Post on 19-Nov-2020
MEREKABENTUK PENYONGSANG DWI-ARAH BERKUASA RENDAH DENGAN
TRANSFORMER TERPISAH FREKUENSI RENDAH
MUHAMMAD FIRDAUS BIN OMAR
UNIVERSITI TEKNOLOGI MALAYSIA
PSZ 19:16 (Pind. 1/07)
UNIVERSITI TEKNOLOGI MALAYSIADECLARATION OF THESIS / UNDERGRADUATE PROJECT PAPER AND COPYRIGHT
Author’s full name : MUHAMMAD FIRDAUS BIN OMAR
Date of birth : 21ST NOVEMBER 1986
Title : MEREKABENTUK PENYONGSANG DWI-ARAH BERKUASA RENDAH DENGAN TRANSFORMER TERPISAH FREKUENSI RENDAH
Academic Session : 2008/2009
I declare that this thesis is classified as :
CONFIDENTIAL (Contains confidential information under the Official Secret Act 1972)*
RESTRICTED (Contains restricted information as specified by the organization where research was done)*
OPEN ACCESS I agree that my thesis to be published as online open access (full text)
I acknowledged that Universiti Teknologi Malaysia reserves the right as follows:
1. The thesis is the property of Universiti Teknologi Malaysia. 2. The Library of Universiti Teknologi Malaysia has the right to make copies for the purpose of research only. 3. The Library has the right to make copies of the thesis for academic exchange.
� Certified�by�:���
_________________________� � � _________________________�� SIGNATURE� SIGNATURE�OF�SUPERVISOR��� MUHAMMAD�FIRDAUS�BIN�OMAR� PROF.�DR.�BAHARUDDIN�BIN�ARIS�� (861121�46�5045)� NAME�OF�SUPERVISOR��� Date:� 6�MEI�2009� Date:� 6�MEI�2009��
NOTES : * If the thesis is CONFIDENTAL or RESTRICTED, please attach with the letter from the organization with period and reasons for confidentiality or restriction.
/�
i��
“Saya akui bahawa saya telah membaca karya ini dan pada pandangan saya karya ini
adalah memadai dari segi skop dan kualiti untuk tujuan penganugerahan
Ijazah Sarjana Muda Sains dan Komputer Serta Pendidikan (Fizik).”
Tandatangan : ................................................................
Nama Penyelia : PROF. DR. BAHARUDDIN BIN ARIS
Tarikh : 6 MEI 2009
i��
MEREKABENTUK PENYONGSANG DWI-ARAH BERKUASA RENDAH
DENGAN TRANSFORMER TERPISAH FREKUENSI RENDAH
MUHAMMAD FIRDAUS BIN OMAR
Laporan Projek Ini Dikemukakan Sebagai
Memenuhi Sebahagian Syarat Penganugerahan
Ijazah Sarjana Muda Sains Dan Komputer Serta Pendidikan (Fizik)
Fakulti Pendidikan
Universiti Teknologi Malaysia
MEI 2009
ii��
“Saya akui karya ini adalah hasil kerja saya sendiri kecuali nukilan dan ringkasan
yang tiap-tiap satunya telah saya jelaskan sumbernya.”
Tandatangan : ................................................................
Nama Penulis : MUHAMMAD FIRDAUS BIN OMAR
Tarikh : 6 MEI 2009
iii��
SEKALUNG BUDI
Kepada insan yang teramat aku sayangi
Abah dan Emak
Omar bin Abdullah
Wan Zaimah binti W Abd Rahman
Insan-insan yang teramat aku kasihi
Kakakku Farah Wahidah
Abangku Muhammad Zaki
Adik-adikku
Muhammad Aslam
Nur Izzati
Nurul Aminah
Muhammad Marwan
Dan buat insan yang teramat istimewa
Khairun Nisak binti Basaruddin
iv��
PENGHARGAAN
“Dengan Nama Allah, Yang Maha Pemurah, Lagi Maha Mengasihani”
Alhamdulillah. Segala puji bagi Allah SWT Tuhan semesta alam yang
menurunkan barakah dari sisiNya kepada mereka yang dikehendakiNya. Limpahan
selawat dan salam ke atas junjungan besar yang merupakan penghulu sekalian Nabi
dan Rasul, Saiyyidina Muhammad saw beserta keluarga Baginda, para sahabat
Baginda dan orang-orang yang mengikut ajaran Baginda hingga ke hari kemudian.
Syukur ke hadrat Ilahi kerana dengan izin dan ilhamNya, Projek Sarjana
Muda ini dapat disiapkan dengan jayanya dalam masa yang telah ditetapkan.
