Penerapan Metode Saintifik Berbasis Eksperimen Dalam Upaya Mengembangkan Perilaku Saintis & Diagnosis Gejala Kesalahan Pada Rangkaian Penyearah Gelombang Penuh

Print
Category: Listrik & Elektronika
Last Updated on Monday, 25 May 2015 Published Date Written by asmuniv

Penerapan Metode Saintifik Berbasis Eksperimen Dalam Upaya Mengembangkan Perilaku Saintis & Diagnosis Gejala Kesalahan Pada Rangkaian Penyearah Gelombang Penuh

Penulis:

 ASMUNIV

 Widyaiswara PPPPTK-VEDC Malang

 asmuniv@gmail.com

ABSTRAKSI

Metode Ilmiah:Metode Ilmiah adalah pendekatan umum keilmuan yang digunakan untuk menjelaskan hasil pengamatan tentang fenomena dunia di sekitar kita. Hipotesis adalah sebuah tebakan/prediksi dibuat untuk menjelaskan pengamatan atau menjawab pertanyaan. Teori adalah penjelasan berdasarkan studi ilmiah dengan disertai alasan. Metode ilmiah menawarkan langkah-langkah pendekatan yang sistematis. Yang dimaksud pendekatan dalam metode ilmiah bertujuan untuk mengevaluasi hubungan sebab-akibat seperti hubungan antara arus, tegangan, dan hambatan/resistansi.

Pendekatan Scientis:Eksperimen berbasis saintis merupakan bidang pendekatan ilmiah dengan tujuan dan aturan khusus, dimana tujuan utamanya adalah untuk memberikan bekal ketrampilan yang kuat dengan disertai landasan teori yang realistis mengenai fenomena yang akan kita amati. Ketika suatu permasalahan yang hendak diamati memunculkan pertanyaan-pertanyaan yang tidak bisa terjawab, maka metode eksperimen ilmiah hendaknya dapat memberikan jawaban melalui proses yang logis, seperti yang ditunjukkan gambar dibawah. Proses belajar pendekatan eksperimen pada hakekatnya merupakan proses berfikir ilmiah untuk membuktikan hipotesis dengan logika berfikir.

Kata Kunci: Saintifik, Eksperimen, Pencarian Kesalahan, Penyearah Setengah Gelombang, Penyearah Gelombang Penuh

 

Pendahuluan

Tahapan Ilmiah: Proses metode ilmiah terbagi menjadi 5M, yaitu langkah-langkah 5M yang harus dilalui adalah melakukan (1) pengamatan (mengamati/observasi), dari hasil pengamatan/mengamati diharapkan ditemukan suatu permasalahan untuk dijadikan sebagai (2) pertanyaan (proses menanya) dalam merumuskan permasalahan. Setelah ditemukan permasalahan dari hasil proses menanya, kemudian dikembangkan hipotesis berdasarkan pertanyaan-pertanyaan dari permasalahan, atau penjelasan dari pengamatan. Setelah hipotesis selesai diusulkan, langkah selanjutnya adalah merancang prosedur (3) percobaan/eksperimen (proses mencoba) dan melakukan pengujian untuk membuktikan hipotesis. Langkah (4) dari proses metode ilmiah adalah Pengumpulan data hasil eksperimen (proses mengasosiasikan), yakni merupakan proses analisis dan pengembangan hipotesis berguna untuk menjelaskan pembuktian permasalahan. Pengujian harus memberikan hasil yang objektif dan dapat diukur dan agar menghasilkan data ekperimen yang valid dan dapat diterima, maka pengujian seharusnya dilakukan lebih dari satu kali. Jika hasil eksperimen tidak dapat membuktikan hipotesis atau tidak dapat memberikan penjelasan ilmiah berdasarkan data dari hasil eksperimen, untuk itu hipotesis ditolak karena tidak sesuai dengan data eksperimen dan hipotesis yang tidak sesuai dengan data eksperimen perlu dikaji ulang dan diperbaiki. Setelah semua hipotesis teruji dan dapat dibuktikan kebenarannya melalui eksperimen, maka langkah yang terakhir adalah (5) mengkomunikasikan, yaitu proses menghubungkan dengan pengetahuan baru dengan situasi pertanyaan baru.

Para ilmuwan di seluruh dunia menggunakan metode standar dalam melakukan pembuktian suatu teori yang disebut metode ilmiah. Metode ilmiah memastikan bahwa standar dan proses tertentu digunakan dalam mengevaluasi hubungan sebab-akibat. Sebuah eksperimen menggunakan metode ilmiah biasanya meliputi langkah-langkah berikut, seperti dijelaskan secara lebih rinci di bawah dan diringkas seperti yang ditunjukkan dalam Gambar 1:


Pencarian Kesalahan Rangkaian Penyearah Menggunakan Metode Saintifik

FOKUS POKOK BAHASAN

METODE PENCARIAN KERUSAKAN

Sifat Dioda Penyearah

Multimeter dapat digunakan sebagai salah satu cara yang cepat dan mudah untuk mengetahui sebuah dioda dalam kondisi rusak atau kondisi baik.


Gambar 2(b\a). Dioda kondisi Bias Mundur

Gambar 2(a) menunjukkan dioda yang baik memiliki nilai resistansi (rR) yang tinggi (idealnya terbuka) pada saat kondisi arah bias mundur (reverse biased) dan Gambar (2b) memiliki resistensi (rD) yang rendah bila dalam keadaan arah bias maju (forward biased). Sedangkan untuk dioda putus memiliki resistansi jauh lebih tinggi (atau terbuka) bila dibandingkan dengan dioda kondisi terbias maju ataupun dioda terbias mundur. Dan sebuah dioda dapat diketahui dalam keadaan hubung singkat (korsleting) atau memiliki resistif cacat akan menunjukkan nol atau resistansi rendah untuk bias maju atau mundur.


Gambar 2(b). Dioda kondisi Bias Maju

Jenis kerusakan atau kegagalan yang paling sering adalah jenis kerusakan terbuka daripada jenis kerusakan hubung singkat.

