FIG 17

[menuju akhir]

[KEMBALI KE MENU SEBELUMNYA]

DAFTAR ISI

1. Pendahuluan

2. Tujuan

3. Alat dan bahan

4. Dasar Teori

5. Prinsip Kerja

6. Ringkasan

7. Problem

8. Soal Latihan

9. Percobaan

10. Download File

 

1. Pendahuluan (kembali)

         

Perkembangan teknologi elektronika yang pesat telah memberikan dampak signifikan terhadap berbagai aspek kehidupan manusia, mulai dari sistem komunikasi, otomasi industri, hingga peralatan rumah tangga. Di balik kemajuan tersebut, terdapat komponen-komponen dasar yang memainkan peran vital dalam pengoperasian sistem elektronik, salah satunya adalah perangkat semikonduktor.

    Perangkat semikonduktor merupakan komponen yang dibuat dari bahan semikonduktor, seperti silikon atau germanium, yang memiliki kemampuan untuk menghantarkan arus listrik dalam kondisi tertentu. Di antara berbagai jenis perangkat semikonduktor, transistor menjadi salah satu komponen utama yang banyak digunakan dalam rangkaian analog maupun digital. Salah satu jenis transistor yang umum digunakan adalah transistor PNP.

    Transistor PNP merupakan salah satu jenis bipolar junction transistor (BJT) yang digunakan untuk memperkuat arus atau berfungsi sebagai saklar. Meskipun penggunaannya sedikit lebih terbatas dibandingkan transistor NPN, transistor PNP tetap penting terutama dalam rangkaian yang memerlukan logika negatif atau kontrol arus dari tegangan tinggi ke rendah.

    Selain transistor PNP, terdapat pula berbagai perangkat semikonduktor lainnya seperti dioda, transistor NPN, MOSFET, thyristor, dan LED yang memiliki fungsi masing-masing dalam suatu sistem elektronik. Pemahaman tentang karakteristik, cara kerja, dan penerapan dari perangkat-perangkat tersebut sangat penting bagi siapa pun yang terlibat dalam bidang elektronika dan teknik listrik.

    Melalui pembahasan ini, diharapkan pembaca dapat memperoleh pemahaman mendasar mengenai prinsip kerja transistor PNP dan perangkat semikonduktor lainnya, serta mampu mengaplikasikannya dalam perancangan dan analisis rangkaian elektronik secara tepat.

2. Tujuan (kembali)

Mempelajari prinsip kerja SCR dalam sistem pengisian baterai otomatis.

Menganalisis rangkaian penyearah dengan sistem pemutusan otomatis saat baterai penuh.

Memahami peran komponen dalam rangkaian charger otomatis.

Melakukan simulasi dan pengukuran untuk menguji efisiensi dan keandalan sistem.

3. Alat dan Bahan (kembali)

• 1. Baterai 

  

  
  baterai merupakan sebuah komponen yang mengubah energi kimia yang tersimpan menjadi energi listrik. pada percobaan kali ini, baterai berfungsi sebagai sumber daya utama.

  spesifikasi dan pinout baterai

  - input voltage AC 100-240V / DC 10-30V

  - output voltage DC 1-35V

  - Max. Input Current dc 14A

  - Charging current 0.1-10A

  - Discharging current 0.1-10A

  - balance current 1.5A/cell max

  -Max. Discharging power 15W

  - Max Charging power AC 100W/ DC 250W

  -jenis baterai yang mendukung: life, lilon, lipo 1-6s, pb 1-12s, nimh, cd 1-16s

  -ukuran 126*115*49 mm

  -berat 460kg

  

  
  2.  Power Supply

  

  
  berfungsi sebagai sumber daya bagi sensor ataupun rangkaian. spesifikasi:

  input voltage 5-12V

  output voltage 5V

  output current MAX 3A

  output power 15W

  conversio efficiency: 96%

  B. Bahan

  1. resistor 

  

  
  resistor adalah komponen elektronika pasif yang memiliki  nilai resistansi atau hambatan tertentu yang berfungsi membatasi dan mengatur arus listrik dalam suatu rangkaian elektronika.