Setinggi-tinggi penghargaan kepada kedua ibu bapa yang sentiasa memberi
sokongan dan galakan dalam mengharungi ranjau kehidupan ini. Ucapan
penghargaan kepada Fakulti Pendidikan yang telah memberikan ruang dan peluang
bagi saya untuk menjalankan kajian ini.
Ribuan terima kasih kepada Prof. Dr. Baharuddin bin Aris yang telah
memberikan bimbingan, tunjuk ajar, pandangan serta nasihat sepanjang menyelia
kajian saya. Ucapan terima kasih juga kepada Dr. Abd. Khamim bin Ismail, Dr.
Jasman bin Zainal dan Prof. Madya Dr. Mohd Noor bin Yusof yang tidak jemu
memberikan buah fikiran, pandangan dan tunjuk ajar dalam menyelesaikan masalah
yang dihadapi semasa menjalankan kajian. Juga tidak lupa kepada pihak pengurusan
Makmal Sains Bestari, Bengkel Elektronik N30 dan Stor Makmal Fakulti
Kejuruteraan Elektrik di atas kerjasama yang diberikan dalam membekalkan
komponen serta meminjamkan peralatan-peralatan bagi tujuan kajian ini dijalankan.
Kepada rakan-rakan yang memberikan pertolongan terutamanya Mohd
Farisulzamir bin Zakaria yang sentiasa diberi kelapangan oleh Allah SWT untuk
membantu sepanjang kajian dijalankan dan Khairun Nisak binti Basaruddin yang
banyak menyumbang tenaga dalam penulisan tesis ini. Semoga Allah SWT
membalas segala jasa baik dan pertolongan yang diberikan dengan sebaik-baik
balasan di dunia mahupun di akhirat kelak. Amin Ya Rabbal ‘Alamin.
v��
ABSTRAK
Tujuan projek ini adalah untuk merekabentuk sebuah penyongsang dwi-arah
berkuasa rendah dengan transformer terpisah frekuensi rendah (a low power inverter
with an isolated low frequency transformer) yang berkos rendah dan mampu dibina
oleh guru dan pelajar menengah atas yang mengambil subjek Fizik. Penyongsang ini
direkabentuk dengan menggabungkan beberapa aplikasi elektronik dan
keelektromagnetan yang terkandung di dalam silibus Fizik Tingkatan 5 seperti
konsep transformer, transistor sebagai suis dan amplifier, litar bersepadu (integrated
circuit) dan konsep get logik (logic get). Dalam merekabentuk prototaip ini, kaedah
saintifik yang melibatkan ‘non-scientific investigation’ digunakan. Terdapat empat
fasa dalam pembinaan prototaip ini iaitu Litar Pemacu Gate, Litar Suis, Litar Penapis
dan Litar Kuasa & Pengubah. Pengujian dijalankan pada prototaip yang dibina
menggunakan DMM dan OSK bagi melihat bentuk gelombang bagi voltan keluaran
bagi setiap fasa. Pengujian menggunakan beban sebenar tidak dapat dijalankan
berikutan transformer yang digunakan dalam prototaip ini hanya dapat menampung
kuasa sebanyak 3 W. Diharapkan rekabentuk penyongsang ini dapat menjadi
panduan kepada para guru untuk membina bahan bantu mengajar dan sebagai projek
yang akan dibangunkan oleh pelajar bagi memastikan berlaku pembelajaran
bermakna sekaligus memupuk minat pelajar terhadap bidang elektronik. Selain itu,
penyongsang ini juga boleh dijadikan sebagai salah satu sumber tenaga yang boleh
diperbaharui.
vi��
ABSTRACT
The purpose of this project is to design a bi-directional low power inverter
with an isolated low frequency transformer which is low cost and can be built by
teachers and upper secondary school students who learn Physics subject. This
inverter is designed by combining several applications of electronics and
electromagnetisms that is included in Form 5 Physics syllabus which are the concept
of transformer, transistor as a switch and amplifier, integrated circuit and logic get
concept. The scientific method which relate to the non-scientific investigation is
used in designing this prototype. There are four phases in developing the prototype
which are Gate Drive Circuit, Switching Circuit, Filter Circuit and Power &
Transformer Circuit. DMM and CRT are used to test the wave form of the output
voltage for each phase for this prototype. Testing using real load can not be done
because the transformer that was used in this prototype can only handle 3 W of
power. Hopefully the design of this inverter can be used as a guide for teachers to
develop teaching aid and as a project that will be developed by students in order to
make sure there is meaningful learning and creating students interest to electronic
field. Besides that, this inverter can be used as one of the renewable energy source.
