Upload
others
View
6
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
Lab TF 1 – Modul 6
6 Rangkaian Switching
6.1 Tujuan Praktikum
Dalam kebanyakan sistem elektronika, luaran akhir memerlukan komponen yang dapat mengubah
energi listrik menjadi energi fisis lain (suara, cahaya, gerak mekanis, dll). Komponen tersebut
menarik daya cukup besar, sehingga diperlukan rangkaian switching. Pada praktikum ini,
mahasiswa akan dikenalkan pada rangkaian tersebut dengan tujuan:
• Sanggup mengaplikasikan teori daya listrik pada rangkaian switching.
• Sanggup mengapliksikan teori pembagi tegangan sebagai pemicu rangkaian switching.
• Sanggup menjelaskan kelebihan dan kekurangan empat jenis komponen switching, yaitu
thyristor, transistor, dan MOSFET.
• Sanggup mengukur karakteristik komponen switching, khususnya tegangan picu.
• Sanggup menyusun rangkaian low side switching dan high side switching.
• Sanggup merangkai beban resistif dan induktif.
• Sanggup merangkai pemicu dengan potensiometer maupun sensor.
• Sanggup mensimulasi rangkaian switching.
• Sanggup mendesain PCB, membuat PCB, dan menyolder komponen untuk mewujudkan
rangkaian switching.
6.2 Alat dan Bahan
Untuk pelaksanaan praktikum modul ini, alat dan bahan yang diperlukan adalah:
No Nama Banyak Keterangan
1 AVO Meter 1 Disiapkan praktikan
2 Tool-Kit (solder, tang potong, dll) 1 Disiapkan praktikan
3 Osiloskop 1 Disediakan
4 Catu daya 3A 1 Disediakan
5 Catu daya 12V 1 Disiapkan praktikan (tugas modul 2)
6 Kit Rangkaian Switching 1 Disediakan
7 Kit LED + Kipas 1 Disediakan
8 Komponen LDR Switching 1 Disediakan
9 PCB LDR Switch 1 Disiapkan praktikan (tugas awal regu)
Praktikum Laboratorium TF I Rangkaian Arus Bolak-Balik - 1
PCB LDR Switch dibuat oleh regu sebelum praktikum dimulai. Skematik dan petunjuk pembuatan
diberikan terpisah dari petunjuk praktikum ini.
Setiap praktikan wajib memakai alat pelindung diri untuk bekerja di lab elektronika (minimal: jas
lab, sepatu tertutup ber-sol karet, pengaman rambut).
6.3 Dasar Teori
Rangkaian switching bertugas mengalirkan listrik kepada beban yang meminta daya besar,
berdasarkan sinyal kontrol berdaya kecil. Secara umum, diagram blok rangkaian switching nampak
pada Gambar .6.1 Kita akan menelaah satu persatu seperti berikut ini.
6.3.1 Beban
Dalam istilah elektronika, beban (load) adalah komponen yang perlu diberi daya, biasanya untuk
diubah menjadi besaran fisis lain. Daya yang ditarik oleh suatu beban biasanya tertera pada
spesifikasi, dimana hubungan yang berlaku adalah:
V : teganganI : ArusZ : impedansiP : daya
6.3.1.1 Jenis Beban
Sesuai sifat impedansinya, beban dikategorikan sebagai :
• Resistif : harga impedansi adalah sesuai dengan resistansi beban. Beban ini menarik
tegangan maupun arus, dan tak akan menyebabkan efek pembalikan daya.
• Induktif: harga impedansi akan berubah, sesuai dengan induktansi dan frekuensi arus listrik
AC yang mengalir padanya. Daya yang ditarik berbanding lurus dengan tegangan yang
dipasok. Beban ini punya efek mengembalikan daya berupa arus balik ke pemasok.
Praktikum Laboratorium TF I Rangkaian Arus Bolak-Balik - 2
Gambar 6.1: Diagram blok rangkaian switching
P=V I=I 2Z=V2
Z
• Kapasitif: harga impedansi akan berubah, sesuai dengan kapasitansi dan frekuensi arus
listrik AC yang mengalir padanya. Sanggup menarik daya yang besar apabila pemasok
sanggup menyediakan arus yang besar, bahkan punya resiko menarik arus lebih besar dari
kemampuan pemasok.
Beberapa contoh beban diberikan pada Tabel 6.1.
Tabel 6.1.Contoh-contoh beban elektronika
Jenis Nama Deskripsi
Resistif Kawat nikelin Mengubah energi listrik jadi kalor
Lampu pijar Mengubah energi listrik jadi cahaya
LED Mengubah energi listrik jadi cahaya
Induktif Motor DC Mengubah energi listrik menjadi energi mekanik. Akanmembalikkan arus jika motor berputar berbalik arah.
Speaker Mengubah energi listrik jadi suara.
Kapasitif Baterai / Aki Menarik arus dan menyimpannya menjadi energi kimia. Akanmembalikkan tegangan ketika muatan sudah cukup terkumpul.
Pada praktikum ini, akan dipakai beban berupa LED daya tinggi (1W) yang bekerja pada tegangan
3.3V, dan arus 350 mA. Sifat LED adalah menarik arus, sehingga dapat disambung langsung ke
sumber arus yang sesuai. Namun jika disambung ke sumber tegangan, maka diperlukan resistor
pembatas arus yang dipasang secara seri. Besar resistor pembatas arus adalah:
Rs = Vs / Iled
Sementara itu beban kedua adalah kipas 12V yang bersifat induktif. Untuk mengamankan pemasok
dari efek pembalikan daya, beban induktif perlu di-paralel dengan dioda. Pemasangan dioda tak
boleh terbalik, dimana katoda disambung ke kutub positif dan sebaliknya anoda ke kutub negatif.
