Post on 04-Nov-2020
1
ELEKTRONIKA APLIKASI DIODA
2
Pendahuluan Sebagian besar rangkaian elektronika
membutuhkan teg.dc untuk dapat bekerja dengan baik. Kerena teg. jala-jala (dari PLN) adalah teg.ac, maka yang harus
dilakukan terhadap rangkaian elektronika adalah mengubah teg.ac ke dc. Dalam kuliah
ini akan dibahas rangkaian2 penyearah, tapis kapasitor masuk, pelipat ganda teg, pembatas, penjepit, dan detektor nilai
puncak ke puncak.
3
Pendahuluan A. Gelombang Sinus
V
Vp
-Vp
0 π/2 π 3π/2 2π
900 1800 2700 3600
θ
4
Pendahuluan A.1. Nilai Puncak Dimana : = tegangan sesaat Vp = tegangan puncak θ = sudut dalam derajat atau radian Nilai-nilai gelombang sinus : 00 = 0 V 300 = 0,5Vp 450 = 0,707Vp 600 = 0,866Vp 900 = Vp
sinpV
5
Pendahuluan
A.2. Nilai Puncak ke Puncak
Nilai puncak ke puncak suatu sinyal adalah perbedaan aljabar antara nilai teg. maksimum dan minimumnya.
Untuk gelombang sinus, nilai puncak ke puncaknya :
minmaks VVVpp
ppppp VVVV 2)(
6
Pendahuluan A.3. Nilai Akar Rata-rata Kuadrat (RMS)
Jika suatu teg. Sinusoidal (=gel.sinus) diterapkan
pada sebuah hambatan, akan menghasilkan arus
sinusoidal yang sefasa melalui hambatan.
Nilai rms (Root Mean Squares) suatu gelombang
sinus yang disebut juga nilai efektif/nilai panas,
ditetapkan sebagai teg.dc yang menghasilkan
sejumlah panas yang = yang dihasilkan teg.gelombang
sinus.
prms VV 707,0
7
Pendahuluan
A.4. Tegangan Jala-jala
Teg. Jala-jala di Indonesia pada umumnya
220V/110V pada frekuensi 50Hz. Pada bagan-
bagan skematis 220Vrms biasanya ditulis sebagai
220Vac. Dengan persamaan teg. puncak, maka dapat
dihitung nilai puncaknya :
VV
Vp
VpV
174,311707,0
220
707,0220
8
Pendahuluan A.5. Nilai Rata-rata
Nilai rata-rata sebuah gel. sinus dalam 1 siklus
adalah nol, karena gel. sinus simetris (Vp dan –Vp
nilainya sama).
Cara lain untuk mengungkapkan hal ini adalah
dengan membuktikan Voltmeter dc akan menunjuk
harga nol bila digunakan untuk mengukur gel. sinus,
krn jarum voltmeter dc bergerak ke arah + dan –
dengan usaha yg sama besarnya, tetapi kelembaman
bagian-bagian yg bergerak mencegah gerak tersebut,
shg jarum menunjuk harga nol.
9
Pendahuluan B. Transformator
Alasan mengapa jala-jala daya amat berbahaya adalah karena resistansi
theveninnya mendekati nol. Ini berarti teg. jala-jala dapat menyediakan ratusan
ampere. Bahkan dengan pemutus rangkaianpun, jala-jala masih dapat
menyediakan puluhan ampere, tergantung dari ukuran pemutus rangkaiannya.
10
Pendahuluan B.1. Penurun Tegangan
Transformator berfungsi untuk menaikan atau
menurunkan teg. jala-jala, sesuai dengan
persyaratan pemakaian. Tegangan2 primer dan
sekunder pada transformator ideal memiliki
hubungan sebagai berikut :
1
2
1
2
N
N
V
V
11
Pendahuluan Dengan : V1 = teg. primer (dalam rms atau puncak)
V2 = teg. Sekunder (dalam rms atau puncak)
N1 = banyak lilitan pada belitan primer
N2 = banyak lilitan pada belitan sekunder
Misal : jika perbandingan lilitannya 9 : 1, maka :
rmsVV
V
V
V
4,249
220
9
1
220
2
2
12
Pendahuluan
V1 V2 RL
PENGAMAN N1 : N2
220Vac
50Hz
13
Pendahuluan B.2. Pengaman Di dalam trafo ideal, arus-arusnya diberikan oleh :
Persamaan ini dapat digunakan untuk menghitung ukuran pengaman.
