Catudaya atau power supply
Catudaya atau power supply merupakan suaturangkaian elektronic yang mengubah arus listrik bolak-balik menjadi arus listrik searah.
Hampir semua peralatan elektronik membutuhkan catudaya agar dapat berfungsi.
Beberapa radio atau tape kecil menggunakan baterai sebagai sumber tenaga namun sebagian besar menggunakan listrik PLN sebagai sumber tenaganya. Untuk itu dibutuhkan suatu rangkaian yang dapat mengubah arus listrik bolak-balik dari PLN menjadi arus listrik searah.
Ada banyak jenis atau variasi rangkaian catudaya dengan segala kelebihan dan kekurangannya.
Namun secara prinsip rangkaian catudaya terdiri atas transformator, dioda dan condensator.
Transformator digunakan untuk menurunkan atau menaikkan tegangan AC sesuai kebutuhan
Rangkaian penyearah (rectifier circuit)
Bagian utama atau boleh dikatakan jantung suatu catudaya adalah rangkaian penyearah yang mengubah gelombang sinus AC menjadi deretan pulsa DC. Ini merupakan dasar atau langkah awal untuk memperoleh arus DC halus yang dibutuhkan oleh suatu peralatan elektronik.
Penyearah setengah gelombang (halfwave rectifier)
Hampir sebagian besar peralatan elektronik menggunakan sumber daya listrik 220 volt/ 50 Hz dari PLN. Bentuk gelombang arus listrik AC dari PLN berbentuk gelombang sinus. Nilai rata-rata (average value) dari gelombang sinus adalah nol karena nilai positif dan negatipnya sama dan bergantian. Untuk memperoleh nilai positip atau negatip yang rata maka salah satu gelombang sinus itu, positip atau negatip harus di cancel
Bentuk dasar rangkaian penyearah setengah gelombang seperti terlihat pada gambar A. Beban yang membutuhkan sumber tenaga listrik searah diwakili oleh resistor. Sebuah dioda diletakkan seri atau berderet dengan beban sehingga arus listrik hanya mengalir ke satu arah saja.
Anoda dari Katoda memperoleh gelombang positip, akibatnya dioda konduksi, arus listrik mengalir melalui beban. Pada beban timbul tegangan positip setengah gelombang.
Jalannya arus listrik dari negatip AC menuju beban, dari beban menuju ke katoda dioda dan kembali ke terminal positip AC.
Di sini anoda D1 menerima tegangan negatip akibatnya dioda menyumbat sehingga arus listrik tidak dapat mengalir dan pada beban tidak timbul tegangan.
Sudah barang tentu arus listrik pulsa DC tidak sesuai sebagai sumber energi bagi kebanyakan alat elektronik. Yang dibutuhkan adalah arus listrik DC yang rata dan stabil.
Rangkaian penyearah setengah gelombang hanyalah merupakan prinsip dasar catudaya. Pada paragraf berikutnya akan diketahui pengembangan prinsip dasar catudaya diantaranya penyearah gelombang penuh (fullwave), penyearah jembatan (ridge), penghalusan (filtering).
Penyearah gelombang penuh (fullwave rectifier).
Kelemahan dari halfwave rectifier adalah arus listrik yang mengalir ke beban hanya separuh dari setiap satu cycle. Hal ini akan menyulitkan dalam proses filtering (penghalusan). Untuk mengatasi kelemahan ini adalah penyearah gelombang penuh.
Rangkaian dasar penyearah gelombang penuh seperti terlihat pada gambar. Menggunakan dua dioda dan satu center tape transformer. Jika titik tengah transformer ditemukan maka tegangan di kedua ujung lilitan sekunder berlawanan fasa 180 derajat. Jadi ketika misalnya tegangan dititik A mengayun kearah positip diukur dari titik tengah lilitan sekunder maka tegangan dititik B mengayun ke arah negatif diukur dari titik yang sama. Mari kita lihat prinsip kerja penyearah gelombang penuh ini.
Pada kedudukan ini hanya D1 saja yang konduksi atau terhubung singkat.
Arus listrik mengalir dari titik tengah sekunder melalui beban, kemudian melalui D1 dan kembali ketitik tengah melalui lilitan atas sekunder.
Da hal ini D1 berfungsi seperti saklar atau switch yang menutup sehingga arus listrik mengalir melalui beban disaat perioda positip dari gelombang sinus AC.
Anoda D1 mengayun kearah negatip sementara anoda D2 mengayun kearah positip. Akibatnya D1 menyumbat, sebaliknya D2 konduksi atau terhubung singkat. Pada keadaan ini arus listrik mengalir dari titik setengah sekunder melalui beban dan D2 kembali ketitik tengah setelah melalui lilitan bawah sekunder.
Perhatikan bahwa dalam rangkaian penyearah gelomang arus listrik mengalir sepanjang satu perioda. Sedangkan dalam rangkaian penyearah setengah gelombang arus listrik hanya mengalir selama setengah perioda saja.
Jadi penyearah gelombang penuh (fullwave rectifier) lebih baik dari penyearah setengah gelombang (halfwave rectifier).
