12

PENYEARAH SATU FASA TIDAK TERKENDALI FAKULTAS TEKNIK UNP JOBSHEET/LABSHEET JURUSAN : TEKNIK ELEKTRO NOMOR : III PROGRAM STUDI :DIV WAKTU : 2 x 50 MENIT MATA KULIAH/KODE : ELEKTRONIKA DAYA 1 /TEI051

TOPIK : PENYEARAH SATU FASA GELOMBANG PENUH DENGAN DUA DIODA

I. TUJUAN

1. Mahasiswa terampil merangkai penyearah satu fasa gelombang penuh tak terkendali dengan menggunakan dua dioda

2. Mahasiswa dapat memahami karakteristik penyearah satu fasa gelombang penuh tak terkendali dengan berbagai variasi beban

3. Mahasiswa dapat menggambarkan bentuk gelombang arus dan tegangan penyearah satu fasa setengah gelombang tak terkendali pada beban yang bervariasi

II. TEORI SINGKAT Penyearah gelombang penuh dengan dua diode menggunakan trafo yang memiliki Center Tap (CT). Gambar 1 menunjukkan skema penyearah gelombang penuh dengan 2 dioda dan bentuk gelombang outputnya pada beban R murni.

Gambar 1. Penyearah gelombang penuh dengan 2 dioda.

Pada saat tegangan sumber pada posisi positif, Dioda 1 akan mengalirkan arus ke beban R, dan saat tegangan sumber pada posisi negative, diode 2 akan mengalirkan arus ke beban R. Sehingga diperoleh gelombang tegangan output seperti yang ditunjukkan pada Gambar 1 diatas. A. Penyearah Dengan Beban Tahanan Murni (Resistor)

Pada beban resistif, sudut pemadaman diode terjadi pada sudut konduksi β = π. Bentuk gelombang arus dan tegangan outputnya sama tanpa ada pergeseran fasa. Besarnya tegangan dan arus rata-rata output :

0

22 sin2

mdc m

VV V td tπ

ω ωπ π

= =∫ dan dcdc

VIR

=

Tegangan dan arus rms : 2 2

0

2 sin2 2

mrms m

VV V td tπ

ω ωπ

= =∫ dan rmsrms

VIR

=

13

Persamaan daya : 2

dcdc dc dc

VP V IR

= = , 2

rmsrms rms rms

VP V IR

= =

dan efisiensi : dc

rms

PP

η =

Tegangan keluaran terdiri dari komponen dc dan komponen ac atau ripple. Nilai efektif (rms) komponen ac tegangan keluaran adalah : 22

dcrmsac VVV −=

Faktor bentuk (form factor) : ac

dc

VFFV

=

Faktor ripple (ripple factor) 2

21 1ac rms

dc dc

V VRF FFV V

⎛ ⎞= = − = −⎜ ⎟

⎝ ⎠:

Faktor kegunaan trafo (trafo utilization factor): ss

dc

IVP

TUF =

B. Penyearah Dengan Filter L

Filter L berfungsi untuk meratakan arus. Saat arus input pada perioda positif, induktor dalam kondisi charge, dan saat prioda negative induktor menjadi discharge. Pada nilai L tak terhingga, arus output menjadi rata dan arus input menjadi persegi. Pada penyearah dengan beban R dan L, tegangan rata-rata output dirumuskan dengan :

Rdc R

VV I R RZ

⎛ ⎞= = ⎜ ⎟⎝ ⎠

dengan ( )22 2Z R fLπ= +

RV merupakan tegangan saat beban murni.

Gambar 2. Gelombang tegangan dan arus penyearah gelombang penuh dengan beban RL.

C. Penyearah Dengan Filter C Filter C berfungsi untuk meratakan tegangan output . Saat diode 1 ON, kapasitor

charging. Saat tegangan menuju minimum, kapasitor menjadi discharging dan mencatu beban. Begitu seterusnya, sehingga tegangan output tidak pernah menjadi nol. Besarnya tegangan discharge adalah :

tRC

dis mV V e−

= dengan arus discharge t

m RCdis

VI eR

−

=

Ripple tegangan dihitung dengan persamaan : ( ) m min 2m

r ppVV V V VfRC

Δ = = − =

Tegangan rata-rata : ( ) mm m2 4

r ppdc

V VV V VfRC

= − = −

Komponen ac tegangan mendekati rms : ( ) m

2 2 4 2r pp

ac

V VVfRC

= =

14

Faktor ripple : ( ) ( )

m 4 14 14 2 2 4 1

ac

dc m

V V fRCRFV V fRCfRC fRC

= = =− −

Efisiensi : ( )2

( )m

2/

2mr ppdc

ac

VVP VP RC

η = = − dan 2

dc

s s

PTUFV I

=

Gambar 3. Gelombang tegangan output dengan beban RC

D. Penyearah Dengan Filter LC Pada penyearah dengan filter LC, komponen tegangan ac dan harmonisanya dirumuskan dengan :

( )1

222,4,..ac on

V V∞

== ∑ dengan

( )21

2 1o nV V

LCω−

=−

Untuk harmonisa tegangan ke 2, 24

3 2mVV

π=

Jika yang dihitung hanya harmonisa tegangan ke 2, maka komponen ac tegangan

output : ( ) 22

11

acV VLCπω−

=−

Ripple Facktor : ( ) ( )

