ELEKTRONIKA Bab 4. Rangkaian Dioda Dr. JUSAK

Gelombang Ideal Bentuk gelombang tegangan masukan dari tegangan AC adalah gelombang sinus yang mempunyai nilai tegangan instan 𝑣 𝑖𝑛 dan tegangan puncak 𝑉 𝑝 𝑖𝑛 . Gelombang sinus semacam ini memiliki tegangan rata-rata sama dengan nol. Karena separuh periode positif dan separuh lagi negative. Demikian juga bila diukur dengan Voltmeter DC, akan bernilai nol karena voltmeter DC mengukur tegangan rata-rata.

Penyearah (Rectifier) Setengah Gelombang Apabila sumber tegangan sinusoidal diterapkan pada sebuah dioda, maka dioda akan bersifat seperti konduktor pada setengah putaran positif dan bersifat seperti isolator pada setengah putaran negatif. Oleh karena itu sinyal gelombang yang muncul disebut sebagai sinyal setengah gelombang. Sinyal setengah gelombang ini menghasilkan arus searah yang mengalir pada satu arah saja. Lihat Gambar.

Penyearah (Rectifier) Setengah Gelombang Gambar (a) Penyearah setengah gelombang ideal, (b) Putaran setengah positif, (c) Putaran setengah negatif

Penyearah (Rectifier) Setengah Gelombang Gambar di atas merupakan gambar penyearah setengah gelombang. Secara ideal pada setengah putaran positif dioda akan dibias maju, maka dioda akan bersifat seperti saklar tertutup dan sumber tegangan akan muncul melalui resistor beban. Berikutnya pada putaran setengah negative dioda seperti saklar terbuka, sehingga tidak ada tegangan pada resistor beban.

Penyearah (Rectifier) Setengah Gelombang

Penyearah (Rectifier) Setengah Gelombang Dari gambar grafik di atas dapat kita lihat, hasil penyearahan gelombang menghasilkan sebuah tegangan DC yang bergerak naik sampai maksimum kemudian turun sampai nol, dan tetap nol pada setengah putaran negatif. Tetapi tegangan DC semacam ini bukanlah tegangan yang kita inginkan untuk peralatan elektronik. Peralatan elektronik memerlukan tegangan DC konstan seperti halnya baterai. Pada penyearah setengah gelombang dengan dioda ideal, nilai tegangan puncak saat keluar sama dengan tegangan saat masuk. Setengah gelombang ideal : 𝑉 𝑝 𝑜𝑢𝑡 = 𝑉 𝑝 𝑖𝑛

Sinyal DC untuk Sinyal Setengah Gelombang Nilai tegangan DC sebuah sinyal adalah nilai tegangan rata-rata. Nilai inilah yang terukur oleh voltmeter DC. Nilai DC dari sebuah sinyal setengah gelombang adalah : 𝑉 𝐷𝐶 = 𝑉 𝑝 𝜋 Frekuensi keluaran sebuah sinyal setengah gelombang sama dengan frekuensi masukan : 𝑓 𝑜𝑢𝑡 = 𝑓 𝑖𝑛

Pendekatan Kedua Seperti telah dibicarakan sebelumnya, pada pendekatan kedua dioda pada bias maju tidak akan mengalirkan arus listrik hingga tegangan AC lebih besar dari 0,7V. Jadi setengah gelombang baru akan terbentuk jika tegangan AC melebihi 0,7V. Jadi tegangan beban dari penyearah setengah gelombang adalah : 𝑉 𝑝 𝑜𝑢𝑡 = 𝑉 𝑝 𝑖𝑛 −0,7 Untuk pendekatan ketiga, kita tahu bahwa nilai hambatan gabungan sangat kecil. Karena itu nilai hambatan gabungan dapat diabaikan.

Implementasi dengan Multisim

Contoh 1 Pada rangkaian penyearah setengah gelombang di atas, tentukan nilai dari tegangan puncak dan nilai tegangan DC pada beban 𝑅 𝐿 .

Hasil Pengukuran

Transformer Transformer digunakan untuk menurunkan tegangan. Tegangan yang tinggi dari jaringan listrik PLN sebesar 220 Vrms, diturunkan agar bisa digunakan pada peralatan elektronik. Besarnya penurunan listrik tergantung pada perbandingan jumlah lilitan yang digunakan pada transformer : 𝑁 1 = jumlah lilitan primer. 𝑁 2 = jumlah lilitan sekunder. 𝑉 2 = 𝑁 2 𝑁 1 𝑉 1

Gambar penyearah setengah gelombang dengan transformer.

