rangkaian penyearah gelombang penuh menggunakan filter kapasitor
TRANSCRIPT
RANGKAIAN PENYEARAH GELOMBANG PENUH MENGGUNAKAN FILTER
KAPASITOR
Catu daya merupakan suatu Rangkaian yang paling penting bagi sistem elektronika. Ada
dua sumber catu daya yaitu sumber AC dan sumber DC. Sumber AC yaitu sumber
tegangan bolak - balik, sedangkan sumber tegangan DC merupakan sumber tegangan
searah.
Bila dilihat dengan osiloskop seperti berikut.
(a) Tegangan AC (b) Tegangan DC Gambar 1.
Penyearah (Rectifier)
Seperti telah kita ketahui bahwa hampir semua peralatan elektronika
menggunakan power suplay (catu daya arus searah). Sudah barang tentu dalam
hal ini kita brusaha untuk mendapatkan suatu sumber arus searah yang
disesuaikan dengan prinsip-prinsip ekonomis dan keuntungan
lainnya yang sesuai dengan persyaratan diatas adalah mendapatkan arus searah
dari sumber arus bolak balik atau arus AC (Alternating Curent). Rangkaian
yang dimaksud disini adalah rangkaian penyearah gelombang yaitu dari
sumber tegangan sinyal AC diubah menjdi bentuk sinyal DC (Direct Crrent).
Rangkaian penyearsh ini terdiri dari:
a. Rangkaian penyearah ½ gelombang ( Half wave Rectifier)
b. Rangkaian penyearah gelombang penuh dengan 2 buah dioda
c. Rangkaian penyearah gelombang penuh dengan 4 buah diode
Sumber Tegangan Bila diamati sumber AC tegangan berayun sewaktu-waktu pada kutub
positif dan sewaktu-waktu pada kutub negatif, sedangkan sumber AC selalu pada satu
kutub saja, positif saja atau negatif saja. Dari sumber AC dapat disearahkan menjadi
sumber DC dengan menggunakan rangkaian penyearah yang di bentuk dari dioda. Ada tiga
macam rangkaian penyearah dasar yaitu penyearah setengah gelombang, gelombang
penuh dan sistem jembatan.
(a) Penyearah Setengah Gelombang
(b) Penyearah Gelombang Penuh
(c) Penyearah Sistem Jembatan Gambar
Rangkaian Penyearah Biasanya output dari rangkaian diberi suatu filter kapasitor
untuk menghilangkan riak sehingga diperoleh tegangan DC yang stabil. Tegangan DC juga
dapat diperoleh dari batere. Dengan penggunaan batere ditawarkan sumber tegangan DC
yang stabil dan portable namun dapat habis tergantung kapasitas batere tersebut.
Tegangan yang tersedia dari suatu sumber tegangan yang ada biasanya tidak sesuai
dengan kebutuhan. Untuk itu diperlukan suatu regulator tegangan yang berfungsi untuk
menjaga agar tegangan bernilai konstan pada nilai tertentu. Regulator tegangan ini
biasanya berupa IC dengan kode 78xx atau 79xx. Untuk seri 78xx digunakan untuk
regulator tegangan DC positif, sedangkan 79xx digunakan untuk regulator DC negatif. Nilai
xx menandakan tegangan yang akan diregulasikan. Misalnya kebutuhan sistem adalah
positif 5 volt, maka regulator yang digunakan adalah 7805. IC regulator ini biasanya terdiri
dari tiga pin yaitu input, ground dan output. Dalam menggunakan IC ini tegangan input
harus lebih besar beberapa persen (tergantung pada data sheet) dari tegangan yang akan
diregulasikan
PENYEARAH GELOMBANG PENUH DENGAN FILTER C
gambar 5 : rangkaian penyearah gelombang penuh dengan filter C
Analisis Rangkaian
Berbeda dengan penyearah gelombang penuh dengan menggunakan Transformator CT.
