LAPORAN LABORATORIUM ANALOG

PROGRAM STUDI TEKNIK TELEKOMUNIKASI

Praktikum 01PENDEKATAN KARAKTERISTIK DIODA

NAMA PRAKTIKAN : ARIF CIPTA VIRGIAWAN (3314130006)NAMA REKAN KERJA : 1. IRFAN RIDHO RAFITAMA (3314130018)

2. RINALDI DWISALAM (3314130034)

KELAS/KELOMPOK : TT 3D / KELOMPOK 1TANGGAL PELAKSANAAN PRAKTIKUM : 23 SEPTEMBER 2015TANGGAL PENYERAHAN LAPORAN : 29 SEPTEMBER 2015

JURUSAN TEKNIK ELEKTROPOLITEKNIK NEGERI JAKARTA

SEPTEMBER 2015

PERCOBAAN 4

RANGKAIAN PENYEARAH SETENGAH GELOMBANG

4.1 TUJUAN :

Menyelidiki dan mempelajari sifat-sifat dari rangkaian penyearah ½ gelombang.

Mempelajari karakteristik dan sifat bermacam-macam filter untuk penyearah ½

gelombang.

4.2 DASAR TEORI

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, siklus setengah positif sumber

tegangan akan bias maju dioda. Sejak tombol ditutup, seperti yang ditunjukkan pada

gambar 2.2a, sumber tegangan siklus setengah positif akan muncul melalui resistor

beban. Pada siklus 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 Gambar 2.2.b

Penjelasan lain dapat dijelaskan sebagai berikut :Rangkaian dasar penyearah setengah gelombang diperlihatkan pada gambar

1.11. dimana sisi primer transformator tersambung dengan sumber bolak-balik (ac) sedangkan sisi sekunder dihubungkan seri dengan sebuah dioda dan tahanan beban (RL).

Gambar 1.11 Rangkaian penyearah setengah gelombangJika saklar S ditutup, maka saat t1 – t2 keadaan di titik A misal berpolaritas

positip, maka pada setengah periode ini dioda ada dalam kondisi menghantar sehingga

arus IRL mengalir. Arus tersebut akan melewati tahanan RL sehingga antara titik C dan

D terbangkit tegangan yang sebanding dengan besarnya arus yang mengalir.

Gambar 1.12. Proses penyearahan setengah gelombang

Pada saat t2 – t3 titik B sedang dalam polaritas negatip dan dioda dalam

kondisi menghambat, sehingga RL dialiri arus reverse yang relatip kecil dan sering

diabaikan. Jika titik A kembali positip pada saat t3 – t4, maka proses serupa akan

terulang sehingga pada RL akan terdapat pulsa positip saja. Proses perubahan

tegangan bolak-balik menjadi pulsa searah ini disebut penyearahan dan dikarenakan

hanya setengah periode saja yang dapat dimanfaatkan, maka penyearah seperti ini

dikenal sebagai Penyearah Setengah Gelombang.

Atau dapat dipersingkat penjelasannya menjadi sseperti ini :

Pada saat perioda + Vo = Vs – Vd

Dioda ON (bias maju), arus mengalir dari Vs – D – RL – Vs

Pada saat perioda - Vo = 0

Dioda OFF (bias mundur), tidak ada arus mengalir

Bentuk Gelombang Ideal Penyearah Setengah Gelombang

Gambar 2.3a menunjukkan perwakilan graphical bentuk gelombang tegangan

masukan. Ia adalah sebuah gelombang sinus dengan nilai sesaat V in 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 rata-rata.

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 arus beban yang satu arah. Hal ini

berarti bahwa ia mengalir hanya pada satu arah.

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) – 0,7 V

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 1volt.

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 0,7 volt, sehingga teg yang melintasi beban 8.3 volt.

4.3 ALAT-ALAT YANG DIGUNAKAN

1) Trafo step down 6 V dan 12 V : 1 buah

2) Multimeter : 2 buah

3) Osiloskop : 1 buah

4) Dioda silikon : 4 buah

5) Dioda jembatan (bridge) : 1 buah

6) Resistor : 2 KΩ

7) Kapasitor : 1µF, 22µF, 100µF, dan 1000µF

8) Kabel-kabel penghubung

4.4 CARA MELAKUKAN PERCOBAAN

1) Buatlah rangkaian seperti gambar 1 dengan RL sebesar 2kΩ dan Vin(ac) =

12 Vpp

2) Ukur besar Vout(dc) dan Iout(dc)

3) Gambar bentuk gelombang Vin(ac) dan Vout(dc)

4) Tambahkan filter C ssebesar 1µF paralel dengan RL dan ulangi langkah 2)

dan 3)