vii��
KANDUNGAN
BAB PERKARA HALAMAN
PENGAKUAN ii
SEKALUNG BUDI iii
PENGHARGAAN iv
ABSTRAK v
ABSTRACT vi
KANDUNGAN vii
SENARAI JADUAL xi
SENARAI RAJAH xii
SENARAI SINGKATAN xv
SENARAI LAMPIRAN xvi
1 PENDAHULUAN
1.1 Pengenalan 1
1.2 Latar Belakang Masalah 2
1.3 Penyataan Masalah 3
1.4 Objektif Kajian 3
1.5 Rasional Kajian 4
1.6 Kepentingan Kajian 5
1.7 Skop Kajian 5
1.8 Batasan Kajian 6
1.9 Definisi Istilah 6
1.9.1 Arus Terus (AT) 6
1.9.2 Arus ulang-alik (AU) 6
1.9.3 Litar Bersepadu (Integrated Circuit, IC) 7
viii��
1.9.4 Pengubah (Transformer) 7
1.9.5 Transistor Simpang Dwi-kutub (Bi-
polar Junction Transistor, BJT)
7
1.9.6 Pemodulatan Lebar Denyut (Pulse
Width Modulation, PWM)
7
1.10 Penutup 7
�
2 SOROTAN KAJIAN
2.1 Pengenalan 9
2.2 Sumber Tenaga Diperbaharui dan Tenaga Solar 9
2.3 Sumber Voltan 11
2.3.1 Voltan Arus Terus, AT (Direct Current,
DC)
12
2.3.2 Voltan Arus Ulang-alik AU (Alternate
Current, AC)
13
2.4 Litar Pemasa 555 (Timer 555) 15
2.4.1 Operasi Astable 17
2.5 Aruhan Elektromagnet dan Pengubah
(Transformer)
19
2.6 Litar RCL 24
2.7 Transistor Simpang Dwi-kutub (Bi-polar
Junction Transistor - BJT)
26
2.8 Penyongsang (Inverter) 30
2.8.1 Penyongsang Tetimbang Separuh
Gelombang
30
2.8.2 Penyongsang Tetimbang Penuh
Gelombang
31
3 TOPOLOGI CADANGAN: LITAR PEMACU GATE
BAGI PENYONGSANG BERKUASA RENDAH
3.1 Pengenalan 33
3.2 Kaedah Pensuisan I: IC Pemasa 555 & Op Amp
741
33
ix��
3.4 Kaedah Pensuisan II: IC Pemasa 555 & Flip-
flop
36
3.4 Penutup 39
4 REKABENTUK PENYONGSANG DWI-ARAH
BERKUASA RENDAH DENGAN TRANSFORMER
TERPISAH FREKUENSI RENDAH
4.1 Pengenalan 40
4.2 Kaedah Saintifik 40
4.2.1 Mengenal Pasti Masalah 41
4.2.2 Mengemukakan Hipotesis 42
4.2.3 Merancang Penyiasatan 42
4.2.4 Mengenal Pasti dan Mengawal
Pemboleh Ubah
43
4.2.5 Menjalankan Penyiasatan 43
4.2.6 Mengumpul dan Mempersembahkan
Data
43
4.2.7 Menganalisis Data 43
4.2.8 Mentafsirkan Data 44
4.2.9 Membuat Kesimpulan 44
4.2.10 Menyediakan Laporan 44
4.3 Proses Pembangunan Litar Prototaip 45
4.4 Reka Bentuk Bagi Topologi Cadangan
Penyongsang Berkuasa Rendah Dengan
Transformer Terpisah Frekuensi Rendah
45
4.4.1 Fasa I - Litar Pemacu Gate 46
4.4.2 Fasa II - Litar Suis 50
4.4.3 Fasa III - Litar Penapis 51
4.4.4 Fasa IV - Litar Kuasa & Pengubah 52
4.5 Penutup 56
� �
x��
5 KEPUTUSAN UJI KAJI & ANALISIS
5.1 Pengenalan 57
5.2 Analisis Litar Menggunakan OSK & DMM 57
5.2.1 Analisis & Keputusan Fasa I 58
5.2.2 Analisis & Keputusan Fasa II 59
5.2.3 Analisis & Keputusan Fasa III 60
5.2.4 Analisis & Keputusan Fasa IV 62
6 RINGKASAN PENYELIDIKAN, SUMBANGAN &
CADANGAN PENAMBAHBAIKAN
6.1 Ringkasan Penyelidikan 64
6.2 Sumbangan Penyelidikan 65
6.3 Kekangan Penyelidikan 66
6.4 Cadangan Kajian Akan Datang 67
RUJUKAN 69
LAMPIRAN A Litar Skema & Gambar Penyongsang Dwi-Arah
Berkuasa Rendah Dengan Transformer Terpisah
Frekuensi Rendah
74
LAMPIRAN B Helaian Data IC Pemasa 555 78
