PERCOBAAN 03
PENYEARAH
Dosen Pengampu:
Sugijono, S.T.,M.M.
Oleh:
Listrik 2D
KELOMPOK 3 :
Hanif Khoirul Fahmy (09)
Hening Putri Riyandhini (10)
Ikhwan Zuhri (11)
Luqman Hakim (12)
Program Studi Teknik Listrik
Jurusan Teknik Elektro
POLITEKNIK NEGERI SEMARANG
2014
PERCOBAAN 3
PENYEARAH
1. Tujuan Percobaan
Setelah melakukan percobaan mahasiswa dapat :
1. Merangkai Penyearah Setengah Gelombang dan Gelombang Penuh
2. Menghitung dan menggambar sinyal keluaran
3. Menjelaskan pengaruh beban dan tapis
2. Teori dasar
Penggunaan dioda yang paling umum adalah sebagai penyearah. Penyearah
aalah suatu rangkaian yang berfungsi untuk mengubah tegangan AC menjadi
Tegangan DC. Penyearah dengan dioda mengikuti sifat dioda yang akan
menghantar saat dibias maju dan tidak konduksi saat dibias mundur.
Ada dua jenis rangkaian penyearah dengan menggunakan dioda yaitu
Penyearah Setengah Gelombang dan Penyearah gelombang penuh.
Pada penyearah setengah gelombang periode positif dioda akan mendapat
bias maju sedangkan pada setengah periode negatif akan mendapat bias mundur,
Hal ini akan menyebabkan tegangan beban RL merupakan sinyal setengah
gelombang.
Gambar 4.1 Penyearah Setengah Gelombang
Tegangan keluaran Hasil Penyearah setengah gelombang penuh VDC =
Vm/π. Antara sinyal masukan dan sinyal keluar mempunyai periode yang sama
sehingga frekwensi keluaran sama dengan frekwensi masukan.
Dengan menggunakan dua buah dioda dan sebuah transformator CT
( transformator dengan cabang tengah ) suatu rangkaian penyearah gelombang
penuh akan didapat.
Gambar 4.2 Penyearah Gelombang Penuh Dengan Trafo CT
Pada saat a positif D1 akan konduksi dan arus akan mengalir ke beban
melalui D1, pada siklus berikutnya, saat a negatif dan b positif, D2 akan konduksi
dan arus akan mengalir melalui D2. Harga rata – rata tegangan DC gelombang
penuh VDC = 2 Vm/ π . Frekwensi yang dihasilkan adalah dua kali frekwensi
masukan sebab setiap satu gelombang menghasilkan dua puncak gelombang
positif.
Jika transformator tidak mempunyai cabang tengah dan diperlukan
gelombang penuh, maka dapat digunakan rangkaian dioda dengan sistem
jembatan.
Gambar 4.3 Penyearah Gelombang Penuh Sistem Jembatan
Dalam rangkaian penyearah, tegangan DC yang dihasilkan mengandung riak.
Untuk menghasilkan tegangan DC yang rata diperlukan penapis untuk mengurangi
tegangan riak.
Komponen – komponen yang dapat digunakan sebagai tapis adalah
komponen – komponen reaktif ( L dan C ). Induktor mempunyai sifat sebagai
penahan sinyal AC sedangkan kapasitor mempunyai sifat sebagai pelolos (pass )
untuk sinyal AC , sehingga untuk menghasilkan sinyal DC yang baik dapat dibuat
rangkaian penapis dengan menggunakan induktor, kapasitor atau gabungan
keduanya.