Dioda sebaiknya dekat dengan beban (jika perlu di solder pada pin beban, bukan pada PCB).
Praktikum Laboratorium TF I Rangkaian Arus Bolak-Balik - 3
Gambar 6.2: Koneksi LED ke sumber tegangan dan sumber arus
6.3.1.2 Pemasangan Beban
Ada dua konfigurasi dasar pemasangan beban terhadap komponen switching, yaitu:
• Low Side Switching: masukan positif beban terhubung langsung ke catu daya, sementara
masukan negatif lewat ke komponen switching sebelum ke ground.
• High Side Switching: masukan negatif beban terhubung langsung ke ground, sementara
masukan positif mendapat daya dari komponen switching.
Masing-masing konfigurasi punya kelebihan/kekurangan, tergantung pada komponen switching-
nya. Kita akan lihat contoh-contohnya pada pembahasan berikut.
6.3.2 Komponen Switching
6.3.2.1 Thyristor
Thyristor, atau SCR (Silicon Controlled Rectifier), adalah komponen yang memiliki 3 kaki (anoda,
katoda, gate), dengan sifat dasar sebagai berikut:
• Pada awalnya, thyristor berada dalam keadaan tertutup. Listrik tak bisa mengalir melalui
anoda ke katoda.
• Ketika tegangan pada gate naik melewati ambang tertentu, maka thyristor akan terpicu
menuju kondisi terbuka. Jika saat itu tegangan antara anoda ke katoda bernilai positif, maka
listrik bisa mengalir dari anoda ke katoda.
• Kondisi terbuka bertahan, meskipun tegangan pada gate turun lagi di bawah ambang picu.
• Kondisi terbuka akan terhenti menjadi tetutup lagi ketika tegangan di antara anoda katoda
turun dibawah ambang cut-off.
Praktikum Laboratorium TF I Rangkaian Arus Bolak-Balik - 4
Gambar 6.3: Koneksi motor dengan dioda
Contoh rangkaian dasar Thyristor pada LTSpice nampak pada Gambar 6.4. Pada gambar terlihat
thyristor (U1) yang anodanya terhubung ke sumber daya (V1). Di sisi lain, katoda terhubung ke
beban, lalu ke ground membentuk konfigurasi high side switching. Beban yang terpasang adalah
LED yang diseri dengan resistor, dan bersifat resistif. Sementara itu kaki gate terhubung ke sinyal
(V2) melalui resistor R2, dimana R2 berfungsi sebagai pembatas arus.
Untuk membuat rangkaian itu di LTSpice, langkah-langkahnya sedikit di luar standar karena
thyristor belum menjadi komponen built-in. Silahkan lakukan:
1. Unduh pustaka Thyristor_SCR_EC103xx.lib dari LMS, letakkan pada folder kerja anda
(dimana file LTSpice .asc akan dibuat).
2. Jalankan LTSpice. Buat file baru.
3. Pilih menu “Edit – SPICE directive”, lalu isikan “.lib Thyristor_SCR_EC103xx.lib”.
4. Untuk komponen U1, anda harus tambahkan dari folder Misc/SCR. Untuk memberi nilai,
klik kanan untuk mengeluarkan dialog Component Attribute Editor, lalu isikan “Value =
EC103D1”.
5. Tambahkan komponen lain seperti biasa (voltage source, resistor, dan LED). Beri nama dan
nilai resistor seperti nampak pada gambar.
6. Untuk V1, buat agar menghasilkan tegangan DC 5V.
7. Untuk V2, buat agar menghasilnya sinyal segitiga memakai function PWL.
8. Tambahkan ketiga titik pengukuran tegangan (P1, P2, P3).
Praktikum Laboratorium TF I Rangkaian Arus Bolak-Balik - 5
Gambar 6.4: Rangkaian dasar thyristor
Gambar 6.5: Atribut untuk U1 dan V2
Berikut plot hasil simulasi rangkaian tersebut. Perhatikan bagaimana sinyal P2 naik perlahan, dan
setelah mencapai ambang picu, barulah P3 akan naik. Harga P3 tidak sama dengan P1 (sumber)
karena pada thyristor ada tegangan jatuh.
6.3.2.2 Transistor
Transistor, nama panjangnya adalah bi-junction transistor (BJT), adalah komponen semikonduktor
yang punya tiga kaki, yaitu base, emitor, dan kolektor. Ada dua jenis transistor yaitu :
• NPN : kaki base dibuat dari semikonduktor positif, sementara emitor dan kolektor dari semi-
konduktor negatif.
• PNP : kebalikan dari NPN.
Praktikum Laboratorium TF I Rangkaian Arus Bolak-Balik - 6
Gambar 6.6: Plot rangkaian thyristor
Pada praktikum ini yang akan digunakan adalah transistor NPN. Rangkaiannyanya sebagai low side
switch diberikan pada Gambar 6.7. Nampak bahwa transistor Q1 memiliki kaki emitor (ada
panahnya keluar) yang tersambung ke ground. Di sisi lain kaki kolektor tersambung ke beban (R1)
lalu ke catu daya (V1). Kaki base mendapat sinyal dari V2 melalui resistor pembatas arus (R2).
Pada rangkaian tersebut, sifat transistor NPN sebagai switching adalah:
• Daya listrik akan mengalir dari kolektor ke emitor, sehingga tegangan pada kolektor harus
lebih tinggi dari pada emitor. Jika terbalik, transistor bisa rusak !!!
• Kaki base menerima sinyal masukan.
• Selama tegangan base terhadap emitor (Vbe) lebih kecil dari ambang picu, transistor akan
terputus (tak ada listrik mengalir dari kolektor ke emitor).