Pada rangkaian kali ini menggunakan transformator tanpa CT, dengan penyearah 4 buah
dioda. Silahkan ikuti alur dari masing-masing siklus. Keduanya akan masuk keluar dengan
arah yang sama dan berakhir di lawan potensialnya. Sehingga bentuk gelombang keluaran
semuanya berupa bukit (tegangan positif). Dan adanya kapasitor membuat tegangan
ripple kecil. Kapasitor melakukan pembuangan saat terjadi pergantian siklus. Dan
melakukan pengisian saat arus dari kedua potensial yang disearahkan tersebut
mengalirinya. Untuk mendapatkan tegangan output yang lebih efektip anda dapat
menggunakan filter phi. Yaitu dengan menambah satu kapasitor lagi (dipasang paralel,
agar nilai kapasitansi bertambah, sehingga waktu buang semakin lama dan gelombang
pun akan nyaris lurus), dan satu induktor. Dari hasil percobaan yang saya lakukan. Nilai R1
pun mempengaruhi keefektifan tegangan output. Dari percobaan, R1 yang bernilai 1,5
KOhm menghasilkan gelombang keluaran yang lebih efektif (gelombang nyaris lurus) ,
dibandingkan dengan menggunakan R1 yang bernilai 100 Ohm.
padContoh rangkaian penyearah tanpa menggunakan filter
Fungsi filter
Contoh rangkaian penyearah dengan menggunakan filter kapasitor
Arus Riak (Ripple Current)
Akibat dari arus ripple sedikit banyak mengganggu keluaran dari catu daya. Ilustrasi
berikut menunjukkan bentuk keluaran tegangan DC dari rangkaian penyearah setengah
gelombang dengan filter kapasitor.
Garis b-c kira-kira adalah garis lurus dengan kemiringan tertentu, di mana 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.
Kemiringan kurva b-c bergantung pada 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 :
V r = V M -V L
dan tegangan dc ke beban adalah :
V dc = V M + V r /2
Tipe – tipe filter :
1. Filter Choke (Induktor)
2. Filter Kapasitor
3. Filter RC
1. Filter Choke (Induktor)
Sumber AC menghasilkan sebuah arus dalam induktor, kapasitor, dan resistor. Arus AC
pada tiap-tiap komponen bergantung pada reaktansi induktif , reaktansi kapasitif , dan
resistansi .
Induktor memiliki sebuah reaktansi yang diberikan oleh :
Kapasitor memliki sebuah reaktansi yang diberikan oleh :
Persyaratan pertama desain filter induktor
adalah untuk memperoleh nilai Xc lebih kecil
dari R L. Persyaratan kedua desain filter
induktor adalah untuk memperolah X L lebih
besar dari X C. Ketika X L lebih besar dari X C ,
hampir semua tegangan AC melalui induktor ,
persamaan tegangan keluaran AC :
Bentuk gelombang keluaran
Tegangan DC ideal didasarkan perilaku komponen penyearah yang diasumsikan ideal.
Tegangan DC aktual didasarkan pada hasil pengukuran.
2. Filter Kapasitor
Filter tipe induktor menghasilkan tegangan keluaran DC yang sama dengan nilai rata-rata
tegangan rectifier. Filter tipe kapasitor menghasilkan tegangan keluaran DC yang sama
dengan nilai puncak tegangan rectifier. Tipe ini umum dipakai dalam system DC power
supply.
Prinsip filter kapasitor adalah proses pengisian dan pengosongan kapasitor. Saat dioda
forward, kapasitor terisi dan tegangannya sama dengan periode ayunan tegangan sumber.
Pengisian berlangsung sampai nilai maksimum, pada saat itu tegangan C sama dengan Vp
Pada ayunan turun kearah reverse, kapasitor akan mengosongkan muatannya. Jika tidak
ada beban, maka nilainya konstan dan sama dengan Vp, tetapi jika ada beban maka
keluarannya (Vout) memliki sedikit ripple akibat kondisi pengosongan. Untuk lebih jelas,
mari kita lihat gambar berikut
Kondisi tanpa beban
Kondisi berbeban
Pada filter kapasitor perhitungan tegangan ripple :
dimana :
V R = tegangan ripple puncak ke puncak
I = arus beban DC
f = frekuensi ripple
C = kapasitor filter
3. Filter RC
Rangkaian RC filter terdiri dari dua kapasitor C1 dan C2 dan sebuah resistor. Prinsip kerja
filter ini adalah membuat gelombang yang dihasilkan dari rectifier mendekati gelombang
DC murni.
Pada saat rectifier mengeluarkan gelombang tegangan pada nilai puncak, maka kapasitor
C1 akan terisi dengan muatan (charge). Ketika gelombang tegangan menurun, nilainya
menuju titik nol, C1 akan mengeluarkan muatan (discharge).
Kondisi C1 yang selalu terisi muatan dan mengeluarkannya membuat ripple gelombang
semakin kecil ( b ), selanjutnya gelombang diperhalus oleh C2 hingga gelombang tegangan
keluaran menyerupai gelombang tegangan DC ( c ).
Pada akhirnya, gelombang tegangan output hampir menyerupai dengan gelombang
tegangan DC ( d ).
