RANGKAIAN PENYEARAH GELOMBANG PENUH MENGGUNAKAN FILTER

KAPASITOR

Catu daya merupakan suatu Rangkaian yang paling penting bagi sistem elektronika. Ada

dua sumber catu daya yaitu sumber AC dan sumber DC. Sumber AC yaitu sumber

tegangan bolak - balik, sedangkan sumber tegangan DC merupakan sumber tegangan

searah.

Bila dilihat dengan osiloskop seperti berikut.

(a) Tegangan AC (b) Tegangan DC Gambar 1.

Penyearah (Rectifier)

Seperti telah kita ketahui bahwa hampir semua peralatan elektronika

menggunakan power suplay (catu daya arus searah). Sudah barang tentu dalam

hal ini kita brusaha untuk mendapatkan suatu sumber arus searah yang

disesuaikan dengan prinsip-prinsip ekonomis dan keuntungan

lainnya yang sesuai dengan persyaratan diatas adalah mendapatkan arus searah

dari sumber arus bolak balik atau arus AC (Alternating Curent). Rangkaian

yang dimaksud disini adalah rangkaian penyearah gelombang yaitu dari

sumber tegangan sinyal AC diubah menjdi bentuk sinyal DC (Direct Crrent).

Rangkaian penyearsh ini terdiri dari:

a. Rangkaian penyearah ½ gelombang ( Half wave Rectifier)

b. Rangkaian penyearah gelombang penuh dengan 2 buah dioda

c. Rangkaian penyearah gelombang penuh dengan 4 buah diode

Sumber Tegangan Bila diamati sumber AC tegangan berayun sewaktu-waktu pada kutub

positif dan sewaktu-waktu pada kutub negatif, sedangkan sumber AC selalu pada satu

kutub saja, positif saja atau negatif saja. Dari sumber AC dapat disearahkan menjadi

sumber DC dengan menggunakan rangkaian penyearah yang di bentuk dari dioda. Ada tiga

macam rangkaian penyearah dasar yaitu penyearah setengah gelombang, gelombang

penuh dan sistem jembatan.

(a) Penyearah Setengah Gelombang

(b) Penyearah Gelombang Penuh

(c) Penyearah Sistem Jembatan Gambar

Rangkaian Penyearah Biasanya output dari rangkaian diberi suatu filter kapasitor

untuk menghilangkan riak sehingga diperoleh tegangan DC yang stabil. Tegangan DC juga

dapat diperoleh dari batere. Dengan penggunaan batere ditawarkan sumber tegangan DC

yang stabil dan portable namun dapat habis tergantung kapasitas batere tersebut.

Tegangan yang tersedia dari suatu sumber tegangan yang ada biasanya tidak sesuai

dengan kebutuhan. Untuk itu diperlukan suatu regulator tegangan yang berfungsi untuk

menjaga agar tegangan bernilai konstan pada nilai tertentu. Regulator tegangan ini

biasanya berupa IC dengan kode 78xx atau 79xx. Untuk seri 78xx digunakan untuk

regulator tegangan DC positif, sedangkan 79xx digunakan untuk regulator DC negatif. Nilai

xx menandakan tegangan yang akan diregulasikan. Misalnya kebutuhan sistem adalah

positif 5 volt, maka regulator yang digunakan adalah 7805. IC regulator ini biasanya terdiri

dari tiga pin yaitu input, ground dan output. Dalam menggunakan IC ini tegangan input

harus lebih besar beberapa persen (tergantung pada data sheet) dari tegangan yang akan

diregulasikan

PENYEARAH GELOMBANG PENUH DENGAN FILTER C

gambar 5 : rangkaian penyearah gelombang penuh dengan filter C

Analisis Rangkaian

Berbeda dengan penyearah gelombang penuh dengan menggunakan Transformator CT.

Pada rangkaian kali ini menggunakan transformator tanpa CT, dengan penyearah 4 buah

dioda. Silahkan ikuti alur dari masing-masing siklus. Keduanya akan masuk keluar dengan

arah yang sama dan berakhir di lawan potensialnya. Sehingga bentuk gelombang keluaran

semuanya berupa bukit (tegangan positif). Dan adanya kapasitor membuat tegangan

ripple kecil. Kapasitor melakukan pembuangan saat terjadi pergantian siklus. Dan

melakukan pengisian saat arus dari kedua potensial yang disearahkan tersebut

mengalirinya. Untuk mendapatkan tegangan output yang lebih efektip anda dapat

menggunakan filter phi. Yaitu dengan menambah satu kapasitor lagi (dipasang paralel,

agar nilai kapasitansi bertambah, sehingga waktu buang semakin lama dan gelombang

pun akan nyaris lurus), dan satu induktor. Dari hasil percobaan yang saya lakukan. Nilai R1

pun mempengaruhi keefektifan tegangan output. Dari percobaan, R1 yang bernilai 1,5

