Rangkaian Dioda

DAFTAR ISI

Daftar isi …………………………………………………..………………………………………… Rangkaian Dioda ……………………………………………………………………….……………. Tujuan ……………………………………………………………………………………………….. Pendahuluan …………………………………………………………………………………………. A. Penyearah setengah gelombang …………………………………………………………………. 1. Skema rangkaian penyearah setengah gelombang ………………………………………….. 2. Bentuk gelombang ideal penyearah setengah gelombang ……………………………….. … 3. Drop tegangan………………………………………………………………………………. 4. Nilai Sinyal DC Setengah Gelombang ........................................................................ B.

Penyearah gelombang penuh dengan pembalik fasa (CT) transformator……………….. 1. Skema Rangkaian Gelombang Penuh Dengan CT Transformator …………………. 2. Bentuk gelombang idela penyearah gelombang penuh dengan CT Transformator…. 3. DC atau nilai rata-rata.................................................................................................. 4. Pengaruh rasio lilitan dan tegangan output…………………………………………..

C. Penyearah gelombang penuh dengan model jembatan ………………………………….. 1. Skema Rangkaian Penyearag Gelombang Penuh Model Jembatan…………………. 2. Gambar Bentuk Output Gelombang…………………………………………………. 3. Nilai Rata-Rata dan Frekuensi……………………………………………………….

D. Filter……………………………………………………………………………………... 1. Filter Dengan Menggunakan Komponen Induktor (l)……………………………….. 2. Filter Dengan Menggunakan Komponen Kapasitor (C)…………………………….. 2.1. Filter Kapasitip ……………………………………………………………………… 2.2 Faktor Kerut (Ripple) ………………………………………………………………..

Aplikasi Penggunaan Rangkaian Dioda……………………………………………………... Kesimpulan ………………………………………………………………………………….. Gambar nyata dari Transformator, Induktor, Kapasitor, Resistor dan Dioda ………………

1. RANGKAIAN DIODA TUJUAN Setelah mempelajari bagian-bagian ini, diharapkan kita mampu untuk :  Mengetahui fungsi dari dioda tersebut  Menggambarkan sebuah diagram setengah gelombang rectifier dan menerangkan

bagaimana cara kerjanya.  Menggambarkan sebuah diagram pembalik fasa rectifier dan menjelaskan cara kerjanya.  Menggambarkan sebuah diagram gelombang penuh rectifier dan menjelaskan bagaimana dioda tersebut bekerja.  Menggambarkan output setengah gelombang dengan menggunakan filter C dan L  Menggambarkan output pembalik fasa dengan menggunakan filter C dan L  Menggambarkan output gelombang penuh dengan menggunakan filter C dan L  Membedakan penyearah ½ gelombang, pembalik fasa, dan gelombang penuh baik dengan filter maupun dengan filter.

PENDAHULUAN Sebagian besar alat-alat elektronika seperti TV, setero, dan komputer membutuhkan sebuah tegangan DC untuk bekerja. Dan peralatan kecil portabel kebanyakan menggunakan baterai sebagai sumber dayanya, namun sebagian besar peralatan menggunakan sember daya AC 220 volt - 50Hz. Didalam peralatan tersebut terdapat rangkaian yang sering disebut sebagai adaptor ataupenyearah yang mengubah sumber AC menjadi DC. Bagian terpenting dari adaptoradalah berfungsinya diode sebagai penyearah (rectifier). Pada bagian ini dipelajari bagaimana rangkaian dasar adaptor tersebut bekerja.