Gambar 4.4 Penyearah Gelombang Penuh Sistem Jembatan Dengan Tapis
Gambar 4.5 Tegangan keluaran penyearah gelombang penuh dengan tapis
Penapis kapasitor berdasarkan deteksi puncak, artinya pada saat gelombang
masukan menuju dari nol maka dioda akan dibias maju, pada saat ini kapasitor
akan diisi muatan hingga tegangan puncak tercapai. Pada saat gelombang menuju
negatif , maka dioda akan dibias mundur, karena kapasitor akan mempertahankan
tegangan maksimumnya, muatan akan dilewatkan menuju resistansi beban dan
akan terisi lagi saat tegangan puncak berikutnya
3. Peralatan dan bahan
1. 1 buah Osciloskop
2. 2 buah Multimeter
3. 1 buah
Transformator 220
V / 9 V CT
4. 4 buah Dioda
Silikon IN 4007
5. Resistor 470 Ω , 1
KΩ , 2K2Ω 1
buah
6. Kapasitor Elektrolit
50 μF, 100 μF , 470
μF
7. Kabel Penghubung
4. Diagram Rangkaian
Gb. 4.4 1. Penyearah Setengah Gelombang
Gb. 4.5. Penyearah Gelombang Penuh Dengan Trafo CT
Gb. 4.6 Penyearah Gelombang Penuh Sistem Jembatan
Gb. 4.7 Penyearah Gelombang Penuh Sistem Jembatan DenganPenapis Kapasitor
5. Langkah Percobaan
5.1. Penyearah Setengah Gelombang
a. Rangkailah dioda seperti pada gambar 4.4 dengan RL = 470Ω
b. Dengan menggunakan multimeter Ukurlah arus dan tegangan beban .
Catat hasil pengukuran ke tabel 1.
c. Dengan menggunakan ascilliscope amati dan gambar pada kertas grafik
bentuk gelombang sekunder trafo dan tegangan beban ,VL
d. Gantilah RL dengan 1 KΩ ulangi langkah 2 dan 3
e. Gantilah RL dengan 2K2 Ω ulangi langkah 2 dan 3
5.2. Penyearah Gelombang Penuh Dengan Trafo CT
1. Rangkailah dioda seperti pada gambar 4.5 dengan RL = 470Ω
2. Dengan menggunakan multimeter Ukurlah arus dan tegangan beban .
Catat hasil pengukuran ke tabel 2.
3. Dengan menggunakan ascilliscope amati dan gambar pada kertas grafik
bentuk gelombang sekunder trafo dan tegangan beban ,VL
4. Gantilah RL dengan 1 KΩ ulangi langkah 2 dan 3
5. Gantilah RL dengan 2K2 Ω ulangi langkah 2 dan 3.
5.3. Penyearah Gelombang Penuh Sistem Jembatan
1. Rangkailah dioda seperti pada gambar 4.6 dengan RL = 470Ω
2. Dengan menggunakan multimeter Ukurlah arus dan tegangan beban .
Catat hasil pengukuran ke tabel 3.
3. Dengan menggunakan ascilliscope amati dan gambar pada kertas grafik
bentuk gelombang sekunder trafo dan tegangan beban ,VL
4. Gantilah RL dengan 1 KΩ ulangi langkah 2 dan 3
5. Gantilah RL dengan 2K2 Ω ulangi langkah 2 dan 3.
5.4. Penyearah Gelombang Penuh Sistem Jembatan dengan Penapis Kapasitor
1. Rangkailah dioda seperti pada gambar 4.7 dengan RL = 470Ω dan
kapasitor dengan nilai 100 μF
2. Dengan menggunakan multimeter Ukurlah arus dan tegangan beban .
Catat hasil pengukuran ke tabel 4.
