Rangkaian Clipper Dioda{3 Comments}in DiodaBagikanSalah satu fungsi dioda adalah sebagai komponen utama pada rangkaian clipper yaitu rangkaian yang bisa memotong (clip) suatu bagian dari gelombang sinyal input tanpa merusak bagian sisa dari gelombang sinyal yang telah terpotong tersebut. Rangkaian penyearah setengah gelombang pada gambar 1 adalah contoh rangkaian clipper paling sederhana yang terdiri dari sebuah dioda dan resistor. Arah peletakan dioda dalam rangkaian akan menentukan bagian mana dari gelombang sinyal tersebut yang akan dipotong, apakah bagian yang bernilai positif atau bagian yang bernilai negatif.Gambar 1 Rangkaian penyearah setengah gelombang adalah rangkaian clipper paling sederhana Ada dua kategori umum dari clipper yaitu : seri dan paralel. Rangkaian clipper dikategorikan seri apabila dioda yang digunakan dirangkai seri dengan beban, sedangkan clipper paralel apabila dioda dirangkai paralel dengan beban.Clipper SeriContoh dari rangkaian clipper seri bisa anda perhatikan pada gambar 2a yang terdiri dari dioda dan beban R. Gambar 2b menunjukkan sinyal input dan output dari rangkaian clipper seri ini. Bisa kita lihat pada gambar 2b, apabila tegangan sinyal AC kotak diinputkan pada rangkaian clipper maka bagian negatif dari sinyal kotak itu dipotong sehingga pada outputnya hanya menyisakan bagian positifnya saja. Hal yang sama juga terjadi apabila sinyal AC segitiga diinputkan pada rangkaian clipper tersebut. Analisa pada gambar 2, kita mengasumsikan dioda bersifat ideal. Tidak ada drop tegangan, VT, pada saat dioda mengalami bias maju (forward bias).Gambar 2 (a) Rangkaian clipper seri. (b) Sinyal input dan output dari rangkaian clipper seri Selain terdiri dari dioda dan resistor, terkadang sumber tegangan DC juga ditambahkan pada rangkaian clipper seperti ditunjukkan pada gambar 3.

Gambar 3 Rangkaian clipper seri dengan sumber tegangan DC Tidak ada prosedur khusus untuk menganalisa rangkaian seperti pada gambar 3. Tetapi ada beberapa konsep yang mungkin bisa membantu anda dalam menganalisa rangkaian clipper seperti pada gambar 3 ini.Pertama, perhatikan semua sumber tegangan yang ada di dalam rangkaian itu dan arah dari dioda. Kita harus bisa menentukan apakah tegangan total yang ada dalam rangkaian itu apakah bisa membuat dioda menjadi on (bias maju) atau tidak. Untuk gambar 3, bila kita lihat arah dari dioda maka tegangan vi harus bernilai positif agar dioda itu bisa on. Selain harus bernilai positif, tegangan vi juga harus lebih besar dari tegangan V agar dioda bisa on. Apabila tegangan vi bernilai negatif, maka dioda jelas berada dalam kondisi off.Kedua, perhatikan transisi perubahan dari tegangan sinyal input yang bisa merubah kondisi dioda. Untuk dioda yang ideal, titik terjadinya transisi diantara kondisi on atau off adalah pada tegangan nol volt (vd = 0) dan arus nol ampere (id = 0). Kita terapkan kondisi id = 0 dan vd = 0 ini ke rangkaian gambar 3, hasilnya adalah rangkaian pada gambar 4. Jadi, titik transisi antara kondisi on atau off pada dioda adalah pada saat tegangan input vi bernilaivi = V

Gambar 4 Menentukan level transisi dari kondisi dioda Apabila tegangan input, vi, lebih besar dari tegangan V maka dioda menjadi on (diganti rangkaian short circuit). Bila tegangan input, vi, kurang dari V maka dioda menjadi off (diganti dengan open circuit).Ketiga, berhati-hati terhadap polaritas dari tegangan output vo. Ketika dioda berada dalam kondisi on atau short circuit seperti ditunjukkan pada gambar 5, tegangan output vo dapat dihitung dengan menggunakan hukum Kirchoff tegangan (KVL), bila arah arus loop nya searah jarum jam, maka diperoleh persamaanvi V vo = 0Dan tegangan outputnya adalahvo = vi V

Gambar 5 Menghitung tegangan output pada saat dioda on Keempat, akan sangat membantu apabila kita bisa menggambar bentuk gelombang tegangan output dibawah sinyal inputnya untuk menentukan nilai sesaat dari tegangan output. Kita bisa menggambar bentuk gelombang tegangan output berdasarkan titik-titik data dari langkah pertama hingga ketiga dari penjelasan di atas seperti didemosnstrasikan pada gambar 6.

Gambar 6 Menggambar tegangan output berdasarkan data-data yang sudah didapat Anggap saja tegangan sesaat dari sinyal input, vi, sebagai sumber tegangan DC terhadap tegangan output sesaat yang dihasilkan. Misalkan untuk menghitung tegangan sesaat, pada saat kondisi vi = Vm (tegangan input mencapai puncaknya) maka rangkaian yang dapat dianalisa pada saat kondisi ini ditunjukkan pada gambar 7.

