BEKALAN KUASA

BEKALAN KUASA DCPENGENALANKuasa elektrik yang dibekalkan dalam negara kita adalan dalam bentuk ac 240V RMS dan 50HzWalau bagaimana pun voltan dc amat diperlukan untuk mengendalikan sebahagian besar alatan elektronikBekalan kuasa dc merupakan satu litar elektronik yang menukarkan voltan bekalan utama ac 240V kepada voltanLitar bekalan kuasa dc mengandungi 4 komponen atau bahagian utama

PengubahPenerusPenapisPengaturPENGUBAHTerbina dari dua belitan gelung primer dan sekunder yang tiada langsung hubungan terus antara keduanya melainkan dengan proses aruhanPengasingan bertujuan mengelakkan pengguna dipihak sekunder terkena kejutan elektrik voltan AC yang tinggiJuga mengelakkan litar primer menerima kesan dari sebarang kerosakan litar Menurun atau menaikan voltan ac masukan 240V kepada nilai yang dikehendaki.Jenis yang biasa digunakan ialah pengubah penurun ( step-down transformer )Bahagian primer disambungkan kepada bekalan kuasa ac 240V 50 HzBahagian sekunder diturunkan mengikut kesesuaian peralatan elektronik

Nisbah bilangan belitan primer kepada bilangan belitan sekunder adalah nisbah lilitan pengubah

Rajah 1 : transformer

Nisbah lilitan transformer = Np / Ns

Nisbah voltan berkadaran kepada voltan teraruh di lilitan primer kepada lilitan sekunder.

Apabila jumlah lilitan sekunder sedikit dibandingkan dengan lilitan primer, voltan di sekunder lebih rendah dari voltan di primer.

Voltan sekunder boleh dikira dengan.

Rajah 2: Pengubah Tap Tengah

CONTOH 1Satu pengubah dengan nisbah lilitan 4:1 dibekalkan dengan voltan 240 V 50Hz. Kirakan voltan sekundernya.

Rajah 3

PENERUSPENERUS GELOMBANG SEPARUHDiod Komponen elektronik yang mempunyai rintangan sangat rendah semasa ia dipincang hadapan dan mempunyai rintangan yang amat tinggi apabila dipincang songsangHanya membenarkan arus mengalir melaluinya dalam satu arah sahajaArus hanya akan mengalir melalui diod apabila ia dipincang hadapan dan menentang pengaliran arus semasa dipincang songsang

Rajah 4 menunjukkan satu litar mudah penerus gelombang separuh menggunakan diod separuh pengalir

Rajah 4

Apabila titik A menerima separuh kitar positif, voltan yang teraruh akan menghasilkan setengah kitar positif juga di titik B, dengan yang demikian anod akan menerima voltan positif pada anod yang menjadikan diod dipincang hadapan, maka diod akan membenarkan arus mengalir melaluinya. Arus akan mengalir dari titik B, melalui diod ke sebelah bahagian atas perintang RL yang menjadi kekutuban positif dan terus ke bahagian bawah perintang RL yang menjadi kekutuban negatif dan kembali ke titik B melalui belitan sekunder pengubah. Hasilnya setengah kitar positif akan terhasil pada titik keluaran.

Sebaliknya apabila titik A menerima separuh kitar negatif menjadikan titik B juga negatif, diod akan dipincang songsang, maka diod dalam keadaan tidak membenarkan arus mengalir melaluinyaOleh itu tiada voltan keluaran akan terhasil pada titik keluaran.Bentuk gelombang masukan dan keluaran ditunjukkan dalam rajah 5

Rajah 5

II.PENERUS GELOMBANG PENUHMempunyai dua diod separuh pengalir dan pengubah bertap tengah pada belitan sekunder

Rajah 6 Litar penerus gelombang penuh

Rajah 7Merujuk kepada rajah 7, apabila titik A pada setengah kitar positif, titik C akan menjadi negatif manakala titik B adalah keupayaan kosong. D1 akan dipincang hadapan sebab anod D1 menerima voltan positif

Manakala D2 dipincang songsang sebab anod D2 menerima voltan negatif. Arus akan mengalir melalui D1, perintang beban RL dan balik ke titik A melalui titik B tap tengah belitan sekunder.Dalam keadaan ini hanya D1 sahaja yang membenarkan arus mengalir manakala D2 berada pada keadaan tidak berfungsi (off). Oleh itu setengah kitar positif akan terhasil merentas RL pada titik keluaran.

Pada setengah kitar lagi, titik A adalah setengah kitar negatif dan titik C positif.Dalam keadaan ini D1 akan dipincang songsang dan D2 dipincang hadapan.D2 akan membenarkan arus mengalir manakala D1 dalam keadaan tidak berfungsi (off).Arus akan mengalir dari titik C melalui D2 dan perintang beban RL dan balik ke titik C melalui tap tengah belitan sekunder titik B.Oleh itu setengah kitar positif juga akan terhasil merentas RL pada titik keluaran.