Pengujian Diode Menggunakan Digital Multi Meter

Banyak multimeter digital (Digital Multi Meter ) dilengkapi dengan fungsi uji dioda dan menyediakan cara yang sangat mudah untuk menguji sebuah dioda dalam keadaan baik atau rusak. Bila DMM digunakan untuk menguji dioda, tegangan meter internal menyediakan tegangan bias yang cukup, baik untuk bias maju atau bias mundur. Rentang nilai tipikal tegangan bias internal alat ukur DMM dapat bervariasi antara 2,5V sampai 3,5V. Multimeterumumnya menyediakan pembacaan tegangan atau indikasi/informasi pengguna untuk menunjukkan kondisi diode yang akan diuji

Diode Kondisi Baik

Bias Maju (Forward Biased): Pada Gambar 2(b), merah (positif) lead meter terhubung ke ujung anoda dan hitam (negatif) terhubung ke ujung katoda untuk kondisi dioda terbias maju (forward biased). Jika diode dalam kondisi baik/normal, maka hasil pengukuran tegangan akan menunjukkan pembacaan antara minimum 0,5V sampai maksimum 0,9V, dan 0,7V untuk nilai tipikal/khas untuk dioda bias maju.

Bias Mundur (Reverse Biased): Pada Gambar 2(a) menunjukkan pengujian dioda dalam arah mundur (reverse biased). Dan jika dioda dalam kondisi baik/normal, maka hasil pengukuran tegangan akan menunjukkan pembacaan, biasanya inkasi pembacaan multimeter menunjukkan "OL". Ada beberapa alat ulur Multimeter Digital (DMM) dapat menampilkan tegangan internal dalam kondisi dioda terbias mundur (reverse-biased).

Dioda Kondisi Rusak.

Ketika dioda mengalami kegagalan (terbuka-open circuit), maka hasil pengukuran multimeter akan menunjukkan inkasi "OL" baik itu untuk dioda kondisi terbias maju ataupun dioda terbias mundur seperti digambarkan pada Gambar 3(c). Dan sebaliknya, jika dioda dalam keadaan hubung singkat (short circuit), maka tegangan yang terbaca alat ukur multimeter digital adalah 0V, baik itu untuk pengujian kondisi dioda terbias maju maupun dioda terbias mundur, seperti yang ditunjukkan dalam Gambar 3(d).

Pengujian Komponen Elektronik

Bila sebuah instrumen yang hendak diperbaiki dan ketika diamati memperlihatkan tanda-tanda atau gejala pada komponen tertentu yang patut dicurigai, maka langkah berikutnya adalah melakukan pengujian secara teknis untuk memastikan apakah komponen tersebut mengalami kerusakan atau tidak. Pengujian sangat berguna untuk menyakinkan alasan alasan logis secara teknis, bahwa berdasarkan data-data pengujian tentang sejarah kerusakan komponen. Kerusakan mungkin disebabkan adanya cacat produksi, kesalahan rancangan, metode produksi tidak menggunakan teknologi yang tepat, atau faktor usia. Jadi, seandainya dinjumpai sejumlah besar komponen rusak menjadi rangkaian terbuka, pabrik pembuat perlu menganalisa apakah kegagalan tersebut dikarenakan oleh kesalahan rancangan.

Untuk memastikan kondisi rangkaian terbuka atau terhubung singkat, dapat dilakukan pengujian dengan multimeter pada posisi ohm, dan untuk menghindari penunjukkan yang salah dari ohmmeter dalam memeriksa rangkaian komponen dalam kondisi terbuka. Untuk itu sebelum dilakukan pengukuran salah satu dari kaki komponen yang dicurigai perlu dilepas dahulu, dan jika tidak, maka komponen lain yang terhubung paralel dengan komponen yang dicurigai akan memberikan penunjukkan resistansi yang salah.


Gambar 3. Pengujian Dioda Menggunakan DMM

Pengujian Dioda Menggunakan Fungsi OHM-METER:Multimeter Digital (DMM) yang tidak dilengkapi fasilitas pengujian dioda, dapat juga digunakan untuk memeriksa dioda dengan menggunakan saklar fungsi/pemilih pada posisi rentang ohm. Untuk pengujian bias maju dengan kondisi dioda baik, maka hasil pengukuran ohm-meter akan menunjukkan nilai pembacaan resistensi yang bervariasi tergantung pada baterai internal meter. Dengan Multimeter yang tidak memiliki cukup tegangan pada pengaturan penuh (full-range) pada kondisi bias maju, maka nilai resistansi yang dibaca oleh ohmmeter sekitar beberapa ratus hingga beberapa ribu ohm.

Pengujian kondisi dioda terbias mundur untuk kondisi dioda baik/normal, hasil pengukuran ohm-meter digital (DMM) akan menunjukkan indikasi di luar rentang jangkauan ohm-meter, seperti tanda "OL" karena hambatan balik terlalu tinggi, dan jarum tidak menunjuk untuk ohm-meter analog.

Meskipun ketika melakukan pengujian, mungkin tidak mendapatkan nilai pembacaan resistansi yang tepat/akurat untuk kondisi bias mundur dari pembacaan yang diberikan oleh DMM, namum indikasi "OL" yang ditunjukkan oleh multimeter digital dapat memberikan fakta, bahwa dioda tersebut dalam kondisi baik/tidak rusak, Indikator diluar jangkauan "OL" atau (out-of-range) menunjukkan indikasi bahwa nilai resistansi arah balik sangat tinggi. Hasil pembacaan beberapa ratus hingga beberapa ribu ohm untuk kondisi dioda bias maju relatif kecil dibandingkan dengan resistensi ketika dioda mendapat arah bias mundur. Berdasarkan pernyataan tersebut, menunjukkan bahwa dioda bekerja dengan benar dan dalam kondisi baik/normal. Pada umumnya, besarnya resistansi ketika dioda mendapati bias maju, biasanya jauh kurang dari 100ohm.