3. Dengan menggunakan ascilliscope amati dan gambar pada kertas grafik
bentuk gelombang sekunder trafo dan tegangan beban ,VL
4. Gantilah RL dengan 1 KΩ ulangi langkah 2 dan 3
5. Gantilah RL dengan 2K2 Ω ulangi langkah 2 dan 3.
6. Gantikan kapasitor penapir menjadi 470 μF , ulangi langkah 2 sampai 5
7. Gantikan kapasitor penapir menjadi 1000 μF , ulangi langkah 2 sampai 5
6. Tabulasi Data
Tabel. 6.1. Penyearah Setengah Gelombang
Vin [ V ] Beban
[ Ω ]
Hasil Pengukuran Hasil Perhitungan
IRL(mA) VRL(V) IRL(mA) VRL(V)
6,24 470 5 2,339 4,48 2,106
6,24 1K 2,30 2,27 2,106 2,106
6,24 2K2 1,1 2,428 0,96 2,106
Perhitungan:
Vm = Vin X √2
= 6,24 X √2 = 8,825 Volt
Pada R= 470 Ω, 1K Ω, 2K Ω
VRL = (8,825 X 0,318)-0,7
= 2,106 Volt
Pada R= 470 Ω Pada R= 1K Ω Pada R= 2K2 Ω
I RL= V RLR
I RL = V RLR
I RL = V RLR
= 2,106470
= 2,1061000
= 2,1062200
= 4,48 mA = 2,106mA = 0,96 mA
VDC= VRL = (Vm X 0,318) – 0,7
Tabel 6.2. Penyearah Gelombang Penuh Dengan Trafo CT
Vin [ V ] Beban
[ Ω ]
Hasil Pengukuran Hasil Perhitungan
IRL(mA) VRL(V) IRL(mA) VRL(V)
6,24 470 10,5 4,89 10,4 4,9125
6,24 1K 5 4,99 4,9 4,9125
6,24 2K2 2,4 5,06 2,23 4,9125
Perhitungan:
Vm = Vin X √2
= 6,24 X √2 = 8,825 Volt
Pada R= 470 Ω, 1K Ω, 2K Ω
VRL = (8,825 X 0,636)-0,7
= 4,9125 Volt
Pada R= 470 Ω Pada R= 1K Ω Pada R=2K2 Ω
I RL= V RLR
I RL = V RLR
I RL = V RLR
= 4,9125
470=
4,91251000
= 4,91252200
= 10,4 mA = 4,9125 mA = 2,23 mA
VDC = VRL= 0,636 Vm – 0,7
Tabel 6.3. Penyearah Gelombang Penuh Sistem Jembatan
Vin [ V ] Beban
[ Ω ]
Hasil Pengukuran Hasil Perhitungan
IRL (mA) VRL(V) IRL(mA) VRL(v)
6,24 470 9,2 4,29 8,96 4,2127
6,24 1K 4,5 4,41 4,2127 4,2127
6,24 2K2 1,97 4,33 1,915 4,2127
Perhitungan:
Vm = Vin X √2
= 6,24 X √2 = 8,825 Volt
Pada R= 470 Ω, 1K Ω, 2K Ω
VRL= 0,636 X 8,825 – (2 X 0,7)
= 4,2127 Volt
Pada R= 470 Ω Pada R= 1K Ω Pada R=2K2 Ω
I RL= V RLR
I RL = V RLR
I RL = V RLR
= 4,2127
470 = 4,2127
1000=4,2127
2200
= 8,96 mA = 4,2127 mA = 1,915 mA
VDC =VRL= 0,636 Vm – (2 X 0,7)
Tabel 6.4. Penyearah Gelombang Penuh Sistem Jembatan Dengan Filter
Penapis CRL
[ Ω ] Multimeter Osiloskop
I(mA) V(Volt) V(Volt)
47 μF 470
1K
2K2
13,5
7,0
2,9
6,29
6.80
7,11
6,2
6,75
7,4
100 μF
470
1K
2K2
13,5
7,25
2,9
6,34
6,9
7,14
6,2
6.75
7,25
470 μF 470
1K
2K2
14,9
7,48
2,9
6,88
7,05
7,12
6,7
6,8
7,2
1000 μF
470
1K
2K2
14,9
7,49
3,0
6,88
7,14
7,22
6,7
6,9
7
7. Analisa Data
7.1. Pada penyearah setengah gelombang, gelombang sinus yang dihasilkan tidak
penuh, karena hanya menggunakan 1 buah dioda silikon bias maju dan pada
rangkaian ini (penyearah setengah gelombang) dioda akan berlaku sebagai
penghantar selama putaran setengah positif dan tidak berlaku sebagai
penghantar pada setengah siklus negatif, sehingga dapat digambarkan sbb:
7.2. Untuk menghitung Vm, Vm = Vin X √2
7.3. Pada penyearah gelombang penuh dengan trafo CT, gelombang sinus yang
dihasilkan penuh, karena menggunakan 2 buah dioda silikon bias maju
dengan pen-suply menggunakan trafo CT, tetapi jika menggunakan hanya 2
buah dioda silikon tanpa menggunakan trafo CT maka tidak bisa menjadi
penyearah gelombang penuh. Terbentuknya gelombang sinus penuh ini
disebabkan Dioda D1 menghantar ke putaran setengah positif dan Dioda D2
menghantar ke putaran setengah negative. Sebagai hasilnya arus beban
rectifier mengalir selama setengah putaran bersama-sama, sehingga dapat
digambarkan sbb:
7.4. Untuk menghitung Vm, Vm = Vin X √2
7.5. Pada penyearah gelombang penuh sistem jembatan, gelombang sinus yang
dihasilkan penuh, sebab Dioda D1 dan D2 menghantar di atas setengah siklus
positif da D3 dan D4 menghantar di atas setengah siklus negatif, dapat
digambarkan sbb:
7.6. Pada penyearah gelombang penuh sistem jembatan dengan filter, gelombang
sinus yang dihasilkan penuh, karena menggunakan 4 dioda silikon bias maju
dengan pen-supply menggunakan trafo tanpa cabang tengah. Pada tengah
rangkai dioda diberi kapasitor dengan tujuan untuk mengurangi tegangan
ripple pada gelombang, sehingga gelombang yang dihasilkan sbb:
Semakin besar kapasitor yang dipasang, gelombang yang dihasilkan
semakin rapat (ripple semakin kecil/rapat) tetapi tidak dapat mencapai
100% seperti yang dihasilkan arus DC.
