Merancang Lampu Reklame

Sebelum membaca artikel ini saya sarankan anda membaca dahulu artikel : Merancang Lampu LED
Pada artikel ini saya akan menunjukkan kepada anda bagaimana merancang lampu reklame/iklan dengan animasi lampu berjalan. Konstruksi dari lampu reklame tersebut telah saya terangkan dalam Dalam artikel Lampu Reklame LED 2.Kali ini saya akan membahas perancangan lampu reklame dengan tulisan " ISI PULSA ". Bila anda ingin membuat lampu reklame dengan tulisan yang berlainan, silahkan sesuaikan perhitungannya menurut keperluan anda.

Rangkaian Lampu Reklame 2 (untuk konstruksi)
Sebelum memulai analisa, rangkaian asli haruslah kita ubah dahulu menjadi rangkaian setara seperti gambar dibawah ini. LED pembentuk huruf kita namakan LED huruf, sedang LED animasi lampu berjalan kita namakan LED Bingkai.

Rangkaian Setara Lampu Reklame 2 (untuk keperluan analisa)
Pada rangkaian setara LED bingkai hanya digambar 1 golongan dari 3 golongan yang ada, ini disebabkan setiap saat LED yang menyala hanya 1 golongan. Perhitungan berikut ini, umumnya mengacu pada rangkaian setara!

MENENTUKAN C1

Kapasitor C1 digunakan sebagai pembatas arus. Apabila kapasitas C1 terlalu kecil LED akan menyala redup, sedangkan bila kapasitas C1 besar LED nyala LED akan terang. Hati-hati jangan sampai nyala LED terlalu cerah sehingga LED lekas putus. Itulah sebabnya harga C1 perlu kita hitung. Menurut pengalaman kami arus sebesar 10mA sudah memadai. Arus yang terlalu besar akan mengakibatkan LED lekas rusak.
Gunakan rumus
C = i/{4.f.(√2.Vs - Vf)}
Perhatikan rangkaian setara. Misalnya setiap untaian LED dalam seri kita rencanakan arus sebesar 10 mA. Ada 6 Untaian LED dalam pararel (4 untaian LED huruf dan 2 untaian LED bingkai). Jadi arus total yang mengalir i = 6x10 mA = 60 mA.
Dari rumus diatas harus pula diketahui tegangan maju total Vf dari LED. Penentu Vf = Vcc adalah LED huruf yang terdiri dari LED Merah 1.75 Volt. Ada 25 LED huruf dalam seri, maka tegangan maju total Vf akan sebesar :
Vf = 1.75 x 25 = 43.75 Volt.
Sekarang harga C dapat kita hitung karena semua besaran telah diketahui, besarnya arus total i = 60 mA = 0.060A, tegangan maju Vf = 43.75 Volt, tegangan sumber Vs = 220Volt AC dan frekwensi sumber f = 50Hz.
C = i/{4.f.(√2Vs - Vf)}
C = 0.060/{4x50.(1.4x220 - 43.75)}
C= 0.06/{200 x 264.25) C = 1.135 x 10^-6 = 1.135µF; rating tegangan kapasitor harus lebih besar dari tegangan sumber 220Volt
Gunakanlah kapasitor 1µF , 400Volt.

MENENTUKAN RC1, RC2, RC3 dan SEBAGAINYA

Hambatan RC berguna untuk menentukan arus pada LED bingkai. Karena itu tegangan pada LED bingkai haruslah lebih kecil dari tegangan LED huruf. LED bingkai terdiri dari LED biru 3.3 Volt. Ada 11 LED dalam seri, maka tegangan LED bingkai :
Vbingkai = 3.3 x 11 = 36.3 Volt
Tegangan pada hambatan RC adalah selisih dari tegangan LED huruf dan LED bingkai, V = 43.75 - 36.3 = 7.45 Volt
Arus pada LED kita rancang sebesar 10 mA(=0.010A) dari hukum ohm ;R = V/I ; R = 7.45/0.010 = 745 ohm
Daya pada hambatan dihitung dengan rumus P = VxI ; P = 7.45x0.010 = 0.0746 watt
Untuk RC's gunakan 820 ohm; 0.5 Watt.
Catatan :

1. Selisih tegangan jangan lebih besar dari 40 Volt, karena transistor BC547 akan tertembus! Makin kecil selisih tegangan, makin baik karena hambatan RC's semakin tidak panas!
2. Kita harus mengupayakan sedemikian rupa agar tegangan pada LED bingkai lebih kecil dari LED huruf. Misalnya dalam satu golongan LED bingkai perlu 30 LED. Kita tidak dapat memasang dalam 15x2 dalam seri-pararel. Tengangan LED bingkai akan sebesar :
   
   Vbingkai = 3.3 x 15 = 49.6 Volt. Lebih besar dari tegangan LED huruf yang sebesar 43.75 Volt; tidak memenuhi Syarat!!
   
   Pasanglah dalam 10x3 dalam seri pararel, sekarang Tegangan LED bingkai akan sebesar :
   
   Vbingkai = 3,3 x 10 = 33 Volt. Lebih kecil dari LED huruf yang sebesar 43.75 Volt; OK !!