LAMPIRAN C Helaian Data IC Flip-Flop 7400 94
LAMPIRAN D Helaian Data Transistor TIP 31 105
LAMPIRAN E Helaian Data Transistor TIP 41 & TIP 42 110
LAMPIRAN F Silibus & Huraian Sukatan Matapelajaran Fizik
KBSM Tingkatan 5
116
xi��
SENARAI JADUAL
NO. TAJUK JADUAL HALAMAN
2.1 Bandingan Gandaan Arus, Gandaan Voltan, Impedens
Masukan dan Impedens Keluaran Bagi Konfigurasi
Amplifier CB, CC & CE
29
5.1 Dapatan & Pemerhatian Bagi Uji Kaji Bagi Fasa I 58
5.2 Dapatan & Pemerhatian Bagi Uji Kaji Bagi Fasa II 59
5.3 Dapatan & Pemerhatian Bagi Uji Kaji Bagi Fasa III 61
� �
xii��
SENARAI RAJAH
NO. TAJUK RAJAH HALAMAN
2.1 Simbol Sumber Voltan Arus Terus (Sel Kering) 12
2.2 Contoh Sel Kering di Pasaran 12
2.3 Pelbagai Bentuk Gelombang Bagi Arus Terus 13
2.4 Pelbagai Sumber Kuasa Arus Ulang-alik 14
2.4 (a) Loji Janakuasa 14
2.4 (b) Janakuasa AC Mudah Alih 14
2.4 (c) Stesen Kuasa Angin 14
2.4 (d) Panel Solar & Penyongsang 14
2.4 (e) Penjana Fungsi (Function Generator) 14
2.5 Pelbagai Bentuk Gelombang Bagi Arus Ulang-alik 15
2.6 (a) Lakaran Asas Bahagian Luaran IC Pemasa 555 16
2.6 (b) Litar Dalaman IC Pemasa 555 16
2.7 Konfigurasi Litar Bagi Operasi Astable IC Pemasa 555 17
2.8 Bandingan Antara VC dan Vout Bagi Operasi Astable IC
555
18
2.9 (a) Hukum Genggaman Tangan Kanan 20
2.9 (b) Putaran Skru Gabus Maxwell 20
2.9 (c) Arah Medan Magnet Aruhan yang Terhasil Bagi Arah
Aliran Arus Elektrik yang Berbeza
20
2.10 Arah Arus Aruhan Dalam Konduktor Berdasarkan
Hukum Lenz
22
2.11 (a) Struktur Asas Binaan Sesebuah Transformer 23
2.11 (b) Simbol Transformer Asas Dalam Litar Skema 23
xiii��
2.12 Konfigurasi Asas Bagi Litar RCL 25
2.13 Graf Jumlah Tenaga Melawan Masa yang Terkandung
Dalam Litar RCL Tertutup
25
2.14 Bentuk Binaan Asas Bagi Transistor NPN & PNP 26
2.15 Contoh Sambungan Transistor Dengan Sumber Voltan
DC dan Arah Aliran Arus
27
2.16 Contoh Litar Bagi Fungsi Transistor Sebagai Pengawal
Arus
27
2.17 Konfigurasi-konfigurasi Sambungan Transistor Sebagai
Amplifier
28
2.17 (a) Konfigurasi Amplifier Tapak Sepunya (Common Base) 28
2.17 (b) Konfigurasi Amplifier Pengumpul Sepunya (Common
Collector)
28
2.17 (c) Konfigurasi Amplifier Pemancar Sepunya (Common
Emitter)
29
2.18 Topologi Penyongsang Tetimbang Separuh Gelombang 31
2.19 Topologi Penyongsang Tetimbang Penuh Gelombang 31
2.20 Susunan Kapasitor Pemecut dan Perintang Gandingan
Bagi Menyambungkan Litar Pemacu Gate dan Litar
Suis Kuasa
32
3.1 Gambar Rajah Blok Bagi Pensuisan Menggunakan IC
Pemasa 555 & Op Amp 741
34
3.2 Litar Bagi Pensuisan Menggunakan IC Pemasa 555 &
Op Amp 741
35
3.3 Perbandingan Bentuk Gelombang Bagi Keluaran IC
Pemasa 555 dan Keluaran Op Amp 741
36
3.4 Gambar Rajah Blok Bagi Pensuisan Menggunakan IC
Pemasa 555 & Litar Flip-Flop Berasaskan IC 7400
37
3.5 Litar Flip-Flop dan Jadual Kebenaran Bagi Litar Flip-
Flop
37