PENYEARAH SETENGAH GELOMBANG (HALF WAVE)
gambar 1 : rangkaian penyearah setengah gelombang
Analisa Rangkaian
Input pada rangkaian tersebut adalah arus bolak balik (Alternating Current). Dan
dihasilkan output arus searah (Direct Current), karena hanya menggunakan 1 buah dioda.
Dioda tersebut berfungsi sebagai penyearah. Saat siklus positif (aliran tegangan positif)
arus dapat melewati dioda (diteruskan ke R1), sehingga gelombang pada siklus positif
keluar sebagai output. Namun saat siklus negatif, arus tidak mengalir, karena terhalang
dioda. Oleh karena itu outputnya bernilai nol. Siklus positif dan negatif berlangsung secara
terus menerus, sehingga didapat bentuk gelombang keluaran berupa bukit tanpa lembah.
Selang antar bukit itulah jeda yang disebabkan siklus negatif tidak dapat mengalir karena
adanya dioda, sehingga gelombang keluaran hanya setengah gelombang. Oleh karena
itulah, rangkaian di atas disebut rangkaian penyearah setengah gelombang. (frekwensi
input = 2 x frekwensi output)
PENYEARAH GELOMBANG PENUH (FULL WAVE) DENGAN TRANSFORMATOR CENTRE
TAP (CT)
gambar 2 : rangkaian penyearah gelombang penuh
Analisa Rangkaian
Adanya 2 dioda menyebabkan CT menjadi common ground. Siklus dari CT tidak mengalir
karena terhalang oleh kedua dioda. Sedangkan dua siklus yang lainnya diteruskan ke
Resistor 1 dengan arah yang sama. Sehingga, gelombang keluaran semuanya berupa bukit
(input berupa gelombang sinusoidal / AC). Oleh karena itu, rangkaian diatas dinamakan
penyearah gelombang penuh dengan Transformator Centre Tap. Karena, rangkaian
pertama di atas pun dapat menjadi penyearah gelombang penuh, dengan menggunakan 4
buah dioda.
Walaupun aotputnya sudah berupa DC, namun keluarannya belum efektif, karena
tegangan ripplenya masih cukup besar. (pada gambar 4 di bawah dapat dilihat
Vr/tegangan ripple yang lebih efektif dari tegangan di atas.)
PENYEARAH SETENGAH GELOMBANG DENGAN FILTER KAPASITOR
gambar 3 : rangkaian penyearah setengah gelombang dengah filter C
Analisis Rangkaian
Yang membedakan rangkaian gambar 3 dengan gambar 1 adalah adanya capasitor sebagai
filter. Saat siklus positif, capasitor melakukan pengisian bersamaan dengan terjadinya
output siklus positif. Dan saat siklus negatif kapasitor melakukan pembuangan karena
siklus negatif tidak mengalir. Sehingga jarak antar bukit pada rangkaian ini dihubungkan
oleh garis miring/ kurva b-c yang merupakan hasil pembuangan kapasitor (tegangan
capasitor). Adanya filter inilah yang membuat tegangan keluaran lebih efektif karena
tegangan ripple yang kecil. Tegangan ripple secara matematis dapat dihitung dengan
rumus :
Vr = VM -VL …....... (1)
gambar 4 : bentuk gelombang dengan filter kapasitor
Catudaya atau power supply merupakan suaturangkaian elektronic yang mengubah arus
listrik bolak-balik menjadi arus listrik searah.
Hampir semua peralatan elektronik membutuhkan catudaya agar dapat berfungsi.
Beberapa radio atau tape kecil menggunakan baterai sebagai sumber tenaga namun
sebagian besar menggunakan listrik PLN sebagai sumber tenaganya. Untuk itu dibutuhkan
suatu rangkaian yang dapat mengubah arus listrik bolak-balik dari PLN menjadi arus listrik
searah. Ada banyak jenis atau variasi rangkaian catudaya dengan segala kelebihan dan
kekurangannya. Namun secara prinsip rangkaian catudaya terdiri atas transformator,
dioda dan condensator.
Rangkaian penyearah (rectifier circuit).
Bagian utama atau boleh dikatakan jantung suatu catudaya adalah rangkaian penyearah
yang mengubah gelombang sinus AC menjadi deretan pulsa DC. Ini merupakan dasar atau
langkah awal untuk memperoleh arus DC halus yang dibutuhkan oleh suatu peralatan
elektronik.
A
B
Penyearah gelombang penuh (fullwave rectifier).