KOhm menghasilkan gelombang keluaran yang lebih efektif (gelombang nyaris lurus) ,

dibandingkan dengan menggunakan R1 yang bernilai 100 Ohm.

padContoh rangkaian penyearah tanpa menggunakan filter

Fungsi filter

Contoh rangkaian penyearah dengan menggunakan filter kapasitor

Arus Riak (Ripple Current)

Akibat dari arus ripple sedikit banyak mengganggu keluaran dari catu daya. Ilustrasi

berikut menunjukkan bentuk keluaran tegangan DC dari rangkaian penyearah setengah

gelombang dengan filter kapasitor.

Garis b-c kira-kira adalah garis lurus dengan kemiringan tertentu, di mana 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.

Kemiringan kurva b-c bergantung pada 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 :

V r = V M -V L

dan tegangan dc ke beban adalah :

V dc = V M + V r /2

Tipe – tipe filter :

1. Filter Choke (Induktor)

2. Filter Kapasitor

3. Filter RC

1. Filter Choke (Induktor)

Sumber AC menghasilkan sebuah arus dalam induktor, kapasitor, dan resistor. Arus AC

pada tiap-tiap komponen bergantung pada reaktansi induktif , reaktansi kapasitif , dan

resistansi .

Induktor memiliki sebuah reaktansi yang diberikan oleh :

Kapasitor memliki sebuah reaktansi yang diberikan oleh :

Persyaratan pertama desain filter induktor

adalah untuk memperoleh nilai Xc lebih kecil

dari R L. Persyaratan kedua desain filter

induktor adalah untuk memperolah X L lebih

besar dari X C. Ketika X L lebih besar dari X C ,

hampir semua tegangan AC melalui induktor ,

persamaan tegangan keluaran AC :

Bentuk gelombang keluaran

Tegangan DC ideal didasarkan perilaku komponen penyearah yang diasumsikan ideal.

Tegangan DC aktual didasarkan pada hasil pengukuran.

2. Filter Kapasitor

Filter tipe induktor menghasilkan tegangan keluaran DC yang sama dengan nilai rata-rata

tegangan rectifier. Filter tipe kapasitor menghasilkan tegangan keluaran DC yang sama

dengan nilai puncak tegangan rectifier. Tipe ini umum dipakai dalam system DC power

supply.

Prinsip filter kapasitor adalah proses pengisian dan pengosongan kapasitor. Saat dioda

forward, kapasitor terisi dan tegangannya sama dengan periode ayunan tegangan sumber.

Pengisian berlangsung sampai nilai maksimum, pada saat itu tegangan C sama dengan Vp

Pada ayunan turun kearah reverse, kapasitor akan mengosongkan muatannya. Jika tidak

ada beban, maka nilainya konstan dan sama dengan Vp, tetapi jika ada beban maka

keluarannya (Vout) memliki sedikit ripple akibat kondisi pengosongan. Untuk lebih jelas,

mari kita lihat gambar berikut

Kondisi tanpa beban

Kondisi berbeban

Pada filter kapasitor perhitungan tegangan ripple :

dimana :

V R = tegangan ripple puncak ke puncak

I = arus beban DC

f = frekuensi ripple

C = kapasitor filter

3. Filter RC

Rangkaian RC filter terdiri dari dua kapasitor C1 dan C2 dan sebuah resistor. Prinsip kerja

filter ini adalah membuat gelombang yang dihasilkan dari rectifier mendekati gelombang

DC murni.

Pada saat rectifier mengeluarkan gelombang tegangan pada nilai puncak, maka kapasitor

C1 akan terisi dengan muatan (charge). Ketika gelombang tegangan menurun, nilainya

menuju titik nol, C1 akan mengeluarkan muatan (discharge).

Kondisi C1 yang selalu terisi muatan dan mengeluarkannya membuat ripple gelombang

semakin kecil ( b ), selanjutnya gelombang diperhalus oleh C2 hingga gelombang tegangan

keluaran menyerupai gelombang tegangan DC ( c ).

Pada akhirnya, gelombang tegangan output hampir menyerupai dengan gelombang

tegangan DC ( d ).