• Jika Vbe sudah positif melewati ambang picu tersebut, transistor akan mulai tersambung di
area linier. Saat ini daya listrik yang lewat tergantung pada arus yang diterima base (Ib) dan
spesifikasi penguatan transistor, tak peduli berapapun daya yang diminta beban.
• Setelah arus Ib melewati ambang saturasi, transistor akan tersambung sepenuhnya. Daya
yang lewat sesuai dengan daya yang diminta baban. Namun ingat bahwa daya yang lewat
tidak boleh melewati rating daya transistor. Jika lebih, transistor akan terbakar.
Untuk membuat simulasi LTSpice rangkaian di atas, langkah-langkah khusus adalah:
• Komponen transistor bisa diambil dari pustaka komponen standar. Saat memilih value,
pilihlah tipe TIP31.
• Untuk masukan sinyal segitiga, pada V2 gunakan function PWL.
Praktikum Laboratorium TF I Rangkaian Arus Bolak-Balik - 7
Gambar 6.7: Rangkaian transistor NPN untuk Low Side Switching
Gambar 6.8 memperlihatkan hasil simulasi LTSpice atas rangkaian tersebut. Hal-hal istimewa yang
bisa diamati adalah :
• Tegangan kerja P1 selalu positif (DC 5V). Pada saat awal transistor masih terputus sehingga
tegangan luaran di P3 juga masih positif penuh (5V).
• Tegangan sinyal P2 perlahan-lahan naik. Sampai batas tegangan picu, mulai nampak
tagangan P3 turun. Itu artinya mulai ada arus yang mengalir melalui transistor maupun
beban, besarnya adalah Ic = (Vp1 – Vp3 ) / R1 = β . Ib ; dimana β adalah penguatan transistor.
• Ketika sinyal P2 naik terus, arus Ib akan mencapai saturasi yaitu Ibmax=Vp2saturasi / R2. Saat
itulah daya maksimum melewati transistor dan beban.
• Transistor kembali ke daerah kerja linier setelah tegangan sinyal turun, dan kembali terputus
saat tegangan P2 dibawah ambang picu.
Transistor juga bisa dipakai sebagai high side switching. Rangkaiannya nampak pada Gambar 6.9.
Terlihat bahwa beban kini terpasang diantara kaki emitor dan ground.
Praktikum Laboratorium TF I Rangkaian Arus Bolak-Balik - 8
Gambar 6.8: Plot Rangkaian Transistor NPN low side switching
Gambar 6.9: Transistor NPN sebagai high side switching
6.3.2.3 MOSFET
MOSFET adalah komponen semikonduktor yang lebih baru dibanding transistor. Ada berbagai jenis
MOSFET, dimana yang digunakan pada paraktikum ini adalah P-Channel MOSFET.
Pemasangannya sebagai high side switching nampak pada Gambar 6.10. Sifat MOSFET P-Channel
pada rangkaian ini adalah:
• MOSFET akan mengalirkan arus dari kaki source (s) ke kaki drain (d), sehingga s harus
lebih positif dari d. Jika terbalik MOSFET bisa rusak.
• Kaki gate (g) menerima sinyal masukan.
• Selama tegangan gate (Vg) masih lebih kecil dari ambang picu, MOSFET akan terputus.
• Ketika Vg lebih besar dari tegangan picu, dengan cepat MOSFET akan tersambung dan arus
akan mengalir sebanyak yang diminta beban.
• MOSFET kembali terputus begitu Vg turun dibawah tegangan picu.
6.3.3 Pengolah Sinyal
Dalam percobaan, sinyal masukan ke rangkaian switching bisa diberikan dari generator sinyal.
Dalam kenyataannya, sinyal ini bisa berasal dari berbagai sumber. Prinsip dasar masukan yang
paling umum digunakan adalah pembagi tegangan sebagai berikut:
Praktikum Laboratorium TF I Rangkaian Arus Bolak-Balik - 9
Gambar 6.10: Rangkaian MOSFET P-Channel sebagai low side switching
Pada prakteknya, R2 atau R1 diganti dengan resistor yang bisa berubah nilainya. Berikut ini
beberapa contoh aplikasinya.
6.3.3.1 Rangkaian Dimmer Thyristor
Salah satu kelebihan thyristor adalah kemampuannya menyearahkan listrik AC. Oleh karena itu
komponen ini dapat dipakai untuk dimmer (peredup) LED dengan rangkaian Gambar 6.11.
Tegangan catu daya dihasilkan dari penyearah gelombang penuh (ingat modul catu daya). Tegangan
tersebut kemudian dibagi oleh resistor R1 dan potensiometer POT1 sehingga diperoleh tegangan
pemicu thyristor T1. Thyristor hanya akan menyala ketika tegangan ini melebihi tegangan picu.
Oleh karena itu mengubah-ubah harga POT1 akan bisa mengatur banyaknya listrik yang mengalir
melalui beban. Menariknya, rangkaian ini justru tak akan bisa berfungsi sebagai dimmer jika diberi
catu daya DC.
6.3.3.2 Rangkaian Dimmer Transistor
Transistor memiliki daerah kerja “linier” yang cukup luas, dimana arus kolektor akan sebanding
dengan arus basis. Oleh karena itu transistor mudah dipakai sebagai rangkaian dimmer seperti
nampak pada Gambar 6.12. Jika harga POT1 dikecilkan maka tegangan maupun arus basis akan
naik, sehingga tegangan dan arus ke beban juga akan naik.