Kelemahan dari halfwave rectifier adalah arus listrik yang mengalir ke beban hanya
separuh dari setiap satu cycle. Hal ini akan menyulitkan dalam proses filtering
(penghalusan). Untuk mengatasi kelemahan ini adalah penyearah gelombang penuh.
Rangkaian dasar penyearah gelombang penuh seperti terlihat pada gambar.
Menggunakan dua dioda dan satu center tape transformer. Jika titik tengah transformer
ditemukan maka tegangan di kedua ujung lilitan sekunder berlawanan fasa 180 derajat.
Jadi ketika misalnya tegangan dititik A mengayun kearah positif diukur dari titik tengah
lilitan sekunder maka tegangan dititik B mengayun ke arah negatif diukur dari titik yang
sama. Mari kita lihat prinsip kerja penyearah gelombang penuh ini.
Gambar A menunjukkan ketika anoda D1 mendapat tegangan positif, Anoda D2 mendapat
tegangan negatif.
A
Pada kedudukan ini hanya D1 saja yang konduksi atau terhubung singkat. Arus listrik
mengalir dari titik tengah sekunder melalui beban, kemudian melalui D1 dan kembali
ketitik tengah melalui lilitan atas sekunder. Dan hal ini D1 berfungsi seperti saklar atau
switch yang menutup sehingga arus listrik mengalir melalui beban disaat periode positif
dari gelombang sinus AC.
Gambar B menunjukkan apa yang terjadi selama setengah periode berikutnya ketika
polaritas berganti.
B
Anoda D1 mengayun kearah negatif sementara anoda D2 mengayun kearah positif.
Akibatnya D1 menyumbat, sebaliknya D2 konduksi atau terhubung singkat. Pada keadaan
ini arus listrik mengalir dari titik setengah sekunder melalui beban dan D2 kembali ketitik
tengah setelah melalui lilitan bawah sekunder
Perhatikan bahwa dalam rangkaian penyearah gelombang arus listrik mengalir sepanjang
satu periode. Sedangkan dalam rangkaian penyearah setengah gelombang arus listrik
hanya mengalir selama setengah periode saja.
Jadi penyearah gelombang penuh (fullwave rectifier) lebih baik dari penyearah setengah
gelombang (halfwave rectifier).
Penyearah type jembatan (bridge rectifier)
Rangkaian dasar penyearah type jembatan seperti terlihat pada gambar. Terdiri atas satu
transformer dan 4(empat) dioda yang disusun sedemikian rupa sehingga arus listrik hanya
mengalir kesatu arah saja melalui beban. Sirkuit ini tidak memerlukan sekunder bersenter
tapi sebagaimana pada rangkaian penyearah gelombang penuh. Bahkan transformator
tidak diperlukan jika tegangan DC yang dibutuhkan relatif sama dengan tegangan jaringan
PLN, misalnya. Artinya titik A dan B dapat dihubungkan langsung dengan jaringan yang
tersedia di rumah.
Transformator digunakan bila tegangan DC yang dibutuhkan lebih kecil atau lebih besar
dari tegangan jaringan. Selain itu adakalanya transformator digunakan sebagai isolator
antara tegangan jaringan dengan tegangan rangkaian.
Gambar A menunjukkan jalannya aliran arus listrik selama periode positif AC (sine wave).
D1 dan D2 konduksi. Arus listrik mengalir dari ujung lilitan bawah sekunder melalui beban,
D1, D2, dan kembali ke lilitan bawah sekunder.
A
Setengah periode berikut polaritas sinewave berganti seperti terlihat pada gambar B.
Ujung lilitan atas sekunder sekarang menjadi negatif, ujung lilitan bawah menjadi
positif.D3 dan D4 konduksi. Pada kedudukan ini arus listrik mengalir dari ujung lilitan atas
sekunder melalui beban, D3, D4 dan kembali lilitan bawah sekunder. Dari gambar A dan B
nampak jelas arus listrik yang mengalir melalui beban selalu dalam arah yang sama.
B
Filtering (penghalusan).
Sebagaimana telah kita lihat pada bab sebelumnya bahwa arus listrik DC yang keluar dari
dioda masih berupa deretan pulsa-pulsa. Tentu saja arus listrik DC semacam ini tidak
cocok atau tidak dapat digunakan oleh perangkat elektronik apapun.
Untuk itu perlu dilakukan suatu cara filtering agar arus listrik Dc yang masih berupa
deretan pulsa itu menjadi arus listrik DC yang halus/ rata. Ada beberapa cara yang dapat
dilakukan diantaranya dengan C filter, RC filter dan LC filter.