 

Metode Pencarian Kesalahan Penyearah Gelombang Penuh

Proses Berfikir Logis: Sebagai seorang teknisi di bidang elektronik dibutuhkan kemampuan untuk melacak secara cepat kerusakan pada peralatan dan rangkaian elektronika merupakan salah satu ketrampilan yang penting sebagai prasyarat bagi teknisi elektronik atau mekanik. Kemampuan dan ketrampilan dalam melacak kerusakan dibutuhkan pengetahuan berfikir logis, karena ketrampilan ini memerlukan pemahaman tentang komponen dan prinsip kerja rangkaian dan dukungan pengetahuan tentang metode pengujian dan kerusakan komponen. Pada bab ini diarahkan terutama difokuskan pada masalah kerusakan komponen yang terjadi dalam rangkaian DC power supply sederhana dan belum mengarah pada teknik pelacakan kerusakan untuk melokalisir kerusakan rangkaian-rangkaian yang rumit, seperti pada peralatan instrumentasi.

Untuk mediagnosa kerusakan suatu komponen elektronik, diperlukan adanya gejala kerusakan untuk menentukan apakah komponen tersebut mengalami kerusakan atau kegagalan.

Kemampuan didalam melakukan pelacakan kerusakan menggabungkan aspek pengetahuan teoritis kedalam pengalaman praktis (logika). Sebelum melakukan pelacakan komponen yang rusak, seorang teknisi di bidang elektronika harus membekali pemahaman tentang fungsi komponen dan karakteristiknya.

Pencarian kesalahan adalah suatu proses penerapan cara berpikir logis dikombinasikan dengan kemampuan pengetahuan dalam mengidenfikasi kerusakan sistem kerja suatu rangkaian sehingga menjadi tidak rusak. Pendekatan sistematis dalam memecahkan suatu kesalahan/kerusakan terdiri dari tiga tahapan, yaitu; analisis, perencanaan, dan pengukuran.

Analisis: Langkah awal dalam mengatasi masalah ketika sirkuit/sistem mengalami kegagalan/tidak berfungsi normal/cacat adalah menganalisis permasalahan sistem sebanyak yang dimungkinkan, mencakup identifikasi dan menghilangkan gejala sebagai penyebab kegagalan.

Dalam kasus contoh catu daya diilustrasikan pada Gambar 4, dimana gejalanya adalah tidak ada tegangan dc di tingkat keluaran, ketika dilakukan pengaturan. Gejala dalam situasi ini tidak memberikan gambaran banyak tentang apa penyebab spesifik yang menyebabkan catu daya mengalami kegagalan/rusak. Sifat kerusakan seperti ini sifatnya masih umum, bukan kerusakan spesifik.

Sebaliknya, dalam situasi yang berbeda, sebuah gejala tertentu dapat menunjukkan daerah tertentu di mana kesalahan yang paling dimungkinkan dapat dengan mudah dilokalisir.

Langkah awal yang harus dilakukan dalam menganalisis masalah adalah mencoba untuk menghilangkan penyebab kesalahan dengan jelas, cepat dan tepat. Secara umum, pertama yang harus dilakukan adalah dengan memastikan kabel daya dicolokkan ke outlet aktif dan untuk memastikan bahwa sekering tidak putus. Dalam kasus sistem bertenaga baterai, pastikan baterai dalam kondisi masih baik. Penting, sesuatu yang sederhana seperti ini kadang-kadang menjadi salah satu penyebab masalah. Namun, dalam kasus ini, harus dipastikan bahwa sumber daya utama dalam kondisi baik.


Gambar 4. Pengukuran Tegangan Dengan CRO

Selain memeriksa daya, mendeteksi komponen yang cacat, seperti resistor terbakar, jalur/kabel rusak/terputus, sambungan longgar, atau sekering putus. Beberapa kegagalan dapat diakibatkan oleh temperatur, seperti komponen terlalu panas ketika mendapat sentuhan. Untuk menghindari sentuhan arus, berhati-hati ketika memeriksa komponen yang menerima panas lebih dalam kondisi rangkaian keadaan hidup. Untuk menghindari kegagalan komponen, seperti terbakar, ada catu daya yang dilengkapi sensor panas, rangkaian dapat bekerja dengan baik hanya untuk sementara waktu dan kemudian gagal/tidak berfungsi lagi karena penumpukan panas yang berlebihan pada salah satu komponen. Metode menemukan kesalahan adalah pertama harus melakukan pemeriksaan piranti sensorik sebagai bagian dari tahapan analisis sebelum melanjutkan tahap perencanaan (menemukan komponen yang panas).

Perencanaan:Pada fase ini, Anda harus mempertimbangkan bagaimana Anda akan menerapkan pendekatan masalah. Ada tiga pendekatan yang mungkin dapat digunakan untuk mengatasi masalah pada rangkaian atau system elektronik, seperti pada rangkaian catu daya sederhana, dapat dilakukan langkah-langkah sebagai berikut:

Metode Pencarian Kesalahan Sisi Masukan: Pencarian kerusakan dimulai dari tingkat masukan/input (sekunder transformator dalam kasus power supply dc) sampai pada tingkat keluaran. Periksa tegangan pada setiap titik uji sampai didapatkan hasil pengukuran yang salah. Bilamana dalam pengukuran menunjukkan ada tegangan di tingkat masukan, maka pengujian selanjutnya adalah menemukan kesalahan di tingkat berikutnya sampai ditemukan data pengukuran berdasarkan fakta adalah tidak benar. Dan bilamana dalam tahap ini tidak ditemukan tegangan yang salah selama pencarian kesalahan, maka setidaknya dalam proses ini telah mempersempit masalah dimulai dari pencarian kesalahan titik awal hingga titik tes terakhir dimana tidak ditemukan tegangan yang salah. Dalam rangka mengenali tegangan pengukuran yang salah, penerapan proses pendekatan pemecahan masalah melalui pengukuran, seharusnya mengetahui tegangan apa yang akan diukur pada setiap titik pengukuran.

Metode Pencarian Kesalahan Sisi Keluaran: Pencarian kerusakan dimulai dari tingkat keluaran dari sirkuit menuju ke arah masukan. Periksa tegangan pada setiap titik uji sampai didapatkan hasil pengukuran yang benar. Jika dalam pengukuran telah ditemukan hasil pengukuran yang benar pada titik tertentu, maka pencarian kesalahan telah dapat mengisolasi/menemukan masalah pada bagian dari rangkaian antara titik tes terakhir dan titik uji, yaitu dengan dibuktikan dan ditemukan-nya tegangan ukur yang benar.

