Desain penerima AC/DC

Desain penerima AC/DC adalah gaya catu daya penerima radio atau televisi tabung vakum yang menghilangkan transformator listrik yang besar dan mahal. Efek samping dari desain ini adalah bahwa penerima pada prinsipnya dapat beroperasi dari pasokan arus searah (DC) maupun pasokan arus bolak-balik (AC). Oleh karena itu, disebut sebagai "penerima AC/DC".

Pada masa-masa awal radio, listrik utama disalurkan pada tegangan berbeda di berbagai tempat, dan arus searah (DC) atau arus bolak-balik (AC) disalurkan. Ada tiga cara untuk memberi daya pada peralatan elektronik. Peralatan AC saja akan mengandalkan transformator untuk menyediakan tegangan untuk sirkuit pemanas dan pelat. Peralatan AC/DC akan menghubungkan semua pemanas tabung secara seri untuk mencocokkan tegangan suplai; penyearah akan mengubah AC menjadi arus searah yang diperlukan untuk operasi. Ketika dihubungkan ke pasokan DC, tahap penyearah pada pasokan daya tidak menjalankan fungsi aktif. Peralatan DC saja hanya akan beroperasi dari pasokan DC dan tidak melalui penyearah. DC hampir tidak pernah digunakan dalam distribusi daya utama lagi.

Model perangkat radio yang berbeda diperlukan untuk pengoperasian listrik AC, DC, dan baterai. Misalnya, radio Murphy tahun 1933 dengan sirkuit yang pada dasarnya sama memiliki model yang berbeda untuk suplai AC, suplai DC, dan pengoperasian baterai.^[1] Pengenalan sirkuit AC/DC memungkinkan satu model untuk digunakan pada listrik AC atau DC sebagai nilai jualnya,^[2] dan beberapa model tersebut menambahkan "Universal" pada namanya^[3] (rangkaian tersebut biasanya memiliki pengaturan penyadapan tegangan yang dapat diatur pengguna untuk memenuhi berbagai macam tegangan).^[4]

Desain radio AC/DC yang pertama adalah All American Five. Satu-satunya tujuan desain ini adalah menghilangkan transformator listrik.^[5][6] Desain tanpa transformator dengan biaya yang lebih rendah tetap populer di kalangan produsen lama setelah distribusi daya DC menghilang. Beberapa model yang diproduksi tidak lagi menggunakan transformator daya, tetapi memiliki fitur sirkuit yang hanya memungkinkan pengoperasian dari arus AC.^[7][8] Beberapa model awal tersedia dalam versi AC saja dan AC/DC, dengan versi AC/DC terkadang sedikit lebih mahal.^[9]

Penerima televisi pertama kali dijual secara komersial di Inggris pada tahun 1936 untuk 'Layanan Televisi' baru yang disiarkan oleh British Broadcasting Corporation. Semua perangkat sebelum Perang Dunia II menggunakan transformator listrik dan hanyan menggunakan AC. Pada tahun 1948 Pye merilis penerima televisi pertama, B18T, yang menggunakan desain AC/DC^[10] untuk menghilangkan transformator listrik ketika dioperasikan dari listrik utama 240 V.^[11] Meskipun cukup untuk radio, tegangannya tidak cukup tinggi untuk memberi daya pada beberapa sirkuit televisi, sehingga energi dipulihkan selama periode flyback dari primer transformator keluaran saluran untuk menyediakan pasokan HT yang ditingkatkan;;^[12] ini tidak mungkin dilakukan dengan tegangan pasokan listrik yang lebih rendah—bahkan 220 V tidak mencukupi. Materi pemasaran Pye tidak menyebutkan kemampuan perangkat tersebut untuk beroperasi dari pasokan DC, mungkin karena tidak ada pasokan DC dalam jangkauan penerimaan stasiun televisi Alexandra Palace, yang saat itu merupakan satu-satunya pemancar yang beroperasi di Inggris.