5) Selanjutnya ganti filter C berturut-turut sebesar 22 µF, 100 µF, dan 1000

µF lalu ulangi langkah 2) dan 3)

DATA HASIL PERCOBAAN

No. Percobaan : 4.1 Pelaksanaan Praktikum : 23 September 2015

Judul : Penyearah ½ gelombang Penyerahan Laporan : 29 September 2015

Mata Kuliah : Laboratorium Digital Nama Kelompok : Arif Cipta Virgiawan

Kelas/Kelompok : TT-3D/01 : Irfan Ridho Rafitama

Tahun Akademik : 2015 : Rinaldi Dwisalam

Tabel 1.Penyearah ½ Gelombang

Vin (Volt)

Vout(dc) (Volt) Iout(dc) (mA)ukur hitung ukur Hitung

Tanpa C 6 3,12 3,18 1,2 1,59C = 1µF 6 2,18 1,41 1,1 0,708C = 22µF 6 6,12 6,518 3,5 3,25C = 100 µF 6 6,57 7,61 3,9 3,8C = 1000µF 6 6,75 6,95 3,4 3,48

ANALISA

Dari percobaaan yang dilakukan didapatkan data antara percobaan dan perhitungan

tidak terlalu signifikan, pada percobaan dengan C = 1000 µF gelombang tidak tampak itu

karena resistor yang dipakai terlalu besar dan pada C = 100 µF didapatkan nilai yang tidak

semestinya, hal itu bisa disebabkan oleh banyak faktor yang akan dijelaskan pada bagian

akhir analisa ini.

Dari percobaan yang dilakukan pun dapat dilihat dari tabel bahwa semakin besar nilai

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) capacitor yang digunakan maka nilai Vout dan Iout

pun akan semakin besar pula,dapat dilihat pada tabel mulai dari C = 1µF VDC = 2,46 V hingga

C = 1000µF VDC = 16 V, itu karena 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 τ = RL x C.

Dengan adanya kapasitor (C) tegangan keluaran tidak segera turun walaupun

tegangan masuk sudah turun, hal ini disebabkan karena kapasitor memerlukan waktu

mengosongkan muatannya.(τ = 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.

Disebut penyearah setengah gelombang karena, pada rangkaian penyearah setengah

gelombang dioda berperan untuk hanya meneruskan tegangan positif ke beban RL. Ini yang

disebut dengan penyearah setengah gelombang (half wave),selain itu proses perubahan

tegangan bolak-balik menjadi pulsa searah ini disebut penyearahan dan dikarenakan hanya

setengah periode saja yang dapat dimanfaatkan, maka penyearah seperti ini dikenal sebagai

Penyearah Setengah Gelombang.

Pada percobaan ini juga kadang terjadi kesalahan, hal ini disebabkan karena :

Nilai yang terdapat pada komponen tidak presisi

Kabel penghubung atau peralatan lainnya yang dipakai sudah tidak bagus

Pada saat pembacaan multimeter kurang teliti

Adanya hambatan di dalam multimeter

Range yang di pakai tidak tepat, sehingga pada pembacaan di multimeter tidak

terlihat.

SOAL

1. Bandingkan hasil pengukuran dan hasil perhitungan pada tabel 1 sampai

dengan tabel 3 ! Mengapa terjadi demikian ?

2. Jelaskan pengaruh filter C terhadap Vout (dc) !

3. Bandingkan Vout (dc) rangkaian penyearah ½ gelombang, rangkaian penyearah

gelombang penuh dan rangkaian penyearah jembatan ! Jelaskan !

Jawab :

1. Perbedaan nilai pada hasil pengukuran dan perhitungan disebabkan oleh banyak

faktor diantaranya :

a. Nilai yang terdapat pada komponen tidak presisi

b. Kabel penghubung atau peralatan lainnya yang dipakai sudah tidak bagus

c. Pada saat pembacaan multimeter kurang teliti

d. Adanya hambatan di dalam multimeter

e. Range yang di pakai tidak tepat, sehingga pada pembacaan di multimeter tidak

terlihat.

2. Penjelasan tentang rangkaian penyearah setengah gelombang dengan filter C / yang mempunyai gelombang ripple :

Gambar II.3 Rangkaian penyearah setengah gelombang dengah filter C

Gambar II.3 adalah rangkaian penyearah setengah gelombang dengan filter

kapasitor C yang paralel terhadap beban R. Ternyata dengan filter ini bentuk

gelombang tegangan keluarnya bisa menjadi rata. Gambar II.4 menunjukkan bentuk

keluaran tegangan DC dari rangkaian penyearah setengah gelombang dengan filter

kapasitor. Garis b-c kira-kira adalah garis lurus dengan kemiringan tertentu, dimana

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.

