JARINGAN TELEKOMUNIKASI

CATU DAYA PADA SISTEM TELEKOMUNIKASI

Disusun oleh :

Nama : AGUS PURWANTO

NIM : 06224005

JURUSAN TEKNIK ELEKTRO

FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI

INSTITUT SAINS DAN TEKNOLOGI NASIONAL

JAKARTA

2010

CATU DAYA PADA SISTEM TELEKOMUNIKASI

1. PSTN (Public Switched Telephone Network)

Bagian-bagian dari sistem telekomunikasi adalah:

Terminal

Switching

Transmisi

Catu Daya

Hubungan antara masing-masing subsistem tersebut dapat digambarkan melalui blok

diagram berikut ini:

Gambar Blok Diagram Kaitan Sub Sistem dalam Telekomunikasi

Dalam blok diagram tersebut yang dimaksud dengan terminal adalah segala peralatan

telekomunikasi yang digunakan oleh user untuk berkomunikasi dan dapat dihubungkan

dengan sentral telepon (switching). Contoh dari peralatan terminal tersebut adalah:

1. Telepon

2. Telegraph

3. Faximile

4. Komputer

5. Dll

TEKNIK TELEFONI

Merupakan suatu bahasan yang akan membahas sistem dan cara kerja pesawat telepon

pelanggan. Telepon pelanggan yang akan dibahas dipilih pesawat telepon yang prinsip

kerjanya digunakan secara universal pada pesawat telepon yang lain.

Untuk dapat membedakan jenis pesawat telepon pelanggan maka perlu kategori pesawat

telepon yang dilihat dari:

2

1. Jenis catuan yang digunakan

a. Local Batery

Merupakan jenis pesawat telepon yang dicatu menggunakan catu daya yang diletakan pada

pesawat pelanggan. Pesawat telepon jenis ini merupakan pesawat telepon yang pertama

kali dikembangkan dengan menggunakan catuan berupa generator putar (engkol).

Pelanggan yang

akan menggunakan pesawat telepon harus memutar generator putar terlebih dahulu

sehingga generator menghasilkan tegangan listrik yang cukup untuk mencatu pesawat

telepon tersebut.

b. Central Battery

Merupakan jenis pesawat telepon hasil pengembangan dari Pesawat telepon LB ( lokal

Batery) di mana catuan pesawat telepon berasal dari sentral telepon. Jenis pesawat ini

sampai sekarang dipakai di hamper seluruh pelanggan menggunakan jaringan kabel di

Indonesia.

2. Sistem Dialling

a. Rotary Dialling

Merupakan pesawat telepon yang menggunakan sistem dialling rotary (cakram putar) di

mana nomor telepon yang akan dituju ditentukan dengan memutar cakram putar pada

posisi nomor yang dituju. Sistem dialing seperti ini merupakan sistem dialling yang paling

sederhana dan memakan waktu paling lama dalam proses penyambungan pembicaraan.

b. Push Button Dialling

Merupakan pesawat telepon hasil pengembangan rotary dialling yang menggunakan

penekanan tombol tertentu sesuai nomor pelanggan yang akan dituju. Pesawat telepon

push button dialling ini menggunakan prinsip kerja IC DTMF (Dual Tone Multi Frequency)

yang akan mengirimkan frekuensi tertentu ke arah sentral telepon bila ditekan.

Bagian-bagian Pesawat Telepon

Saklar Standar (hookswitch / cradleswitch) : memutus hubungkan arus DC

Bel Pendering : mengeluarkan dering bel

Dialer : Memasukan nomor yg dipanggil

Hibrid : memilah arus mikrofon dan speaker

Mikrofon : konversi akustis ke elektris

Speaker : konversi elektris ke akustis

Gambar bagian-bagian pesawat telepon

3

Cara Kerja:

Saat Istirahat (On Hook) :

Gagang / handset berada di tempatnya dan saklar standar akan terhubung ke posisi 1. Pada

posisi ini maka tegangan searah (DC) sebesar – 48 Volt dari batere sentral telepon tidak akan

mengalir karena diblok oleh capacitor. Arus bel yang berbentuk AC dari sentral telepon

dapat masuk ke bel ( pendering)

Saat Sibuk (Off Hook) :

Gagang / handset akan terangkat dari sandaran dan saklar standar akan terhubung ke posisi

2 sehingga aliran arusnya akan menjadi seperti gambar di bawah ini:

Gambar aliran arus listrik pada pesawat telepon saat off hook

Dari uraian di atas dapat diketahui bahwa:

Sentral telepon mengetahui bahwa suatu pesawat telepon sedang istirahat ( on

hook ) atau sedang sibuk ( off hook) adalah dengan mendeteksi arus searah yang

ditarik ke pesawat tersebut. Jika batere sentral ditarik arus oleh suatu pesawat maka

berarti pesawat tersebut sedang sibuk.

