Kamis, 02 Mei 2013
A. Rangkaian
Penyearah (Rectifier Circuit)
Sebagian
besar rangkaian elektronika membutuhkan tegangan DC untuk dapat bekerja dengan
baik. Karena tegangan jala-jala adalah tegangan AC, maka yang harus dilakukan
terlebih dahulu dalam setiap peralatan elektronika adalah mengubah atau menyearahkan
(rectifying) tegangan AC ke DC. Pada
umumnya, tegangan AC didekati dengan sinyal gelombang sinus, seperti tampak
pada Gambar 4.1. Secara matematika, gelombang sinus dinyatakan oleh:
v = Vp
sin
(t+θ) (4.1)
dimana
v = tegangan sesaat
Vp = tegangan puncak
θ = sudut dalam derajat atau radian
Gambar
4.1 Gelombang Sinus
Beberapa
peralatan elektronika mengandung sebuah transformator seperti tampak pada
Gambar 4.2 untuk menaikkan atau menurunkan tegangan jala-jala. Besarnya
penaikkan atau penurunan tegangan sebanding dengan rasio jumlah lilitan pada
bagian primer dengan jumlah lilitan sekunder. Untuk memudahkan pemahaman berikutnya,
perbandingan ini tidak dibahas lebih lanjut. Sebagai gantinya, hanya tegangan
sekunder yang diberikan.
Gambar
4.2 Transformator
B. Rangkaian
Penyerarah Setengah Gelombang
Gambar
4.3 memperlihatkan rangkaian yang disebut penyearah setengah gelombang (half wave rectifier). Pada setengah siklus tegangan sekunder
yang positif, dioda mengalami forward
biased untuk
setiap tegangan yang lebih dari 0.7 volt (tegangan offset). Ini menghasilkan
tegangan lintas tahanan beban (RL)
yang mendekati bentuk setengah gelombang sinus. Pada setengah siklus negatif, diode
mengalami reverse biased, yang menyebabkan
arus beban menjadi nol dan tegangan beban jatuh menjadi nol.
Gambar
4.3 Rangkaian Penyerah Setengah Gelombang
Jika
digunakan pendekatan dioda ideal, puncak tegangan yang disearahkan sama dengan
puncak tegangan sekunder, seperti ditunjukkan pada Gambar 4.4(a). Sedangkan,
jika digunakan pendekatan dioda offset, puncak tegangan yang disearahkan
memiliki tegangan puncak keluaran yang lebih rendah dari tegangan puncak
masukan, seperti tampak pada Gambar 4.4(b).
(a)
(b)
Gambar
4.4 Tegangan Masukan dan Keluaran Penyerah Setengah Gelombang
(a)
Pendekatan
Dioda Ideal dan (b) Pendekatan Dioda Offset
C. Rangkaian
Penyearah Gelombang Penuh dengan Center Tap Trafo
Nampak
dari gambar diatas, bahwa penyearah setengah gelombang, belum menghasilkan
tegangan DC yang baik. Oleh karena itu, diupayakan cara-cara lain untuk
mendapatkan tegangan DC yang lebih baik. Gambar 4.5 menunjukkan sebuah
rangkaian penyearah gelombang penuh dengan menggunakan Center Tap Trafo. Selama setengah siklus tegangan sekunder yang
positif, dioda yang atas mengalami forward
biased dan
dioda yang bawah mengalami reverse
biased.
Sehingga, arus mengalir melalui dioda yang atas, ke tahanan beban, dan setengah
belitan yang atas. Sebaliknya, selama setengah siklus tegangan sekunder yang
negatif, arus akan mengalir melalui dioda yang bawah, ketahanan beban l, dan
setengah belitan yang bawah.
Gambar
4.5 Rangkaian Penyearah Gelombang Penuh dengan Center Tap Trafo
Dalam
kedua siklus diatas, tahanan beban mendapatkan polaritas yang sama, tanpa
memperhatikan dioda mana yang konduksi. Sehingga, tegangan keluaran pada beban
berbentuk sinyal gelombang penuh yang disearahkan seperti terlihat pada Gambar
4.6.