Rajah 8: Bentuk gelombang masukan dan keluaran penerus gelombang penuh

III. PENERUS TETIMBANGmerupakan satu lagi jenis penerus gelombang penuhmenggunakan empat diod separuh pengalir pengubah yang sama seperti yang digunakan dalam penerus gelombang separuhdua diod akan berfungsi dalam satu masa dan dua diod lagi dalam keadaan tidak berfungsi (off).Rajah 9Rajah menunjukkan litar penerus tetimbang dan bentuk gelombang keluaran yang terhasil.

Merujuk kepada rajah 9 Apabila titik A pada setengah kitar positif maka titik B akan menjadi negatifOleh yang demikian diod D3 dan D4 akan dipincang hadapan sebab anod D3 mendapat voltan positif manakala katod D4 mendapat voltan negatif.Manakala D1 dan D2 dipincang songsang sebab katod D1 menerima voltan positif manakala anod D2 menerima voltan negatif.Arus akan mengalir dari titik A melalui D3, RL yang mana setengah kitar positif terhasil merentas RL iaitu pada titik keluaranseterusnya arus akan mengalir melalui bumi ke titik B dan terus balik ke titik A melalui belitan sekunder.

Sebaliknya, apabila titik A menerima setengah kitar negatif manakala titik B adalah positifMaka D1 dan D2 akan mendapat pincang hadapan, D3 dan D4 dipincang songsang.Dengan yang demikian arus akan mengalir dari titik B melalui D2 ke punca positif RL terus ke bumi,Setengah kitar positif akan terhasil merentas RL iaitu pada titik keluaranSeterusnya arus akan terus mengalir melalui D1 ke titik A dan balik ketitik B melalui belitan sekunder.

PENAPISKeluaran litar penerus adalah voltan dc berdenyut.Untuk mendapatkan voltan dc keluaran yang lebih linear, penapis diperlukan.Rajah 10 menunjukkan bentuk gelombang sebelum dan selepas litar penapis.

Rajah 10

untuk menukarkan voltan dc berdenyut kepada voltan dc yang tulin tanpa denyut atau riakTetapi tidak semua penapis dapat menghasilkan voltan dc tulinVoltan keluaran penapis biasanya voltan dc yang masih belum linarVoltan ini adalah percampuran voltan dc dan sedikit voltan ac yang dipanggil sebagai voltan riakRajah 11 menunjukkan bentuk gelombang voltan dc tulin.

Rajah 11

Satu litar penapis diperlukan untuk mengurangkan atau membuang semua voltan riak. Litar penapis yang biasa digunakan ialah penapis menggunakan kapasitor sahaja atau RC.

i Penapis kapasitor CPenapis yang asas adalah penapis kapasitor di mana kapasitor dipasang selari dengan perintang beban (RL)

Rajah 12 : Penapis kapasitor

Antara kebolehan kapasitor ialah menyimpan dan membuang casIa menerima cas apabila ada bezaupaya merentasinyakemudian menyimpannya selama mungkin dan cas itu akan hanya dinyahcas apabila ada pengaliran lengkap untuk arus mengalir antara dua hujungnyaRajah 13 :Bentuk gelombang masukan dan keluaran penapis kapasitor dari penerus gelombang separuh

voltan 12V susut merentasi RL sewaktu permulaan masukan setengah kitar positif yang pertama, kapasitor C juga akan mendapat cas 12V seperti yang ditunjuk pada gelombang keluaran dari A ke B. Kemudian, apabila VRL ini menurun untuk menjadi 0, kapasitor C mula membuang cas.sebelum sempat kapasitor C habis membuang casnya sehingga sifar, satu lagi denyut voltan masukan bagi setengah kitar positif yang kedua ujud merentasi RL ditunjukkan pada titik L, menyebabkan C1 sekali lagi mendapat cas sehingga 12V ( ke titik M ).Hal yang sama pun berlaku berulang kali pada setiap setengah kitar voltan masukan

Akibat dari proses ini, voltan keluaran yang terhasil kini hanya berubah dari lingkungan l5V ke 12V Tidak lagi berubah begitu banyak seperti sebelum ditapisIni bermakna kapasitor C telah dapat mengurangkan nilai Vp-p voltan riak.Dengan menambah nilai kapasitor, voltan riak dikurangkan sehinggalah membolehkan voltan a.t. bersih tanpa riak dan tetap.

ii Penapis R-Csatu litar yang kita tambah selepas penapis kapasitorterhasil dengan meletakkan satu perintang bersiri dan satu kapasitor selari dengan beban ( RL )Perintang (R) akan menyusutkan voltan riak kepada suatu nilai yang lebih kecilKapasitor C2 membantu proses penapisan voltan riak sedikit keburukan penapis R-C iaitu nilai voltan dc keluaran merentas RL juga akan tersusut Rajah 14: Penapis RC

