LAPORAN LABORATORIUMPROGRAM STUDI TEKNIK TELEKOMUNIKASI

NAMA PRAKTIKAN: MEILLYNA DEWI UTARYNAMA REKAN KERJA: HANS REZA FACHRYZALMUHAMMAD JOSILENKELAS / KELOMPOK: TT 3C / 1TANGGAL PELAKSANAAN PRAKTIKUM: 21 SEPTEMBER 2013 TANGGAL PENYERAHAN LAPORAN: 28 SEPTEMBER 2013 JURUSAN TEKNIK ELEKTROPOLITEKNIK NEGERI JAKARTA28 SEPTEMBER 2013

PERCOBAAN VRANGKAIAN PENYEARAH GELOMBANG PENUH0. TUJUAN Menyelidiki dan mempelajari sifat-sifat dari bermacam-macam rangkaian penyearah Menyelidiki dan mempelajari penggunaan 2 dioda pada rangkaian penyearah gelombang penuh Menyelidiki fungsi dioda sebagai penyearah gelombang penuh Mempelajari karakteristik dan sifat bermacam-macam filter untukpenyearah gelombang0. DASAR TEORI Konsep dasar penyearah gelombang yang dimaksud dalam artikel ini adalah konsep penyearah gelombang dalam suatu power supply atau catu daya. Penyearah gelombang (rectifier) adalah bagian dari power supply atau catu daya yang berfungsi untuk mengubah sinyal tegangan AC (Alternating Current) menjadi tegangan DC (Direct Current). Komponen utama dalam penyearah gelombang adalah dioda yang dikonfiguarsikan secara forward bias. Dalam sebuah power supply tegangan rendah, sebelum tegangan AC tersebut di ubah menjadi tegangan DC maka tegangan AC tersebut perlu di turunkan menggunakan Transformator Stepdown. Ada 3 bagian utama dalam penyearah gelombang pada suatu Power Supply yaitu, penurun tegangan (Transformer), penyearah gelombang / Rectifier (dioda) dan Filter (kapasitor). Yang dibahas pertama yaitu Rectifier adalah alat yang digunakan untuk mengubah sumber arus bolak-balik (AC) menjadi sinyal sumber arus searah (DC). Penyearah gelombang penuh dengan menggunakan trafo CT dapat dibuat menggunakan 2 buah dioda D1 dan D2 seperti pada gambar dibawah.

c)Gambar a) Rangkaian Penyearah Gelombang Penuh Menggunakan Kapasitorb) Masukan dan Keluaran yang dihasilkan pada Osiloskopc) Rangkaian Penyearah Gelombang Penuh Tanpa KapasitorPenjelasan untuk gambar a) dan b) Terminal sekunder dari Trafo CT mengeluarkan dua buah tegangan keluaran yang sama tetapi fasanya berlawanan dengan titik CT sebagai titik tengahnya. Kedua keluaran ini masing-masing dihubungkan ke D1 dan D2, sehingga saat D1 mendapat sinyal siklus positip maka D2 mendapat sinyal siklus negatip, dan sebaliknya. Gambar 2 menunjukkan rangkaian penyearah gelombang penuh dengan menggunakan trafo CT. Untuk gambar c) Filter Kapasitor, dengan menambahkan kapasitor paralel dengan beban R pada rangkaian penyearah setengah gelombang, maka riak tegangan akan sangat ditekan. Sebagaimana diketahui, kapasitor dapat menyimpan energi. Pada saat tegangan sumber naik, kapasitor akan terisi sampai mencapai tegangan maksimum. Pada saat tegangan sumber menurun, kapasitor akan melepaskan energi yang disimpannnya melalui beban (karena pada saat ini dioda tidak konduksi). Dengan demikian beban akan tetap memperoleh aliran energi walaupun dioda tidak konduksi. Selanjutnya bila dioda konduksi lagi, kapasitor akan terisi dan energi yang tersimpan ini akan dilepaskan lagi pada waktu dioda tidak konduksi dan demikian seterusnya. Filter semacam ini tentu saja dapat digunakan pada penyearah gelombang penuh. Arus DC rata-rata yang dihasilkan dari rangkaian penyearah gelombang penuh ini adalah dua kali dari arus rata-rata yang dihasilkan oleh penyearah setengah gelombang yakni:IAV = 0,637 IMAX

0. ALAT ALAT YANG DIGUNAKAN No.Nama AlatJumlah

1.Trafo step down 6 V dan 12 V1 buah

2.Multimeter 1 buah

3.Osiloskop1 buah

4.Dioda silikon2 buah

5.Resistor 3,9 1 buah

6.Protoboard 1 buah

7.Kapasitor 1F, 22F, 100F, 1000FMasing masing 1 buah

8.Kabel-kabel Penghubung Secukupnya

Gambar 1. Rangkaian Penyearah Gelombang Penuh Tanpa Kapasitor4.4. DIAGRAM RANGKAIAN