Metode Pencarian Kesalahan Belah Tengah:Metode belah dua bagian merupakan cara yang ampuh dalam melokalisasikan kerusakan dalam instrumen yang terdiri tas sejumlah besar blok-blok secara seri. Proses pencarian kesalahan dimulai dari titik tengah rangkaian. (1) Bilamana keadaan pengukuran menunjukkan dan memberi hasil yang benar, maka berdasarkan hasil pengukuran ini telah diketahui daerah rangkaian mana yang berfungsi normal dan daerah mana yang diasumsikan mengalami kerusakan/kesalahan. Daerah rangkaian yang berfungsi normal dimulai dari tingkat masukan sampai ke titik uji terakhir, dan ini berarti bahwa kesalahan adalah antara titik uji keadaan saat ini sampai pada tingkat titik keluaran, jadi penelusuran pencarian kesalahan dimulai dari titik terakhir sampai ke tingkat keluaran. Jika pengukuran di tengah sirkuit tidak menunjukkan tegangan yang salah, maka kesalahan dilokalisir berada diantara tingkat masukan dan titik uji kedaan saat ini. Oleh karena itu, penelusuran kesalahan dapat dimulai dari titik uji keadaan saat ini menuju ke tingkat masukan.

Penerapan metode pencarian kesalahan belah tengah diilustrasikan dengan menggunakan oslloscope seperti yang diperlihatkan Gambar 5(a).


Gambar 5(a) Metode Pengukuran Belah tengah

 

Metode Pengukuran

Penerapan metode pencarian kesalahan rangkaian belah tengah dapat diilustrasikan pada Gambar 5(b) dengan indikasi kasus kesalahan diasumsikan filter kapasitor keluaran penyearah dalam kondisi terbuka. Sebagai contoh power supply yang ditunjukkan dalam diagram blok dari Gambar 5(b) yang terdiri dari empat blok memungkinkan menggunakan metode belah tengah menjadi dua bagian. Pengujian belah dua bagian, dapat menentukan dan menguraikan bagian mana rangkaian dalam kondisi bekerja/normal dan yang tidak berfungsi/rusak, selanjutnya menguraikan bagian yang tak berfungsi menjadi dua bagian lagi sampai mendapatkan lokasi kerusakan. Contoh merupakan cara terbaik untuk merealisasikan pengertian atas metoda ini. Anggaplah ada suatu kerusakan pada blok filter rangkaian power supply, urutan pengujian dapat dilakukan sebagai berikut:

  1.  Membelah blok menjadi dua bagian, periksa tegangan masukan blok filter titik uji (TP2) dan tegangan keluaran blok filter (TP3).
  2. Membelah blok kearah masukan menjadi dua bagian, bilamana hasil pengukuran titik uji (TP2) dihasilkan pengujian yang salah.
  3. Membelah blok kearah keluaran menjadi dua bagian, bilamana hasil pengukuran titik uji (TP3) dihasilkan pengujian yang salah.

Pengukuran pada titik uji (Test Point-TP2) menunjukkan tegangan pada tingkat keluaran penyearah gelombang penuh dan tegangan keluaran sekunder transformator secara proporsional memberikan indikasi data tegangan dengan frekuensi ripple yang benar. Oleh karena dari hasil pengukuran tegangan pada titik uji (TP3) menunjukkan hasil yang sama dengan hasil pengukuran pada titik uji (TP3), maka dari itu hasil pengukuran dari titik uji (TP2 dan TP3) memberikan indikasi, bahwa kapasitor filter penyearah dalam keadaan terbuka. Dan bilamana filter dalam keadaan normal, maka hasil pengukuran tegangan dc pada titik uji (TP3) adalah lebih besar bila dibandingkan dengan hasil pengukuran titik uji (TP2), dan tegangan ripple pada titik uji (TP3) lebih kecil dari titik uji (TP2). Dan bilamana kondisi filter kapasitor penyearah dalam keadaan hubung singkat, maka tidak ada tegangan pada semua titik uji (TP1), (TP2), maupun (TP3), dan tanda-tanda kegagalan komponen hubung singkat, kemungkinan besar diindikasikan dengan putusnya sekering (fuse). Kerusakan hubung singkat dalam suatu sistem dimanapun tempatnya, merupakan jenis kerusakan yang sulit untuk dilokalisir, karena selalu ditandai dengan putusnya sekering.

Gambar 5(b) Metode Pengukuran Power Supply

 Oleh karena itu untuk melokalisir kegagalan hubung singkat dalam suatu sistem, penerapan 3 metode diatas tidak bisa dilakukan. Dan kebanyakan suatu sistem yang mengalami kegagalan hubung singkat ditandai dengan panas yang berlebihan pada komponen tertentu. Ilustrasi yang ditunjukkan oleh Gambar 5(b) memberikan gambaran penerapan metode dalam pencarian kesalahan pada rangkaian regulated power supply sederhana. Penerapan metode rangkaian belah tengah memerlukan dua kali pengukuran guna melokalisir/mengisolasi daerah kerusakan. Dan jika pengukuran dimulai dari tingkat masukan transformator atau dimulai dari tingkat akhir keluaran, diperlukan tiga kali pengukuran untuk melokalisir/mengisolasi daerah kerusakan/kegagalan. Oleh karena itu, penerapan metode rangkaian belah tengah lebih banyak digunakan untuk melokalisir daerah kerusakan.

Metode belah dua sangat efektif manakala sejumlah komponen atau blok yang dirangkaikan berjumlah besar, misalkan ketika dalam rangkaian banyak digunakan sejumlah plug dan sambungan soket atau sederetan pemanas dalam peralatan katup. Meskipun demikian, ada sejumlah anggapan tertentu sebagai prasyarat untuk metode dibelah dua: (1) keandalan seluruh komponen rata-rata sama; (2) dimungkinkan untuk melakukan pengukuran pada titik-titik yang diinginkan dan praktis; (3) seluruh pengujian sama bentuknya dan membutuhkan waktu yang sama. Anggapan-anggapan ini tidak selalu sah dan itu bergantung teknisi yang selanjutnya akan menetapkan metode pendekatan terbaik yang dipilihnya. Metode dipecah dua dapat juga menjadi tidak efektif, bilamana:

 

Analisis Kesalahan

Dalam beberapa kasus, untuk mengidentifikasi gejala kesalahan pada rangkaian tertentu, diperlukan metode bagaimana melokalisir masalah/kegagalan pada komponen tunggal dalam sustu rangkaian. Langkah penting dalam menemukan kesalahan, Siswa harus menerapkan pemikiran logis dan pengetahuan tentang gejala kerusakan yang disebabkan oleh kegagalan komponen tertentu. Beberapa kegagalan komponen memiliki ciri-ciri yang spesifik/khas dan pada bab ini siswa dituntut untuk dapat mengidentifikasi gejala kerusakan beberapa komponen yang bermasalah dalam suatu rangkain penyearah.