22 21 2 1

34 1 2 1ac

dc dc

V VRFV V f LC LCπ ω

− −= = =

− −

III. BAHAN DAN ALAT

1. Transformator stepdown 220/6 Volt, 3 A 2. Dioda Silikon 1.5 A 3. Resistor load 100, 150, 220, 470 dan 1 kΩ 4. Dekade Induktor 5. Kapasitor 10 µF, 47 µF, 220 µF 6. Volmeter 7. Miliamperemeter 8. Osiloscop 9. Kabel jumper

15

IV. LANGKAH KERJA

1. Percobaan dengan beban Resistor

a. Rakitlah alat dan bahan seperti Gambar 4. b. Kalibrasi CRO 1 Volt = 1 cm. c. Periksa kebenaran rangkaian anda dengan insruktur d. Hubungkan rangkaian dengan sumber e. Catat hasil pengukuran dalam table dan gambarkan bentuk gelombang input

dan outputnya. Untuk melihat gelombang input, pindahkan prof Y ke titik B (sebelum diode 1).

f. Variasikan nilai resistor dan masukan hasilnya dalam Tabel 1. 2. Percobaan dengan Filter L

a. Rakitlah alat dan bahan seperti Gambar 5. b. Kalibrasi CRO 1 Volt = 1 cm. c. Periksa kebenaran rangkaian anda dengan insruktur d. Hubungkan rangkaian dengan sumber e. Catat hasil pengukuran dalam tabel dan gambarkan bentuk gelombang input

dan outputnya. Untuk melihat gelombang input, pindahkan prof Y ke titik B (sebelum diode 1).

f. Variasikan nilai resistor dan induktor dan masukan hasilnya dalam Tabel 2. 3. Percobaan dengan Filter C

a. Rakitlah alat dan bahan seperti Gambar 6. b. Kalibrasi CRO 1 Volt = 1 cm. c. Periksa kebenaran rangkaian anda dengan insruktur d. Hubungkan rangkaian dengan sumber e. Catat hasil pengukuran dalam tabel dan gambarkan bentuk gelombang input

dan outputnya. Untuk melihat gelombang input, pindahkan prof Y ke titik B (sebelum diode 1).

f. Variasikan nilai resistor dan kapasitor dan masukan hasilnya dalam Tabel 3. 4. Percobaan dengan filter LC

a. Rakitlah alat dan bahan seperti Gambar 7. b. Kalibrasi CRO 1 Volt = 1 cm. c. Periksa kebenaran rangkaian anda dengan insruktur d. Hubungkan rangkaian dengan sumber e. Catat hasil pengukuran dalam tabel dan gambarkan bentuk gelombang input

dan outputnya. Untuk melihat gelombang input, pindahkan prof Y ke titik B (sebelum diode 1).

f. Variasikan nilai kapasitor dan masukan hasilnya dalam Tabel 4.

Tabel 1. Hasil Percobaan beban R

R Input Idc mA

Vdc Volt

Bentuk Gelombang Vm Vrms Input Out

100

150

220

470

1K

16

Tabel 2. Hasil Percobaan filter L

L mH

R Input Idc mA

Vdc Volt

Bentuk Gelombang Vm Vrms Input Out

2

100

150 220 470 1K

5

100

150 220 470 1K

Tabel 3. Hasil Percobaan dengan filter C

R

C µF

Input Idc mA

Vdc Volt

Bentuk Gelombang Vm Vrms Input Out

100 10

47 220

1K 10

47 220

Tabel 4. Hasil Percobaan dengan filter LC

R

L mH

C µF

Input Idc mA

Vdc Volt

Bentuk GelombangVm Vrms Input Out

100

2 10

47 220

5 10

47 220

17

220 Vac

RCT

D1

D2

mA

V

mA

G

YXB A

6 Volt

6 Volt

Gambar 4. Rangkaian percobaan dengan beban R

Gambar 5. Rangkaian percobaan dengan filter L

Gambar 6. Rangkaian percobaan dengan filter C

Gambar 7. Rangkaian percobaan dengan filter LC

V. TUGAS Buatlah laporan sementara berdasarkan hasil praktek yang telah anda dapatkan, kemudian buatlah laporan lengkap dengan menganalisa hasil pengamatan sesuai dengan rumus yang diberikan pada teori di atas

VI. ANALISIS

1. Hitung nilai rms dan nilai rata-rata tegangan dan arus pada percobaan diatas. 2. Hitung daya output DC, daya output AC, efisiensi, komponen tegangan AC,

factor bentuk, factor ripple dan factor kegunaan trafo. 3. Jelaskan perbedaan bentuk gelombang tegangan output saat diberi beban R,

filter L, C dan LC. Menurut anda apa yang menyebabkan perbedaan tersebut. 4. Bandingkan bentuk gelombang tegangan penyearah gelombang penuh dengan

penyearah setengah gelombang. Jelaskan perbedaannya.

18