(a)
(b)
(c)
Gambar
4.6 Penyearah Gelombang Penuh
Center Tap Trafo: (a)
Proses Penyearahan
(b) Pendekatan Dioda
Ideal dan (c) Pendekatan Dioda Offset
D. Rangkaian
Penyearah Gelombang Penuh dengan Dioda Jembatan
Pada
saat ini, penyearah gelombang penuh dengan Center
Tap Trafo,
tidak umum digunakan. Penyerah gelombang penuh yang paling terkenal ialah
penyearah jembatan (bridge rectifier). Gambar 4.7
menunjukkan rangkaian dan proses penyearah jembatan. Selama setengah siklus
tegangan sekunder yang positif, dioda kanan atas dan dioda kiri bawah di-forward biased, sehingga tegangan beban mempunyai polaritas
yang searah. Selama setengah siklus negatif, dioda kiri atas dan dioda kanan bawah
yang forward biased, sehingga tahanan
beban juga memiliki polaritas yang sama dengan sebelumnya. Secara bentuk,
tegangan masukan dan keluaran penyearah gelombang penuh dengan menggunakan bridge dioda sama dengan menggunakan center tap trafo.
Gambar
4.7 Rangkaian dan Proses Penyearah Gelombang Penuh dengan bridge
Dioda
E. Rangkaian
Penyearah dengan Filter Kapasitor
Keluaran
penyearah rata-rata adalah tegangan DC yang memiliki denyut (ripple). Untuk mengubah denyut ini ke tegangan DC yang tetap,
dibutuhkan sebuah penapis (filter). Gambar 4.8
memperlihatkan rangkain penyearah setengah gelombang dengan penapis menggunakan
Kapasitor.
Gambar
4.8 Rangkain Penyearah Setengah Gelombang dengan Filter Kapasitor
Selama
seperempat siklus pertama dari tegangan sumber, dioda di-forward biased. Pada saat itu, dioda menghubungkan sumber
langsung melintas kapasitor, sehingga kapasitor diisi sampai tengangan puncak.
Namun, setelah melewati puncak positif, dioda berhenti konduksi. Pada keadaan
ini, kapasitor membuang muatannya melalui resistansi beban. Dengan rancangan
yang baik, tetapan waktu pembuangan (tRC)
dapat dibuat jauh lebih besar daripada perioda T sinyal
masuk. Oleh karena itu, kapasitor hanya kehilangan sebagian besar kecil
muatannya. Kemudian, pada saat tegangan sumber mencapai puncaknya kembali,
dioda menghantar sebentar dan mengisi kapasitor kembali sampai tegangan
puncaknya. Proses ini digambarkan pada Gambar 4.9.
(a)
(b)
Gambar
4.9 Penapisan sinyal DC menggunakan kapasitor (a) Proses dan
(c)
Detail
Hasil Pemfilteran
Hal
ini juga terjadi pada rangkaian penyearah gelombang penuh dengan diode bridge, sebagaimana tampak pada Gambar 4.10.
(a)
(b)
Gambar
4.10 Rangkaian Penyearah Dioda Bridge dengan penapis kapasitor
Gambar
4.11 Keluaran Tegangan DC
Penyearah berfungsi untuk mengubah tegangan
AC menjadi tegangan DC. Penyearah ada 2 macam, yaitu penyearah setengah
gelombang dan penyearah gelombang penuh.
F. Rumus Tegangan Penyearah Setengah Gelombang:
Nilai
tegangan puncak input transformator:
VRMS=Vmax /√2
VRMS=0,707 X
Vmax
Tegangan
rata-rata DC pada penyearah setengah gelombang adalah:
VDC=Vmax / π
VDC=0,318 x Vmax
Frekuensi
output:
fout = fin
Tegangan
Maksimal DC pada penyearah setengah gelombang adalah:
Vmax = 2.Vpp
G. Rumus Tegangan Penyearah Gelombang Penuh:
Tegangan
rata-rata DC pada penyearah sinyal gelombang penuh:
VRMS=Vmax /√2
VRMS=0,707 X
Vmax
Frekuensi
output:
fout = 2.fin
“Sekian Terima kasih”
~Selamat Belajar~
Source : Makalah DIODA SEMESTER III