Peralatan tabung vakum menggunakan sejumlah tabung, masing-masing dengan pemanas yang membutuhkan sejumlah daya listrik. Pada peralatan AC/DC, pemanas semua tabung dihubungkan secara seri. Semua tabung memiliki nilai arus yang sama (biasanya 100, 150, 300, atau 450 mA) tetapi pada voltase yang berbeda, sesuai dengan kebutuhan daya pemanasnya. Bila perlu, resistansi (yang dapat berupa tabung pemberat (barretter), resistor daya atau kabel listrik resistif ditambahkan sehingga, ketika tegangan listrik diterapkan di seluruh rangkaian, arus pemanas yang ditentukan mengalir.^[13] Beberapa jenis resistor ballast dibangun dalam selubung seperti tabung yang mudah diganti.^[14] Dengan tegangan listrik sekitar 220 V, daya yang dihamburkan oleh resistansi tambahan dan penurunan tegangan melintasinya bisa sangat tinggi, dan merupakan hal yang umum untuk menggunakan kabel daya resistif (kabel listrik) dengan resistansi tertentu, yang beroperasi dalam keadaan hangat, daripada menempatkan resistor panas di dalam casing. Jika kabel daya resistif digunakan, teknisi yang tidak berpengalaman mungkin akan menggantinya dengan kabel standar, atau menggunakan panjang yang salah, sehingga merusak peralatan dan menimbulkan risiko kebakaran.

Peralatan AC/DC tidak memerlukan transformator, dan akibatnya lebih murah, lebih ringan, dan lebih kecil daripada peralatan AC yang sejenis. Jenis peralatan ini terus diproduksi lama setelah AC menjadi standar universal karena keunggulan biayanya dibandingkan AC saja, dan hanya dihentikan ketika tabung vakum digantikan oleh elektronik solid-state tegangan rendah.

Penyearah dan kapasitor filter dihubungkan langsung ke listrik. Jika daya listriknya AC, penyearah mengubahnya menjadi DC. Jika DC, penyearah bertindak sebagai konduktor. Saat beroperasi pada DC, tegangan yang ada berkurang oleh penurunan tegangan melintasi penyearah. Karena bentuk gelombang AC memiliki puncak tegangan yang lebih tinggi daripada nilai rata-rata yang dihasilkan oleh penyearah, rangkaian yang sama yang beroperasi pada tegangan suplai AC akar rata-rata kuadrat yang sama akan memiliki tegangan efektif yang lebih tinggi setelah tahap penyearah. Di area yang menggunakan tegangan AC 110–120 volt, penyearah setengah gelombang sederhana membatasi tegangan pelat maksimum yang dapat dikembangkan; ini memadai untuk peralatan audio berdaya relatif rendah, tetapi penerima televisi atau amplifier berdaya lebih tinggi memerlukan penyearah pengganda tegangan yang lebih kompleks atau memerlukan penggunaan transformator daya dengan tegangan sekunder yang cukup tinggi. Area dengan pasokan AC 220–240 volt dapat mengembangkan tegangan pelat yang lebih tinggi dengan penyearah sederhana. Catu daya tanpa transformator layak digunakan untuk penerima televisi di area 220–240 volt. Selain itu, penggunaan transformator memungkinkan beberapa catu daya independen dari lilitan transformator terpisah untuk berbagai tahap.

Dalam desain AC/DC tidak ada transformator untuk mengisolasi peralatan dari listrik. Banyak peralatan dibangun di atas rangka logam yang terhubung ke satu sisi listrik..^[15] Karena tidak ada transformator daya yang digunakan, maka diperlukan konstruksi "hot chassis": salah satu kabel daya utama menjadi sisi negatif dari catu daya, terhubung ke chassis, dan semua bagian logam yang bersentuhan dengannya, sebagai "ground" umum. Dengan daya AC, saluran netral, bukan saluran utama, harus dihubungkan ke sasis; menyentuhnya, meskipun sangat tidak diinginkan, biasanya relatif aman—konduktor netral biasanya berada pada atau dekat potensial bumi. Namun, jika digunakan dengan steker listrik dua pin (atau steker tiga pin yang kabelnya tidak benar), semua logam yang dapat disentuh pengguna dapat menimbulkan bahaya sengatan listrik, karena terhubung ke sumber listrik utama. Akibatnya peralatan dibuat tanpa logam yang terhubung ke rangka yang terekspos bahkan dalam situasi abnormal yang dapat diprediksi, seperti ketika kenop plastik terlepas dari poros logam, atau jari-jari kecil menusuk melalui lubang ventilasi. Petugas servis yang bekerja pada peralatan bertegangan harus menggunakan transformator isolasi demi keselamatan, atau harus berhati-hati terhadap kemungkinan sasis beraliran listrik. Peralatan tabung vakum AC saja menggunakan transformator yang besar, berat, dan mahal, tetapi rangkanya tidak terhubung ke konduktor pasokan dan dapat dibumikan, sehingga memudahkan pengoperasian.