Misal, arus beban 1,5Arms dan perbandingan belitannya 9:1, maka :
1
2
2
1
N
N
I
I
rmsAA
I
A
I
167,09
5,1
9
1
5,1
1
1
14
Pendahuluan Artinya, pengaman yg digunakan harus mempunyai
nilai lebih besar daripada 0,167A, ditambah 10% bila
teg. jala-jala sewaktu-waktu naik, dan 10% lagi yg
disebabkan oleh kebocoran-kebocoran pd trafo (hal
ini menghasilkan arus primer tambahan).
Nilai baku (standar) pengaman yg lebih tinggi,
yaitu 0,25A (jenis yg putus perlahan bila terjadi
sentakan jala-jala), mungkin sudah cukup. Tujuan
penggunaan pengaman adalah untuk mencegah
kerusakan yg berlebihan bila resistansi beban
terhubung singkat dengan tak sengaja.
15
Pendahuluan B.3. Trafo yang Sebenarnya Trafo-trafo yg dibeli di pasaran tidak ideal krn belitan-belitannya mempunyai resistansi yg menimbulkan kehilangan daya. Lagipula inti yg berlapis-lapis mempunyai arus-arus pusar, yg menimbulkan kehilangan daya lebih banyak lagi. Oleh krn itu, secara praktis hanya teg. sekunder yg diberikan. Bila arus primernya perlu diketahui, perbandingan lilitan trafo sebenarnya dapat diperkirakan dengan persamaan perbandingan tegangan dan arus terhadap lilitan.
16
I.5. Beberapa Rangkaian Dioda
A. Penyearah (Rectifier) Setengah Gelombang
RL
220Vac
50Hz 12Vac
0
V
θ
V2(puncak)
16,97V
0,318V2(puncak)
5,4V
1800 3600
17
I.5. Beberapa Rangkaian Dioda
Cara Kerja : Pd ½ siklus teg. sekunder yg +, dioda mengalami prategangan maju utk setiap teg. sesaat yg lebih besar dari teg. offset (0,7V utk dioda Si dan 0,3V utk dioda Ge), shg menghasilkan teg.lintas tahanan beban yg mendekati bentuk ½ gel. sinus. Pd ½ siklus teg. sekunder yg -, dioda mengalami prategangan balik. Dengan mengabaikan arus bocor (=arus balik), arus beban mjd nol. Inilah sebabnya mengapa teg. Beban jatuh mjd nol di antara 1800 dan 3600.
18
I.5. Beberapa Rangkaian Dioda
Teg. rata-rata (Vdc) :
)(2
)(2
)(2
atau
318,0
707,0
puncak
dc
puncakdc
acpuncak
VV
VV
VV
19
I.5. Beberapa Rangkaian Dioda
Batas Kemampuan arus dioda Salah satu hal yg perlu diperhatikan perancang adalah
batas kemampuan IO dioda. Batas kemampuan ini menunjukkan berapa besar arus searah yg dpt dilewatkan melalui dioda. Jika resistansi beban diketahui arus beban rata2 Idc dpt dihitung. Krn penyearah ½ gel. adalah rangkaian 1 simpal, arus dioda dc=arus beban dc. Pd lembar data Idc biasanya dicantumkan sebagai IO.
Misal : dari datasheet IN4001, IO=1A. Jika Vdc=5,4V dan RL=10Ω, maka Idc=0,54A. Dengan demikian pemakaian IN4001 pd rangkaian ini memenuhi syarat, krn batas IO-nya lebih besar daripada Idc beban
(0,54A).
20
I.5. Beberapa Rangkaian Dioda
Puncak Tegangan Balik
Gbr di bawah menunjukkan penyearah ½ gel pd saat teg. sekundernya mencapai maks puncak -. Krn dioda mengalami prategangan balik, maka tak ada teg. beban. Maks teg.balik ini disebut Puncak Teg. Balik (PIV=Peak Inverse Voltage). Agar tdk dadal, puncak teg.balik hrs lebih rendah drpd batas kemampuan PIV dioda.