Contoh 2 Untuk transformer seperti dalam gambar di atas, apabila nilai 𝑁 1 = 5 dan 𝑁 2 =1 dan sumber tegangan sebesar 220 Vrms, 50 Hz. Tentukan: Tegangan puncak pada sisi sekunder! Tegangan pada beban 𝑅 𝐿 !

Penyearah Gelombang Penuh Untuk menghasilkan penyearah gelombang penuh digunakan transformer center tap dan dua buah diode seperti terlihat dalam Gambar. Setiap dioda akan memiliki masukan yang sama dengan setengah tegangan sekunder. Dioda D1 menghantar setengah putaran positif dan D2 menghantar setengah putaran negatif. Sehingga arus beban penyearah akan mengalir selama setengah putaran positif dan juga setengah putaran negative menjadi gelombang penuh.

Penyearah Gelombang Penuh Gambar penyearah gelombang penuh dengan transformer.

Nilai DC atau Nilai Rata-Rata Karena penyearah gelombang penuh mempunyai jumlah putaran sinyal dua kali penyearah setengah gelombang, maka nilai DC atau nilai rata-rata yang diperoleh : 𝑉 𝐷𝐶 = 2 𝑉 𝑝 𝜋 Sedangkan frekuensi putaran gelombang penuh adalah dua kali frekuensi setengah gelombang atau dua kali frekuensi masukan, yaitu: 𝑓 𝑜𝑢𝑡 = 2𝑓 𝑖𝑛 Note: Karena menggunakan transformer center tap, maka tegangan beban yang digunakan adalah separuh dari tegangan sekunder.

Pendekatan Kedua Sebagaimana halnya pada penyearah setengah gelombang, pada pendekatan kedua dilakukan dengan cara mengurangi tegangan puncak dari gelombang dengan nilai 0,7V. Perhatikan simulasi dengan menggunakan Simulink pada slide berikutnya.

Implementasi Dengan Multisim

Contoh 3 Berdasarkan rangkaian gelombang penuh di atas dengan perbandingan jumlah lilisan 𝑁 1 : 𝑁 2 =10:1, tentukan nilai tegangan puncak pada: Sisi sekunder dari tansformer! Sisi beban 𝑅 𝐿 ! Tegangan DC pada beban 𝑅 𝐿 !

Hasil Pengukuran

Penyearah Jembatan Penyearah jembatan menyerupai penyearah gelombang penuh, karena penyearah ini dapat menghasilkan tegangan keluaran gelombang penuh. Penyearah ini menggunakan empat dioda, dimana setiap dua dioda dipasang secara parallel. Pada saat putaran setengah positif D1 dan D2 dibias maju sehingga menghasilkan tegangan beban positif. Begitu pula pada saat putaran setengah negatif D3 dan D4 dibias maju, juga menghasilkan tegangan beban positif. Lihat Gambar.

Penyearah Jembatan Gambar penyearah jembatan

Nilai DC Karena penyearah jembatan menghasilkan gelombang penuh, maka nilai rata-rata (DC) dan frekuensi keluarannya sama seperti pada penyearah gelombang penuh, yaitu: 𝑉 𝐷𝐶 = 2 𝑉 𝑝 𝜋 Dan 𝑓 𝑜𝑢𝑡 = 2𝑓 𝑖𝑛 Note: berbeda dengan transformer center tap, tegangan beban pada penyearah jembatan dapat menggunakan seluruh tegangan sekunder.

Implementasi dengan Multisim

Contoh 4 Berdasarkan rangkaian gelombang penuh di atas dengan perbandingan jumlah lilitan 𝑁 1 : 𝑁 2 =10:1, tentukan nilai tegangan puncak pada: Sisi sekunder dari tansformer! Sisi beban 𝑅 𝐿 ! Tegangan DC pada beban 𝑅 𝐿 !

Hasil Pengukuran

Perbandingan Penyearah Setengah gelombang Gelombang penuh Jembatan Jumlah dioda 1 2 4 Masukan penyearah Vp(2) Keluaran puncak (ideal) 0,5 Vp(2) Keluaran puncak (2d) Vp(2) – 0,7 V 0,5 Vp(2) – 0,7 V Vp(2) – 1,4 V Keluaran DC Vp(keluar)/ 2Vp(keluar)/ Frekuensi ripple Fmasuk 2fmasuk * Vp(2) = puncak tegangan sekunder; Vp(keluar) = puncak tegangan keluar