini adalah kebalikan dari masukannya.

Gambar 7.3. (a) Rangkaian dan (c) Lambang gerbang NOT

IV. Tugas Pendahuluan

1. Jelaskan apa yang dimaksud dengan:

a) Logika tinggi

b) Logika rendah

c) Truth table

2. Buat dan analisa rangkaian logika untuk 4-masukan (AND, OR, NAND, NOR)

3. Carilah jenis IC TTL dari tiap-tiap gerbang yang dipraktikumkan beserta diagram kakinya.

V. Langkah Percobaan

1. Logika OR

Gambar 7.4. Rangkaian logika OR 2-masukan bagian I

1. Susun rangkaian seperti pada gambar di atas (R_L = 1K).

2. Atur tegangan supply hingga ± 5 volt.

3. Kombinasikan on-offnya sakalar berdasarkan table kebenaran dan catat apa yang terjadi.

4. Catat hasil pengamatan pada tabel hasil percobaan.

Tabel 7.1. Data hasil percobaan logika OR I

Masukan		Luaran
A	B	Y
…	...	...
…	...	...

Gambar 7.5. Rangkaian logika OR 2-masukan bagian II

1. Susun rangkaian seperti pada gambar di atas.

2. Atur tegangan supply hingga ± 5 volt.

3. Kombinasikan on-offnya sakalar berdasarkan table kebenaran dan catat apa yang terjadi.

4. Catat hasil pengamatan pada tabel hasil percobaan.

Tabel 7.2. Data hasil percobaan logika OR II

Masukan		Luaran
A	B	Y
…	...	...
…	...	...

2. Logika AND

Gambar 7.6. Rangkaian logika AND 2-masukan bagian I

1. Susun rangkaian seperti pada gambar di atas.

2. Atur tegangan supply hingga ± 5 volt.

3. Kombinasikan on-offnya sakalar berdasarkan table kebenaran dan catat apa yang terjadi.

4. Catat hasil pengamatan pada tabel hasil percobaan.

Tabel 7.3. Data hasil percobaan logika AND I

Masukan		Luaran
A	B	Y
…	...	...
…	...	...

Gambar 7.7. Rangkaian logika AND 2-masukan bagian II

1. Susun rangkaian seperti pada gambar di atas.

2. Atur tegangan supply hingga ± 5 volt.

3. Kombinasikan on-offnya sakalar berdasarkan table kebenaran dan catat apa yang terjadi.

4. Catat hasil pengamatan pada tabel hasil percobaan.

Tabel 7.4. Data hasil percobaan logika AND II

Masukan		Luaran
A	B	Y
…	...	...
…	...	...

3. Logika NOT

Gambar 7.8. Rangkaian logika NOT bagian I

1. Susun rangkaian seperti pada gambar di atas (R = 1K; R_L = 100Ω).

2. Atur tegangan supply hingga ± 5 volt.

3. Kombinasikan on-offnya sakalar berdasarkan table kebenaran dan catat apa yang terjadi.

4. Catat hasil pengamatan pada tabel hasil percobaan.

Tabel 7.5. Data hasil percobaan logika NOT I

Masukan	Luaran
A	Y
...	...

Gambar 7.9. Rangkaian logika NOT bagian II

1. Susun rangkaian seperti pada gambar di atas.

2. Atur tegangan supply hingga ± 5 volt.

3. Kombinasikan on-offnya sakalar berdasarkan table kebenaran dan catat apa yang terjadi.

4. Catat hasil pengamatan pada tabel hasil percobaan.

Tabel 7.6. Data hasil percobaan logika NOT II

Masukan	Luaran
A	Y
...	...

4. NAND

Gambar 7.10. Rangkaian logika NAND 2-masukan

1. Susun rangkaian seperti pada gambar di atas.

2. Atur tegangan supply hingga ± 5 volt.

3. Kombinasikan on-offnya sakalar berdasarkan table kebenaran dan catat apa yang terjadi.

4. Catat hasil pengamatan pada tabel hasil percobaan.

Tabel 7.7. Data hasil percobaan logika NAND

Masukan		Luaran
A	B	Y
…	...	...
…	...	...

5. NOR

Gambar 7.11. Rangkaian logika NOR 2-masukan

1. Susun rangkaian seperti pada gambar di atas.

2. Atur tegangan supply hingga ± 5 volt.

3. Kombinasikan on-offnya sakalar berdasarkan table kebenaran dan catat apa yang terjadi.

4. Catat hasil pengamatan pada tabel hasil percobaan.

Tabel 7.8. Data hasil percobaan logika NOR

Masukan		Luaran
A	B	Y
…	...	...
…	...	...

VI. Evaluasi

1. Analisa setiap rangkaian yang di praktikumkan berdasarkan teori yang ada.

2. Simulasikan setiap percobaan dengan menggunakan EWB.

3. Simulasikan rangkaian yang terdapat pada tugas pendahuluan no.2 dengan menggunakan EWB.

4. Rancanglah sebuah rangkaian gerbang XOR dan XNOR dan simulasikan dengan menggunakan EWB.