Pada bab berikut hanya akan dibahas C filter (basic). Sedangkan RC maupun LC filter
merupakan pengembangan C filter yang fungsinya lebih menghaluskan tegangan output
dioda.
Capacitor sebagai filter.
Filtering yang paling sederhana ialah dengan menggunakan capacitor yang dihubungkan
seperti terlihat pada gambar. Tegangan input rata-rata (average) 115 volt. Tegangan
puncak 162 volt. mari kita lihat apa yang terjadi ketika suatu capasitor ditambahkan pada
output dioda.
Pada saat anoda D1 mendapat pulsa positip, D1 langsung konduksi dan capacitor mulai
mengisi. Ketika capacitor telah mencapai tegangan puncak D1 menyumbat karena
katodanya lebih positip daripada anodanya. Capacitor harus membuang (discharge)
muatannya melalui beban yang mempunyai resistan tertentu. Oleh karenanya waktu
discharge capacitor lebih lama dibanding waktu yang dibutuhkan AC untuk melakukan
satu periode (cycle). Akibatnya sebelum capacitor mencapai nol volt diisi kembali oleh
pulsa berikutnya.
A
B
C
Bagaimana bentuk tegangan DC setelah difilter dengan capacitor dapat dilihat pada
gambar.
Gambar A menunjukkan output penyearah setengah gelombang tanpa capacitor. Tampak
jelas tegangan rata-ratanya (Eave) hanya sekitar 31% dari tegangan puncak.
Ketika suatu capacitor ditambahkan maka bentuk tegangan outputnya seperti terlihat
pada gambar B. Di sini capacitor mencegah tegangan output mencapai nol volt. Sehingga
tegangan output rata-ratanya naik dibanding sebelumnya (no capacitor).
Jika nilai capacitornya dibesarkan atau ditambah maka bentuk tegangan outputnya seperti
terlihat pada gambar C. Tampak jelas tegangan rata-ratanya (Eave) meningkat
dibandingkan sebelumnya (nilai capacitor yang lebih besar diperlukan bila arus listrik yang
dibutuhkan beban relatif besar).
Tegangan rata-rata (Eave).
Jika kita mengatakan tegangan AC ini 115 V, sesungguhnya yang kita sebutkan adalah
tegangan efektif (Erms). Sedangkan tegangan puncaknya (Epeak adalah:
Epeak = Erms x 1,414
Epeak = 115 V x 1,414 = 162,6 V.
A
B
Sedangkan tegangan rata-ratanya adalah 0 V karena positif dan negatif bergantian
(alternate). Yang dibutuhkan rangkaian elektronika adalah tegangan rata-rata atau Eave.
Untuk mendapatkan Eave maka salah satu gelombang AC (positif / negatif) harus di clip /
dipotong (lihat gambar).
Eave = Epeak x 0,0318
Eave = 162,6 V x 0,318 = 51,7 V.
Output Eave pencatudaya setengah gelombang sukar difilter karena mengandung ripple
50Hz
Pada catudaya type jembatan (bridge rectifier) hubungan antara tegangan puncak Epeak
dengan tegangan rata-rata Eave sebagai berikut:
Epeak = Erms x 1,414
Epeak = 115V x 1,414 = 162,6V.
Eave = Epeak x 0,636
Eave = 1,62,6V x 0,636 = 103,4V.
Dari perbandingan di atas tampak jelas bahwa output tegangan DC catudaya type
jembatan lebih besar dari tipe setengah gelombang. Walaupun ripple frekwensi catudaya
jembatan 120Hz, secara teknis mudah difilter atau disaring dibanding ripple frekwensi
60Hz dari pencatudaya tipe setengah gelombang.
t
a. Penyearah ½ gelombang ( Half wave Rectifier)
Seperti diperlihatkan pada gambar 2.6 suatu deretan dioda dan R kita
berikan teganga bolak-balik. Karena tegangan yang diberikan pada input
trafo bolak-balik maka pada suatu saat terminal A adalah positip sedangkan
terminal B adalah negatip. Dan pada saat berikutnya terminal A
menjadi negatip dan terminal B yang jadi positip dan seterusnya
bergantian setiap setengah perioda.