Komponen Katagori Rusak:Suatu komponen dikatakan rusak bila sebarang tetapannya di luar batas yang telah ditentukan dalam spesifikasi data teknis. Sebagai contoh, bila sebuah resistor 5,6kΩ ± 5% pada kenyataan bernilai 6kΩ, atau arus bocor pada kapasitor elektrolit 64µF/12V adalah 150pA bila nilai maksimum yang ditentukan adalah 10pA, maka kedua komponen tersebut dikatakan rusak (gagal). Kedua contoh ini dapat digolongkan kerusakan parsial (terpisah), karena mereka tidak membawa kerugian dalam penampilan keseluruhan, tetapi cenderung membawa sedikit perubahan. Kerusakan parsial teristimewa penting bila komponen yang digunakan berada dalam posisi rangkaian kritis.

Kerusakan yang akan kita perhatikan adalah kerusakan katastropik (kerusakan fatal), yaitu kerusakan yang terjadi secara mendadak dan menyeluruh. Sebagai contoh, resistor nilainya menjadi amat besar atau menjadi rangkaian terbuka, atau dioda yang anoda dan katodanya menjadi rangkaian hubung singkat. Jenis kerusakan semacam ini membawa dampak terhadap sistem rangkaian secara keseluruhan, dan pada umumnya disertai dengan gejala perubahan yang signifikan terhadap tegangan panjar/bias dc.

Pada umumnya, komponen yang mengalami kerusakan memiliki jenis dan ciri-ciri kerusakan tertentu. Misalnya; (1) resistor, terutama jenis film, ketika rusak berubah menjadi rangkaian terbuka, karena komponen resistor lebih sering terjadi patahan kecil pada bagian resistansi spiral daripada rusak hubung singkat. (2) Sebaliknya, jenis komponen kapasitor elektrolit cenderung rusak sebagai rangkaian hubung singkat. Tabel 1. memperlihatkan jenis-jenis kerusakan yang mungkin terjadi untuk berbagai jenis komponen elektronika.

Tabel 1. Jenis-Jenis Kerusakan Komponen Elektronik

Jenis kerusakan komponen elektronik yang mudah dipahami adalah jenis kerusakan yang disebabkan akibat cacat produksi atau karena mendapat beban lebih. Pada umumnya, jenis kerusakan komponen yang banyak dijumpai adalah jenis kerusakan karena usia pakai akibat tekanan beban yang diterima secara terus-menerus. (1) Kerusakan komponen akibat tekanan beban ada dua macam, yakni tekanan akibat operasi kerja serta tekanan lingkungan. Kerusakan komponen oleh tekanan operasi kerja berkaitan langsung dengan kondisi perancangan sehingga usia pakai (life-time) dapat diperpanjang bila pengoperasiannya berada pada daerah di bawah batas maksimum spesifikasi data teknis yang diberikan, seperti nilai batas untuk arus, tegangan, dan daya yang diijinkan. (2) Kerusakan komponen akibat tekanan lingkungan, disebabkan oleh kondisi sekitarnya. Temperatur terlalu tinggi, tekanan tinggi atau rendah, kelembaban tinggi atau korosi oleh zat-zat kimia, debu-debu di udara, merupa[an kondisi yang tak diinginkan. Semua tekanan oleh lingkungan dapat membawa pengaruh bagi komponen dan menyebabkan terjadinya penyimpangan dari spesifikasinya dan pada akhirnya dapat merusak komponen. Sebagai contoh, misalkan komponen menerima panas dan kemudian dingin dalam siklus terus-menerus, akan menyebabkan komponen menjadi cepat rusak, dan atau karena goncangan mekanis tertentu akan menyebabkan komponen menjadi rangkaian terbuka atau rusak.

Menguji Rangkaian Pencatu Daya: Peralatan elektronik seperti power supply memiliki sejumlah besar parameter yang secara rutin ditentukan oleh produsen. Hal ini penting untuk memastikan secara akurat mengevaluasi kualitas dan keandalan produknya secara teknis apakah power supply yang telah diproduksi sudah sesuai untuk digunakan dalam aplikasi. Hal ini sama pentingnya bahwa pengujian produksi menjamin kinerja yang tepat dan tingkat mutu dapat dipelihara oleh vendor.

Parameter Power Supply: Parameter-parameter penting dari perangkat pencatu daya yang harus diukur oleh seorang teknisi perbaikan adalah sebagai berikut:

 Tegangan keluaran DC

Peralatan/Test Set-Up: Sebuah tes umum sebuah power supply memerlukan pasokan listrik seperti diilustrasikan pada Gambar 2.108. Pengaturan ini dapat digunakan untuk hampir semua parameter kritis. Beberapa kondisi umum berlaku ketentuan sebagai berikut:

Peralatan:

  1. Keakuratan voltmeter dan meter saat ini harus sekitar sepuluh kali resolusi yang dibutuhkan untuk mengukur parameter. Semua meter harus 4½ digit.
  2. Setiap osiloskop yang digunakan harus memiliki resolusi kira-kira sepuluh kali parameter yang diukur. Kemampuan osiloskop harus memiliki Bandwidth sebesar 20MHz sampai 100MHz.
  3. Masukan sumber daya yang digunakan harus cukup untuk memasok kebutuhan daya masukan maksimum yang diperlukan oleh Unit Under Test (UUT).