Gambar II.4 Bentuk gelombang dengan filter kapasitor

Kemiringan kurva b-c tergantung dari 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 :

Vrpp = Vm -VL …....... (1)

dan tegangan dc ke beban adalah Vdc = Vm + Vrpp / 2 ..... (2)

Rangkaian penyearah yang baik adalah rangkaian yang memiliki tegangan

ripple paling kecil. VL adalah tegangan discharge atau pengosongan kapasitor C,

sehingga dapat ditulis :

VL = Vm e -T/RC .......... (3)

Jika persamaan (3) disubsitusi ke rumus (1), maka diperoleh :

Vr = Vm (1 - e -T/RC) ...... (4)

Jika T << RC, dapat ditulis : e -T/RC » 1 - T/RC ..... (5)

sehingga jika ini disubsitusi ke rumus (4) dapat diperoleh persamaan yang

lebih sederhana :

Vr = Vm(T/RC) .... (6)

V/mR tidak lain adalah beban I, sehingga dengan ini terlihat hubungan antara

beban arus I dan nilai kapasitor C terhadap tegangan ripple Vr. Perhitungan ini efektif

untuk mendapatkan nilai tengangan ripple yang diinginkan.

Vr = I T/C ... (7)

Rumus ini mengatakan, jika arus beban I semakin besar, maka tegangan ripple

akan semakin besar. Sebaliknya jika kapasitansi C semakin besar, tegangan ripple

akan semakin kecil. Untuk penyederhanaan biasanya dianggap T=Tp, yaitu periode

satu gelombang sinus dari jala-jala listrik yang frekuensinya 50Hz atau 60Hz. Jika

frekuensi jala-jala listrik 50Hz, maka T = Tp = 1/f = 1/50 = 0.02 det. Ini berlaku untuk

penyearah setengah gelombang. Untuk penyearah gelombang penuh, tentu saja

fekuensi gelombangnya dua kali lipat, sehingga T = 1/2 Tp = 0.01 det.

Penjelasan Capacitor filter lainnya :

Penyearah ½ gelombang dengan cap C dihubungkan paralel dengan RL

dan tahanan bias maju diode sangat kecil dibanding RL karena itu selama ½

siklus positif, capacitor mengisi muatan ke harga puncak ac input. Capacitor

mengisi dan mengosongkan muatan selama siklus penuh ac input. Capacitor

mengisi ketika input cukup besar untuk bias maju diode. Capacitor

mengosongkan muatan melalui RL ketika input jatuh ke level tegangan dimana

diode bias mundur.

Makin kecil konstanta waktu τ =RLC, makin cepat tegangan capacitor

menurun sebelum pulsa positif muncul dan capacitor mengisi muatan lagi.

Perbandingan konstanta waktu RLC kecil dan besar seperti pada gambar di

bawah.

Fluktuasi tegangan dalam filter disebut tegangan ripple, dimana dalam

aplikasi harus dijaga sekecil mungkin.

% ripple ( r ) = tegangan ripple eff. (RMS) x 100 %

Tegangan DC ( av )

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 τ = RL x C.

Gambar 2.2 memperlihatkan rangkaian penyearah gelombang penuh dilengkapi filter

kapasitor .

Perhatikan gambar 2.3 diatas, pada saat T1 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.( τ = 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.

Keluaran dari penyearah terdiri dari tegangan searah dan tegangan bolak balik atau ripple.

Faktor kerut (ripple) didefinisikan :

r=Hargaefektif komponen signal ACHargarata−rata signal DC

r=Vr (rms)

Vdc

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 dg menggunakan filter & tanpa filter untuk penyearah

setengah gelombang dan gelombang penuh.

KESIMPULAN

Disebut penyearah setengah gelombang karena, pada rangkaian penyearah setengah

gelombang dioda berperan untuk hanya meneruskan tegangan positif ke beban RL. Ini yang

disebut dengan penyearah setengah gelombang (half wave),selain itu proses perubahan

tegangan bolak-balik menjadi pulsa searah ini disebut penyearahan dan dikarenakan hanya

setengah periode saja yang dapat dimanfaatkan, maka penyearah seperti ini dikenal sebagai

Penyearah Setengah Gelombang. Jika rangkaian diparalelkan dengan filter C maka rangkaian

akan mempunyai keluaran gelombang ripple. . Selain itu dengan adanya filter capacitor,

semakin besar nilai capacitor maka semakin besar pula nilai Vout dan Iout nya.

Tegangan setengah gelombang seperti gambar dibawah 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.

Dalam rectifier setengah gelombang 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 diatas. Kita menyebutnya sebuah bentuk gelombang seperti

sebuah sinyal setengah gelombang. Tegangan setengah gelombang menghasilkan arus beban

yang satu arah. Hal ini berarti bahwa ia mengalir hanya pada satu arah.

LAMPIRAN