Televisi "hot chassis" tanpa transformator terus diproduksi secara umum lama setelah transistorisasi membuat desain live-chassis menjadi usang pada radio. Pada tahun 1990-an, penambahan jack masukan audio-video memerlukan penghapusan ground mengambang karena TV harus dapat disambungkan dengan VCR, konsol permainan, dan pemutar cakram video. Penggantian tabung sinar katode dengan LCD secara luas setelah pergantian milenium mengakibatkan televisi menggunakan tegangan rendah terutama yang diperoleh dari catu daya switching. "Sasis mengambang" yang berpotensi membahayakan sudah tidak ada lagi.

Di masa lalu, 110–120 V tidak cukup tinggi untuk aplikasi audio tabung dan televisi daya tinggi, dan hanya cocok untuk mengoperasikan peralatan radio dan audio daya rendah seperti penerima radio. Peralatan audio atau televisi berdaya lebih tinggi yaitu 110–120 V memerlukan voltase lebih tinggi, yang diperoleh dengan menggunakan catu daya berbasis transformator step-up, atau terkadang pengganda tegangan AC, sehingga hanya beroperasi pada arus AC.

Beberapa peralatan AC/DC dirancang agar dapat dialihkan agar dapat beroperasi pada 110 V AC (mungkin dengan pengganda tegangan) atau 220–240 V AC atau DC.^[7] Penerima televisi diproduksi yang dapat beroperasi pada tegangan 240 V AC atau DC.^[8] Tegangannya tidak cukup tinggi untuk memberi daya pada beberapa sirkuit, sehingga energi dipulihkan selama periode flyback dari primer transformator keluaran saluran untuk menyediakan pasokan HT (tabung vakum) yang ditingkatkan (tegangan tinggi).^[16] Pada perangkat TV berwarna tabung vakum yang umum, tahap keluaran saluran harus meningkatkan pasokan HT-nya sendiri ke antara 900 dan 1200 volt (tergantung pada ukuran dan desain layar)^[17] Tahapan keluaran jalur transistor, meskipun tidak memerlukan tegangan pasokan di atas tegangan listrik yang telah diperbaiki, namun tetap mengembangkan tegangan ekstra di atas rel pasokan normal untuk menghindari kerumitan pada rangkaian catu daya. Tahap transistor tipikal akan menghasilkan antara 20 dan 50 volt 'ekstra'.^[18] Beberapa rincian tentang cara di mana pasokan HT yang nominalnya 190 volt ditingkatkan menjadi hampir 500 volt di Bush TV22 tahun 1951 dijelaskan dalam publikasi teknis..^[19] Televisi AC/DC diproduksi hingga era warna dan semikonduktor (beberapa perangkat merupakan hibrida tabung/semikonduktor).

Dengan adopsi desain solid-state secara luas pada tahun 1970-an, kebutuhan tegangan dan daya untuk penerima radio portabel turun secara signifikan. Salah satu pendekatan umum adalah merancang radio bertenaga baterai (biasanya 6 volt DC dari empat sel kering) tetapi menyertakan transformator penurun tegangan kecil dan penyearah bawaan untuk memungkinkan listrik utama (120 V atau 240 V AC, tergantung wilayah) sebagai alternatif operasi bertenaga baterai.