4

Arus percakapan sendiri dari mikrofon sebagian kecil perlu dialirkan ke speaker

sendiri sehingga penutur ikut mendengarkan suaranya sendiri agar dapat

mengendalikan intensitas bicaranya. Suara sendiri yang didengar melalui speaker

pesawat telepon dinamakan nada samping (side tone).

SISTEM DIALING

Dialer adalah bagian yang menterjemahkan angka-angka nomor telepon tujuan ke dalam

bentuk elektris agar dimengerti oleh peralatan di sentral telepon. Bentuk fisik dari dialer

adalah seperti cakram putar (gambar di bawah) dan push button. Dalam keadaan gagang

pesawat terangkat maka arus listrik akan mengalir dari sentral ke pesawat telepon dan

tegangan saluran di pesawat telepon menjadi V1 – V2 seperti pada gambar berikut ini:

Gambar jenis dialler pesawat telepon

Ada dua jenis dialler yang berkembang sekarang ini yaitu menggunakan model pemutusan

arus (sistem pulsa) dan dual tone multi frequency (DTMF). Dialer cakram putar selalu

menggunakan sistem pulsa dan dialer sistem push button umumnya beroperasi dengan

sistem DTMF, meskipun banyak juga yang disiapkan untuk dapat dioperasikan dalam sistem

pulsa.

1. Dialing Pulsa (Pulse Dialing)

Dalam keadaan gagang telepon terangkat maka arus DC akan mengalir masuk ke telepon.

Jika dialer diputar (ditekan) angka N, arus DC akan mengalir dengan terputus-putus

sebanyak N kali dengan aturan angka 0 akan diputus sebanyak 10 kali. Satu pulsa arus

5

( sekali mengalir – putus ) kira-kira adalah 100 milidetik. Jarak antar angka satu dan yang lain

yang akan ditekan tidak boleh kurang dari 400 milidetik.

Gambar sistem dialling dengan pemutus arus (pulsa)

2. Dual Tone Multi Frequency (DTMF)

Jika suatu gagang telepon terangkat dan tombol push button ditekan maka pesawat telepon

tersebut membangkitkan sepasang nada ( frekuensi ) yang mewakili koordinat dari tombol

tersebut. Sebagai contoh jika tombol 5 ditekan maka yang dibangkitkan adalah pasangan

nada 770 Hz dan 1336 Hz.

Gambar sistem dialing dengan dual tone multi frequency

ISYARAT DI SALURAN PELANGGAN

Isyarat yang ada di saluran telepon pelanggan dibangkitkan dari batere sentral dan berupa

isyarat nada pilih, nada sibuk, nada sambung, dialing, percakapan dan nada bel / dering

dengan gambar isyarat seperti di bawah ini. Dari gambar di atas yang dapat dijelaskan

adalah:

6

1. Tegangan battere dari sentral umumnya adalah bernilai –48 Volt. Dalam keadaan

istirahat ( on hook ) maka tidak ada arus DC yang mengalir dan bila diukur dari

terminal pesawat pelanggan maka tegangan yang terukur adalah – 48 Volt.

2. Jika gagan telepon diangkat ( off hook ) maka arus DC akan mengalir kira-kira 20 mA

dan tegangan saluran turun sekitar 6 – 8 Volt. Arus ini tidak boleh terlalu kecil dan

untuk pelanggan yang jaraknya jauh harus diperhitungkan besarnya redaman yang

terjadi.

3. Tegangan / arus isyarat percakapan tidak perlu besar karena speaker cukup

ditempelkan di telinga. Isyarat tegangan percakapan yang datang dari lawan bicara

hanya sekitar 0,5 – 1 Vrms, dan yang dibangkitkan dari mikrofon adalah sekitar 1- 2

V.

4. Tegangan / arus bel untuk membunyikan bel ( nada dering ) harus besar, sekitar 90

Vrms karena harus mampu menderingkan bel dengan suara yang cukup keras.

Bentuk teganganya merupakan tegangan AC 20 Hz dengan irama 2 detik ON dan 3

detik OFF.