- +
RL V2(peak)
-
+
21
I.5. Beberapa Rangkaian Dioda
B. Penyearah (Rectifier) Gelombang Penuh
RL
D1
D2
0
Vout
θ
0,636V2(peak)
5,4Vdc
1800(π) 3600(2π)
8,49V2(peak)
22
I.5. Beberapa Rangkaian Dioda
Cara Kerja :
Selama ½ siklus teg sekunder +, D1 mengalami bias maju dan D2 mengalami bias balik, shg arus mengalir melalui D1, RL, dan ½ lilitan atas.
Selama ½ siklus teg sekunder -, D1 mengalami bias balik dan D2 mengalami bias maju, shg arus mengalir melalui D2, RL, dan ½ lilitan bawah.
Hal ini disebabkan krn arus mengalir melalui tahanan beban dari arah yg sama tanpa memperhatikan dioda mana yg menghantar. Jadi teg beban berbentuk sinyal gelombang penuh yg disearahkan.
23
I.5. Beberapa Rangkaian Dioda
RL
D2
D1
+
+ + -
-
-
½ siklus + ½ siklus -
RL
D2
D1
-
- - +
+
+ RL
D2
D1
+
+ + -
-
-
Hubung singkat
Hubung buka
V2(peak)
+
- PIV
- +
Puncak Teg. Balik
24
B. Penyearah (Rectifier) Gelombang Penuh
Rumus-rumus : (pendekatan dioda ideal)
)(2
)(2
)(
)(
)(2)(
00
: KirchhoffTegangan Hukum
2
2atau
636,0
5,0
peak
peak
inout
L
dcdc
peakout
dc
peakoutdc
peakpeakout
VPIV
PIVV
ff
R
VI
VV
VV
VV
25
C. Penyearah Jembatan
RL
D2 D1
D3
D4
V2(peak) RL
D1
D3 D4
RL
D1
D3 D4
+
+
-
-
D2
+
+
-
-
D2
V2(peak)
½ siklus + ½ siklus -
26
Tabel Penyearah Rata-rata Ideal (Perhitungan)
Keterangan ½ Gelombang
Gelombang
Penuh
Jembatan
Banyak Dioda 1 2 4
Vout(peak) thd puncak
V2(peak) 0,5V2(peak) V2(peak)
Iout(dc) Idc 0,5Idc O,5Idc
PIV 2V2(peak) V2(peak) V2(peak)
Frekuensi Riak fin 2fin 2fin
Vout(dc) thd rms 1,414V2(rms) 0,707V2(rms) 1,414V2(rms)
VO(dc) VO(peak) / 2VO(peak)/ 2VO(peak)/
2
p
rms
VV
FILTER MASUKAN KAPASITOR
• Filter masukan menghasilkan tegangan keluaran DC yg sama dengan nilai rata2 tegangan rectifier.
• Kapasitor masukan filter menghasilkan tegangan keluaran DC yg sama dengan nilai puncak teg.rectifier.
• Tipe filter sebagian besar dipakai pada power supply.
27
FILTER MASUKAN KAPASITOR
• Kunci : memahami apa yg dikerjakan oleh kapasitor selama siklus tegangan masukan.
• Ide dasar :
- pada awalnya C tdk bertenaga, selama seperempat putaran pertama siklus teg.masukan, dioda bias maju.
- Selama dioda dibias maju, C mengisi muatan (charges) dan teg. C = teg.sumber. Proses ini berlanjut sampai teg.sumber mencapai nilai maksimum. Pd saat itu Vc = Vp.
- Pd saat teg.sumber mulai menurun, maka Vc > Vp. Pd saat itu C berfungsi sebagai teg.sumber bagi beban.
28
Formula Ripple
29
fC
IVR
VR = tegangan ripple puncak ke puncak I = arus beban DC f = frekuensi ripple C = kapasitansi
Contoh : • Berapa teg.beban DC dan ripple dalam
rangkaian berikut :
30
V1
169.68 V
60 Hz
0Deg
T1
5 D1
1N4001GP C1
100uF-POL
R1
5.1kOhm_5%
Contoh : Solusi :
Teg.sekunder rms :
Teg.sekunder puncak :
Diasumsikan sebuah dioda ideal, V beban dc = teg.sekunder puncak = 34V.
Arus beban dc :
teg.ripple :
31
VV
V 245
1202
VVp 34224
mAk
V
R
VI
L
LL 8,6
5
34
ppR VFHz
mAV 13,1
10060
8,6
32
UNTUK SEMENTARA BREAK DULU YA…..