 Pengaturan Awal (Set-Up)

  1. Tegangan masukan diatur mulai dari nilai "nominal". Tegangan nominal pada umumnya adalah 110V-ac atau 220V-ac untuk pasokan sumber listrik AC/DC, atau 5V-dc, 12V-dc, 24 V-dc atau 48V-dc untuk DC/DC converters. Nilai masukan nominal harus dapat memasok daya masukan maksimum yang diperlukan oleh Unit Under Test (UUT), dan informasi teknis hasil pengujian ditulis dalam lembar data produksi.
  2. Beban keluaran diatur sampai mencapai arus beban penuh.
  3. Suhu ambien harus dijaga pada 25°C.
  4. Semua koneksi ke catu daya harus dibuat dengan hati-hati untuk menghindari kesalahan induksi dalam pengukuran.

 

Semua parameter tersebut dapat diukur dengan menggunakan rangkaian uji standar yang diperlihatkan seperti pada Gambar 6.

Untuk menguji tingkat regulasi dari unit pencatu daya dapat dengan cara mengukur nilai tegangan keluaran dc diatur nilainya pada kondisi beban penuh.

Dianjurkan untuk mengukur keluaran dimulai dari beban rendah (arus kecil) dan dinaikkan secara bertahap sehingga sampai dicapai arus beban maksimum, yang disertai dengan adanya sedikit perubahan penurunan tegangan keluaran.

Nilai fluktuasi amplitudo kerutan puncak-ke-puncak (ripple voltage) dapat dilakukan pengukuran dengan menggunakan osiloskop atau dengan menggunakan RMS-voltmeter. Kisaran nilai tegangan kerutan ac sangat sensitif dan amat kecil biasanya kurang dari 20mV, oleh karena itu alat ukur yang hendak digunakan untuk mengetahui tegangan ripple sebaikknya memiliki resistansi dinamis internal yang besar, diatas 20.000Ω/V.

Pengukuran kestabilan dan regulasi memerlukan ketelitian pengamatan setiap perubahan kecil tegangan keluaran dc, untuk itu diperlukan alat ukur voltmeter digital. Untuk pengujian kestabilan, unit pencatu daya harus diberi beban penuh dan diamati setiap perubahan tegangan keluaran dc akibat perubahan tegangan masukan ac sebesar 10%. Tegangan masukan jala-jala dapat diubah dengan menggunakan auto-trafo yang dapat diatur seperti yang diperlihatkan pada Gambar 6. Sebagai contoh bila tegangan keluaran dc berubah 50mV dari 10V atau tegangan keluaran berubah sebesar 0,5%, maka didapatkan faktor stabilitas akibat tegangan masukan jala-jala sebesar 40:1.


Persentase Regulasi:Kualitas sebuah regulator tegangan dapat dilihat dari faktor regulasi yang dinyatakan dalam satuan persentase kepantasan (figure of merit). Nilai ini dapat digunakan untuk menentukan tingkat kinerja/kestabilan dari rangkaian regulator tegangan. Persentase regulasi dari regulator tegangan dapat diperoleh melalui pengujian dari perubahan jala-jala atau perubahan arus beban terhadap tingkat kestabilan tegangan keluaran.

Regulasi Jala-Jala: Ragulasi jala-jala menentukan nilai seberapa besar perubahan tegangan yang terjadi pada keluaran akibat dari perubahan tegangan masukan. Nilai pesentase regulasi jala-jala biasanya juga didefinisikan sebagai rasio perubahan tegangan keluaran untuk perubahan yang sesuai pada tegangan masukan dinyatakan sebagai persentase kualitas sebuah regulator tegangan, dan dapat dinyatakan sebagai berikut:

Regulasi Beban: Regulasi beban menentukan nilai seberapa besar perubahan tegangan yang terjadi pada keluaran pada rentang tertentu akibat dari perubahan nilai arus beban, pada umumnya pengujian dimulai dari arus minimum (tanpa beban, NL) sampai ke tingkat arus maksimum (beban penuh, FL). Nilai pesentase regulasi beban dinyatakan sebagai rasio persentase dan dapat dihitung dengan rumus berikut:

Gambar 7. Pengujian Regulasi Beban

Pengujian regulasi beban diukur dengan menjaga tegangan masukan jala-jala dalam kondisi konstan dengan mengamati perubahan tegangan keluaran ketika beban berubah-ubah dari nol sampai beban penuh.

 REGULASI BEBAN IC-LM7805: Sebuah IC regulator tegangan LM7805, ketika dilakukan pengukuran tanpa beban menghasilkan tegangan keluaran sebesar 5,18V dan ketika diberi beban penuh mengalami penurunan tegangan sebesar 5,15 V. Tentukan nilai persentase regulasi beban yang diberikan oleh IC-LM7805?

 Untuk mendapatkan informasi yang lebih jelas tentang keandalan dan kualitas regulator tegangan sering kali diperlukan grafik regulasi beban. Gambar 7 memperlihatkan grafik regulasi beban perubahan tegangan keluaran terhadap perubahan arus beban unit daya yang disertai pembatas arus. Perubahan tegangan keluaran amat kecil di antara arus beban penuh dan arus tanpa beban. (current limiter).

Kerusakan Khusus:Bila suatu unit perangkat daya setelah selesai diperbaiki kembali mengalami kerusakan, maka langkah awal dalam memperbaiki jenis kerusakan ini adalah melakukan pengujian tahanan isolasi terhadap beberapa bagian tertentu dari unit perangkat daya, terutama terhadap bagian logam. Kerusakan mungkin terdapat dalam trafo, penyearah, bagian filter, atau regulator. Untuk mendapatkan hasil pengukuran yang akurat dan efektif, maka untuk melokalir gejala kerusakan seperti ini dibutuhkan pengukuran dengan menggunakan voltmeter dan metode pencarian kerusakan yang telah dibahas sebelumnya.

Tabel 2 memberikan sejumlah keterangan tentang gejala kerusakan khusus. Kerusakan-kerusakan yang diberikan hanya merupakan sampel atau contoh dari sekian banyak kerusakan yang sering terjadi pada unit perangkat daya.

Tabel 2. Jenis-jenis kerusakan yang sering terjadi dalam perangkat daya.