A. PENYEARAH SETENGAH GELOMBANG

1. Skema Rangkaian Penyearah Setengah Gelombang

Gambar 2.1

: Rangkaian penyearah setengah gelombang

Dari gambar 2.1 diatas merupakan contoh rangkaian dioda penyearah setengah gelombang. Sumber AC menghasilkan sebuah tegangan sinusoida. Diasumsikan dioda pada rangkaian di atas merupakan dioda yang ideal, putaran setengah positif sumber tegangan akan dioda bias maju. Sejak tombol ditutup, seperti yang ditunjukkan pada gambar 2.2a, sumber tegangan putaran setengah positif akan muncul melalui resistor beban. Pada putaran setengah negatif, dioda akan mengalami bias balik. Dalam hal ini dioda ideal akan kelihatan sebagai saklar terbuka, seperti ditunjukkan pada gambar 2.2b dan tidak ada tegangan yang muncul pada resistor beban.

Gambar 2.2.a

AC

+

_

_

+ _

+

+

_

AC

Gambar 2.2.b

2. Bentuk Gelombang Ideal Penyearah Setengah Gelombang Gambar 2.3a menunjukkan perwakilan graphical bentuk gelombang tegangan masukan. Ia adalah sebuah gelombang sinus dengan nilai seketika Vin dengan nilai puncak Vp(in). Sebuah sinusoida murni seperti ini mempunyai nilai rata-rata nol di atas satu putaran sebab masing-masing tegangan pada saat yang sama mempunyai kesamaan dan ketidaksamaan tegangan setengah putaran. Jika anda mengukur tegangan dengan sebuah multimeter DC, anda akan mendapatkan nol karena volmeter DC menunjukkan nilai ratarata. Dalam rectifier setengah gelombang pada gambar 2.3b, maka dioda berlaku sebagai penghantar selama putaran setengah positif, tetapi tidak berlaku sebagai penghantar selama putaran setengah negatif. Oleh karena itu rangkaian memotong putaran setengah negatif seperti yang ditunjukkan dalam gambar 2.3c. Kita menyebutnya sebuah bentuk gelombang seperti sebuah sinyal setengah gelombang. Tegangan setengah gelombang menghasilkan Vo pada satu arah. arus beban yang satu arah. Hal ini berarti bahwa ia mengalir hanya

Gambar 2.3a

gambar 2.3b

gambar 2.3c

Tegangan setengah gelombang seperti gambar 2.3c merupakan sebuah tegangan DC yang bergetar naik sampai maksimum dan menurun sampai nol selama putaran setengah negatif. Ini bukan merupakan jenis tegangan DC yang dibutuhkan oleh peralatan elektronik. Karena yang dibutuhkan merupakan sebuah tegagan konstan, sama seperti halnya yang terjadi pada sebuah baterai. Ketika anda mengalami masalah,anda dapat menggunakan dioda ideal untuk menganalisis rectifier setengah gelombang. Hal ini berguna untuk mengingat bahwa tegangan puncak saat keluar sama dengan tegangan saar masuk. Setengah gelombang ideal : Vp(out) = Vp(in) 3. Drop Tegangan. Untuk menentukan tegangan rata-rata DC yang melewati beban resistor, terlebih dahulu tegangan drop pada dioda harus dihitung. Untuk arus lebih besar tegangan yang drop arah maju dapat mencapai 1 volt.

Gambar 3. Drop tegangan yang timbul pada dioda. Bila drop tegangan pada dioda diperhitungkan, tegangan puncak ke puncak yang melewati beban sedikit berkurang dibandingkan tegangan input. Perhatikan gambar 3. berikut ini. Terlihat pada gambar drop tegangan yang melintasi dioda silicon arah maju adalah 0,6 volt, sehingga tegangan yang melintasi beban 8.4 volt. 4. Nilai Sinyal DC Setengah Gelombang Nilai DC sebuah sinyal adalah sama dengan nilai rata-rata. Jika Anda mengukur sebuah sinyal dengan sebuah Voltmeter DC, yang terbaca akan sama dengan nilai rata-rata. Pada dasarnya nilai tertentu dari DC diperloleh dari setengan gelombang diperoleh. Formulanya adalah 

Vdc

Karena 1/π = 0,318 Vp, Anda dapat melihat Persamaan di atas tertulis : Vdc = 0,318 Vp Sebagai contoh Vp = 100 V, maka dapat diperoleh Vdc = 0,318 * 100 =31,8 V, jadi tegangan rata-ratanya atau DC adalah 31,8 V.