3.6 Litar Flip-Flop yang Diubah Suai Untuk Beroperasi
Menggunakan Satu Sumber Isyarat Masukan
38
3.7 Litar Bagi Pensuisan Menggunakan IC Pemasa 555 & 38
xiv��
Litar Flip-Flop Berasaskan IC 7400
3.8 Perbandingan Bentuk Gelombang Bagi Keluaran IC
Pemasa 555 dan Keluaran IC 7400
39
4.1 Jujukan Langkah-langkah Dalam Kaedah Saintifik 41
4.2 Gambar Rajah Blok Bagi Topologi Cadangan
Penyongsang Berkuasa Rendah Dengan Transformer
Terpisah Frekuensi Rendah
46
4.3 Litar Pemacu Gate Berasaskan IC Pemasa 555 dan IC
7400 Bagi Fasa I
47
4.4 Perbandingan Perubahan Muka Gelombang Bagi Voltan
Masukan Pada Tiga Kedudukan Iaitu Vcc, VC dan Vo
47
4.5 Bentuk Gelombang Keluaran IC 555 49
4.6 Perbandingan Bentuk Gelombang Bagi Keluaran Pin 6
dan Pin 8 IC 7400
49
4.7 Litar Suis Kuasa Menggunakan Topologi Tetimbang
Penuh Gelombang Bagi Fasa II
50
4.8 Bentuk Gelombang Voltan Keluaran Fasa II 51
4.9 Litar Penapis LC Bagi Fasa III 51
4.10 Perbandingan Bentuk Gelombang Bagi Keluaran Fasa II
dan Keluaran Fasa III
52
4.11 Litar Kuasa & Pengubah Bagi Fasa IV Berasaskan
Konfigurasi Complementary Push-Pull Amplifier
53
4.12 Perbandingan Bentuk Gelombang Bagi Keluaran Fasa
III dan Keluaran Fasa IV
55
4.13 Perbandingan Bentuk Gelombang Bagi Voltan Masukan
Penyongsang dan Voltan Keluaran Penyongsang
56
xv��
SENARAI SINGKATAN
SINGKATAN MAKSUD
KPM Kementerian Pelajaran Malaysia
TNB Tenaga Nasional Berhad
AT Arus Terus
AU Arus Ulang-alik
DC Direct Current
AC Alternate Current
BJT Bi-polar Junction Transistor
IC Integrated Circuit
Op Amp Operational Amplifier
OSK Osiloskop Sinar Katod
DMM Digital Multi Meter
RMS Root Mean Square
PWM Pulse Width Modulation
THD Total Harmonic Distortion
RMK-9 Rancangan Malaysia Ke-9
ICT Information Communication Technology
RE Renewable Energy
dge daya gerak elektrik
xvi��
SENARAI LAMPIRAN
LAMPIRAN TAJUK HALAMAN
A Litar Skema & Gambar Penyongsang Dwi-
Arah Berkuasa Rendah Dengan Transformer
Terpisah Frekuensi Rendah
78
B Helaian Data IC Pemasa 555 78
C Helaian Data IC NAND GET 7400 94
D Helaian Data Transistor TIP 31 105
E Helaian Data Transistor TIP 41 & TIP 42 110
F Silibus & Huraian Sukatan Matapelajaran
Fizik KBSM Tingkatan 5
116
1
BAB 1
PENDAHULUAN
1.1 Pengenalan
Dalam usaha menuju ke arah Negara maju pada tahun 2020, Malaysia sedang
giat membangun dari segi pembangunan fizikal mahupun dalam aspek pendidikan.
Dalam sektor pendidikan kerajaan telah memperuntukkan sebahagian besar daripada
belanjawan di bawah pelan Rancangan Malaysia Ke-9 (RMK-9) semata-mata untuk
meningkatkan mutu pendidikan negara.
Perkembangan teknologi maklumat dan komunikasi (ICT) yang pesat di
Malaysia turut mempengaruhi cara dan kaedah pengajaran dan pembelajaran di bilik
darjah . Pengajaran dan pembelajaran berasaskan CD-ROM dan video telah mula
menjadi satu keperluan dalam bidang pendidikan. Ini ditambah lagi dengan
pembinaan makmal-makmal komputer di sekolah.