Gambar 2. Rangkaian Penyearah Gelombang Penuh Dengan Kapasitor

4.5. CARA MELAKUKAN PERCOBAAN 1. Membuat rangkaian seperti Gambar rangkain 1 dengan RL sebesar 4 k dan Vin (AC) = 24 Vpp1. Mengukur besar Vout(DC) dan Iout (DC)1. Menggambar bentuk gelombang Vin (AC) dan Vout (DC)1. Memasang kapasitor 1F 1. Melakukan langkah 2 dan 31. Untuk pengukuran menggunakan Kapasitor, menggunakan gambar 21. Mengganti kapasitor dengan kapasitor 22F, 100F, 1000F dan melakukan langkah 2 dan 3.4.6 DATA HASIL PERCOBAANLAMPIRAN4.7 DATA HASIL PENGUKURAN VinOSCVout (dc)Iout (dc) (mA)I diode (mA)

UkurHitungUkurHitungUkurHitung

Tanpa c6V5,4V5,72V1,251,430,670,76

C = 1F6V5,8V4,3V2,451,0750,750,325

C = 22 F6,2V8,2V7,22V2,001,8050,491,31

C = 100 F5,8V8,4V7,125V2,061,7810,321,46

C = 1000 F6V8,45V7,05V2,083,520,283,24

Perhitungan Tanpa C:

Dengan C = 1 F:

Dengan C = 22 F:

Dengan C = 100 F:

Dengan C = 1000 F: 4.8ANALISA DAN PEMBAHASAN Bagian pertama yang dibahas adalah penyearah. Yang dimaksud dengan penyearah adalah rangkaian elektronika yang berfungsi menyearahkan gelombang arus listrik. Arus listrik yang semula berupa arus bolak-balik (AC) jika dilewatkan rangkaian Penyearah akan berubah menjadi arus searah (DC).Yang kedua adalah Dioda. Dioda merupakan salah satu komponen elektronika yang termasuk komponen aktif, Dioda merupakan piranti non-linier yang berfungsi untuk menyearahkan arus dari ac menjadi dc. Setiap dioda yang berbeda mempunyai tegangan cut-in dan tegangan breakdown yang berbeda-beda. Setiap dioda yang berbeda juga menghasilkan kurva i-v yang berbeda pula. Selain sebagai penyearah, dioda juga dapat diterapkan untuk melindungi peralatan elektronika (misalnya, radio dan komputer) dari kerusakan akibat terbaliknya polaritas ketika dihubungkan ke suplai dc. Jika suplai dc dihubungkan dengan polaritas yang salah (A- B+) maka dioda dipanjar mundur sehingga tidak akan melakukan arus ke rangkaian.Yang ketiga adalah rangkaian penyearah. Biasanya, menjumpai dua jenis penyearah yaitu penyearah setengah gelombang dan penyearah gelombang penuh. Pada laporan ini dibahas rangkaian Penyearah gelombang Penuh dengan Trafo CT (Centre Tap).

Seperti halnya pada penyearah setengah gelombang, pada gambar (a) diatas, kita tambahkan satu diode dan resistor L R sebagai beban pada rangkaian keluaran. Keluaran masih ditarik dari puncak v1 (atau v2) saat v1 (atau v2) mencapai harga tegangan ini.Namun demikian saat v1 dan v2 berharga rendah, C akan berusaha pada kondisi termuati dan kemudian kedua diode akan hubung terbuka seperti pada penyearah setengah gelombang. Selanjutnya C akan dilucuti dengan arus i = v / RL , sehinga akan kehilangan muatan menurut:

Dan mengalami penurunan tegangan menurut:Untuk penyearah gelombang penuh ini, proses pengosongan tegangan hanya berlangsung paling tidak 1/2 T = 10 ms, saat diode yang lainnya mulai berkonduksi. Jika harga konstanta waktu RLC cukup besar dibandingkan dengan periode T, penurunan tegangan akan relatif kecil dibandingkan harga v mula-mula.Sebagai gambaran, misalnya transformator yang digunakan memberikan tegangan puncak 10 V(p), C = 100 , RL = 1 K. Dengan demikian dv/dt = v/RLC = 10 x 10 pangkat -9 x 10 pangkat 4 = 100 V/s. Dalam 1/2 T = 10 ms , tegangan output turun sekitar 1 volt atau sekitar 10%.Dari gambaran di atas dapat diperkirakan bahwa besarnya tegangan riak (ripple) pada keluaran cukup besar dan mengganggu, karena terjadi penurunan dv/dt saat v mengalami penurunan akibat proses pengosongan tidak berlangsung sampai penuh 1/2 T = 10 ms (llihat gambar (b) diatas).Pada contoh di atas, hasil perhitungan menunjukkan bahwa proses pengosongan dimulai sekitar 0,3 ms setelah puncak dan selesai 1,4 ms sebelum puncak.Rangkaian Penyearah Gelombang PenuhRectifier gelombang penuh sama dengan rectifier gelombang sehingga masing-masing rectifier gelombang penuh memiliki tegangan yang sama (equal) dengan setengah tegangan sekunder D1 menghantar ke sinyal setengah positif, dan dioda D2 menghantar ke sinyal setengah negatif. Hasilnya arus beban rectifier mengalir selama setengah sinyal bersama-sama.

Rectifier gelombang penuh berbuat sama dengan dua kali bolak-balik pada rectifier setengah gelombang.

Nilai DC atau Nilai Rata-rataKarena sinyal gelombang penuh mempunyai dua kali sinyal setengah positif, DC atau nilai rata-rata barnilai dua kali nilai DC setengah gelombang.Pada prinsipnya, nilai dc penyearah gelombang penuh diperoleh dari:

karena nilai dari = 0,636 V, sehingga:

Frekuensi KeluaranPada sebuah rectifier gelombang penuh, sesuatu tidak biasa terjadi pada frekuensi keluaran. Tegangan saluran AC mempunyai frekuensi 60 Hz. Karena itu, periode masukkannya sama dengan:

Karena penyearahan gelombang penuh, periode sinyal gelombang penuh adalah setengah periode masukan:

sehingga mendapatkan

Frekuensi sinyal gelombang penuh adalah dua kali frekuensi masukan. Hal ini beralasan karena sebuah keluaran gelombang penuh mempunyai dua kali periode masukan gelombang sinus, hanya saja rectifier gelombang penuh membalikkan masing-masing periode setengah negatif sehingga kita mendapatkan jumlah dua kali periode positif. Akibatnya, adalah penggandaaan frekuensi sehingga:Gelombang penuh :

Berdasarkan hasil dari pengukuran dan perhitungan terdapat perbedaan angka yang tidak jauh berbeda. Ada beberapa faktor, yaitu seperti nilai yang dicantumkan pada tahanan tidak sama, seperti yang sudah dilihat pada tahanan ditunjukkan sebesar 4 k ternyata setelah di cek dengan multimeter tahanan tersebut bernilai 3,9k hal ini bisa disebabkan karena sudah seringnya tahanan dipakai sehingga menyebabkan nilainya berkurang. Bukan hanya itu, perbedaan tersebut dapat juga disebabkan oleh kesalahan pengukuran seperti kesalahan pada alat ukur yang digunakan (alat ukur dengan keadaan yang kurang baik), dan kesalahan pengamatan (kurang teliti melihat hasil pengukuran), sehingga hasil yang didapat menjadi kurang presisi dengan hasil yang sebenarnya.Pada rangkaian gelombang penuh, 2 dioda dipasang dalam rangkaian secara paralel dengan resistor. Gelombang outputnya menghasilkan bentuk gelombang penuh baik menggunakan kapasitor maupun tidak seperti yang ditunjukkan pada lampiran.