PENYEARAH SETENGAH GELOMBANG (HALF WAVE)

gambar 1 : rangkaian penyearah setengah gelombang

Analisa Rangkaian

Input pada rangkaian tersebut adalah arus bolak balik (Alternating Current). Dan

dihasilkan output arus searah (Direct Current), karena hanya menggunakan 1 buah dioda.

Dioda tersebut berfungsi sebagai penyearah. Saat siklus positif (aliran tegangan positif)

arus dapat melewati dioda (diteruskan ke R1), sehingga gelombang pada siklus positif

keluar sebagai output. Namun saat siklus negatif, arus tidak mengalir, karena terhalang

dioda. Oleh karena itu outputnya bernilai nol. Siklus positif dan negatif berlangsung secara

terus menerus, sehingga didapat bentuk gelombang keluaran berupa bukit tanpa lembah.

Selang antar bukit itulah jeda yang disebabkan siklus negatif tidak dapat mengalir karena

adanya dioda, sehingga gelombang keluaran hanya setengah gelombang. Oleh karena

itulah, rangkaian di atas disebut rangkaian penyearah setengah gelombang. (frekwensi

input = 2 x frekwensi output)

PENYEARAH GELOMBANG PENUH (FULL WAVE) DENGAN TRANSFORMATOR CENTRE

TAP (CT)

gambar 2 : rangkaian penyearah gelombang penuh

Analisa Rangkaian

Adanya 2 dioda menyebabkan CT menjadi common ground. Siklus dari CT tidak mengalir

karena terhalang oleh kedua dioda. Sedangkan dua siklus yang lainnya diteruskan ke

Resistor 1 dengan arah yang sama. Sehingga, gelombang keluaran semuanya berupa bukit

(input berupa gelombang sinusoidal / AC). Oleh karena itu, rangkaian diatas dinamakan

penyearah gelombang penuh dengan Transformator Centre Tap. Karena, rangkaian

pertama di atas pun dapat menjadi penyearah gelombang penuh, dengan menggunakan 4

buah dioda.

Walaupun aotputnya sudah berupa DC, namun keluarannya belum efektif, karena

tegangan ripplenya masih cukup besar. (pada gambar 4 di bawah dapat dilihat

Vr/tegangan ripple yang lebih efektif dari tegangan di atas.)

PENYEARAH SETENGAH GELOMBANG DENGAN FILTER KAPASITOR

gambar 3 : rangkaian penyearah setengah gelombang dengah filter C

Analisis Rangkaian

Yang membedakan rangkaian gambar 3 dengan gambar 1 adalah adanya capasitor sebagai

filter. Saat siklus positif, capasitor melakukan pengisian bersamaan dengan terjadinya

output siklus positif. Dan saat siklus negatif kapasitor melakukan pembuangan karena

siklus negatif tidak mengalir. Sehingga jarak antar bukit pada rangkaian ini dihubungkan

oleh garis miring/ kurva b-c yang merupakan hasil pembuangan kapasitor (tegangan

capasitor). Adanya filter inilah yang membuat tegangan keluaran lebih efektif karena

tegangan ripple yang kecil. Tegangan ripple secara matematis dapat dihitung dengan

rumus :

Vr = VM -VL …....... (1)

gambar 4 : bentuk gelombang dengan filter kapasitor

Catudaya atau power supply merupakan suaturangkaian elektronic yang mengubah arus

listrik bolak-balik menjadi arus listrik searah.

Hampir semua peralatan elektronik membutuhkan catudaya agar dapat berfungsi.

Beberapa radio atau tape kecil menggunakan baterai sebagai sumber tenaga namun

sebagian besar menggunakan listrik PLN sebagai sumber tenaganya. Untuk itu dibutuhkan

suatu rangkaian yang dapat mengubah arus listrik bolak-balik dari PLN menjadi arus listrik

searah. Ada banyak jenis atau variasi rangkaian catudaya dengan segala kelebihan dan

kekurangannya. Namun secara prinsip rangkaian catudaya terdiri atas transformator,

dioda dan condensator.

Rangkaian penyearah (rectifier circuit).

Bagian utama atau boleh dikatakan jantung suatu catudaya adalah rangkaian penyearah

yang mengubah gelombang sinus AC menjadi deretan pulsa DC. Ini merupakan dasar atau

langkah awal untuk memperoleh arus DC halus yang dibutuhkan oleh suatu peralatan

elektronik.

A

B

Penyearah gelombang penuh (fullwave rectifier).