PENENTUKAN Rp dan Rs

Hambatatan Buang Muatan Rp

Gunakan hambatan yang nilainya jauh lebih besar dari impedansi C1
Xc = 1/(2.π.f.C)
Misalya dengan Rp lebih besar α kali, maka
Rp = α.X
Daya pada hambatan (kira-kira) sebesar apabila hambatan ini dikenakan tegangan sumber Vs
P = v²/Rp = v²/(α.Xc)
Dari perhitungan diatas kita menggunaakan Kapasitor C1 = 1µF = 1x10^-6. Misalnya gunakan α cukup besar misalnya α = 70

Impedansi C1
Xc = 1/(2x3.14x50x1x10^-6)
Xc = 3185Ω
Rp = 70x3185Ω = 223 kΩ
P = 220²/(3185x70) = 0.217 watt
Gunakan Rp = 220KΩ; 0.5 Watt

Hambatan untuk pembatas arus Rs

Gunakan hambatan yang nilainya jauh lebih kecil dari impedansi C1
Misalya dengan Rp lebih kecil β kali, maka
Rs = Xc/β
Daya pada hambatan (kira-kira) dihitung dengan menganggap arus pada hambatan ini ditentukan oleh impedansi C1
P = i².Rs = (Vs/Xc)².Rs = Vs²/(β.Xc)
Gunakan β cukup besar misalnya β = 20
Rs = 3185/20 = 159 Ω
P = P = 220²/(3185x20) = 0.760 watt
Gunakan Hambatan Rs 150 Ω; 2 Watt

MENENTUKAN C2

Kapasitor C2 berguna untuk meratakan arus sehingga LED tidak tampak berkedip (flicker). Tanpa kapasitor LED akan berkedip sebanyak 100 kedipan tiap detiknya (dua kali frekwensi listrik). Konon orang yang sensitif dapat merasakan kedipan secepat ini. Harga C2 tidak kritis, makin besar makin baik (mahal), karena kedipan semakin sirna. Rumus untuk menentukan C2 gunakan rumus :

C = 1/(f.R)
f = frekwensi (Hertz)
R = hambatan dinamik LED (ohm)
C = kapasitas penyaring

Hambatan dinamik LED huruf (merah) sebesar 15Ω dan hambatan dinamik LED bingkai (biru) 50Ω
Hambatan dinamik sebuah untaian seri LED huruf 15Ω x 25 = 375Ω
Hambatan total adalah 4 untaian LED huruf dalam pararel
Rhuruf = 375Ω/4 = 93.75Ω ohm
Hambatan dinamik sebuah untaian seri LED bingkai dan hambatan RC 820Ω adalah
50 x 11 + 820 = 1370Ω
Hambatan dinamik total 2 untaian LED bingkai dalam pararel
Rbingkai = 1370/2 = 685Ω
Hambatan dinamik total adalah Rhuruf// Rbingkai, gunakan rumus dua hambatan dalam pararel
Rp = (R1 x R2)/(R1 + R2)
R = (93.75x685)/(93.75 + 685) = 82Ω
Sekarang kita dapat menggunakan rumus diatas :
C=1/(fxR) = 1/(50x82) = 244 x 10^-6 = 244 µF
Rating tegangan kapasitor harus lebih besar dari tegangan LED huruf = Vcc = 43.75 Volt
Gunakan kapasitor C1 220 µF; 150Volt.

MENENTUKAN Rb1, Rb2 dan Rb3

Arus basis transistor kita usahakan sekitar 1/50 dari arus kolektor (kira-kira).
Karena ada dua untaian LED dalam paralel maka arus kolektor IC = 2x10mA = 20mA
Arus basis sekitar 1/50 arus kolektor atau IB = 20/50 = 0.4mA
Tegangan pada Rb's ketika transistor on sekitar 5 Volt (sebab tegangan Vdd = 5.6V); besarnya hambatan dapat dicari dari rumus R = V/I
Rb = 5 volt/0.4 mA = 5/0.0004 = 12500Ω
gunakan Rb's 10KΩ

MENENTUKAN R1, R2 dan C3

Menentukan R1 dan R2

Pertama-tama kita harus menentukan arus yang mengalir pada hambatan R1 dan R2, misalnya kita merencanakan sebesar 3mA . Arus ini harus jauh lebih besar dari arus pada yang mengalir pada VDD yakni rangkaian Flasher terdiri dari IC CMOS dan kawan-kawannya. Arus yang diperlukan diperkirakan kurang dari 1mA. Sehingga arus sebesar 3mA pastilah mencukupi. Tegangan pada R1 + R2 adalah Vcc (= 43.75V) dikurangi tegangan pada Zener (5.6V)
V = 43.75 - 5.6 = 38.15V
Hambatan R1 + R2 dapat dihitung dari R = V/I
R1 + R2 = V/I = 38.15/0.003 = 12716
kita buat R1 = R2 = 12716/ 2 = 6358 Ohm
Tegangan pada setiap hambatan tersebut VR1 = VR2 = 38.15/2 = 19 Volt
Daya pada Hambatan P = VxI = 19 x 0.003 = 0.057 Watt

Gunakan Hambatan 6K8Ω; 0.5 Watt

Menentukan C3

Untuk menentukan C3 kita buat bilangan f.R.C (frekuensi x hambatan x kapasitas) cukup tinggi misalnya 10 agar arus pada dioda zener benar-benar rata. Kita tahu bahwa frekuensi tengangan jaringan 50Hz.
10 = f.R.C
C = 10/(f.R) = 10/(50x6800) = 29.4 x 10^-6 = 29uF
Tegangan pada kapasitor adalah tegangan pada dioda zener ditambah tegangan pada R2
Vc = Vdz + VR2 = 5.6 + 38.15/2 = 24.7 Volt
Gunakan C3 47uF; 50volt
Selamat bekerja dan sukses!!