Hal di atas merupakan satu perkembangan positif dalam evolusi pendidikan
di Malaysia. Namun demikian, masih terdapat beberapa kekangan dan halangan
yang membolehkan evolusi ini dijalankan di seluruh pelusuk tanah air. Antaranya
masih terdapat sekolah-sekolah di kawasan pedalaman yang belum mendapat
bekalan tenaga elektrik dan sesetengahnya masih bergantung kepada penggunaan
penjana elektrik berasaskan bahan bakar petrol dan diesel.
2
1.2 Latar Belakang Masalah Terkesan daripada peningkatan harga minyak mentah dunia [28], penggunaan
penjana petrol dan diesel bukan lagi dianggap sesuatu yang menguntungkan bagi
pihak sekolah dan Kementerian Pelajaran Malaysia. Perbelanjaan untuk petrol dan
diesel bagi penjanaan elektrik yang kian meningkat sepatutnya dapat disalurkan ke
arah pembangunan pelajar.
Walau bagaimanapun, peningkatan harga pasaran minyak mentah dunia tidak
hanya membebankan sekolah-sekolah di kawasan pedalaman yang menggunakan
janakuasa berasaskan diesel dan petrol, tetapi juga turut membebankan sekolah-
sekolah di kawasan bandar yang menggunakan bekalan tenaga elektrik daripada
Tenaga Nasional Berhad (TNB). Hal ini demikian kerana TNB telah menaikkan
takrif penggunaan elektrik bermula Julai 2008. Ini disebabkan sebahagian besar
bekalan tenaga elektrik di Malaysia dijana menggunakan bahan api fosil.
Oleh yang demikian, jalan alternatif perlu dicari bagi membolehkan sekolah-
sekolah tidak dibebani dengan kos penggunaan bekalan tenaga elektrik yang tinggi
dan sekolah-sekolah di bahagian pedalaman turut menikmati pembelajaran
berasaskan komputer (ICT). Antara jalan alternatif yang diambil oleh KPM ialah
pembinaan janakuasa solar yang pertama di sekolah rendah di pedalaman Sabah
yang menelan belanja RM 4 Juta [4].
Langkah ini merupakan rancangan jangka panjang bagi menggantikan sistem
penjana elektrik berasaskan bahan api fosil. Walaubagaimanapun, pembinaan sistem
janakuasa elektrik berasaskan tenaga solar ini tidak dapat dibina dengan banyak
dalam tempoh masa yang pendek atas faktor kos yang tinggi serta faktor geografi
[4]. Oleh yang demikian, alternatif lain perlu difikirkan untuk mengatasi masalah ini
selain menggunakan janakuasa berasaskan bahan api fosil yang juga mempunyai
kos pengoperasian yang tinggi serta menyumbang kepada pencemaran udara dan
bunyi.
3
1.3 Penyataan Masalah
Peningkatan harga pasaran minyak dunia pada masa kini telah menyebabkan
bebanan yang ditanggung oleh pengguna khususnya di sektor pendidikan bertambah
disebabkan kenaikan tarif bekalan elektrik TNB serta peningkatan kos petrol dan
diesel untuk pengoperasian bagi sekolah yang menggunakan janakuasa elektrik
bahan api fosil. Selain itu, kewujudan sekolah-sekolah di kawasan pedalaman yang
masih ketiadaan bekalan tenaga elektrik terutamanya di Sabah dan Sarawak telah
membantutkan hasrat kerajaan dalam usaha untuk memberi peluang setiap pelajar
sekolah mempunyai pengalaman dalam pembelajaran berbantukan komputer.
Sehubungan dengan itu, beberapa alternatif penyelesaian haruslah difikirkan dan
diambil sebagai langkah jangka pendek bagi membolehkan pelajar-pelajar ini tidak
terus ketinggalan dalam arus pendidikan negara sekaligus menjadi inisiatif bagi
sekolah untuk mengurangkan bebanan yang terpaksa ditanggung akibat daripada
peningkatan tarif elektrik ekoran kenaikan harga minyak mentah dunia. Oleh yang
demikian, sumber tenaga alternatif yang lebih murah dan mampu dibina oleh guru
dan pelajar haruslah direka cipta bagi mengatasi masalah yang membelenggu sektor
pendidikan pada masa kini.