Kelemahan dari halfwave rectifier adalah arus listrik yang mengalir ke beban hanya

separuh dari setiap satu cycle. Hal ini akan menyulitkan dalam proses filtering

(penghalusan). Untuk mengatasi kelemahan ini adalah penyearah gelombang penuh.

Rangkaian dasar penyearah gelombang penuh seperti terlihat pada gambar.

Menggunakan dua dioda dan satu center tape transformer. Jika titik tengah transformer

ditemukan maka tegangan di kedua ujung lilitan sekunder berlawanan fasa 180 derajat.

Jadi ketika misalnya tegangan dititik A mengayun kearah positif diukur dari titik tengah

lilitan sekunder maka tegangan dititik B mengayun ke arah negatif diukur dari titik yang

sama. Mari kita lihat prinsip kerja penyearah gelombang penuh ini.

Gambar A menunjukkan ketika anoda D1 mendapat tegangan positif, Anoda D2 mendapat

tegangan negatif.

A

Pada kedudukan ini hanya D1 saja yang konduksi atau terhubung singkat. Arus listrik

mengalir dari titik tengah sekunder melalui beban, kemudian melalui D1 dan kembali

ketitik tengah melalui lilitan atas sekunder. Dan hal ini D1 berfungsi seperti saklar atau

switch yang menutup sehingga arus listrik mengalir melalui beban disaat periode positif

dari gelombang sinus AC.

Gambar B menunjukkan apa yang terjadi selama setengah periode berikutnya ketika

polaritas berganti.

B

Anoda D1 mengayun kearah negatif sementara anoda D2 mengayun kearah positif.

Akibatnya D1 menyumbat, sebaliknya D2 konduksi atau terhubung singkat. Pada keadaan

ini arus listrik mengalir dari titik setengah sekunder melalui beban dan D2 kembali ketitik

tengah setelah melalui lilitan bawah sekunder

Perhatikan bahwa dalam rangkaian penyearah gelombang arus listrik mengalir sepanjang

satu periode. Sedangkan dalam rangkaian penyearah setengah gelombang arus listrik

hanya mengalir selama setengah periode saja.

Jadi penyearah gelombang penuh (fullwave rectifier) lebih baik dari penyearah setengah

gelombang (halfwave rectifier).

Penyearah type jembatan (bridge rectifier)

Rangkaian dasar penyearah type jembatan seperti terlihat pada gambar. Terdiri atas satu

transformer dan 4(empat) dioda yang disusun sedemikian rupa sehingga arus listrik hanya

mengalir kesatu arah saja melalui beban. Sirkuit ini tidak memerlukan sekunder bersenter

tapi sebagaimana pada rangkaian penyearah gelombang penuh. Bahkan transformator

tidak diperlukan jika tegangan DC yang dibutuhkan relatif sama dengan tegangan jaringan

PLN, misalnya. Artinya titik A dan B dapat dihubungkan langsung dengan jaringan yang

tersedia di rumah.

Transformator digunakan bila tegangan DC yang dibutuhkan lebih kecil atau lebih besar

dari tegangan jaringan. Selain itu adakalanya transformator digunakan sebagai isolator

antara tegangan jaringan dengan tegangan rangkaian.

Gambar A menunjukkan jalannya aliran arus listrik selama periode positif AC (sine wave).

D1 dan D2 konduksi. Arus listrik mengalir dari ujung lilitan bawah sekunder melalui beban,

D1, D2, dan kembali ke lilitan bawah sekunder.

A

Setengah periode berikut polaritas sinewave berganti seperti terlihat pada gambar B.

Ujung lilitan atas sekunder sekarang menjadi negatif, ujung lilitan bawah menjadi

positif.D3 dan D4 konduksi. Pada kedudukan ini arus listrik mengalir dari ujung lilitan atas

sekunder melalui beban, D3, D4 dan kembali lilitan bawah sekunder. Dari gambar A dan B

nampak jelas arus listrik yang mengalir melalui beban selalu dalam arah yang sama.

B

Filtering (penghalusan).

Sebagaimana telah kita lihat pada bab sebelumnya bahwa arus listrik DC yang keluar dari

dioda masih berupa deretan pulsa-pulsa. Tentu saja arus listrik DC semacam ini tidak

cocok atau tidak dapat digunakan oleh perangkat elektronik apapun.

Untuk itu perlu dilakukan suatu cara filtering agar arus listrik Dc yang masih berupa

deretan pulsa itu menjadi arus listrik DC yang halus/ rata. Ada beberapa cara yang dapat

dilakukan diantaranya dengan C filter, RC filter dan LC filter.