Praktikum Laboratorium TF I Rangkaian Arus Bolak-Balik - 10
V 2=R2
R1+R2
V 1
Gambar 6.11: Rangkaian Thyristor untuk dimmer
6.3.4 Persepsi Cahaya
Pada praktikum ini kita akan memakan LED untuk mengubah energi listrik menjadi cahaya.
Persepsi mata manusia terhadap cahaya adalah :
• Terang / gelap ditentukan oleh intensitas cahaya (energi / satuan waktu / luas).
• Warna ditentukan oleh frekuensi cahaya.
Dalam hal ini, tersedia LED yang dapat menghasilkan berbagai warna (merah, kuning, hijau, biru,
dll). Dengan mencampur cahaya dari LED merah, hijau, dan biru, ternyata mata manusia juga dapat
melihat berbagai warna.
Tabel 6.2. Kombinasi Campuran warna
Merah Hijau Biru Terlihat sebagai
Nyala Padam Padam Merah
Nyala Nyala Padam Kuning
Mati Nyala Padam Hijau
Mati Nyala Nyala Cyan
Mati Mati Nyala Biru
Nyala Mati Nyala Ungu
Nyala Nyala Nyala Putih
6.4 Tugas Awal
6.4.1 Tugas Perseorangan
Ada tiga rangkaian yang ingin disimulasikan. Bagilah tiga tugas awal simulasi LTSpice berikut
Praktikum Laboratorium TF I Rangkaian Arus Bolak-Balik - 11
Gambar 6.12: Rangkaian Dimmer Transistor
diantara anggota regu.
1. Buatlah rangkaian thyristor seperti telah dijelaskan pada teori (Gambar 6.4), dan
simulasikan sehingga diperoleh grafik seperti Gambar 6.6. Selanjutnya coba ganti agar
sumber tegangan V1 menjadi arus bolak balik (AC) 5 Volt peak to peak dengan frekuensi 50
Hz. Simulasikan sehingga keluar grafiknya. Dari grafik, tentukan tegangan picu thyristor.
2. Buatlah rangkaian transistor low side switching seperti Gambar 6.7, lalu simulasikan
sehingga diperoleh grafik seperti Gambar 6.8. Selanjutnya ubah rangkaian tersebut menjadi
high side switching seperti Gambar 6.9, dan simulasikan. Dari grafik, cobalah menentukan
tagangan picu transistor, maupun tegangan saturasi transistor.
3. Buatlah rangkaian MOSFET low side switching seperti Gambar 6.10. Simulasikan sehingga
keluar grafik P1, P2 dan P3. Dari grafik, tentukan tegangan picu MOSFET.
Agar lebih paham komponen yang digunakan, carilah datasheet berikut (bawalah saat praktikum
dalam bentuk softcopy di tablet / HP / laptop ATAU cetakan) :
1. Transistor : TIP31 dan TIP32
2. MOSFET: IRF540
3. SCR : MCR106
Lalu jawab pertanyaan berikut:
1. Berapa tegangan dan arus maksimum yang dapat dialirkan TIP31 ?
2. Berapa tegangan dan arus maksimum yang dapat dialirkannya IRF540 ?
3. Berapa tegangan dan arus kerja maksimum MCR106 ?
6.5 Praktikum
Pada Praktikum ini, akan dipakai alat ukur AVO Meter dan osiloskop. Siapkan kedua instrumen
tersebut, kalibrasi seperlunya. Kemudian siapkan tiga kit praktikum berikut:
Praktikum Laboratorium TF I Rangkaian Arus Bolak-Balik - 12
Kit source, disiapkan untuk memberikan tegangan sekitar 6 Volt.Sambungkan trafo AC +12V → AAC -12V → BAC CT → C
Pasang jumper seperti pada Gambar
Koneksikan sumber ke kit switchingKonektor D → V+ Konektor 0 → GND
Gambar 6.13: Kit Praktikum Rangkaian Switching
Praktikum Laboratorium TF I Rangkaian Arus Bolak-Balik - 13
Skema lengkap kit switching adalah sebagai berikut:
Gambar 6.14: Skema Kit Switching
6.5.1 Beban LED
Sebagai percobaan awal, kita akan mencoba mengukur daya yang diambil oleh LED. Pada Kit
LED+Kipas, terdapat 3 buah high power LED dengan spesifikasi:
• Daya : 1W
• Tegangan kerja: 3.3 V
• Arus maksimum : 350 mA
Untuk ukuran elektronika, daya ini cukup besar. Karena itu berhati-hatilah mengkoneksikannya ke
Praktikum Laboratorium TF I Rangkaian Arus Bolak-Balik - 14
catu daya, sebab jika terjadi salah koneksi / konslet, kemungkinan hangus cukup besar. Catu daya
juga memiliki batas daya yang bisa disalurkan, bila kelebihan beban akan panas dan bisa rusak.
Untuk diperhatikan, pada praktikum ini ada 3 catu daya:
• Catu daya standar dengan tegangan yang bisa diatur. Gunakan untuk percobaan daya LED &
kipas.
• Catu daya pada kotak praktikum (kit source). Gunakan untuk percobaan lainnya.
• Catu daya buatan anda sendiri, sanggup 12V/ 1A. Gunakan saat mencoba switch LDR.
Untuk mengukur daya yang diambil oleh beban, diperlukan pengukuran tegangan dan arus,
nantinya daya dihitung sesuai rumus. Percobaannya adalah sebagai berikut:
1. Catat nilai tahanan dan rating daya resistor seri (Rs) pada Kit LED+Kipas, lalu dengan
dengan ohm meter, ukur tahanan Rs+LED, yaitu dari soket A ke soket-0.