8. Tugas dan Pertanyaan.
1. Hitung Arus dan Tegangan keluaran rangkaian penyearah setengah
gelombang dan gelombang penuh ?
2. Apa perbedaan tegangan DC yang dihasilkan oleh penyearah setengah
gelombang dan gelombang penuh ?
3. Apa perbedaan tegangan DC yang dihasilkan oleh penyearah gelombang
penuh dengan trafo dan sistem jembatan ?
4. Bagaimana Hasil Percobaan dan Perhitungan arus dan tegangan Keluaran
penyearah setengah gelombang dan gelombang penuh ?
5. Bagaimana pengaruh beban pada penyearah setengah gelombang dan
gelombang penuh?
6. Bandingkan besar tegangan keluaran penyearah gelombang penuh tanpa
kapasitor dan dengan kapasitor ?
7. Apakah perubahan Beban berpengaruh terhadap besarnya tegangan
keluaran.?
8. Apakah pengaruh perubahan nilai kapasitor terhadap tegangan keluaran ?
9. Jawaban Pertanyaan.
1. Rangkaian penyearah setengah gelombang:
R= 470 Ω
VRL = (Vm X 0,318) – 0,7
VRL = (8,825 X 0,318)-0,7
= 2,106 Volt
IRL= V RLR
= 2,106470
= 4,48 mA
Rangkaian penyearah gelombang penuh:
R= 470 Ω
VRL = 0,636 Vm – 0,7
VRL = (8,825 X 0,636)-0,7
= 4,9125 Volt
IRL= V RLR
= 4,9125
470
= 10,4 mA
2. Perbedaan tegangan yang di hasilkan penyearah setengah gelombang
dengan penyearah gelombang penuh adalah
1) Perbandingan tegangan output (VDC)= 1 : 2
2) Gelombang yang dihasilkan menunjukan pada rangakaian penyearah
setengah gelombang jarak antara gelombang lebih lebih renggang
dari pada penyearah gelombang penuh.
3) Berbeda dengan rangkaian penyearah setengah gelombang, pada
rangkaian penyearah gelombang penuh semua siklus akan
dimanfaatkan sebagai gelombang keluaran. Pada rangkaian
penyearah setengah gelombang, siklus negative dari tegangan input
dipotong atau tidak dimanfaatkan sama sekali. Tegangan output
penyearah setengah gelombang, pada saat siklus positif tegangan
yana jatuh pada terminal output idealnya adalah sama dengan
tegangan supply, atau tegangan supply – 0,7 V (Dioda silicon) serta
tegangan supply – 0,3 V (Dioda germanium). Hal ini terjadi karena
dioda diberi bias maju sehingga arus listrik akan melewati dioda
bagaikan seutas kawat. Sedangkan pada saat siklus negative,
tegangan output hampir sama dengan 0 volt dikarenakan dioda diberi
bias mundur (bias reverse) sehingga dioda bekerja bagaikan kawat
yang terputus atau saklar yang terbuka. Sedangkaan pada penyearah
gelombang penuh siklus negative dari sinyal input tetap diloloskan
dengan menggunakan dioda yang lain.
Gb.Penyerarah setengah gelombang Gb. Penyearah Gelombang penuh
3. Pada output gelombang hampir tidak ada perbedaan antara penyearah
gelombang penuh dengan trafo sistem jembatan. Perbedaan terdapat
pada rangkaian yang terlihat lebih simpel menggunakan penyearah
gelombang penuh dengan trafo dari pada sistem jembatan.