Teknik dan kemampuan dalam melokalisir komponen yang rusak dari sekumpulan gejala yang berbeda-beda dapat diperoleh dengan cara melakukan simulasi atau praktek pengujian perangkat daya secara langsung, dan untuk mencapai maksud tersebut disediakan latihan-latihan yang telah disesuaikan dengan keperluan teknik pencarian kesalahan pada rangkaian penyearah atau unregulated power supply berikut:

 FOKUS POKOK BAHASAN

 PENGUJIAN TEGANGAN

 

Kerusakan Penyearah Setengah Gelombang

Pengaruh kerusakan Penyearah Setengah Gelombang, ketika dioda dalam kondisi terbuka (open circuit) memiliki ciri-ciri seperti ditunjukkan pada Gambar 8. Gejala yang dihasilkan tegangan keluaran penyearah (VP-RECT) adalah nol seperti yang ditampilkan oleh Gambar 8. Hasil pengukuran ini menunjukkan fakta, bahwa jelas kemungkinan komponen pertama yang mengalami kegagalan adalah dioda dalam kondisi terbuka dan tidak dapat mentranformasikan arus/tegangan dari gulungan sekunder transformator ke filter dan resistor beban, sehingga menyebabkan tidak ada arus mengalir ke beban.

Kesalahan berbeda yang menyebabkan gejala yang sama pada rangkaian penyearah ini adalah gulungan transformator dalam kondisi terbuka, sekering terbuka, atau tidak ada tegangan masukan dari jala-jala.


Gambar 8. Penyearah Setengah Gelombang

 FOKUS POKOK BAHASAN

Kerusakan Penyearah Gelombang Penuh-CT

Pengaruh kerusakan dari Penyearah Gelombang Penuh Tap Tengah (CT), ketika salah satu dioda dalam kondisi terbuka (open circuit) memiliki ciri-ciri seperti ditunjukkan pada Gambar 9. Pengaruh ketika Dioda dalam kondisi terbuka, maka tegangan keluaran (VP-RECT) penyearah gelombang penuh tap tengah dengan filter ditunjukkan pada Gambar 9.

Jika salah satu dari dua dioda terbuka, maka tegangan keluaran akan naik dua kali dari tegangan riak normal pada 50Hz (penyearah setengah gelombang) dari yang seharusnya 100Hz, berubah seperti yang ditampilkan hasil pengukuran Gambar 9.


Gambar 9. Penyearah Gelombang Penuh CT

Kesalahan berbeda yang akan menyebabkan gejala yang sama dari rangkaian penyearah ini adalah gulungan transformator dalam kondisi terbuka, sekering terbuka, atau tidak ada tegangan masukan dari jala-jala.

Alasan frekuensi riak dari hasil pengukuran berubah menjadi 50Hz dari yang seharusnya 100Hz adalah sebagai berikut. Jika salah satu dari dioda pada Gambar 9 dalam kondisi terbuka (open circuit), arus yang mengalir melalui beban RL hanya selama perioda setengah siklus tegangan masukan jala-jala. Sedangkan selama separuh siklus masukan berikutnya, salah satu dari dioda dalam kondisi terbuka, sehingga kondisi separuh siklus arus tidak dapat mengalir menuju beban RL dikarenakan oleh salah satu dioda yang terbuka. Hasilnya adalah seperti penyearahan setengah gelombang, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 9, yang menghasilkan tegangan riak hasil penyearahan yang lebih besar dengan frekuensi 50Hz.

FOKUS POKOK BAHASAN

GEJALA KERUSAKAN

Kerusakan Penyearah Gelombang Penuh Jembatan

Sebuah dioda terbuka penyearah gelombang penuh jembatan akan menghasilkan gejala yang sama seperti pada rangkaian penyearah gelombang penuh CT, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 10. Salah satu Dioda terbuka akan mencegah arus mengalir ke beban RL selama setengah siklus dari tegangan masukan.

Ciri-ciri kerusakan dari Gambar 10 adalah tegangan rektifikasi setengah-gelombang dengan frekuensi tegangan riak pada 50Hz seperti pada penyearah gelombang penuh CT.

Tiga jenis efek kerusakan filter kapasitor penyearah gelombang penuh diilustrasikan pada Gambar 10 dapat dicirikan sebagai berikut:


 

Gambar 10. Penyearah Gelombang Penuh Jembatan

 Kapasitor Filter Kondisi Terbuka:Jika kapasitor filter pada penyearah gelombang penuh terbuka, tegangan keluaran dihasilkan merupakan tegangan gelombang penuh dengan frekuensi ripple 100Hz.

Kapasitor Filter Kondisi Hubung Singkat/Korsleting:Jika filter kapasitor penyearah gelombang penuh dalam hubungan pendek, tegangan keluaran penyearah adalah 0V. Akibat kapasitor filter hubung singkat akan menyebabkan sekering terputus/terbuka. Dan jika arus maksimum sekering lebih besar dari arus maksimum dioda, akibat kapasitor filter korsleting dapat menyebabkan beberapa atau semua dioda penyearah menjadi terbakar karena arus melebihi batas maksimum. Dalam kondisi perubahan arus hubung singkat apapun, tegangan keluaran tetap 0V.

Kapasitor Filter Kondisi Bocor: Sebuah filter kapasitor bocor adalah setara dengan sebuah kapasitor dengan tahanan bocor paralel. Kerusakan jenis ini dapat menyebabkan peningkatan tegangan riak pada keluaran. Kesalahan jenis ini jarang terjadi.

Efek dari tahanan bocor dapat mengurangi konstanta waktu dan memungkinkan debit pengisian kapasitor akan lebih cepat dari biasanya. Gambar 11 memperlihatkan tiga jenis kerusakan kapasitor filter pada penyearah gelombang penuh.

 

Gaambar 11. Penyearah Gelombang Penuh Kapasitor Filter Rusak

 

Efek Transformer Rusak: Sebuah gulungan primer atau sekunder transformator daya terbuka, menyebabkan pasokan tegangan keluaran 0V, seperti jenis dan ciri kerusakan yang dijelaskan sebelumnya.