Penyearah type jembatan (bridge rectifier)
Rangkaian dasar penyearah type jembatan seperti terlihat pada gambar. Terdiri atas satu transformer dan 4(empat) dioda yang disusun sedemikian rupa sehingga arus listrik hanya mengalir kesatu arah saja melalui beban. Circuit ini tidak memerlukan sekunder bersenter tapi sebagaimana pada rangkaian penyearah gelombang penuh. Bahkan transformator tidak diperlukan jika tegangan DC yang dibutuhkan relatif sama dengan tegangan jaringan PLN, misalnya. Artinya titik A dan B dapat dihubungkan langsung dengan jaringan yang tersedia di rumah.
Transformator digunakan bila tegangan DC yang dibutuhkan lebih kecil atau lebih besar dari tegangan jaringan. Selain itu adakalanya transformator digunakan sebagai isolatopr antara tegangan jaringan dengan tegangan rangkaian.
Setengah perioda berikut polaritas sinewave berganti seperti terlihat pada gambar B. Ujung lilitan atas sekunder sekarang menjadi negatip, ujung lilitan bawah menjadi positif.D3 dan D4 konduksi. Pada kedudukan ini arus listrik mengalir dari ujung lilitan atas sekunder melalui beban, D3, D4 dan kembali lilitan bawah sekunder. Dari
Filtering (penghalusan).
Sebagaimana telah kita lihat pada bab sebelumnya bahwa arus listrik DC yang keluar dari dioda masih berupa deretan pulsa-pulsa. Tentu saja arus listrik DC semacam ini tidak cocok atau tidak dapat digunakan oleh perangkat elektronik apapun.
Untuk itu perlu dilakukan suatu cara filtering agar arus listrik Dc yang masih berupa deretan pulsa itu menjadi arus listrik DC yang halus/ rata. Ada beberapa cara yang dapat dilakukan diantaranya dengan C filter, RC filter dan LC filter.
Pada bab berikut hanya akan dibahas C filter (basic). Sedangkan RC maupun LC filter merupakan pengembangan C filter yang fungsinya lebih menghaluskan tegangan output dioda.
Capacitor sebagai filter.
Filtering atau penghalusan yang paling sederhana ialah dengan menggunakan capacitor yang dihubungkan seperti terlihat pada gambar. Tegangan input rata-rata (average) 115 volt. Tegangan puncak 162 volt. mari kita lihat apa yang terjadi ketika suatu capasitor ditambahkan pada output dioda.
Pada saat anoda D1 mendapat pulsa positip, D1 langsung konduksi dan capacitor mulai mengisi.
Ketika capacitor telah mencapai tegangan puncak D1 menyumbat karena katodanya lebih positip daripada anodanya. Capacitor harus membuang (discharge) muatannya melalui beban yang mempunyai resistan tertentu. Oleh karenanya waktu discharge capacitor lebih lama dibanding waktu yang dibutuhkan AC untuk melakukan satu periode (cycle). Akibatnya sebelum capacitor mencapai nol volt diisi kembali oleh pulsa berikutnya.
Tampak jelas tegangan rata-ratanya (E ave) hanya sitar 31% dari tegangan puncak.
Ketika suatu capacitor ditambahkan maka bentuk tegangan outputnya seperti terlihat Di sini capacitor mencegah tegangan output mencapai nol volt. Sehingga tegangan output rata-ratanya naik dibanding sebelumnya (no capacitor).
Jika nilai capacitornya dibesarkan atau ditambah maka bentuk tegangan outputnya seperti terlihat pada gambar C. Tampak jelas tegangan rata-ratanya (E ave) meningkat dibandingkan sebelumnya (nilai capacitor yang lebih besar diperlukan bila arus listrik yang dinutuhkan beban relativ besar.
Tegangan rata-rata (E ave).
Jika kita mengatakan tegangan AC ini 115 V, sesungguhnya yang kita sebutkan adalah tegangan efektif (E rms). Sedangkan tegangan puncaknya (Epeak0 adalah:
E peak = E rms x 1,414
E peak = 115 V x 1,414 = 162,6 v.
Sedangkan tegangan rata-ratanya adalah 0 v karena positip dan negatip bergantian (alternate). Yang dibutuhkan rangkaian elektronika adalah tegangan rata-rata atau E ave. Untuk mendapatkan E ave maka salah satu gelombang AC (positip / negatip) harus di clip / dipotong (lihat gambar).
E ave = E peak x 0,0318
E ave = 162,6 v x 0,318 = 51,7 v.
Output E ave pencatudaya setengah gelombang sukar difilter karena mengandung ripple 50Hz
Pada catudaya type jembatan (bridge rectifier) hubungan antara tegangan puncak E peak dengan tegangan rata-rata E ave sebagai berikut:
E peak = E rms x 1,414
E peak = 115v x 1,414 = 162,6v.
E ave = E peak x 0,636
E ave = 1,62,6v x 0,636 = 103,4v.
Dari perbandingan di atas tampak jelas bahwa output tegangan DC catudaya type jembatan lebih besar dari type setengah gelombang. Walaupun ripple frequency catudaya jembatan 120Hz, secara teknis mudah difilter atau disaring dibanding ripple frequency 60Hz dari pencatudaya type setengah gelombang.