1.4 Objektif Kajian
Antara objektif yang ingin dicapai dalam kajian ini adalah:
i. Merekabentuk penyongsang dwi-arah berkuasa rendah dengan transformer
terpisah frekuensi rendah yang berkos rendah.
ii. Merekabentuk penyongsang yang menggunakan pensuisan digital
berasaskan IC Pemasa 555 (Timer 555) dan IC GET TAK-DAN 7400.
iii. Merekabentuk penyongsang yang dapat digunakan sebagai alat bantu
mengajar dalam pengajaran subtopik fungsi dan aplikasi komponen
elektronik dalam topik Electronics dalam Fizik Tingkatan 5.
iv. Merekabentuk penyongsang yang ringkas, mudah dan mampu dibina oleh
guru dan pelajar menengah atas sebagai salah satu projek bagi subjek Fizik.
4
1.5 Rasional Kajian
Antara rasional kajian ini dilaksanakan adalah:
i. Menghasilkan satu rekacipta dan inovasi litar elektronik yang dapat menjadi
alternatif kepada masalah sumber tenaga elektrik bagi sekolah di kawasan
pedalaman.
ii. Rekacipta ini diharapkan dapat mengatasi masalah pencemaran udara dan
pencemaran bunyi akibat penggunaan janakuasa fosil yang digunakan
dikebanyakkan sekolah di kawasan pedalaman yang tidak mendapat bekalan
elektrik domestik.
iii. Dapat mengurangkan kebergantungan kepada bekalan elektrik TNB dan
penjanaan tenaga elektrik daripada bahan api fosil yang mengalami
peningkatan kos ekoran kenaikan harga minyak mentah dunia.
iv. Guru-guru fizik di sekolah yang mempunyai asas elektronik dapat
menjadikan kajian ini sebagai panduan dan contoh dalam melaksanakan
projek fizik di sekolah sebagai pemangkin minat pelajar untuk menceburi
bidang elektronik.
v. Kajian ini bertujuan untuk menyahut seruan kerajaan yang menggesa para
intektual negara untuk meneroka sumber tenaga alternatif sebagai ganti
kepada tenaga berasaskan bahan api fosil kerana simpanan sumber bahan api
fosil akan habis dalam suatu jangka masa.
vi. Sebagai langkah jangka pendek bagi sekolah yang tiada bekalan elektrik
untuk memperoleh tenaga elektrik bagi melaksanakan pembelajaran
berbantukan komputer sekaligus memberi peluang para pelajar luar bandar
untuk celik komputer.
vii. Sebagai sumber tenaga elektrik sokongan ketika berlaku gangguan bekalan
elektrik domestik.
5
1.6 Kepentingan Kajian
Penghasilan litar elektronik ini mempunyai beberapa kepentingan. Pertama
diharapkan dengan pembangunan prototaip ini ia menjadi satu altenatif dalam
mencari kaedah penjimatan sumber tenaga elektrik dan penjimatan kos penggunaan
kuasa elektrik sekiranya digunakan secara berkesan. Antara kepentingan lain ialah:
i. Pengguna dapat mengurangkan kebergantungan terhadap bekalan elektrik
domestik sekaligus dapat merendahkan beban sara hidup.
ii. Sekolah-sekolah yang belum menerima bekalan tenaga elektrik TNB boleh
menggunakannya sebagai punca tenaga elektrik sementara bagi
menjalankan pengajaran berbantukan komputer.
iii. Guru dapat menggunakannya untuk membuat pengajaran berbantukan
komputer sekiranya terdapat masalah gangguan bekalan tenaga elektrik.
iv. Guru dapat menggunakannya sebagai bahan bantu dalam pengajaran topik
Electricity & Electromagnetism dan Electronics dalam Fizik Tingkatan 5.
1.7 Skop Kajian
Projek pembinaan litar elektronik ini hanya tertumpu kepada aplikasi dan
fungsi transistor, transformer dan litar bersepadu (Integrated Circuit, IC). Ia juga
merangkumi konsep-konsep dan teori-teori elektronik yang terkandung dalam subjek
Elektronik Asas dan Elektronik Lanjutan yang ditawarkan oleh Jabatan Fizik, Fakulti
Sains, Universiti Teknologi Malaysia. Litar hanya menggunakan komponen yang
diajar dalam topik Electicity & Electomagnetism dan Electronics dalam Fizik
Tingkatan 5 kerana litar ini menggunakan beberapa aplikasi komponen elektronik
yang ditekankan dalam kedua-dua topik tersebut.