TIP & TRIK PENCARIAN KESALAHAN: RANGKAIAN POWER SUPPLY SEDERHANA

 FOKUS POKOK BAHASAN

METODE PENCARIAN KESALAHAN

Pencarian Kesalahan Rangkaian Power Supply

Tugas Siswa pada kasus ini adalah mengatasi masalah pada rangkaian power supply yang ditunjukkan dalam diagram blok pada Gambar 12. Pada kasus ini, Anda dianggap telah menemukan kesalahan pada rangkaian power supply, bahwa tidak ada tegangan keluaran pada TP4 dari regulator, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 12.

 

 

Metode Pencarian Kesalahan

Langkah 1

Bila tidak ada tegangan pada titik uji 2 (TP2).

Logika Berfikir: Kasus pada tahap ini menunjukkan bahwa kesalahan berada antara masukan ke trafo dan keluaran dari penyearah. Kemungkinan besar, permasalahan utama berada pada blok _________________ atau di bagian blok _________________, tapi kemungkinan kesalahan juga bisa terjadi hubungan pendek pada _________________ masukan penyearah terhadap tanah.

 

Langkah 2

Logika Berfikir: Kasus pada tahap ini menunjukkan bahwa asumsi pada langkah 1 yang menyatakan bahwa transformator mengamlami kegagalan adalah _______________, hasil pengukuran tegangan yang ditunjukkan oleh TP1 membuktikan bahwa transformator bekerja. Jadi, kemungkinan permasalahnya berada pada blok _______________ atau _____________ masukan terjadi hubung singkat atau korsleting.

 Gambar 13. Pengukuran Tegangan Penyearah Gelombang Penuh CT

Penyearah dan filter tidak mengalami hubung singkat.

Logila Berfikir: Oleh karena asumsi langkah 2 pada blok ______________ dan _____________ masukan terjadi hubung singkat, maka metode untuk membuktikan adalah dengan cara ___________ sumber tegangan jala-jala catu daya, kemudian memeriksa apakah rangkaian filter masukan benar mengalami ______________ terhadap tanah?. Alat ukur yang digunakan untuk mengetahui suatu komponen elektronik hubung singkat dapat menggunakan _________________. Asumsi bilamana hasil pengukuran tidak menunjukkan terjadinya hubung singkat, maka. kesalahan sekarang berada pada bagian ________________.

 

Langkah 4

ANALISIS/BERFIKIR SECARA LUAS: Jelaskan & perkirakan kegagalan komponen pada rangkaian penyearah, jika dihasilkan tegangan pengukuran dengan osiloskop seperti ditunjukkan pada Gambar 13 (kiri kondisi normal) dan sebelah (kanan kondisi rusak).

Alasan penjelasan kegagalan rangkaian penyearah

______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Langkah 5

Tahap perbaikan kerusakan komponen, dan asumsikan tahap ini terdapat komponen yang gagal/rusak.

Dengan mematikan tegangan jala-jala, gunakan multimeter digital (DMM) untuk memeriksa komponen____________ yang terputus. Ganti komponen yang rusak, nyalakan, dan periksa kembali power supply.

 

Kesimpulan:

Kerusakan blok Penyearah sering terjadi pada rangkaian Power supply. Rangkaian Power Supply banyak digunakan pada semua perangkat elektronik sebagai pemasok energi, untuk itu sebagai seorang yang bekerja di bidang elektronik dan elektrikal, ketrampilan perbaikan perangkat elektronik merupakan ketrampilan yang harus dikuasi.

Ada tiga macam rangkaian penyearah satu fasa, yaitu; (1) Penyearah Setengah Gelombang, (2) Penyearah Gelombang Penuh 4 dioda (Penyearah Jembatan), (3) Penyearah Gelombang Penuh 2 dioda (Penyearah Center Tapped (CT).

 

Daftar Pustaka:

  1. Floyd, Thomas L. (2012), Electronic devices conventional current edisi ke-9, Pearson Education, Inc, publishing as Prentice Hall, 1 Lake Street, Upper Saddle River, New Jersey
  2. Robert Boylestad dan Louis Nashelsky (2008), Electronic Devices and Circuit Theory, edisi ke-7, Prentice Hall, Upper Saddle River, New Jersey Columbus, Ohio.
  3. Earl D. Gates (2007), Introduction to electronics edisi-4, Delmar, Executive Woods, 5Maxwell Drive, Clifton Park, NY 12065, USA.
  4. Beuth, Schmusch (1994), Grundschaltungen Elektronik 3, Vogel Fachbuch, Vogel Buchverlag, Wuerzburg.
  5. Donald L. Schilling, Charles Belove (1981), Electronic Circuits Discrete and integrated, McGraw-Hill International Book Company.
  6. G Loveday CEng, Sedyana. Ir (1994), Pengujuian Elektronik dan Diagnosa Kesalahan, Jakarta: Elex Media Komputindo. PT.
  7. G.C Loveday (1989), Pengujian Elektronik dan Diagnosa Kesalahan (Edisi Bahasa Indonesia), PT Gramedia Indonesia, Jakarta.
  8. Gregor Häberle, usw (1992), Fachkunde Radio-, Fernseh-, und Funkelektronik, Haan-Gruiten: Verlag Europa-Lehrmittel.
  9. Heinz Rieger, Rangkaian Arus Bolak-Balik, Katalis, Siemens AG.
  10. Huebscher, Geissler, Groth, Peterson, Scheider, Szapanski, (1994), Electrotechnik Fachbildung Kommunikationselektronik 2 Radio-/Fernseh-/Funktechnik, Westermann druck GmbH, Braunschweig.
  11. Huebscher, Klaue, Pflueger, Appelt, Electrotechnik Grundbildung Ausgabe E, Westermann druck GmbH, Braunschweig.
  12. Huebscher, Szapanski (1994), Electrotechnik Fachbildung Kommunikationselektronik 1, Westermann druck GmbH, Braunschweig.
  13. Karl Schuster (1986), Susunan Materi, Penuntun Berencana 1, Katalis, Siemens AG.
  14. Lehrermappe (1984), Analogtechnik, Institut zur Entwicklung moderner Unterrichtsmedien e.V.,Bremen.
  15. Lehrermappe (1984), Digitaltechnik, Institut zur Entwicklung moderner Unterrichtsmedien e.V.,Bremen.