Pada bab berikut hanya akan dibahas C filter (basic). Sedangkan RC maupun LC filter

merupakan pengembangan C filter yang fungsinya lebih menghaluskan tegangan output

dioda.

Capacitor sebagai filter.

Filtering yang paling sederhana ialah dengan menggunakan capacitor yang dihubungkan

seperti terlihat pada gambar. Tegangan input rata-rata (average) 115 volt. Tegangan

puncak 162 volt. mari kita lihat apa yang terjadi ketika suatu capasitor ditambahkan pada

output dioda.

Pada saat anoda D1 mendapat pulsa positip, D1 langsung konduksi dan capacitor mulai

mengisi. Ketika capacitor telah mencapai tegangan puncak D1 menyumbat karena

katodanya lebih positip daripada anodanya. Capacitor harus membuang (discharge)

muatannya melalui beban yang mempunyai resistan tertentu. Oleh karenanya waktu

discharge capacitor lebih lama dibanding waktu yang dibutuhkan AC untuk melakukan

satu periode (cycle). Akibatnya sebelum capacitor mencapai nol volt diisi kembali oleh

pulsa berikutnya.

A

B

C

Bagaimana bentuk tegangan DC setelah difilter dengan capacitor dapat dilihat pada

gambar.

Gambar A menunjukkan output penyearah setengah gelombang tanpa capacitor. Tampak

jelas tegangan rata-ratanya (Eave) hanya sekitar 31% dari tegangan puncak.

Ketika suatu capacitor ditambahkan maka bentuk tegangan outputnya seperti terlihat

pada gambar B. Di sini capacitor mencegah tegangan output mencapai nol volt. Sehingga

tegangan output rata-ratanya naik dibanding sebelumnya (no capacitor).

Jika nilai capacitornya dibesarkan atau ditambah maka bentuk tegangan outputnya seperti

terlihat pada gambar C. Tampak jelas tegangan rata-ratanya (Eave) meningkat

dibandingkan sebelumnya (nilai capacitor yang lebih besar diperlukan bila arus listrik yang

dibutuhkan beban relatif besar).

Tegangan rata-rata (Eave).

Jika kita mengatakan tegangan AC ini 115 V, sesungguhnya yang kita sebutkan adalah

tegangan efektif (Erms). Sedangkan tegangan puncaknya (Epeak adalah:

Epeak = Erms x 1,414

Epeak = 115 V x 1,414 = 162,6 V.

A

B

Sedangkan tegangan rata-ratanya adalah 0 V karena positif dan negatif bergantian

(alternate). Yang dibutuhkan rangkaian elektronika adalah tegangan rata-rata atau Eave.

Untuk mendapatkan Eave maka salah satu gelombang AC (positif / negatif) harus di clip /

dipotong (lihat gambar).

Eave = Epeak x 0,0318

Eave = 162,6 V x 0,318 = 51,7 V.

Output Eave pencatudaya setengah gelombang sukar difilter karena mengandung ripple

50Hz

Pada catudaya type jembatan (bridge rectifier) hubungan antara tegangan puncak Epeak

dengan tegangan rata-rata Eave sebagai berikut:

Epeak = Erms x 1,414

Epeak = 115V x 1,414 = 162,6V.

Eave = Epeak x 0,636

Eave = 1,62,6V x 0,636 = 103,4V.

Dari perbandingan di atas tampak jelas bahwa output tegangan DC catudaya type

jembatan lebih besar dari tipe setengah gelombang. Walaupun ripple frekwensi catudaya

jembatan 120Hz, secara teknis mudah difilter atau disaring dibanding ripple frekwensi

60Hz dari pencatudaya tipe setengah gelombang.

t

a. Penyearah ½ gelombang ( Half wave Rectifier)

Seperti diperlihatkan pada gambar 2.6 suatu deretan dioda dan R kita

berikan teganga bolak-balik. Karena tegangan yang diberikan pada input

trafo bolak-balik maka pada suatu saat terminal A adalah positip sedangkan

terminal B adalah negatip. Dan pada saat berikutnya terminal A

menjadi negatip dan terminal B yang jadi positip dan seterusnya

bergantian setiap setengah perioda.