2. ISDN ( Integrated Services Digital Network)

7

Dalam jaringan ISDN catu daya dapat diberikan oleh PLN atau Generator set dengan sistem

Automatic Transfer Switch Mail Fail ( ATSMF ) dimana saat delay pergantian sumber diback

up oleh baterai sekitar 2-4 jam tergantung desain. Menurut ketetapan Departemen

Komunikasi dan Informasi catu daya pada BTS antara lain :

1. Baterai

2. Penyearah catu daya ( rectifier )

3. Generator set

4. Adaptor

5. UPS

6. Inverter Power Supply

7. Solar cell

PRINSIP KERJA CATU DAYA LINEAR

Perangkat elektronika mestinya dicatu oleh suplai arus searah DC (direct current) yang stabil

agar dapat bekerja dengan baik. Baterai atau accu adalah sumber catu daya DC yang paling

baik. Namun untuk aplikasi yang membutuhkan catu daya lebih besar, sumber dari baterai

tidak cukup. Sumber catu daya yang besar adalah sumber bolak-balik AC (alternating

current) dari pembangkit tenaga listrik. Untuk itu diperlukan suatu perangkat catu daya yang

dapat mengubah arus AC menjadi DC. Didalam BTS catu daya diberikan sebesar -48 volt

PENYEARAH (RECTIFIER)

Prinsip penyearah (rectifier) yang paling sederhana ditunjukkan pada gambar-1 berikut ini.

Transformator (T1) diperlukan untuk menurunkan tegangan AC dari jala-jala listrik pada

kumparan primernya menjadi tegangan AC yang lebih kecil pada kumparan sekundernya.

gambar 1 : rangkaian penyearah sederhana

Pada rangkaian ini, dioda (D1) berperan hanya untuk merubah dari arus AC menjadi DC dan

meneruskan tegangan positif ke beban R1. Ini yang disebut dengan penyearah setengah

gelombang (half wave).Untuk mendapatkan penyearah gelombang penuh (full wave)

diperlukan transformator dengan center tap (CT) seperti pada gambar-2.

8

gambar 2 : rangkaian penyearah gelombang penuh Tegangan positif phasa yang pertama diteruskan oleh D1 sedangkan phasa yang berikutnya dilewatkan melalui D2 ke beban R1 dengan CT transformator sebagai common ground.. Dengan demikian beban R1 mendapat suplai tegangan gelombang penuh seperti gambar di atas. Untuk beberapa aplikasi seperti misalnya untuk men-catu motor dc yang kecil atau lampu pijar dc, bentuk tegangan seperti ini sudah cukup memadai. Walaupun terlihat di sini tegangan ripple dari kedua rangkaian di atas masih sangat besar.

gambar 3 : rangkaian penyearah setengah gelombang dengan filter C

Gambar 3 adalah rangkaian penyearah setengah gelombang dengan filter kapasitor C yang

paralel terhadap beban R. Ternyata dengan filter ini bentuk gelombang tegangan keluarnya

bisa menjadi rata. Gambar-4 menunjukkan bentuk keluaran tegangan DC dari rangkaian

penyearah setengah gelombang dengan filter kapasitor. Garis b-c kira-kira adalah garis lurus

dengan kemiringan tertentu, dimana pada keadaan ini arus untuk beban R1 dicatu oleh

tegangan kapasitor. Sebenarnya garis b-c bukanlah garis lurus tetapi eksponensial sesuai

dengan sifat pengosongan kapasitor.

gambar 4 : bentuk gelombang dengan filter kapasitor Kemiringan kurva b-c tergantung dari besar arus (I) yang mengalir ke beban R. Jika arus I = 0 (tidak ada beban) maka kurva b-c akan membentuk garis horizontal. Namun jika beban arus semakin besar, kemiringan kurva b-c akan semakin tajam. Tegangan yang keluar akan berbentuk gigi gergaji dengan tegangan ripple yang besarnya adalah :