Kita tidak akan memperoleh tegangan setangah gelombang sempurna melalui resistor beban. Sebab hambatan potensial dioda tidak hidup sampai sumber tegangan AC kira-kira 0,7 V. ketika tegangan puncak sumber lebih besar dari pada 0,7 V, tegangan beban akan menyerupai sinyal setengah gelombang. Sebagai contoh, jika sumber tegangan puncak adalah 100 V, tegangan beban akan sangat tertutup kepada tegangan setengah gelombang sempurna. Jika sumber tegangan setengah gelombang hanya 5 V, tegangan beban akan mempunyai sebuah puncak hanya 4,3 V. Ketika Anda membutuhkan jawaban yang lebih baik, gunakan rumus ini :

Vp(keluar) = Vp(masuk) – 0,7 V Keuntungan menggunakan setengah gelombang : 1. Sumber teg bisa dinaikkan/diturunkan 2. Sumber ac yg terpisah dr rectifier mencegah terjadinya teg pulsa 3. Hub teg sekunder dan primer thdp n (perbandingan lilitan Nsec/Nprim) : 4. Bila n>1, maka teg sekunder lebih besar dr teg primer 5. Teg output dr sistem ini = teg sekunder,

B. PENYEARAH GELOMBANG PENUH DENGAN CT TRANSFORMATOR. 1. Skema Rangkaian Gelombang Penuh Dengan Ct Transformator

Gambar 1.1 Skema rangkaian gelombang penuh dengan CT Transformator

2. Bentuk Gelombang Ideal Penyearah dengan CT Transformator Merupakan penyearah gelombang penuh yang menggunakan dua buah dioda yang dihubungkan ke transformator sekunder yg ditap tengahnya. Perhatikan ground center tap sekunder winding. Penyearah gelombang penuh equvalent dengan dua kali penyearah setengah gelombang. Sebab pusat tap, masing-masing rectifier mempunyai sebuah tegangan masukan yang equel dengan setengah tegangan sekunder. Dioda D1 menghantar keputaran setengah positif, dan dioda D2 menghantar ke putaran setengah negatif. Sebagai hasilnya arus beban penyearah mengalir selama setengah putaran bersama-sama. Penyearah gelombang penuh berbuat sama dengan dua kali bolak balik pada penyerah setengah gelombang.

Rangkaian Penyearah CT

Harga tegangan dapat dihitung : Ueff = 0,707 x Um

Udc = 0,636 x Um

Harga arus dapat dihitung dengan rumus sebagai berikut :

Dengan kata lain selama setengah siklus positif tegangan input dioda D1 di bias maju, sedangkan dioda D2 dibias mundur.

Selama setengah siklus negatif tengan input dioda D1 di bias mundur, sedangkan dioda D2 dibias maju.

3. DC atau Nilai Rata-Rata Karena sinyal gelombang penuh mempunyai dua kali seperti banyak putaran lingkaran positif seperti sinyal setengah gelombang DC atau nilai rata-rata merupakan dua kali, diberikan oleh : Vdc = 2Vp / π

Ketika 2/π = 0,636 Vp maka persamaan menjadi Vdc = 0,636 Vp Bentuk ini dapat Anda lihat bahawa DC atau nilai rata-rata sama dengan 63,6% dari nilai puncak. Oleh karena itu, jika tegangan puncak sinyal gelombang penuh adalahg 100% tegangan DC nya adalah 63,6 V.

4. Pengaruh Rasio Lilitan Dan Tegangan Output Bila rasio lilitan transformator =1, nilai puncak dr teg output penyearah = ½ teg puncak primer – potensial barrier.