D

A

+

(-)

RL

Vo

ut

VP

Harga rata-rata

Vi

n

(+)

B -

VD

C

0

2 3

4 5

(a) (b)

Gambar 2.6 Rangkaian penyearah ½

gelombang a. Skema Rangkaian

b. Gelombang

Output

Pada saat terminal A positip dioda mendapat tegangan maju maka

mengalirlah arus, dan pada saat terminal A negatip dioda mendapat

tegangan terbalik dan tidak ada arus mengalir. Dengan demikian pada dioda

mengalirlah arus yang bentuknya dilukiskan seperti gambar 2.6

b. Arus ini tidak lagi bolak bali melainkan searah tapi tidak rata

melainkan berdenyut-denyut, karenanya arus inipun dinamai arus

searah denyut (pulsating direct current). Arus denyut inipun

membangkitkan tegangan pada R dan bentuk tegangan pada R adalah

belahan positip dari pada bentuk arus bolak balik yang dimasukkan

deretan dioda dan R.

Tujuan dari rangkaian penyearah adalah untuk memperoleh arus

searah dari sumber arus bolak balik, dan kemampuan

menyearahkannyadapat dilihatdengan menghitung besarnya

komponen arus searah atau harga rata-rata pulsa searahnya, yaitu:

I

m

IDC =

= 0,318 Im

Besarnya Im adalah: Im = I 2 = 1,414 I sehingga:

IDC =

1,414 I

= 0,45 I

sedangkan tegangan searahnya adalah harga rata-rata dari setengah

gelombang sinus yang positip sehingga:

EDC =

Em

= 0,318 Em

Prioda dari sinyal output adalah sama dengan perioda sinyal input. Setiap

siklus input menghasilkan satu siklus output. Inilah sebabnya mengapa

frekuensi output dari penyearah setengah gelombang sama

dengan frekuensi input

fout =

fin

b. Penyearah gelombang penuh dengan 2 buah dioda (Full wave

Rectifier)

Untuk memperoleh perataan yang lebih sempurna, maka dipakailah dua

buah dioda sebagai penyearah rangkap. Guna memahami apakah yang

diperoleh dari dua dioda, mari terlebih dulu kita pelajari

rangkaian di Gambar 2.7.

Vi

n

A + D1

A - Vm

CT

B + Vm

D2

Vo

ut

RL

I

m

Harga rata-rata

B -

(A)

IDC

0

2 3 4

(B)

Gambar 2.7 Rangkaian penyearah gelombang Penuh

a. Skema

Rangkaian b.

Gelombang Outut

Dari rangkaian penyearah ½ gelombang telah kita ketahui bahwa beban

hanya dilalui arus selama setengah perioda. Sehingga untuk mendapatkan

arus selama satu perioda secara penuh dilakukan dengan menambah

satu dioda lagi, dengan tujuan menyearahkan setengah gelombaang

lainnya seperti yang diperlihatkan pada gambar diatas.

Besarnya harga rata-rata pulsa arus yang melalui beban adalah dua

kali harga rata-rata penyearah setengah gelombnag yaitu:

IDC =

2 Im

Sedangkanharga rata-rata tegangan searahnya adalah:

EDC =

2 Em

= 0,645 Em

c. Penyearah gelombang penuh dengan 4 buah dioda (Sistim

Jembatan)

Rangkaian penyearah sistim jembatan ini adalah rangkaian penyearah

gelombang penuh tetapi tidak menggunkan center tap pada trafonya

(seperti pada penyearah gelombang penuh yang menggunakan 2 buah dioda.

Perhatikan gambar 2.8 dibawah ini

A+

A - D4 D1

B + D3 D2

B -

Gambar 2.8

RL Rangkaian

penyearah

gelombang

Penuh sistim

Jembatan

A

Vout

Harga

rata-

rata

Im

0 2 3 4

B

Pada saat A positi sementara B negatif, maka jalannya arus setengah

siklus perioda pertama adalah dari titik A+ melalui D1, RL D3 dan

kembali ke sumber. Dalam gambar ditunjukkan dengan tanda panah

warna merah. Selanjutnya setengah siklus perioda berikutnya adalah

titik B menjadi positif dan titik A jadi negative, sehingga jalannya arus

adalah dari titik B+ menuju D2, RL ,D4 dan kembali ke sumber.

Demikian seterusnya untuk proses berikutnya kembali lagi titik A jadi

positif dan titik B negative demikian seterusnya setiap setengah

perioda, dan gelombang outputnya seperti ditunnjukkan pada gambar

diatas

Dioda

1. Prinsip Kerja Dioda

Dalam berbagai rangkaian elektronika komponen semikonduktor dioda sering

kita jumpai jenis dan type yang berbeda beda tergantung dari model dan

tujuan penggunaan rangkaian tersebut dibuat. Kata dioda berasal dari

pendekatan kata yaitu dua elektroda yang mana (di berarti dua)

mempunyai dua buah elektroda yaitu anoda dan katoda. Anoda digunakan

untuk polaritas positif dan katoda untuk polaritas negatip. Didalam dioda

terdapat junction (pertemuan) dimana daerah

semikonduktor type-p dan semi konduktor type-n bertemu.