  2. Dioda

  
  
  
  Spesifikasi
  

  
  

  Untuk menghantarkan arus listrik ke satu arah tetapi menghambat arus listrik dari arah sebaliknya. Oleh karena itu, Dioda sering dipergunakan sebagai penyearah dalam Rangkaian Elektronika. Dioda pada umumnya mempunyai 2 Elektroda (terminal) yaitu Anoda (+) dan Katoda (-) dan memiliki prinsip kerja yang berdasarkan teknologi pertemuan p-n semikonduktor yaitu dapat mengalirkan arus dari sisi tipe-p (Anoda) menuju ke sisi tipe-n (Katoda) tetapi tidak dapat mengalirkan arus ke arah sebaliknya.

  3. SCR
  

  SCR adalah kepanjangan dari Silicon Controlled Rectifier, yang berarti sebuah bagian atau aplikasi SCR pada rangkaian elektronika, yang bersifat semikonduktor. Selain itu, SCR sering disamakan dengan dioda. Tetapi sebenarnya memiliki perbedaan, baik secara karakteristik dan lainnya. Persamaannya, baik SCR maupun dioda, bekerja mengalirkan arus listrik yaitu dari anoda menuju katoda. Tampilan keduanya pun hampir mirip.

  Bedanya dengan dioda biasa 2 terminal adalah rangkaian SCR justru memiliki 3 kaki terminal. Terdiri dari terminal anoda, katoda dan gate. Kemampuan lain dioda SCR adalah mengendalikan daya atau tegangan.

  4. Trafo
  

  
  

  
  
  
  Trafo, atau transformator, adalah perangkat listrik yang mengubah tegangan listrik. Fungsinya adalah untuk menaikkan atau menurunkan tegangan sesuai kebutuhan, baik untuk distribusi energi listrik maupun penggunaan sehari-hari. Prinsip kerjanya didasarkan pada induksi elektromagnetik. 
  
  
  
  
  
  

  
  

  5. Kapasitor
  

  
  

  
  
  
  Kapasitor, atau sering disebut juga kondensator, adalah komponen elektronik yang berfungsi untuk menyimpan muatan listrik. Ia terbuat dari dua keping atau lembaran penghantar listrik yang dipisahkan oleh bahan isolator yang disebut dielektrik. Kapasitor banyak digunakan dalam berbagai rangkaian elektronika dan memiliki berbagai fungsi, seperti menyimpan energi, menunda waktu, dan mengatur daya. 
  
  
  
  

  
  

  6. Generator tegangan AC
  
  
  

  

  Generator tegangan AC, atau generator arus bolak-balik, adalah mesin yang mengubah energi mekanik menjadi energi listrik dalam bentuk arus bolak-balik (AC). Arus bolak-balik adalah jenis arus listrik yang arahnya berubah secara periodik, bolak-balik antara positif dan negatif. Generator AC digunakan secara luas dalam pembangkit listrik untuk menghasilkan energi listrik yang kemudian disalurkan ke rumah-rumah dan industri. 

  
  

  
  7. Lampu
  

  
  

  

  
  

  Lampu adalah sebuah peranti atau alat yang menghasilkan cahaya. Secara umum, lampu digunakan sebagai sumber penerangan. Lampu dapat berupa bohlam, lampu LED, atau jenis lainnya, dan dapat menggunakan berbagai sumber energi seperti listrik, gas, atau energi lainnya. 

  
  

4. Dasar Teori (kembali)

DASAR TEORI RANGKAIAN CHARGER OTOMATIS MENGGUNAKAN SCR

1. Pengisian Baterai (Battery Charging)

Baterai adalah perangkat penyimpan energi listrik yang banyak digunakan dalam sistem elektronik portabel dan sistem cadangan daya (backup). Agar baterai dapat digunakan secara berulang, dibutuhkan sistem pengisian ulang (recharging). Proses pengisian baterai memerlukan tegangan yang sedikit lebih tinggi dari tegangan nominal baterai agar arus dapat mengalir masuk ke dalamnya.