2. Tutup LED dengan kap kertas yang sudah anda siapkan.
3. Siapkan catu daya, atur agar tegangannya sekitar 5V (nampak pada display catu daya).
Untuk memastikan ukurlah dengan AVO Meter secara paralel. Caranya: pindah mode AVO
ke Volt-DC, lalu hubungkan probe merah ke (+) catu daya dan probe hitam ke (-) catu daya.
Catat harga tegangan ini.
4. Setelah itu kita akan mengukur arus, dimana AVO Meter harus dipasang seri terhadap
beban. Untuk itu pastikan bahwa AVO meter anda sanggup mengukur arus setidaknya
400mA. Pindahkan mode pada mode mengukur arus. Pada beberapa AVOMeter, probe juga
harus dipindah ke soket lain.
5. Koneksikan kutub (-) catu daya ke probe hitam AVO Meter.
6. Koneksikan probe merah AVO Meter ke soket-0 kit LED.
7. Koneksikan kutub (+) catu daya ke soket-A kit LED. Apa warna LED ? Catat arus yang
Praktikum Laboratorium TF I Rangkaian Arus Bolak-Balik - 15
Gambar 6.15: Pengukuran arus
diberikan catu daya.
8. Pindah koneksi kutub (+) catu daya dari soket-A ke soket-C. Catat arus yang diberikan catu
daya dan warna LED.
9. Koneksikan kutub positip catu daya ke soket-A dan soket-C sehingga kedua LED menyala.
Catat warna yang tampak pada kap LED, dan arus yang ditarik.
10. Jika memungkinkan, cobalah kurangi tegangan catu daya sedikit-demi sedikit ke 4V, 3V, 2V,
lalu 1V. Pada masing-masing tegangan, catat arus dari catu daya, dan lihat efeknya pada
warna di kap.
6.5.2 Beban Kipas
Pada Kit LED+Kipas, terdapat 1 buah kipas. Kipas ini diambil dari komputer bekas sehingga
spesifikasinya tidak diketahui, selain bahwa tegangan kerja-nya adalah 12V. Cobalah:
1. Dengan AVO meter, ukur tahanan dalam kipas dari soket-D ke soket-E. Karena di kipas ini
sudah ada diodanya, cobalah juga ukur dari soket-E ke soket-E. Tahanan terbesar adalah
yang benar.
2. Siapkan catu daya yang bisa 12V, namun mula-mula atur agar tegangannya sekitar 5V saja.
Untuk memastikan ukur dengan AVO Meter.
3. Siapkan AVO Meter untuk mode pengukuran arus.
4. Koneksikan kutub (-) catu daya ke probe hitam AVO Meter.
5. Koneksikan probe merah AVO Meter ke soket-E kit kipas.
6. Koneksikan kutub (+) catu daya ke soket-D kit kipas.
7. Perlahan-lahan naikkan tegangan catu daya hingga kipas berputar. Catat tegangan dan arus
yang diberikan oleh catu daya.
8. Perlahan-lahan naikkan tegangan catu daya hingga 12V. Perhatikan efeknya pada kecepatan
putar kipas. Catat tegangan dan arus yang diambil.
6.5.3 Rangkaian Thyristor
Kita akan mulai mencoba rangkaian dasar thyristor. Pada kit praktikum, skemanya nampak seperti
Gambar 6.16 berikut. Untuk membentuknya, lakukan :
1. Pastikan tidak ada listrik mengalir dirangkaian ! (Matikan catu daya ke rangkaian).
2. Pada kit switching, cari JP1. Pasang jumper di posisi ke-1 dari atas agar sinyal pemicu
masuk ke SCR (T1).
3. Pada JP2, pasang jumper di posisi ke-2 dari kiri untuk mengkoneksikan resistor 2K2 ke
POT1. Untuk memastikan, coba baca / ukur nilai resistor tersebut.
Praktikum Laboratorium TF I Rangkaian Arus Bolak-Balik - 16
4. Pada JP3, pasang jumper di posisi ke-1 dari kiri sehingga POT1 terkoneksi langsung ke
GND.
5. Koneksikan soket +V (sisi kanan) ke soket SA (kaki anoda thyristor)
6. Koneksikan soket SC (kaki katoda thyristor) ke soket A (LED merah) pada kit LED.
7. Koneksikan soket 0V pada kit switching (ini adalah GND) ke soket 0 pada kit LED.
6.5.3.1 Dengan Catu Daya AC Gelombang Setengah
Kita akan mencoba rangkaian thyristor ini jika diberi daya DC setengah gelombang. Untuk itu
siapkan kit catu daya :
1. Pastikan tidak ada koneksi pada kit itu.
2. Sambung trafo CT ke soket C.
3. Sambung trafo +12V ke soket-A. Pada luaran soket-H seharusnya akan diperoleh AC
gelombang setengah (lihat Gambar 6.17.a).
Selanjutnya:
4. Sambung soket-H kit catu daya ke soket +V kit switching.
5. Sambung soket-0 kit catu daya ke soket 0V kit switching.
6. Pastikan switch S1 dalam keadaan OFF (ke bawah).
7. Siapkan AVO Meter pada mode mengukur tegangan AC untuk tegangan > 12V.
8. Jika ada, siapkan osiloskop. Kanal A mengukur tegangan masukan ke gate (check point P1),
sementara kanal B mengukur tegangan kaki katoda (soket SC).
Praktikum Laboratorium TF I Rangkaian Arus Bolak-Balik - 17
Gambar 6.16: Skema percobaan thyristor
Catu daya gelombang setengah Catu daya gelombang penuh
Gambar 6.17: Skema kit catu daya untuk percobaan thyristor
Setelah siap, hubungkan trafo ke jala-jala listrik.