Pengatur voltanBekalan kuasa yang baik mesti mempunyai pengatur voltanBerfungsi untuk menghasilkan voltan dc yang stabil Tanpa pengatur voltan, voltan keluaran akan berubah apabila bekalan masukan atau rintangan beban berubahRajah 15 : simulasi pengatur voltanRajah 15 menunjukkan litar simulasi pengatur voltanlitar ini menerima voltan dc 15Vmemerlukan voltan keluaran pengatur sebanyak 12V

Berlaku perubahan kepada beban RL menyebabkan voltan keluaran berkurang Maka, nilai RA perlulah dikurangkan supaya voltan keluaran akan tetap kepada 12VOleh itu, pengatur voltan perlulah diadakan untuk mengatur voltan itu secara automatikTerdapat tiga litar pengatur voltan yang biasa digunakanpengatur voltan diod zenerpengatur voltan siri bertransistorpengatur voltan litar bersepadu (I.C)

Pengatur Voltan Diod ZenerMerupakan pengatur voltan mudahberoperasi sebagai pengatur voltan semasa pincang songsangmempunyai keistimewaan yang tersendiri iaitu boleh mengaturkan voltan jika beroperasi di dalam kawasan zenerUntuk beroperasi di kawasan zener, voltan masukan mesti lebih besar daripada voltan zener dan rintangan beban tidak menyebabkan arus zener menjadi kosongRajah 16 : Pengatur voltan menggunakan diod zener

2.Pengatur voltan bertransistorTerdapat dua jenisPengatur transistor siri keluaran tetapPengatur transistor siri boleh laras

Pengatur Voltan Transistor siri keluaran tetapRajah 17 : Pengatur voltan transistor siri

Rajah 17 menunjukkan satu litar pengatur voltan transistor siri mudah.Perintang R1 menghasilkan voltan tapak transistor Q yang berkadaran dengan voltan zener 12V Transistor Q akan mengawal voltan keluaranDalam keadaan normal dan dengan menganggap VBE = 0.6VVCE berubah disebabkan perubahan VBEVBE bertambah, VCE akan berkurang disebabkan Ic bertambah. V out = VDZ VBE = 12 V 0.6 V = 11.4 V

Jika voltan masukan 18 V, voltan susut apabila merentasi pemungut dan pengeluar (VCE) transistor Q adalah

VCE = Vin Vout = 18 V 11.4 V = 6.6 VKendalian Litar Pengatur Voltan SiriMerujuk pada rajah 17 .Jika voltan keluaran berkurang menjadi 11 V, maka:VBE = VDZ Vout = 12V 11V = 1 V(VBE bertambah daripada 0.6 V kepada 1V)

VBE bertambah, arus yang mengalir melalui pemungut dan pengeluar bertambah dan voltan susut (VCE) berkuranganVCE berkurangan, voltan keluaran bertambah semula ke nilai voltan asal (11.4V)Jika voltan keluaran bertambah menjadi 11.6V, maka kendalian litar adalah sebaliknya.VBE = VDZ Vout = 12 V 11.6V = 0.4 V(VBE berkurang iaitu daripada 0.6V kepada 0.4V)VBE berkurang, arus yang mengalir melalui pemungut dan pengeluar berkurangan.VCE akan bertambah.VCE bertambah, voltan keluaran akan berkurang semula kepada nilai voltan asal (11.4V)b)Pengatur transistor siri boleh laras

Rajah 18 : pengatur voltan boleh laras

Rajah 18 merupakan suatu litar pengatur voltan siri yang boleh laras keluarannyaLitar berfungsi untuk melaraskan voltan keluaran kepada nilai voltan minimum dan maksimum disamping mengatur voltan keluaran.Jadual 1 : fungsi komponen dalam pengatur voltan siri boleh laras

Gambarajah blok pengatur voltan boleh laras

3. Pengatur voltan Litar Bersepadu (I.C)Pengatur voltan siri 78XX dan 79XX adalah antara pengatur voltan jenis IC yang mudahIC ini hanya mempunyai tiga terminalTanda XX adalah menunjukkan nilai voltan keluaran Angka kedua menunjukan kekutuban voltan masukan dan keluaran iaitu 8 mewakili voltan positif dan 9 mewakili voltan negatif. Pengatur litar bersepadu jenis ini menghasilkan voltan keluaran yang tetap.

Contoh :LM 7805voltan keluarannya adalah +5VLM7905voltan keluarannya adalah -5V

Rajah 19 : litar pengatur voltan litar bersepadu

Terdapat juga pengatur litar bersepadu tiga terminal yang mempunyai voltan keluaran yang boleh diubah

Rajah 20: litar pengatur voltan IC boleh laras

Rajah 20 menunjukkan litar pengatur voltan IC boleh laras menggunakan IC LM317Voltan masukan DC tak teratur 30V adalah voltan dari keluaran penerusPemuat C1 menapis voltan DC berdenyut dari keluaran penerusPerintang R1 digunakan untuk melaras voltan keluaran dari 1.2V hingga 30VPerintang R2 mengesan perubahan voltan keluaran dan disuap balik ke IC supaya IC dapat mengekalkan voltan keluaran