Namun, pengisian yang berlebihan (overcharging) dapat merusak baterai. Oleh karena itu, diperlukan pengatur atau pengendali pengisian yang dapat memutus aliran arus saat baterai telah terisi penuh.

2. SCR (Silicon Controlled Rectifier) sebagai Saklar Elektronik

SCR adalah salah satu jenis thyristor yang bekerja sebagai saklar semikonduktor. SCR memiliki tiga terminal utama:

• Anoda (A)

• Katoda (K)

• Gate (G)

SCR hanya akan menghantar arus dari anoda ke katoda jika diberikan sinyal pemicu (trigger) positif ke gate. Setelah menghantar, SCR akan tetap ON walaupun sinyal trigger dihentikan, selama masih ada arus anoda yang mengalir melebihi arus “holding current”. Untuk mematikan SCR, arus anoda harus diturunkan hingga di bawah nilai holding current.

Dalam rangkaian charger otomatis ini, SCR digunakan sebagai saklar otomatis, yang akan menghantar jika baterai belum penuh dan akan OFF saat baterai telah mencapai tegangan tertentu.

3. Penyearah (Rectifier) Dioda

Rangkaian ini menggunakan dua buah dioda (D1 dan D2) yang berfungsi sebagai penyearah gelombang penuh (full-wave rectifier). Transformator (TR1) menurunkan tegangan AC dari PLN (220V) menjadi sekitar 9V AC, kemudian disearahkan menjadi tegangan DC oleh dioda. Tegangan DC ini digunakan sebagai sumber pengisian baterai.

Dioda D3 digunakan sebagai penyearah sinyal pemicu ke gate SCR agar sinyal gate tetap dalam bentuk DC.

4. Rangkaian Pemicu (Trigger Circuit)

Rangkaian pemicu (trigger) SCR terdiri dari:

• R1 dan R2: pembagi tegangan dan pembatas arus ke gate SCR.

• R3: pembatas arus dari output penyearah ke jalur pemicu.

• C1: kapasitor untuk filtering dan delay, membantu menciptakan respons yang lebih halus.

Ketika tegangan baterai berada di bawah batas tertentu, tegangan pada gate SCR cukup besar untuk memicu SCR ON. Ketika baterai telah penuh (mencapai 6V atau lebih), tegangan gate menjadi terlalu rendah, SCR tidak terpicu dan berhenti menghantar (OFF).

5. Prinsip Kerja [kembali]

 Trafo (TR1) menurunkan tegangan AC dari jala-jala listrik ke level yang lebih rendah (sekitar 9V AC).

Dioda D1 dan D2 membentuk penyearah gelombang penuh untuk menghasilkan tegangan DC.

D3 dan R3 memberikan sinyal pemicu (trigger) ke gerbang (gate) SCR.

Ketika tegangan baterai turun, SCR akan menghantar dan arus mengalir untuk mengisi baterai.

C1 dan R1 membentuk rangkaian waktu/penundaan dan membantu dalam kontrol sensitivitas pemicu.

R2 mengatur arus ke gate SCR.

Saat baterai telah penuh (6V tercapai), tegangan umpan balik akan memutuskan trigger ke SCR, menghentikan pengisian.

1. Transistor PNP

    Transistor merupakan salah satu komponen semikonduktor aktif yang berfungsi sebagai penguat, saklar, atau pengendali sinyal elektronik. Transistor dibagi menjadi dua jenis utama, yaitu transistor bipolar junction transistor (BJT) dan field effect transistor (FET). Salah satu tipe BJT adalah transistor PNP.

    Transistor PNP terdiri dari dua lapisan semikonduktor tipe-P yang mengapit lapisan semikonduktor tipe-N. Ketika tegangan basis lebih rendah dari tegangan emitor, arus akan mengalir dari emitor ke kolektor. Dalam konfigurasi ini, arus listrik dibawa oleh hole (muatan positif). PNP transistor bekerja secara aktif ketika basis diberi tegangan negatif relatif terhadap emitor.