Bila rasio lilitan transformator = 2, nilai puncak dari tegangan output penyearah = tegangan puncak primer. Dalam kasus ini, total teg sekunder = 2x teg primer. Sehingga :

C. PENYEARAH GELOMBANG PENUH MODEL JEMBATAN 1. Skema Rangkaian Penyearag Gelombang Penuh Model Jembatan. Penyearah gelombang penuh model jembatan memerlukan empat buah diode. Dua diode akan berkondusi saat isyarat positif dan dua diode akan berkonduksi saat isyarat negatif. Untuk model penyearah jembatan ini kita tidak memerlukan transformator yang memiliki center-tap.

Gambar 1c. Skema rangkaian penyearah gelombang penuh model jembatan 2. Gambar Bentuk Output Gelombang Seperti ditunjukkan pada gambar 1c, bagian masukan AC dihubungkan pada sambungan D1-D2 dan yang lainnya pada D3-D4. Katode D1 dan D3 dihubungkan degan keluaran positif dan anode D2 dan D4 dihubungkan dengan keluaran negatif (tanah). Misalkan masukan AC pada titik A berharga positif dan B berharga negatif, maka diode D1 akan berpanjar maju dan D2 akan berpanjar mundur. Pada sambungan

bawah D4 berpanjar maju dan D3 berpanjar mundur. Pada keadaan ini elektron akan mengalir dari titik B melalui D4 ke beban , melalaui D1 dan kembali ke titik A. Pada setengah periode berikutnya titik A menjadi negatif dan titik B menjadi positif. Pada kondisi ini D2 dan D3 akan berpanjar maju sedangkan D1 dan D4 akan berpanjar mundur. Aliran arus dimulai dari titik A melalui D2, ke beban, melalui D3 dan kembali ke titik B. Perlu dicatat di sini bahwa apapun polaritas titik A atau B, arus yang mengalir ke beban tetap pada arah yang sama.

3. Nilai Rata-Rata dan Frekuensi Karena sebuah jembatan penyearah menghasilkan sebuah keluaran gelombang penuh, persamaan untuk nilai rata-rata dengan frekuensi keluaran sama seperti yang diberikan untuk sebuah rectifier gelombang penuuh dengan CT atau pembalik fasa.

Nilai rata-rata adalah 63,6% dari nilai puncak, dan frekuensi keluaran adalah 120 Hz. Diberikan sebuah frekuensi saluran 60 Hz. Suatu keuntungan sebuah rectifier jembatan adalah bahwa semua tegangan skunder digunakan sebagai masukan pada restifier. Diberikan transformer yang sama, kita akan mendapatkan dua kali sebanyak tegangan puncak dan dua kali sebanyak tegangan de dengan keluaran dc mengkompensasi penggunaan dua ekstra dioda. Aturannya, kita akan tahu bahwa rectifier jembatan menggunakan lebih banyak dibandingkan rectifier gelombang penuh dengan CT (pembalik fasa).

D. FILTER

Filter adalah suatu rangkaian yang dibuat dengan tujuan untuk memperbesar tegangan DC dan memperkecil tegangan rippple pada suatu rangkaian penyearah baik setengah gelombang maupun gelombang penuh. Adapun komponen elektronika yang sering digunakan sebagai rangkaian filter adalah kompponen Induktor (l) dan Kapasitor (C). 1. Filter Dengan Menggunakan Komponen Induktor (l)

Gambar 1a : Skema rangkaian penyearah gel penuh dengan filter L

Gambar 1b : Output gelombang penuh pembalik fasa dengan filter l Menurut deret farier arus beban dapat diuraikan menjadi :

Suku pertama adalah komponen dc, seku kedua dan seterusnya adalah merupakan harmonisa. Kita akan menganalisa efek filter pada harmonisa kedua, bila harmonisa yang kedua sudah dapat difilter dengan baik dean efektif maka harmonisa yang lebih tinggi akan juga dapat difilter dengan se-efektif mungkin. Bila Rs, Rf << Rl maka untuk komponen dc diperoleh :