D
A
+
(-)
RL
Vo
ut
VP
Harga rata-rata
Vi
n
(+)
B -
VD
C
0
2 3
4 5
(a) (b)
Gambar 2.6 Rangkaian penyearah ½
gelombang a. Skema Rangkaian
b. Gelombang
Output
Pada saat terminal A positip dioda mendapat tegangan maju maka
mengalirlah arus, dan pada saat terminal A negatip dioda mendapat
tegangan terbalik dan tidak ada arus mengalir. Dengan demikian pada dioda
mengalirlah arus yang bentuknya dilukiskan seperti gambar 2.6
b. Arus ini tidak lagi bolak bali melainkan searah tapi tidak rata
melainkan berdenyut-denyut, karenanya arus inipun dinamai arus
searah denyut (pulsating direct current). Arus denyut inipun
membangkitkan tegangan pada R dan bentuk tegangan pada R adalah
belahan positip dari pada bentuk arus bolak balik yang dimasukkan
deretan dioda dan R.
Tujuan dari rangkaian penyearah adalah untuk memperoleh arus
searah dari sumber arus bolak balik, dan kemampuan
menyearahkannyadapat dilihatdengan menghitung besarnya
komponen arus searah atau harga rata-rata pulsa searahnya, yaitu:
I
m
IDC =
= 0,318 Im
Besarnya Im adalah: Im = I 2 = 1,414 I sehingga:
IDC =
1,414 I
= 0,45 I
sedangkan tegangan searahnya adalah harga rata-rata dari setengah
gelombang sinus yang positip sehingga:
EDC =
Em
= 0,318 Em
Prioda dari sinyal output adalah sama dengan perioda sinyal input. Setiap
siklus input menghasilkan satu siklus output. Inilah sebabnya mengapa
frekuensi output dari penyearah setengah gelombang sama
dengan frekuensi input
fout =
fin
b. Penyearah gelombang penuh dengan 2 buah dioda (Full wave
Rectifier)
Untuk memperoleh perataan yang lebih sempurna, maka dipakailah dua
buah dioda sebagai penyearah rangkap. Guna memahami apakah yang
diperoleh dari dua dioda, mari terlebih dulu kita pelajari
rangkaian di Gambar 2.7.
Vi
n
A + D1
A - Vm
CT
B + Vm
D2
Vo
ut
RL
I
m
Harga rata-rata
B -
(A)
IDC
0
2 3 4
(B)
Gambar 2.7 Rangkaian penyearah gelombang Penuh
a. Skema
Rangkaian b.
Gelombang Outut
Dari rangkaian penyearah ½ gelombang telah kita ketahui bahwa beban
hanya dilalui arus selama setengah perioda. Sehingga untuk mendapatkan
arus selama satu perioda secara penuh dilakukan dengan menambah
satu dioda lagi, dengan tujuan menyearahkan setengah gelombaang
lainnya seperti yang diperlihatkan pada gambar diatas.
Besarnya harga rata-rata pulsa arus yang melalui beban adalah dua
kali harga rata-rata penyearah setengah gelombnag yaitu:
IDC =
2 Im
Sedangkanharga rata-rata tegangan searahnya adalah:
EDC =
2 Em
= 0,645 Em
c. Penyearah gelombang penuh dengan 4 buah dioda (Sistim
Jembatan)
Rangkaian penyearah sistim jembatan ini adalah rangkaian penyearah
gelombang penuh tetapi tidak menggunkan center tap pada trafonya
(seperti pada penyearah gelombang penuh yang menggunakan 2 buah dioda.
Perhatikan gambar 2.8 dibawah ini
A+
A - D4 D1
B + D3 D2
B -
Gambar 2.8
RL Rangkaian
penyearah
gelombang
Penuh sistim
Jembatan
A
Vout
Harga
rata-
rata
Im
0 2 3 4
B
Pada saat A positi sementara B negatif, maka jalannya arus setengah
siklus perioda pertama adalah dari titik A+ melalui D1, RL D3 dan
kembali ke sumber. Dalam gambar ditunjukkan dengan tanda panah
warna merah. Selanjutnya setengah siklus perioda berikutnya adalah
titik B menjadi positif dan titik A jadi negative, sehingga jalannya arus
adalah dari titik B+ menuju D2, RL ,D4 dan kembali ke sumber.
Demikian seterusnya untuk proses berikutnya kembali lagi titik A jadi
positif dan titik B negative demikian seterusnya setiap setengah
perioda, dan gelombang outputnya seperti ditunnjukkan pada gambar
diatas
Dioda
1. Prinsip Kerja Dioda
Dalam berbagai rangkaian elektronika komponen semikonduktor dioda sering
kita jumpai jenis dan type yang berbeda beda tergantung dari model dan
tujuan penggunaan rangkaian tersebut dibuat. Kata dioda berasal dari
pendekatan kata yaitu dua elektroda yang mana (di berarti dua)
mempunyai dua buah elektroda yaitu anoda dan katoda. Anoda digunakan
untuk polaritas positif dan katoda untuk polaritas negatip. Didalam dioda
terdapat junction (pertemuan) dimana daerah
semikonduktor type-p dan semi konduktor type-n bertemu.