9. Naikkan switch S1 ke keadaan ON (ke atas).
10. Putar potensiometer sampai minimal, sehingga LED mati. Jika LED masih menyala, putar
potensiometer ke arah sebaliknya.
11. Dengan AVO Meter, ukur tegangan di soket SA (masukan daya ke SCR). Ingat bahwa yang
terukur ini adalah tegangan Vrms. Seharusnya akan tinggi. Catat.
12. Ukur Vrms di soket SC. Seharusnya masih rendah. Catat.
13. Ukur Vrms di titik P1, dan catat. Pada osiloskop, amati bentuk gelombang (potret) dan catat
tegangan peak-to peak di titik P1.
14. Putar potensiometer perlahan-lahan sampai LED tepat akan menyala. Inilah saat tegangan di
titik P1 sudah mencapai tegangan picu thyristor. Ukur Vrms titik P1. Dengan osiloskop, amati
juga bentuk gelombang dan Vpp titip tersebut.
15. Putar potensiometer perlahan-lahan. Amati perubahan terang LED, catat bagaimana
berubahnya (apakah perlahan-lahan atau seketika).
16. Setelah potensiometer maksimum, ukur Vrms di titik P1, soket SA, dan soket SC. Pada
osiloskop, amati juga bentuk gelombang dan Vpp pada titip P1 dan soket SC.
17. Coba putar potensiometer ke arah minimal, sampai LED mati. Ukur Vrms di P1. Catat
sebagai tegangan pemadaman.
18. Setelah selesai, cabut koneksi trafo ke jala-jala AC dan putar potensiometer kembali ke
minimal.
Praktikum Laboratorium TF I Rangkaian Arus Bolak-Balik - 18
6.5.3.2 Dengan Catu Daya AC Gelombang Penuh
Kini kita coba rangkaian thyristor ini jika diberi daya AC gelombang penuh. Lakukan seperti
prosedur percobaan sebelumnya sampai langkah 3, lalu tambahkan satu koneksi:
3a. Pada kit catu daya, sambung trafo -12V ke soket-B, sehingga pada soket-H seharusnya
diperoleh listrik AC gelombang penuh (lihat Gambar 6.17.b).
Setelah itu lanjutkan langkah 4 hingga selesai.
6.5.3.3 Dengan Catu Daya DC
Percobaan ketiga dengan thyristor, akan dipakai daya DC. Untuk persiapan catu daya, lakukan
seperti prosedur percobaan sebelumnya (langkah 1-3) dan tambahkan:
3b. Aktifkan kapasitor perata, dengan menyambung soket-K ke soket-Z.
Sementara itu untuk AVO Meter, sekarang siapkan untuk mode pengukuran VDC. Lanjutkan seperti
prosedur percobaan sebelumnya dari langkah 4 s.d 16. Setelah itu, kita akan mengukur daya total
yang diambil rangkaian saat LED menyala maksimum sebagai berikut:
17. AVO Meter dalam mode mengukut VDC, ukur tegangan antara soket +V dan soket 0V.
18. Siapkan AVO Meter ke mode ukur arus (harus kuat arus besar !).
19. Lepas koneksi soket-0 catu daya ke soket 0V.
20. Hubungkan soket-0 kit catu daya ke probe hitam AVO Meter.
21. Hubungkan soket 0V kit switching ke probe merah AVO Meter.
22. LED masih menyala penuh, catat arus yang terukur oleh AVO Meter.
23. Putar potensiometer ke arah minimal. Apakah LED bisa mati ?
24. Pindah saklar ke posisi OFF. Apakah LED mati ?
25. Pindah saklar ke posisi ON lagi. Apakah LED menyala ?
6.5.4 Rangkaian Transistor
Pada percobaan kali ini akan dipakai catu daya 5V. Siapkan sebagai berikut:
1. Cabut dulu koneksi listrik AC ke trafo, agar output pada source padam dulu.
2. Tambahkan jumper pada posisi P41, sehingga luaran soket D menghasilkan +5V. Ukur
dengan AVO Meter dan catat.
3. Koneksikan soket-0 kit source ke soket-0 kit switching.
4. Koneksikan soket-D kit source ke soket V+ kit switching.
Praktikum Laboratorium TF I Rangkaian Arus Bolak-Balik - 19
6.5.4.1 High Side Switching
Pastikan tidak ada listrik mengalir dirangkaian, lalu bentuk rangkaian transistor high side switching
sebagai berikut:
1. Pada kit switching, cari JP1. Pasang jumper di posisi ke-2 dari atas (menuju BJT).
2. Pada JP2, pasang jumper di posisi ke-2 dari kiri untuk mengkoneksikan resistor 2K2.
3. Pada JP3, pasang jumper di posisi ke-1 dari kiri sehingga terkoneksi langsung ke GND.
4. Koneksikan soket +V (sisi kanan) ke soket TC (kaki collector)
5. Koneksikan soket TE (kaki emitor) ke soket A (LED merah) pada kit LED.
6. Koneksikan soket 0V pada kit switching ke soket 0 pada kit LED.
Selanjutnya lakukan percobaan beban sebagai berikut :
1. Nyalakan kit source (sambung trafo ke sumber AC).
2. Hidupkan switch S1 ke posisi ON (toggle ke atas).
3. Putar potensiometer dalam posisi minimal (penuh ke kanan atau ke kiri), sampai LED mati.
4. Dalam keadaan LED mati, potensiometer minimal, ukur tegangan Vdc di titik P1, soket-TC
dan soket TE.
5. Putar potensiometer perlahan-lahan sampai LED tepat akan menyala. Ukur tegangan di titik
P1, soket-TC dan soket TE.
