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.