9

Vr = VM -VL …....... (1) dan tegangan dc ke beban adalah Vdc = VM + Vr/2 ..... (2) Rangkaian penyearah yang baik adalah rangkaian yang memiliki tegangan ripple (Vr) paling kecil. VL adalah tegangan discharge atau pengosongan kapasitor C, sehingga dapat ditulis : VL = VM e -T/RC .......... (3) Jika persamaan (3) disubsitusi ke rumus (1), maka diperoleh : Vr = VM (1 - e -T/RC) ...... (4) Jika T << RC, dapat ditulis : e -T/RC _ 1 - T/RC ..... (5) sehingga jika ini disubsitusi ke rumus (4) dapat diperoleh persamaan yang lebih sederhana : Vr = VM(T/RC) .... (6)VM/R tidak lain adalah beban I, sehingga dengan ini terlihat hubungan antara beban arus I dan nilai kapasitor C terhadap tegangan ripple Vr. Perhitungan ini efektif untuk mendapatkan nilai tegangan ripple yang diinginkan. Vr = I T/C ... (7) Rumus ini mengatakan, jika arus beban I semakin besar, maka tegangan ripple akan semakin besar. Sebaliknya jika kapasitansi C semakin besar, tegangan ripple akan semakin kecil. Untuk penyederhanaan biasanya dianggap T=Tp, yaitu periode satu gelombang sinus dari jala-jala listrik yang frekuensinya 50Hz atau 60Hz. Jika frekuensi jala-jala listrik 50Hz, maka T = Tp = 1/f = 1/50 = 0.02 det. Ini berlaku untuk penyearah setengah gelombang. Untuk penyearah gelombang penuh, tentu saja frekuensi gelombangnya dua kali lipat, sehingga T = 1/2 Tp = 0.01 det. Penyearah gelombang penuh dengan filter C dapat dibuat dengan menambahkan kapasitor pada rangkaian gambar 2. Bisa juga dengan menggunakan transformator yang tanpa CT, tetapi dengan merangkai 4 dioda seperti pada gambar-5 berikut ini.

gambar 5 : rangkaian penyearah gelombang penuh dengan filter C Sebagai contoh, anda mendisain rangkaian penyearah gelombang penuh dari catu jala-jala listrik 220V/50Hz untuk mensuplai beban sebesar 0.5 A. Berapa nilai kapasitor yang diperlukan sehingga rangkaian ini memiliki tegangan ripple yang tidak lebih dari 0.75 Vpp. Jika rumus (7) dibolak-balik maka diperoleh. C = I.T/Vr = (0.5) (0.01)/0.75 = 6600 uF. Untuk kapasitor yang sebesar ini banyak tersedia tipe elco yang memiliki polaritas dan tegangan kerja maksimum tertentu. Tegangan kerja kapasitor yang digunakan harus lebih besar dari tegangan keluaran catu daya. Anda barangkali sekarang paham mengapa rangkaian audio yang anda buat mendengung, coba periksa kembali rangkaian penyearah catu daya yang anda buat, apakah tegangan ripple ini cukup mengganggu. Jika dipasaran tidak tersedia kapasitor yang demikian besar, tentu bisa dengan memparalel dua atau tiga buah kapasitor.VOLTAGE REGULATORRangkaian penyearah sudah cukup bagus jika tegangan ripple-nya kecil, namun ada masalah stabilitas. Jika tegangan PLN naik/turun, maka tegangan outputnya juga akan naik/turun. Seperti rangkaian penyearah di atas, jika arus semakin besar ternyata tegangan dc keluarnya juga ikut turun. Untuk beberapa aplikasi perubahan tegangan ini cukup mengganggu,

10

sehingga diperlukan komponen aktif yang dapat meregulasi tegangan keluaran ini menjadi stabil. Regulator Voltage berfungsi sebagai filter tegangan agar sesuai dengan keinginan. Oleh karena itu biasanya dalam rangkaian power supply maka IC Regulator tegangan ini selalu dipakai untuk stabilnya outputan tegangan. Berikut susunan kaki IC regulator tersebut.

78xx untuk regulator positif 79xx untuk regulator negativeMisalnya 7805 adalah regulator untuk mendapat tegangan +5 volt, 7812 regulator tegangan +12 volt dan seterusnya. Sedangkan seri 79XX misalnya adalah 7905 dan 7912 yang berturut-turut adalah regulator tegangan -5 dan -12 volt. Selain dari regulator tegangan tetap ada juga IC regulator yang tegangannya dapat diatur. Prinsipnya sama dengan regulator OP-amp yang dikemas dalam satu IC misalnya LM317 untuk regulator variable positif dan LM337 untuk regulator variable negatif. Bedanya resistor R1 dan R2 ada di luar IC, sehingga tegangan keluaran dapat diatur melalui resistor eksternal tersebut. Rangkaian regulator yang paling sederhana ditunjukkan pada gambar 6. Pada rangkaian ini, zener bekerja pada daerah breakdown, sehingga menghasilkan tegangan output yang sama dengan tegangan zener atau Vout = Vz. Namun rangkaian ini hanya bermanfaat jika arus beban tidak lebih dari 50mA.