Dioda semikonduktor hanya dapat melewatkan arus pada satu arah saja,

yaitu pada sat dioda memperoleh catu arah maju (forward bias). Pada

kondisi ini dioda dikatakan bahwa dioda dalam keadaan konduksi atau

menghantar dan mempunyai tahanan dalam dioda relative kecil.

Sedangkan bila dioda diberi catu arah terbalik (Reverse bias) maka dioda tidak

bekerja dan pada kjondisi ini dioda mempunyai tahanan dalam yang tinggi

sehingga arus sulit mengalir. Dari kondisi tersebut maka dioda hanya

digunakan pada beberapa pemakain saja antara lain sebagai penyearah

gelombang (rectifier), disamping kegunaan-kegunaan lainya misalnya sebagai

Klipper, Clamper , pengganda tegangan dan lain-lain.

Sifat-Sifat Dioda

a. Dioda Silikon:

1. menghantar dengan tegangan maju kira-kira 0.6 Volt

2. perlawanan maju cukup kecil

3. perlawanan terbalik sangat tinggi, dapat mencapai beberapa Mega ohm

4. Arus maju maksimum yang dibolehkan cukup besar, sampai 1000 A

5. Tegangan terbalik maksimum yang dibolehkan cukup tinggi, dapat

mencapai 1000 V

b. Dioda Germanium:

1. Menghantar dengan teganagnmaju kira-kira 0,2 Volt

2. Perlawanan maju agak besar

3. Perlawanan terbalik kurang tinggi ( kurang dari 1 M ohm)

4. Arus maju maksimum yang dibolehkan kurang besar

5. Tegangan terbalik masimum yang dibolehkan kurang tinggi

Dioda Zener

Dioda zener dibuat untuk bekerja pada daerah breakdown dan

menghasilkan tegangan breakdown kira-kira dari 2 samapai 200 Volt.

Dengan memberikan tegangan riverse melampaui tegangan

breakdown zener, piranti berlaku seperti sumber tegangan konstan. Jika

tegangan yang diberikan mencapai nilai breakdown, pembawa minoritas

lapisan pengosongan dipercepat hingga mencapai kecepatan yang cukup

tinggi untuk mengeluarkan electron dari orbit luar. Efek zener

berbeda-beda, bila dioda di-dop banyak maka lapisan

pengosongan amat sempit. sehingga medan listrik pada lapisan

pengosongan sangat kuat.

Pada gambar 3 menunjukkan kurva tegangan arus dioda zener. Pada dioda

zener breakdown mempunyai knee yang sangat tajam, diikuti

dengan kenaikan arus yang hampir vertikal. Perhatikan bahwa

tegangan kira-kira konstan sama dengan Vz pada sebagian besar

daerah breakdown. Lembar data biasanya menentukan nilai VZ pada

arus test IZT tertentu diatas knee ( perhatikan gambar2.3 )

i

-Vz V

IZT

IZ

M

Gambar 2.3. Kurva Dioda Zener

Dissipasi daya dioda zener sama dengan perkalian tegangan dengan

arusnya, yaitu:

PZ = VZ x IZ

Misalkan jika Vz=13.6 V dan Iz= 15mA, Hitunglah daya dissipanya.

Jawab: Pz = 13,6 x 0,015 = 0,204 W

Selama PZ kurang dari rating daya Pz maks dioda zener tidak akan rusak.

Dioda zener yang ada dipasaran mempunyai rating daya dari ¼

W sampai lebih dari 50 W. Lembar data kerap kali menspesifikasikan arus

maksimum dioda zener yang dapat ditangani tanpa melampaui rating

dayanya. Arus maksimum diberi tanda IZm. Hubungan antara Izm

dan rating daya adalah:

IZmax

=

Pz max

Vz

Penggunaan dioda Zener sangat luas, kedua setelah dioda penyearah.

Dioda silikon ini dioptimumkan bekerja pada daerah breakdown dan

dioda zener adalah tulang punggung regulator tegangan. Jika dioda zener

bekerja dalam daerah breakdown, bertambahnya tegangan sedikit

akan menghasilkan pertambahan arus yang besar. Ini

menandakan bahwa dioda zener pempunyai inpedansi yang kecil.

