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 : "
"Filter Choke (Induktor) "
"Filter Kapasitor "
"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.
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
Vout
VP
Harga rata-rata
Vin
(+)
B -
VDC
0
π 2π 3π
ω
4π 5π
(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 menyearahkannya dapat dilihat dengan
menghitung besarnya
komponen arus searah atau harga rata-rata pulsa searahnya, yaitu:
Im
IDC = π
= 0,318 Im
Besarnya Im adalah: Im = I 2 = 1,414 I sehingga:
IDC =
1,414 I
π
= 0,45 I
sedangkan tegangan searahnya adalah harga rata-rata dari
setengah
gelombang sinus yang positip sehingga:
EDC =
Em
π = 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.
Vin
A + D1
A - Vm
CT
B + Vm
D2
Vout
RL
Im
Harga rata-rata
B -
(A)
IDC
0
π 2π 3π 4π
(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
π
Sedangkanharga rata-rata tegangan searahnya adalah:
EDC =
2 Em
π
= 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 π 2π 3π 4π
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
IZM
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:
ΔV
ZZ =
Δi
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 = Δi
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)
-----------------------
t