Tetapi suku komponen x ac yang mempunyai frekuensi 2ω terdapat impedansi yang besar sehingga didapat suatu persamaan untuk komponen ac yaitu :

Dan arus beban yang dihasilkannya :

Dan arus beban

Filter L sangat cocok untuk aurus beban yang besar

2. Filter Dengan Menggunakan Komponen Kapasitor (C) Pada rangkaian penyearah yang dibahas pada kegiatan belajar 2 , sistem penyearah menghasilkan arus gelombang searah masih terdapat pulsa gelombang bolak balik Secara umum peralatan elektronik membutuhkan sumber arus searah (DC) yang halus atau lebih rata. Guna menghilangkan sisa gelombang bolak balik tersebut sering digunakan kondensator elektrolit sebagai tapis perata (Filter) seperti pada gambar 2.1

2.1. Filter Kapasitip Penambahan nilai kapasitor yang dipararel dengan beban akan memberikan efek peralatan pulsa DC yang lebih halus. Nilai kapasitor yang lebih besar akan menyimpan muatan pada saat pengisian. Kecepatan pengosongan muatan kapasitor tergantung dari besarnya konstanta waku T = RL x C Gambar 2.2 memperlihatkan rangkaian penyearah gelombang penuh dilengkapi filter kapasitor .

Perhatikan gambar 2.3 diatas, pada saat T 1 kapasitor terjadi pengisian muatan kapasitor mendekati harga tegangan puncak Um (maksimum) jika tegangan pulsa turun lebih rendah dari Um maka kapasitor akan mengosongkan muatannya. Dengan adanya kapasitor (C) tegangan keluaran tidak segera turun walaupun tegangan masuk sudah turun, hal ini disebabkan karena kapasitor memerlukan waktu mengosongkan muatannya.(Ingat ? = R.C). Sebelum tegangan kapasitor turun banyak, tegangan pada kapasitor keburu naik lagi. Tegangan berubah yang terjadi tersebut disebut tegangan kerut (ripple voltage) hasil dari transient kapasitor. 2.2 Faktor Kerut (Ripple) Keluaran dari penyearah terdiri dari tegangan searah dan tegangan bolak balik atau ripple. Faktor kerut didefinisikan :

Dimana : Ur (rms)

= harga tegangan kerut yang terukur oleh volt meter AC.

Udc

= harga tegangan keluaran DC yang terukur oleh volt meter DC.

%r

= persentase dari tegangan kerut.

Tegangan kerut adalah berbanding langsung terhadap arus beban (RL). Gambar 2.4 mempelihatkan bentuk gelombang dengan menggunakan filter dan tanpa filter untuk penyearah setengah gelombang dan gelombang penuh.

APLIKASI PENGGUNAAN RANGKAIAN DIODA

Adapun contoh aplikasi dari penyearah baik setengah gelombang, gelombang penuh dengan pembalik fasa atau CT, dan penyearah gelombang penuh dengan model jembatan dapat kita lihat pada rangkaian power supply atau bagian power dari suatu pernagkat elektronika seperti pada HP, TV, Radio, Carger Komputer dan banyak lagi.

KESIMPULAN

1. Dioda penyearah ½ gelombang tidak bagus untuk dijadikan sebagai pemasok sumber

tegangan untuk sebuah rangkaian elektronik. Karena hasil penyearahan tidak rata. 2. Bagi transformer yang diberikan, rectifier jembatan lebih baik daripada rectifier ½ golombang sebab ia hanya mempunyai sedikit ripple dan ia juga leboh baik dari rectifier gelombang penuh pembalik fasa (CT) sebab rectifier gelombang penuh dengan model jembatan menghasilkan dua kali lebih banyak tegangan keluaran. 3. Dari ketiga penyearah tersebut diatas penyearah gelombang penuh model jembatan adalah paling populer dibandingkan dengan yang lainya, karena dapat menghasilkan output 2 kali lipat.