Dioda semikonduktor hanya dapat melewatkan arus pada satu arah saja,
yaitu pada sat dioda memperoleh catu arah maju (forward bias). Pada
kondisi ini dioda dikatakan bahwa dioda dalam keadaan konduksi atau
menghantar dan mempunyai tahanan dalam dioda relative kecil.
Sedangkan bila dioda diberi catu arah terbalik (Reverse bias) maka dioda tidak
bekerja dan pada kjondisi ini dioda mempunyai tahanan dalam yang tinggi
sehingga arus sulit mengalir. Dari kondisi tersebut maka dioda hanya
digunakan pada beberapa pemakain saja antara lain sebagai penyearah
gelombang (rectifier), disamping kegunaan-kegunaan lainya misalnya sebagai
Klipper, Clamper , pengganda tegangan dan lain-lain.
Sifat-Sifat Dioda
a. Dioda Silikon:
1. menghantar dengan tegangan maju kira-kira 0.6 Volt
2. perlawanan maju cukup kecil
3. perlawanan terbalik sangat tinggi, dapat mencapai beberapa Mega ohm
4. Arus maju maksimum yang dibolehkan cukup besar, sampai 1000 A
5. Tegangan terbalik maksimum yang dibolehkan cukup tinggi, dapat
mencapai 1000 V
b. Dioda Germanium:
1. Menghantar dengan teganagnmaju kira-kira 0,2 Volt
2. Perlawanan maju agak besar
3. Perlawanan terbalik kurang tinggi ( kurang dari 1 M ohm)
4. Arus maju maksimum yang dibolehkan kurang besar
5. Tegangan terbalik masimum yang dibolehkan kurang tinggi
Dioda Zener
Dioda zener dibuat untuk bekerja pada daerah breakdown dan
menghasilkan tegangan breakdown kira-kira dari 2 samapai 200 Volt.
Dengan memberikan tegangan riverse melampaui tegangan
breakdown zener, piranti berlaku seperti sumber tegangan konstan. Jika
tegangan yang diberikan mencapai nilai breakdown, pembawa minoritas
lapisan pengosongan dipercepat hingga mencapai kecepatan yang cukup
tinggi untuk mengeluarkan electron dari orbit luar. Efek zener
berbeda-beda, bila dioda di-dop banyak maka lapisan
pengosongan amat sempit. sehingga medan listrik pada lapisan
pengosongan sangat kuat.
Pada gambar 3 menunjukkan kurva tegangan arus dioda zener. Pada dioda
zener breakdown mempunyai knee yang sangat tajam, diikuti
dengan kenaikan arus yang hampir vertikal. Perhatikan bahwa
tegangan kira-kira konstan sama dengan Vz pada sebagian besar
daerah breakdown. Lembar data biasanya menentukan nilai VZ pada
arus test IZT tertentu diatas knee ( perhatikan gambar2.3 )
i
-Vz V
IZT
IZ
M
Gambar 2.3. Kurva Dioda Zener
Dissipasi daya dioda zener sama dengan perkalian tegangan dengan
arusnya, yaitu:
PZ = VZ x IZ
Misalkan jika Vz=13.6 V dan Iz= 15mA, Hitunglah daya dissipanya.
Jawab: Pz = 13,6 x 0,015 = 0,204 W
Selama PZ kurang dari rating daya Pz maks dioda zener tidak akan rusak.
Dioda zener yang ada dipasaran mempunyai rating daya dari ¼
W sampai lebih dari 50 W. Lembar data kerap kali menspesifikasikan arus
maksimum dioda zener yang dapat ditangani tanpa melampaui rating
dayanya. Arus maksimum diberi tanda IZm. Hubungan antara Izm
dan rating daya adalah:
IZmax
=
Pz max
Vz
Penggunaan dioda Zener sangat luas, kedua setelah dioda penyearah.
Dioda silikon ini dioptimumkan bekerja pada daerah breakdown dan
dioda zener adalah tulang punggung regulator tegangan. Jika dioda zener
bekerja dalam daerah breakdown, bertambahnya tegangan sedikit
akan menghasilkan pertambahan arus yang besar. Ini
menandakan bahwa dioda zener pempunyai inpedansi yang kecil.