Inpedansi dapat dihitung dengan bantuan rumus:

V

ZZ =

i

3. Clipper

Pada peralatan computer, digital dan sistim elektronik lainnya, kadang kita ingin

membuang tegangan sinyal diatas atau dibawah level tegangan

tertentu. Salah satu caranya adalah dengan menggunakan rangkaian clipper

dioda (clipper = pemotong).

3.1. Clipper Positip

Seperti yang ditunjukkan pada gambar 2.4 tegangan output bagian

positipnya semua dipotong. Cara kerja rangkaian adalah sebagai

berikut: selama setengah siklus positip tegangan input dioda konduksi,

dengan demikian kita dapat membayangkan dalam kondisi ini dioda

seperti saklar tertutup.Tegangan pada hubungan singkat harus sama

dengan nol, oleh sebab itu tegangan output sama dengan nol selama tiap-

tiap setengah siklus positip sehingga semua tegangan jatuh pada resistor (

R)

R

RL

Gambar 2.4. Clipper

positip

Selama setengah siklus negatip, dioda terbias reverse dan kelihatan

terbuka dan sebagai akibatnya rangkaian membentuk pembagi

tegangan dengan output:

RL

Vout =i

Bambar 2.5. Clipper dibias positip

Selama setengah siklus negatip, dioda terbias reverse dak kelihatan

seperti terbuka, dan sebagai akibatnya rangkaian membentuk pembagi

tegangan dengan output:

Vout

=

RL

VP

R + RL

Dan biasanya RL jauh lebih besar dari pada R sehingga Vout -VP.

Selama setengah siklus positip dioda konduksi dan seluruh tegangan jatuh

pada R dan sebaliknya pada setengah siklus negatip dioda off, dan

karena RL jauh lebih besar dari R sehingga hampir seluruh tegangan

setengah siklus negatip muncul pada RL. Seperti yang

diperlihatkan pada gambar 2.4 semua sinyal diatas level o V telah

dipotong. Clipper positip disebut juga pembatas positip (positive

limiter), karena tegangan output dibatasi maksimum 0 Volt.

3.2. Clipper di Bias

Dalam beberapa aplikasi anda mungkin level pemotongan tidak 0 V, maka

dengan bantuan clipper di bias anda dapat menggeser level pemotongan

positip atau level negatip yang diinginkan. Pada gambar

2.5 menunjukkan clipper dias, agar dioda dapat konduksi tegangan input

harus lebih besar dari pada +V. Ketika Vin lebih besar daripada

+V dioda berlaku seperti saklar tertutup dan tegangan output sama

dengan +V dan tegangan output tetap pada +V selama tegangan input

melebihi +V.

Ketika tegangan input kurang dari +V dioda terbuka dan rangkaian kembali

pada pembagi tegangan. Clipper dibias berarti membuang

semua sinyal diatas mevel +V

R

+ Vp

+ V

0 +RL 0

V

- Vp - - Vp

Gambar 2.5 Clipper dibias positip

Detektor Dioda

Detektor berfungsi menceraikan sinyal informasi dari sinyal pembawa,

pekerjan deteksi tersebut disebut juga de modulasi dan pada hakekatnya

suatu pekerjaan penyearahan (rectifying). Pekerjaan penyearahan yang terjadi pada

sirkit detector dan di dalam pencatu daya pada hakekatnya tidak ada

perbedaan azas. Oleh sebab itu sekema dasar dari sirkit detector juga tidak

berbeda dengan sekema dasar sebuah pencatu daya. Bila rangkaian detector kita

bandingkan dengan rangkaian sebuah pencatu daya maka akan terdapat kesamaan

dan perbedaan, antara lain yaitu:

Detektor Pencatu Daya

1. Frekuensi operasinya 255 Khz

2. Tegangan kerjanya kecil (10V atau

kurang )

3. Arusnya sangat kecil ( dalam uA )

4. Amplitodo tegangan bolak-balik

disirkit masukan bervariasi (oleh

adanya modulasi).

5. Di sirkit keluaran terdapat tegangan

rata dan juga tegangan bb dengan

frekuensi rendah.

1. Frekuensi operasinya 50 Hz

2. Tegangan kerjanya kecil/ besar

sesuai keperluan.

3. Arusnya besar ( dalam mA / Amper)

4. Amplitodo tegangan bolak-

balikdi sirkit masukan konstan

(berasal dari jaringan listrik).

4. Di sirkit keluaran terdapat hanya

tegangan rata (tegangan bb nya

kecil sehingga boleh diabaikan)