Gambar 7 Menghitung tegangan output (vo) pada saat tegangan input bernilai maksimum (vi = Vm) Apabila tegangan maksimum dari sinyal input lebih besar dari tegangan V (Vm > V), maka dioda menjadi on dan diganti menjadi short circuit. Tegangan output dapat dihitung sesuai dengan persamaan vo = vi V = Vm V. Kemudian hasil dari perhitungan ini dimasukkan ke dalam plot grafik pada gambar 7.Pada saat vi = V, kondisi dioda berubah (dari on ke off, atau dari off ke on). Pada saat tegangan input bernilai minimum (vi = -Vm) maka dioda menjadi open circuit dan tegangan output vo = 0V. Maka kurva lengkap dari gelombang tegangan outputnya ditunjukkan pada gambar 8.

Gambar 8 Gambar lengkap dari sinyal tegangan input dan output Contoh SoalGambarkan bentuk gelombang tegangan output dari rangkaian pada gambar 9.

Gambar 9 Rangkaian clipper seri SolusiDioda pada rangkaian gambar 9 akan on pada saat tegangan input vi bernilai positif. Pada saat tegangan input vi bernilai positif, maka kondisi rangkaian ditunjukkan pada gambar 10 dan tegangan outputnya sebesar vo = vi + 5V.

Gambar 10 Tegangan output vo pada saat dioda dalam kondisi on Pada saat level transisi (dioda berada di antara kondisi on atau off), maka tegangan dan arus dioda bernilai nol. Rangkaiannya ditunjukkan pada gambar 11.

Gambar 11 Rangkaian pada saat dioda dalam kondisi transisi (antara on dan off) Ketika tegangan input, vi, kurang dari 5V, dioda menjadi off dan diganti dengan open circuit. Apabila tegangan input lebih dari -5V, maka dioda berada dalam kondisi on dan diganti dengan short circuit. Bentuk gelombang dari tegangan input dan output ditunjukkan pada gambar 12.

Gambar 12 Bentuk gelombang tegangan input dan output Rangkaian clipper paralel Rangkaian clipper paralel paling sederhana ditunjukkan pada gambar 13, dengan sinyal input sama seperti pada rangkaian clipper seri pada gambar 2. Analisa rangkaian clipper paralel sama seperti pada analisa rangkaian clipper seri. Seperti ditunjukkan pada contoh berikut ini.

Gambar 13 (a) Rangkaian clipper paralel sederhana.

Gambar 13(b) Sinyal input dan output dari rangkaian clipper paralel gambar 13a Contoh Soal 2Gambarkan bentuk gelombang output dari rangkaian clipper paralel pada gambar 14. Apabila dioda pada rangkaian tersebut menggunakan dioda silikon, perhitungkan pula tegangan bias majunya (tegangan bias maju dioda silikon sebesar 0.7 V).

Gambar 14 Rangkaian clipper paralel SolusiPertama-tama kita tentukan dulu level tegangan yang membuat dioda dalam kondisi transisinya, yaitu pada saat id = 0 dan Vd = 0.7 V. Rangkaiannya ditunjukkan pada gambar 15. Dengan menggunakan hukum Kirchoff tegangan (KVL) dimana arus loopnya searah jarum jam, maka kita dapatkan persamaan tegangan dalam loop tersebutvi + VT V = 0vi = V VT = 4 V 0.7 V = 3.3 VGambar 15 Menentukan level tegangan yang membuat dioda dalam kondisi transisi antara on atau off Bila tegangan input lebih besar dari 3.3 V, maka dioda menjadi open circuit dan tegangan output vo = vi. Apabila tegangan input kurang dari 3.3 V, dioda menjadi on dan rangkaiannya menjadi gambar 16.Gambar 16 Menghitung tegangan output pada saat dioda on Maka tegangan output dapat dihitung sebesarvo= 4 V 0.7 V = 3.3 VHasil bentuk gelombang tegangan output ditunjukkan pada gambar 17.

Gambar 17 Bentuk gelombang output dari rangkaian clipper pada gambar 14 Salah satu aplikasi dari rangkaian clipper adalah melindungi sinyal percakapan yang sudah dikuatkan (di-amplifikasi) agar tidak menindih (over riding) sinyal transmitter radio seperti ditunjukkan pada gambar 18. Apabila sinyal transmisi ini ditindih oleh sinyal percakapan, maka sinyal radio akan berubah bahkan bisa bertabrakan (interferensi) dengan sinyal dari stasiun radio lainnya. Clipper digunakan sebagai pengaman. Selain itu rangkaian clipper juga berfungsi untuk melindungi input dari IC agar tidak mendapat tegangan berlebih yaitu dengan cara memasangkan sepasang dioda yang saling bertolak belakang secara paralel pada input IC.

Gambar 18 Clipper mencegah sinyal suara agar tidak menindih sinyal transmitter radio