Hasil Vout antara tanpa filter kapasitif dengan menggunakan filter kapasitif berbeda. Besar Vout saat menggunakan filter kapasitif, bentuk tegangannya menjadi terlihat semakin datar. Dan dapat dinyatakan bahwa semakin besar kapasitansinya maka mengakibatkan semakin datar pula gelombang yang dihasilkan. Hal ini dikarenakan adanya filter C yang menyebabkan tegangan Vout tidak segera turun karena kapasitor memerlukan waktu untuk mengisi dan mengosongkan muatannya. Hal ini dapat membuktikan bahwa semakin besar kapasitansi filter C semakin kecil tegangan ripple (Vrpp). Maka hasil yang dikeluarkan dari rangkaian apabila ripple yang dihasilkan semakin kecil membuktikan bahwa arus yang dihasilkan oleh rangkaian tersebut merupakan arus DC (semakin DC). Pada kapasitor 1000F nilai tegangan keluaran akan semakin besar namun semakin kecil hambatan yang dihasilkan maka nilai arus pada dioda makin kecil pula, hal ini disebabkan nilai tegangan yang dihasilkan akan berbanding lurus dengan nilai arus dan hambatannya.4.9 KESIMPULANPenyearah tegang dengan menggunakan 2 buah dioda memerlukan transformator/trafo yang mempunyai terminal CT (center tep/titik tengah). Dioda akan bekerja secara bergantian. Sehingga tegangan pada output akan selalu ada. Prinsip kerja rangkaian bias dijelaskan sebagai berikut:1. Saat titik A mendapatkan tegangan positif (+) dan B negative (-), dioda D1 dalam kondisi dipanjar maju karena kaki anoda mendapat tegangan positif dan D2 dalam kondisi dipanjar terbalik (off). Karena dioda D1 dalam kondisi On, maka arus akan mengalir dari titik A D1 R dan kembali ketitik CT. Karena arus mengalir melewati R, maka pada R akan timbul tegangan sebesar Vin x 0.636. Tegangan yang timbul pada R merupakan tegangan output (Vout).2. Saat titik A mendapatkan tegangan negatif (-)dan B positif (+), dioda D2 dalam kondisi dipanjar maju karena kaki anoda mendapat tegangan Positif dan D2 dalam kondisi dipanjar maju (On). Karena dioda D2 dalam kondisi On, maka arus akan mengalir dari titik B D2 R dan kembali ketitik CT. Karena arus mengalir melewati R, maka pada R akan timbul tegangan sebesar Vin x 0.636. Tegangan yang timbul pada R merupakan tegangan output (Vout).

3. Saat titik A mendapatkan tegangan positif (+) dan B negative (-), dioda D1 dalam kondisi dipanjar maju karena kaki anoda mendapat tegangan positif dan D2 dalam kondisi dipanjar terbalik (off). Karena dioda D1 dalam kondisi On, maka arus akan mengalir dari titik A D1 R dan kembali ketitik CT. Karena arus mengalir melewati R, maka pada R akan timbul tegangan sebesar Vin x 0.636. Tegangan yang timbul pada R merupakan tegangan output (Vout).4. Saat titik A mendapatkan tegangan negative (-)dan B positif (+), dioda D2 dalam kondisi dipanjar terbalik karena kaki anoda mendapat tegangan negative (off) dan D2 dalam kondisi dipanjar maju (On). Karena dioda D2 dalam kondisi On, maka arus akan mengalir dari titik B D2 R dan kembali ketitik CT. Karena arus mengalir melewati R, maka pada R akan timbul tegangan sebesar Vin x 0.636. Tegangan yang timbul pada R merupakan tegangan output (Vout).

Prinsip kerja rangkaian penyearah gelombang penuh dengan 2 dioda ini dapat bekerja karena menggunakan transformator dengan CT. Transformator dengan CT seperti pada gambar diatas dapat memberikan output tegangan AC pada kedua terminal output sekunder terhadap terminal CT dengan level tegangan yang berbeda fasa 180. Pada saat terminal output transformator pada D1 memberikan sinyal puncak positif maka terminal output pada D2 memberikan sinyal puncak negatif, pada kondisi ini D1 pada posisi forward dan D2 pada posisi reverse. Sehingga sisi puncak positif dilewatkan melalui D1. Kemnudian pada saat terminal output transformator pada D1 memberikan sinyal puncak negatif maka terminal output pada D2 memberikan sinyal puncak positif, pada kondisi ini D1 posisi reverse dan D2 pada posisi forward. Sehingga sinyal puncak positif dilewatkan melalui D2. Untuk lebih jelasnya dapat dilihat pada gambar output penyearah gelombang penuh berikut. Formulasi pada penyearah gelombang penuh sebagai berikut.

Formulasi pada penyearah gelombang penuh sebagai berikut.

Fungsi kapasitor pada rangkaian penyearah gelombang penuh menggunakan kapasitor untuk menekan ripple yang terjadi dari proses penyearahan gelombang AC. Setelah dipasang filter kapasitor maka output dari rangkaian penyearah gelombang penuh ini akan menjadi tegangan DC (Direct Current) yang dpat diformulasikan sebagai berikut:

Gelombang penuh jenis ini terlihat bahwa tegangan yang terjadi pada beban mempunyai polaritas yang sama tanpa memperdulikan dioda mana yang menghantar karena arus mengalir melalui arah yang sama.

Untuk menjelaskan cara kerja kapasitor pada rangkaian penyearah gelomban gpenuh menggunakan gelombang penuh, perhatikan gambar dibawah ini dimana penjelasan ini diambil untuk satu perioda sinyal masukan pada satu dioda.Selama seperempat perioda positif yang pertama dari tegangan sekunder, Dioda D1menghantar. Karena dioda menghubungkan sumber VS1secara langsung dengan kapasitor, maka kapasitor akan dimuati sampai tegangan maksimum VM.