gambar 6 : regulator zener Prinsip rangkaian catu daya yang seperti ini disebut shunt regulator, salah satu ciri khasnya adalah komponen regulator yang paralel dengan beban. Ciri lain dari shuntregulator adalah, rentan terhadap short-circuit. Perhatikan jika Vout terhubung singkat (short-circuit) maka

11

arusnya tetap I = Vin/R1. Disamping regulator shunt, ada juga yang disebut dengan regulator seri. Prinsip utama regulator seri seperti rangkaian pada gambar 7 berikut ini. Pada rangkaian ini tegangan keluarannya adalah: Vout = VZ + VBE ........... (8) VBE adalah tegangan base-emitor dari transistor Q1 yang besarnya antara 0.2 - 0.7 volt tergantung dari jenis transistor yang digunakan. Dengan mengabaikan arus IB yang mengalir pada base transistor, dapat dihitung besar tahanan R2 yang diperlukan adalah : R2 = (Vin - Vz)/Iz .........(9) Iz adalah arus minimum yang diperlukan oleh dioda zener untuk mencapai tegangan breakdown zener tersebut. Besar arus ini dapat diketahui dari datasheet yang besarnya lebih kurang 20 mA.

gambar 7 : regulator zener follower Jika diperlukan catu arus yang lebih besar, tentu perhitungan arus base IB pada rangkaian di atas tidak bisa diabaikan lagi. Dimana seperti yang diketahui, besar arus IC akan berbanding lurus terhadap arus IB atau dirumuskan dengan IC = _IB. Untuk keperluan itu, transistor Q1 yang dipakai bisa diganti dengan transistor Darlington yang biasanya memiliki nilai _ yang cukup besar. Dengan transistor Darlington, arus base yang kecil bisa menghasilkan arus IC yang lebih besar. Teknik regulasi yang lebih baik lagi adalah dengan menggunakan Op-Amp untuk men-drive transistor Q, seperti pada rangkaian gambar 8. Dioda zener disini tidak langsung memberi umpan ke transistor Q, melainkan sebagai tegangan referensibagi Op-Amp IC1. Umpan balik pada pin negatif Op-amp adalah cuplikan dari tegangan keluar regulator, yaitu : Vin(-) = (R2/(R1+R2)) Vout ....... (10) Jika tegangan keluar Vout menaik, maka tegangan Vin(-) juga akan menaik sampai tegangan ini sama dengan tegangan referensi Vz. Demikian sebaliknya jika tegangan keluar Vout menurun, misalnya karena suplai arus ke beban meningkat, Op-amp akan menjaga kestabilan di titik referensi Vz dengan memberi arus IB ke transistor Q1. Sehingga pada setiap saat Op-amp menjaga kestabilan :

Vin(-) = Vz ......... (11)

12

gambar 8 : regulator dengan Op-amp

Dengan mengabaikan tegangan VBE transistor Q1 dan mensubsitusi rumus (11) ke dalam rumus (10) maka diperoleh hubungan matematis : Vout = ( (R1+R2)/R2) Vz........... (12) Pada rangkaian ini tegangan output dapat diatur dengan mengatur besar R1 dan R2. Sekarang mestinya tidak perlu susah payah lagi mencari op-amp, transistor dan komponen lainnya untuk merealisasikan rangkaian regulator seperti di atas. Karena rangkaian semacam ini sudah dikemas menjadi satu IC regulator tegangan tetap. Saat ini sudah banyak dikenal komponen seri 78XX sebagai regulator tegangan tetap positif dan seri 79XX yang merupakan regulator untuk tegangan tetap negatif. Bahkan komponen ini biasanya sudah dilengkapi dengan pembatas arus (current limiter) dan juga pembatas suhu (thermal shutdown). Komponen ini hanya tiga pin dan dengan menambah beberapa komponen saja sudah dapat menjadi rangkaian catu daya yang ter-regulasi dengan baik.

gambar 9 : regulator dengan IC 78XX / 79XX Hanya saja perlu diketahui supaya rangkaian regulator dengan IC tersebut bisa bekerja, tegangan input harus lebih besar dari tegangan output regulatornya. Biasanya perbedaan tegangan Vin terhadap Vout yang direkomendasikan ada di dalam datasheet komponen tersebut. Pemakaian heatshink (aluminium pendingin) dianjurkan jika komponen ini dipakai untuk men-catu arus yang besar. Di dalam datasheet, komponen seperti ini maksimum bisa dilewati arus mencapai 1 A.

13