Karakteristik umum transistor PNP:

• Arus mengalir dari emitor ke kolektor

• Arus basis masuk ke transistor

• Menguatkan arus, tegangan, atau daya tergantung konfigurasi rangkaian

Rumus dasar untuk arus pada BJT:

$$I_E=I_B+I_C$$

di mana:

• $I_E$ adalah arus emitor

• $I_B$ adalah arus basis

• $I_C$ adalah arus kolektor

2. Perangkat Semikonduktor Lainnya (Other Devices)

    Selain transistor PNP, terdapat berbagai perangkat semikonduktor lainnya yang berperan penting dalam sistem elektronik:

a. Transistor NPN

    Kebalikan dari PNP, transistor NPN terdiri dari dua lapisan tipe-N yang mengapit lapisan tipe-P. Arus mengalir dari kolektor ke emitor, dan bekerja ketika basis diberi tegangan positif relatif terhadap emitor. Umumnya digunakan lebih luas karena mobilitas elektron lebih tinggi dibanding hole.

b. Dioda

    Dioda adalah perangkat semikonduktor dua terminal yang hanya mengalirkan arus dalam satu arah (forward bias). Digunakan dalam penyearah arus, proteksi tegangan, dan deteksi sinyal.

c. MOSFET (Metal-Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)

    MOSFET adalah jenis transistor yang mengendalikan arus melalui tegangan gerbang (gate). Terdapat dua jenis: N-channel dan P-channel. MOSFET sering digunakan dalam rangkaian logika digital, penguat daya, dan switching.

d. Thyristor (SCR)

    Thyristor adalah perangkat semikonduktor yang digunakan untuk mengontrol arus besar. Umumnya dipakai dalam pengendalian daya AC seperti dimmer lampu, pengatur kecepatan motor, dan konversi daya.

e. LED (Light Emitting Diode)

    LED adalah jenis dioda yang memancarkan cahaya saat diberi arus maju. Digunakan sebagai indikator, penerangan, dan tampilan visual.

EXAMPLE

6. Ringkasan [kembali]

Rangkaian ini adalah sebuah charger otomatis menggunakan SCR (Silicon Controlled Rectifier) yang berfungsi sebagai saklar elektronik. Ketika tegangan baterai turun di bawah ambang tertentu, SCR akan menghantar dan mengisi ulang baterai. Rangkaian ini menggunakan komponen seperti trafo, dioda, resistor, kapasitor, dan lampu indikator. Ketika baterai penuh, SCR akan berhenti menghantar, menghentikan pengisian.

7. Problem [kembali]

Problem 1

Problem 2

Problem 3

8. Soal Latihan [kembali]

Soal 1:

Jika tegangan output transformator sekunder adalah 9V AC, berapa tegangan DC setelah disearahkan oleh D1 dan D2?

Jawaban: Untuk penyearah gelombang penuh dengan dioda silikon:

VDC = Vrms x akar 2 - 2 x Vdioda

=9 x 1,414 - 2 x 0,7

           =12,726 - 1,4 = 11,33 V (DC) 

Soal 2:

Jika baterai sudah penuh, apa yang terjadi pada SCR dan lampu indikator L1?

Jawaban: Ketika baterai penuh, tegangan di gate SCR akan berhenti memicu SCR sehingga SCR berhenti menghantar. Akibatnya, tidak ada arus yang mengalir ke lampu L1, dan lampu akan mati, menandakan pengisian selesai.

Soal 3:

Berapa arus maksimum yang bisa melewati R1 (150Ω) jika tegangan di ujung-ujungnya adalah 5V?

Jawaban: Gunakan hukum Ohm:

I=V/R​=5V/150Ω​=0.0333A=33.3mA

9. Percobaan [kembali]

Rangkaian 17.14

10. Download File [kembali]

Rangkaian 17.14 Klik Disini

Video Penjelasan Klik Disini 

• Download Datasheet

resistor [download]

baterai [download]

op amp 741 [download]

voltmeter [download]

amperemeter [download]

[menuju awal]