Gambar Cara kerja filter kapasitorSetelah mencapai harga maksimum, dioda berhenti menghantar (mati), hal ini terjadi karena kapasitor mempunyai tegangan sebesar VM, yang artinya sama dengan tegangan sumber dan bagi dioda artinya tidak ada beda potensial. Akibatnya dioda seperti saklar terbuka, atau dioda dibias mundur (reverse).

Dengan tidak menghantarnya dioda, kapasitor mulai mengosongkan diri melalui resistansi beban RL, sampai tegangan sumber mencapai harga yang lebih besar dari tegangan kapasitor. Pada saat dimana tegangan sumber lebih besar dari tegangan kapasitor, dioda kembali menghantar dan mengisi kapasitor. Untuk arus beban yang rendah tegangan keluaran akan hampir tetap sama dengan VM. Tetapi bila arus beban tinggi pengosongan akan lebih cepat yang mengakibatkan ripple yang lebih besar dan tegangan keluaran DC yang lebih kecil.

Maka, dapat ditarik kesimpulan; Kalau tanpa kapasitor: bentuk gelombang dari penyearahan adalah 1/2 gelombang sinus yang berjajar, sehingga tegangan naik turun dari tegangan puncak ke nol dst nya dengan periode 1/100 detik. Meter akan mengukur rata2 dari gelombang ini, makanya lebih kecil dari 15 V. Kalau dengan kapasitor : bentuk gelombang akan rata (tergantung juga dengan besarnya kapasitor), bila tanpa beban maka kapasitor akan menyimpan muatan dari tegangan puncak dari gelombang yang disearahkan dan tidak akan turun lagi (kerena tidak ada beban tsb). Puncak tegangan disini adalah 15 V dikalikan akar 3 atau sekitar 26 Votl DC. Mungkin dengan adanya kebocoran kapasitor dan dioda tegangan ini akan sedikit lebih kecil.Rangkaian penyearah gelombang penuh ditambah dengan kapasitor sebagai filter yang berfungsi untuk menghilangkan gelombang sinyal Ac sehingga gelombang yang diharapkan yakni mendekati gelombang dc. Filter diletakan antara dioda dan RL. Rangkaian penyearah gelombang penuh ini lebih efisien dibandingkan dengan rangkaian penyearah setengah gelombang. Hal ini dikarenakan karena sumber arus menggunakan transformator Center Tap (CT). Sehingga kekosongan pada penyearah setengah gelombang dapat terisi. Pada gelombang di osiloskop dengan kapasitor 1 terdapat ripple, ripple disini masih sangat sedikit. Untuk menghitung tegangan output dan arus output digunakan rumus:Vout = (Vmax Vrpp)/2Iout = Vout/RLPada gambar gelombang dengan menggunakan kapasitor, semakin besar kapasitor yang digunakan akan semakin landai bentuk gelombang yang dihasilkan di osiloskop. Perubahan gelombang yang semakin landai akan tampak jika time/div dan volt/div tidak dirubah dari keadaan tanpa C sampai dengan C=1000. Tetapi dalam hasil pengamatan kali ini terdapat volt/div yang dirubah, ini dilakukan untuk memudahkan pengamatan dalam percobaan. Selain bentuk gelombang yang semakin landai, nilai arus output juga mengalami peningkatan. Semakin besar nilai kapasitor yang digunakan, semakin besar pula arus yang dapat dikur di RL.Pada percobaan ini error atau perbedaan antara perhitungan dan pengukuran sudah menjadi hal yang biasa, kesalahan tersebut disebabkan oleh banyak faktor, diantaranya nilai komponen yang tidak tepat, trafo CT yang tidak tepat tegangan inputnya, multimeter yang kurang presisi dan banyak hal mengenai peralatan yang mempunyai kinerja yang kurang baik. Selain itu kesalahan dari pembacaan tinggi skala di osiloskop dan juga skala di multimeter yang dapat menyebabkan perbedaan itu terjadi.

LAMPIRAN

DAFTAR PUSTAKA

http://aryutomo.wordpress.com/2010/12/03/penyearah-dengan-filter/Diakses pada tanggal 26 September 2013 pukul 7.26PMhttp://kibogowonto.wordpress.com/2010/10/14/dioda-sebagai-penyearah-rectifier-dioda/Diakses pada tanggal 26 September 2013 6.11PMhttp://elektronika-dasar.web.id/teori-elektronika/penyearah-rectifier-gelombang-penuh-center-tap-ct/Diakses pada tanggal 26 September 2013 pukul 5.42PM