6
1.8 Batasan Kajian
Kajian ini mempunyai beberapa batasan iaitu :
i. Pensuisan yang digunakan adalah pensuisan digital berfrekuensi 50 Hz
menggunakan IC Pemasa 555 bagi menghasilkan penyongsang yang
ringkas .
ii. Projek ini hanyalah untuk mereka bentuk litar tetapi tidak dibina untuk
dikomersialkan kerana hanya dalam bentuk prototaip.
iii. Voltan masukan penyongsang adalah 12V DC ± 5%.
iv. Voltan keluaran penyongsang adalah 240V AC ± 10%.
v. Penyongsang yang dibina adalah untuk aplikasi berkuasa rendah.
vi. Transformer yang digunakan adalah transformer 50 Hz kerana transformer
ini tersedia dikebanyakkan makmal fizik di sekolah.
1.9 Definisi Istilah
Terdapat beberapa istilah khas yang digunakan dalam penulisan ini yang
perlu dijelaskan definisinya.
1.9.1 Arus Terus, AT (Direct Current, DC)
Kekutuban atau tanda bagi voltan dan arus tidak berubah dengan masa dan
arus mengalir dalam satu arah sahaja.
1.9.2 Arus Ulang-alik, AU (Alternate Current, AC)
Kekutuban dan tanda bagi voltan dan arus berubah secara berkala dengan
masa. Voltan arus ulang alik boleh ditingkatkan dan dikurangkan dengan tindakan
pengubah. Arah aliran terus berubah bertentangan bagi setiap setengah tempoh masa.
7
1.9.3 Litar Bersepadu (Integrated Circuit, IC)
Litar yang terdiri daripada gabungan beberapa komponen seperti transistor,
kapasitor, diod dan perintang dalam suatu kepingan silikon yang kecil.
1.9.4 Pengubah (Transformer)
Merupakan peranti elektronik yang terdiri daripada dua gegelung yang
dililitkan pada teras besi lembut untuk tujuan meningkatkan atau merendahkan
voltan arus ulang laik.
1.9.5 Transistor Simpang Dwi-kutub (Bi-polar Junction Transistor, BJT)
Peranti semikonduktor yang berfungsi untuk menguatkan isyarat voltan
masukan arus ulang alik kepada nilai yang lebih tinggi.
1.9.6 Pemodulatan Lebar Denyut (Pulse Width Modulation, PWM)
Merupakan skim pensuisan digital berfrekuensi tinggi yang menggunakan
konsep bandingan antara gelombang memodulat (gelombang sinusiodul) dan
gelombang pembawa untuk menghasikan denyut-denyut PWM.
1.10 Penutup
Dalam mengharungi masalah global berkenaan isu kenaikan harga bahan api
fosil yang mana sedikit sebanyak tempiasnya turut dirasai oleh bidang pendidikan
negara, maka pencarian jalan alternatif bagi membolehkan sekolah-sekolah yang
masih belum mendapat bekalan tenaga elektrik turut dapat mengaplikasikan
pembelajaran menggunakan komputer dalam masa yang terdekat adalah satu
8
keperluan. Selain itu, ia turut dapat mengurangkan kos perbelanjaan bagi sekolah
yang menggunakan penjanakuasa petrol dan diesel serta sekolah yang menggunakan
tenaga elektrik domestik.
Dalam Bab 2 merangkumi sorotan kajian iaitu latar belakang projek tenaga
yang boleh diperbaharui dilaksanakan di Malaysia, teori-teori fizik yang
diaplikasikan dalam mereka bentuk prototaip projek ini dan topologi-topologi
penyongsang yang konvensional yang mudah dan ringkas.
Bab 3 akan membincangkan mengenai kaedah pensuisan yang dicadangkan
penyongsang dwi-arah berkuasa rendah dengan transformer terpisah frekuensi
rendah. Kaedah pensuisan yang akan dibincangkan ialah pensuisan normal
menggunakan denyut segi empat daripada IC Pemasa 555 yang ringkas dan mudah
dibina oleh pelajar di peringkat menengah atas.
Manakala dalam Bab 4 pula paparan secara terperinci mengenai reka bentuk
litar yang dicadangkan termasuklah kepada fungsi setiap bahagian litar, pengiraan
bagi nilai setiap komponen, reka bentuk litar pensuisan untuk memacu gate yang
telah dibincangkan di Bab 3 dan litar kuasa bagi penyongsang yang dibina.
Analisis masukan dan keluaran bagi setiap fasa penyongsang akan disentuh
di dalam Bab 5. Turut dibincangkan adalah perbandingan antara voltan keluaran
prototaip dengan nilai teori bagi setiap fasa penyongsang.
Dalam bab terakhir iaitu Bab 6, penulis akan membincangkan sumbangan
kajian serta kekangan dan masalah yang dihadapi sepanjang projek dibangunkan.
Selain itu, beberapa cadangan penambahbaikan yang perlu dibuat ke atas litar untuk
tujuan kajian lanjutan turut dinyatakan.