6. Ukurkan AVO meter di soket TE. Putar potensiometer perlahan-lahan ke arah maksimal.
Amati perubahan cahaya LED, dan tegangan TE. Coba temukan titik ketika TE tidak
berubah lagi (transistor sudah saturasi). Ukur tegangan di titik P1, soket-TC dan soket TE.
Praktikum Laboratorium TF I Rangkaian Arus Bolak-Balik - 20
Gambar 6.18: Percobaan Transistor High Side Switching
7. Putar potensiometer ke arah maksimal. Ukur tegangan di titik P1, soket-TC dan soket TE.
8. Untuk mengukur daya total yang ditarik rangkaian, ukur tegangan di soket V+.
9. Pindah mode pengukuran AVO Meter ke mode arus.
10. Lepas koneksi soket-0 kit source ke soket 0V kit.
11. Koneksikan soket-0 kit source ke probe hitam AVO Meter.
12. Koneksikan soket 0V kit switching ke probe merah AVO Meter.
13. Baca pengukuran arus pada AVO Meter, catat.
14. Setelah selesai, putar potensiometer kembali ke minimal sampai LED mati.
15. Matikan sumber daya.
6.5.4.2 Low Side Switching
Dari rangkaian sebelumnya, ubah ke bentuk low side switching sebagai berikut:
1. Pindah koneksi soket +V (sisi kanan) ke soket A (LED merah) pada kit LED.
2. Pindah koneksi soket TC (collector) ke soket 0 (GND) pada kit LED.
3. Koneksikan soket TE (emitor) ke 0V pada kit switching.
Kemudian lakukan percobaan seperti pada percobaan high side switching sebelumnya, namun saat
mencari titik saturasi, yang diukur adalah tegangan di TC. Nanti pada laporan, hasil keduanya akan
dibandingkan.
Praktikum Laboratorium TF I Rangkaian Arus Bolak-Balik - 21
Gambar 6.19: Percobaan Transistor Low Side Switching
6.5.5 Rangkaian MOSFET
Pada percobaan kali ini akan dilakukan percobaan MOSFET low side switching. Hasilnya akan
dibandingkan dengan transistor. Koneksi ke catu daya masih sama seperti sebelumnya.
6.5.5.1 Low Side Switching
MOSFET memerlukan tegangan picu yang tinggi dibanding thyristor maupun transistor. Karena itu
rangkaian bias-nya harus diubah. Bentuk rangkaian MOSFET low side switching sebagai berikut:
1. Matikan dulu kit source (cabut trafo dari sumber AC)
2. Pada kit switching, cari JP1. Pasang jumper di posisi ke-3 dari atas (menuju MOSFET).
3. Pada JP2, pasang jumper di posisi ke-4 dari kiri untuk koneksi langsung ke V+.
4. Pada JP3, pasang jumper di posisi ke-2 dari kiri sehingga terkoneksi lewat resistor 2K2 ke
GND (baca harga transistor untuk memastikan).
5. Koneksikan soket +V (sisi kanan) ke soket A (LED merah)
6. Koneksikan soket MD (drain) ke soket 0 (GND) kit LED.
7. Koneksikan soket MS (source) ke 0V pada kit switching.
Selanjutnya lakukan percobaan beban mirip seperti transistor sebagai berikut :
1. Nyalakan sumber daya.
Praktikum Laboratorium TF I Rangkaian Arus Bolak-Balik - 22
Gambar 6.20: Percobaan MOSFET Low Side Switching
2. Hidupkan switch S1 ke posisi ON (toggle ke atas).
3. Putar potensiometer dalam posisi minimal (penuh ke kanan atau ke kiri), sampai LED mati.
4. Dalam keadaan LED mati, potensiometer minimal, ukur tegangan Vdc di titik P1, soket-MD
dan soket-MS.
5. Putar potensiometer perlahan-lahan sampai LED tepat akan menyala. Ukur tegangan di titik
P1, soket-MD dan soket-MS.
6. Ukurkan AVO meter di soket-MD. Putar potensiometer perlahan-lahan ke arah maksimal,
sampai MD tidak berubah lagi. Inilah saat MOSFET sudah saturasi. Ukur tegangan di titik
P1, soket-MD dan soket-MS.
7. Putar potensiometer ke arah maksimal. Ukur tegangan di titik P1, soket-MD dan soket-MS.
8. Untuk mengukur daya total yang ditarik rangkaian, ukur tegangan di soket V+.
9. Pindah mode pengukuran AVO Meter ke mode arus.
10. Lepas koneksi soket-0 kit source ke soket 0V kit switching.
11. Koneksikan soket-0 kit source ke probe hitam AVO Meter.
12. Koneksikan soket 0V kit ke probe merah AVO Meter.
13. Baca pengukuran arus pada AVO Meter, catat.
14. Setelah selesai, putar potensiometer kembali ke minimal sampai LED mati.
15. Matikan sumber daya.
6.5.5.2 Rangkaian Dimmer Transistor
Kini kita akan memakai transistor sebagai dimmer untuk mengamati warna kombinasi dua LED.
Untuk itu satu LED akan nyala sepenuhnya, sementara LED lainnya diatur oleh transistor sebagai
dimmer. Koneksi catu daya masih seperti sebelumnya.
Transistor dirangkai sebagai high side switching seperti Gambar 6.18, namun dengan bias yang
tinggi seperti MOSFET sebagai berikut:
1. Padamkan catu daya dari kit source.
2. Pada kit switching, cari JP1. Pasang jumper di posisi ke-2 dari atas (menuju BJT).
3. Pada JP2, pasang jumper di posisi ke-4 dari kiri untuk mengkoneksikan langsung ke V+.
4. Pada JP3, pasang jumper di posisi ke-3 dari kiri sehingga terkoneksi via resistor 2K2 ke
GND.