Penyearah tegangan dengan menggunakan 2 buah diode memerlukan
transformator/trafo yang mempunyai terminal CT (center tep/titik
tengah). Dioda akan bekerja secara bergantian. Sehingga tegangan pada
output akan selalu ada. Sedangkan penyearah dengan 4 buah diode sama
dengan penyearah gelombang penuh menggunakan 2 buah diode, hanya
pada penyearah sistem bridge ini transformator yang digunakan tidak
harus CT. Dioda akan bekerja secara berpasangan, jika D1 &D3 On, D2
& D3 off, begitu juga sebaliknya.
4. Hasil percobaan tegangan dan arus yang di hasilkan penyearah setengah
gelombang dengan penyearah gelombang penuh ialah perbandingan
tegangan 1:2
5. Beban di pasang untuk membatasi arus pada rangkain, agar dioda tidak
di aliri arus melebihi arus nominalnya sehingga dioda tidak rusak.
Pengaruh beban pada penyearah setengah gelombang yaitu Resistansi
dioda pada saat ON (mendapat bias maju) adalah Rf, yang umumnya
nilainya lebih kecil dari RL. Pada saat dioda OFF (mendapat bias
mundur) resistansinya besar sekali atau dalam pembahasan ini dianggap
tidak terhigga, sehingga arus dioda tidak mengalir atau i = 0. Arus yang
mengalir ke beban (i) terlihat pada gambar (c) bentuknya arus searah
(satu arah) yang harga rataratanya tidak sama dengan nol seperti pada
arus bolak-balik. Kondisi pembebanan yang berlaku pada penyearah satu
fasa setengah gelombang juga akan berlaku pada penyearah satu fasa
gelombang penuh. Khusus untuk beban resistif, setiap dioda akan
konduksi tepat selama setengah siklus dari perioda tegangan.
6. Lebih besar tegangan dengan menggunakan kapasitor, karena kapasitor
berfungsi untuk mengurangi ripple pada tegangan keluaran hampir tidak
memiliki ripple
7. Perubahan beban tidak berpengaruh terhadap besarnya tegangan
8. Pengaruh pemasangan kapasitor pada rangkaian penyearah gelombang
adalah berperan sebagai penyaring isyarat keluaran sehingga terbentuk
gelombang riak/ripple (Vrpp), semakin besar nilai kapasitor maka
semakin kecil gelombang riak yang terbentuk dan nilai tegangan riak
juga akan semakin kecil.
10. Kesimpulan.
1. Dioda berfungsi sebagai penyearah gelombang listrik AC.
2. Penyearah ialah suatu rangkaian yang berfungsi untuk mengubah tegangan AC
menjadi tegangan DC.
3. Dalam rangkaian penyearah, tegangan DC yang dihasilkan mengandung riak.
Untuk menghasilkan teganan DC yang rata diperlukan penapis (L dan C)
untuk mengurangi tegangan riak.
4. Penggunaan induktor (L) dan kapasitor (C) sebagai penapis karena induktor
mempunyai sifat sebagai penahan sinyal AC sedangkan kapasitor mempunyai
sifat sebagai pelolos (pass) untuk sinyal AC.
5. Semakin tinggi nilai penapis C, semakin stabil gelombang DC yang
dihasilkan.
6.
7. Tegangan keluaran penyearah setengah gelombang
VDC= VRL = (Vm X 0,318) – 0,7
8. Tegangan keluaran penyearah gelombang penuh
VDC = VRL= 0,636Vm – 0,7
9. Tegangan keluaran penyerah gelombang penuh sistem jembatan
VDC =VRL= 0,636Vm – (2 X 0,7)
11. Lampiran.
Gambar 10.1 Gelombang Tegangan AC
Gambar 10.2 Hasil Penyearah Setengan Gelombang
Gambar 10.3 Hasil Penyearah Gelombang Penuh Dengan Trafo CT
Gambar 10.4 Hasil Penyarah Gelombang Penuh Sistem Jembatan
Gambar 10.5 Hasil Penyearah Gelombang Penuh Sistem Jembatan Dengan Penapis Kapasitor