Inpedansi dapat dihitung dengan bantuan rumus:
V
ZZ =
i
3. Clipper
Pada peralatan computer, digital dan sistim elektronik lainnya, kadang kita ingin
membuang tegangan sinyal diatas atau dibawah level tegangan
tertentu. Salah satu caranya adalah dengan menggunakan rangkaian clipper
dioda (clipper = pemotong).
3.1. Clipper Positip
Seperti yang ditunjukkan pada gambar 2.4 tegangan output bagian
positipnya semua dipotong. Cara kerja rangkaian adalah sebagai
berikut: selama setengah siklus positip tegangan input dioda konduksi,
dengan demikian kita dapat membayangkan dalam kondisi ini dioda
seperti saklar tertutup.Tegangan pada hubungan singkat harus sama
dengan nol, oleh sebab itu tegangan output sama dengan nol selama tiap-
tiap setengah siklus positip sehingga semua tegangan jatuh pada resistor (
R)
R
RL
Gambar 2.4. Clipper
positip
Selama setengah siklus negatip, dioda terbias reverse dan kelihatan
terbuka dan sebagai akibatnya rangkaian membentuk pembagi
tegangan dengan output:
RL
Vout =i
Bambar 2.5. Clipper dibias positip
Selama setengah siklus negatip, dioda terbias reverse dak kelihatan
seperti terbuka, dan sebagai akibatnya rangkaian membentuk pembagi
tegangan dengan output:
Vout
=
RL
VP
R + RL
Dan biasanya RL jauh lebih besar dari pada R sehingga Vout -VP.
Selama setengah siklus positip dioda konduksi dan seluruh tegangan jatuh
pada R dan sebaliknya pada setengah siklus negatip dioda off, dan
karena RL jauh lebih besar dari R sehingga hampir seluruh tegangan
setengah siklus negatip muncul pada RL. Seperti yang
diperlihatkan pada gambar 2.4 semua sinyal diatas level o V telah
dipotong. Clipper positip disebut juga pembatas positip (positive
limiter), karena tegangan output dibatasi maksimum 0 Volt.
3.2. Clipper di Bias
Dalam beberapa aplikasi anda mungkin level pemotongan tidak 0 V, maka
dengan bantuan clipper di bias anda dapat menggeser level pemotongan
positip atau level negatip yang diinginkan. Pada gambar
2.5 menunjukkan clipper dias, agar dioda dapat konduksi tegangan input
harus lebih besar dari pada +V. Ketika Vin lebih besar daripada
+V dioda berlaku seperti saklar tertutup dan tegangan output sama
dengan +V dan tegangan output tetap pada +V selama tegangan input
melebihi +V.
Ketika tegangan input kurang dari +V dioda terbuka dan rangkaian kembali
pada pembagi tegangan. Clipper dibias berarti membuang
semua sinyal diatas mevel +V
R
+ Vp
+ V
0 +RL 0
V
- Vp - - Vp
Gambar 2.5 Clipper dibias positip
Detektor Dioda
Detektor berfungsi menceraikan sinyal informasi dari sinyal pembawa,
pekerjan deteksi tersebut disebut juga de modulasi dan pada hakekatnya
suatu pekerjaan penyearahan (rectifying). Pekerjaan penyearahan yang terjadi pada
sirkit detector dan di dalam pencatu daya pada hakekatnya tidak ada
perbedaan azas. Oleh sebab itu sekema dasar dari sirkit detector juga tidak
berbeda dengan sekema dasar sebuah pencatu daya. Bila rangkaian detector kita
bandingkan dengan rangkaian sebuah pencatu daya maka akan terdapat kesamaan
dan perbedaan, antara lain yaitu:
Detektor Pencatu Daya
1. Frekuensi operasinya 255 Khz
2. Tegangan kerjanya kecil (10V atau
kurang )
3. Arusnya sangat kecil ( dalam uA )
4. Amplitodo tegangan bolak-balik
disirkit masukan bervariasi (oleh
adanya modulasi).
5. Di sirkit keluaran terdapat tegangan
rata dan juga tegangan bb dengan
frekuensi rendah.
1. Frekuensi operasinya 50 Hz
2. Tegangan kerjanya kecil/ besar
sesuai keperluan.
3. Arusnya besar ( dalam mA / Amper)
4. Amplitodo tegangan bolak-
balikdi sirkit masukan konstan
(berasal dari jaringan listrik).
4. Di sirkit keluaran terdapat hanya
tegangan rata (tegangan bb nya
kecil sehingga boleh diabaikan)