5. Koneksikan soket +V (sisi kanan) ke soket TC (kaki collector)
6. Koneksikan soket TE (kaki emitor) ke soket A (LED merah) pada kit LED.
7. Koneksikan soket 0V pada kit switching ke soket 0 pada kit LED.
8. Tambah koneksi dari soket +V (sisi kanan) ke soket C (LED biru) pada kit LED.
Praktikum Laboratorium TF I Rangkaian Arus Bolak-Balik - 23
9. Nyalakan sumber daya sehingga LED biru langsung menyala.
10. Putar potensiometer POT1 dari minimal ke maksimal. Amati perubahan warna yang terjadi.
Coba lakukan sebaliknya:
1. Lepas koneksi soket-TE ke soket-A (LED merah), pindahkan menjadi koneksi soket +V (sisi
kanan) ke soket-A.
2. Lepas koneksi soket-V+ ke soket-C (LED biru), pindahkan menjadi koneksi soket-TE ke
soket-C.
3. Nyalakan sumber daya sehingga LED merah langsung menyala.
4. Putar potensiometer POT1 dari minimal ke maksimal. Amati perubahan warna yang terjadi.
6.6 Laporan
Buatlah laporan sesuai petunjuk umum. Masukkan data-data hasil percobaan ke spreadsheet untuk
diolah. Untuk analisis, jawablah pertanyaan-pertanyaan khusus berikut.
6.6.1 Beban LED
• Dari data-data hasil pengukuran tegangan maupun arus, berapakah daya yang diambil oleh
masing-masing LED ? Berapa daya total untuk 2 LED ?
• Jelaskan pengaruh turunnya tegangan catu daya terhadap daya yang ditarik LED, dan
efeknya pada nyala LED.
• Jelaskan hubungan nilai tahanan resistor Rs dengan daya yang diambil. Apakah cocok sesuai
rumus daya ? Jika tidak, kemana larinya daya ?
Praktikum Laboratorium TF I Rangkaian Arus Bolak-Balik - 24
• Mengapa resistor pembatas arus memakai jenis resistor 5W ? Apakah bisa dikurangi ?
6.6.2 Beban Kipas
• Dari data-data hasil pengukuran bisakah anda tentukan spesifikasi kipas misteri tersebut ?
• Apakah harga tahanan dalam kipas cocok dengan tegangan dan arus yang diambilnya ?
• Berapakah daya yang diambil oleh kipas pada tegangan nominal ?
• Apa efek kenaikan tegangan pada kecepatan putar kipas ?
• Mengapa pada kipas tak dipasang resistor pembatas arus seperti hal-nya LED ?
6.6.3 Thyristor
Kumpulkan data-data hasil thyristor. Jawablah beberapa pertanyaan berikut:
1. Berapakan tegangan minimum dan maksimum yang dapat diukur pada titik P1 ? Apakah itu
sesuai dengan teori pembagi tegangan ?
2. Dari ketiga percobaan, berapa tegangan picu thyristor ?
3. Berdasar data-data pengukuran tegangan RMS di SA dan SC, berapakah tegangan jatuh
pada thyristor ?
4. Apakah anda dapat mengamati efek dimmer pada ketiga percobaan ketika potensiometer
dinaikkan maupun diturunkan ? Jelaskan sesuai dengan bentuk gelombang yang anda amati
pada osiloskop.
5. Apa fungsi saklar S1 pada ketiga percobaan ?
6.6.4 Transistor
Buatlah tabel untuk membandingkan data hasil percobaan low-side dan high side switching.
Jawablah beberapa pertanyaan berikut:
1. Berapa tegangan picu, dan tegangan saturasi transistor ?
2. Berapa tegangan jatuh transistor (beda antara tegangan TC dan TE) pada kedua
percobaan ? Apakah ada bedanya ?
3. Pada kondisi maksimum, coba bandingkan daya yang ditarik LED dan yang diberikan
catu daya pada kedua percobaan. Mana yang lebih baik ?
4. Dibandingkan dengan thyristor, bagaimanakah kegunaan transistor sebagai dimmer
(mengubah kecerahan LED) ?
6.6.5 MOSFET
Buatlah tabel untuk membandingkan data hasil percobaan low-side switching transistor dengan
MOSFET. Jawablah beberapa pertanyaan berikut:
Praktikum Laboratorium TF I Rangkaian Arus Bolak-Balik - 25
1. Berapa tegangan picu, dan tegangan saturasi MOSFET ? Bandingkan dengan transistor.
2. Berapa tegangan jatuh MOSFET (beda antara tegangan MS dan MD). Bandingkan
dengan transistor.
3. Pada kondisi maksimum, coba bandingkan daya yang ditarik LED dan yang diberikan
catu daya. Bandingkan dengan transistor low side switching.
6.6.6 Dimmer
Dari hasil perubahan warna :
1. Apa beda warna antara percobaan pertama (biru tetap, merah berubah) dibanding kedua
(merah tetap, biru berubah). Mengapa bisa begitu ?
7 Referensi
Usahakan mencari sendiri sumber-sumber tambahan tentang thyristor, transistor, MOSFET maupun
LDR. Berikut beberapa sumber bacaan online:
• http://www.electronics-tutorials.ws/category/transistor
• Transistor as as switch: http://www.electronics-tutorials.ws/transistor/tran_4.html
• MOSFET as as switch: http://www.electronics-tutorials.ws/transistor/tran_7.html
• Thyristor / SCR : http://www.electronics-tutorials.ws/power/thyristor.html
• LDR: http://www.electronics-tutorials.ws/io/io_4.html
Praktikum Laboratorium TF I Rangkaian Arus Bolak-Balik - 26