DIODA SEBAGAI PENYEARAH TEGANGAN MENGUBAH TEGANGAN BOLAK-BALIK MENJADI TEGANGAN SEARAH Alfa Nicko Valentino 121744910451 Jurusan Elektronika, Elektronika, Fakultas Teknik Universitas Widyagama
Abstrak:
Dioda adalah komponen aktif semikonduktor yang terdiri dari persambungan (junction) P-N. Sifat dioda yaitu dapat menghantarkan arus pada tegangan maju dan menghambat arus pada tegangan balik. Dioda berasal dari pendekatan kata dua elektroda yaitu anoda dan katoda. Dioda semikonduktor hanya melewatkan arus searah saja (forward), sehingga banyak digunakan sebagai komponen penyearah arus. Secara sederhana sebuah dioda bisa kita asumsikan sebuah katup, dimana katup tersebut akan terbuka manakala air yang mengalir dari belakang katup menuju kedepan, sedangkan katup akan menutup oleh dorongan aliran air dari depan katup. dioda, Kata kunci – dioda,
I.
setengah gelombang, gelombang penuh, penyearah gelombang penuh system jembatan
PENDAHULUAN
Rangkaian pada umumnya terdiri atas berbagai komponen misal hambatan, kapasitor maupun induktor. Namun terdapat komponen lain semisal dioda. Dioda merupakan komponen listrik yang sering dipergunakan dalam beberapa aplikasi misalnya dalam rangkaian yang digunakan untuk mengubah listrik AC menjadi DC karena sebagian besar peralatan elektronika menggunakan sumber dayalistrik 220 volt / 50 Hz dari PLN. Beberapa peralatan seperti radio atau tape kecil menggunakan baterai sebagai sumber tegangan namun sebagian menggunakan listrik PLN sebagai sumber tenaganya. Dioda merupakan suatu komponen elektronik yang dapat melewatkan arus pada satu arah saja. Macam-macam dioda yakni dioda tabung, dioda sambungan p-n, dioda kontak titik dan lain sebagainya.
Secara prinsip, rangkaian penyearah gelombang terdiri dari transformator,dioda, dan kondensator/kapasitor. Transformator merupakan komponen elektronika yang berfungsi untuk menurunkan dan menaikkan tegangan.Kondensator atau kapasitor berfungsi sebagai penyimpan muatan untuk sementara waktu dan merupakan filter (penyaring) pada rangkaian rectifier. Dioda merupakan komponen aktif yang digunakan sebagai penyearah arus listrik, pengaman arus dan tegangan listrik, serta pemblokir arus dan tegangan listrik. Rangkaian penyearah gelombang merupakan rangkaian yang mengubahgelombang sinus AC (Alternating Current) menjadi deretan pulsa DC (Direct Current ). Ini merupakan dasar atau langkah awal untuk memperoleh arus DC halus yang dibutuhkan oleh suatu peralatan elektronika. Bentuk dari suatu rangkaian penyearah adalah rangkaian penyearah setengah gelombang dan rangkaian penyearah gelombang penuh.
Gambar 1. Dioda sambungan pn Gambar 2. Penyearah half wave , full wave
II.
METODE
Pada Rangkaian penyearah ini ada dua yaitu penyearah setengah gelombang(Half-Wave-Rectifier) dan penyearah gelombang penuh (Full-WaveRectifiier) yaitusebagai berikut : A. Rangkaian Penyearah Setengah Gelombang (H a l f W a f e R e c t i f i e r ) Prinsip penyearah (rectifier ) yang paling sederhana ditunjukkan pada gambar 3.1 berikut ini. Transformator (T1) diperlukan untuk menurunkan tegangan AC dari jala-jala listrik pada kumparan primernya menjadi teganganAC yang lebih kecil pada kumparan sekundernya
Gambar 3.2: Gelombang input rangkaian penyarah gelombang Gambar 3.2 di atas menunjukkan bahwa bentuk gelombang input padarangkaian penyearah setengah gelombang adalah gelombang sinusoidal.Gelombang ini merupakan gelombang yang masuk pada rangakaian sebelumimpuls masukan melewati komponen dioda. Pada penyearah setengah gelombang, dioda akan berlaku sebagai penghantar selama putaran setengah Positif dan tidak berlaku sebagai penghantar pada setengah siklus negatif, sehingga dinamakan sebagai Sinyal setengah Gelombang. Hal ini terjadi karena dioda berada dalam keadaan bias maju yang hanya melewatkan deretan pulsa positif dan memotong deretan pulsa negatif pada gelombang masukan. Akibatnya gelombang keluaran akan menjadi deretan pulsa positif setengah gelombang, seperti yang ditunjukkan pada gambar berikut:
Vout VP(out) Gambar 3.3: Gambar 3.1 rangkaian penyearah setengah gelombang Pada rangkaian tersebut, dioda (D1) berperan hanya untuk merubah dariarus AC menjadi DC dan meneruskan tegangan positif ke beban R1. Ini yangdisebut dengan penyearah setengah gelombang (half wave).Gambar rangkaian tersebut menunjukkan sumber AC menghasilkan sebuahtegangan Sinusoidal, bila Dioda diasumsikan sebagai sebuah Dioda Ideal. PadaSiklus Positif / Putaran Setengah positif, Dioda akan menjadi sebuah Diodadengan Bias Maju, artinya dioda dapat berlaku sebagai sebuah saklar tertutup.Gelombang masukan pada rangkaian penyearah setengah gelombang berupa gelombang Sinus dengan nilai seketika Vin dengan sebuah nilai Puncak Vp(in).
keluaran pada penyearah setengah gelombang
t
Tegangan setengah gelombang menghasilkan arus beban satu arah, artinya arus mengalir hanya pada satu arah, tegangan setengan gelombang tersebut merupakan tegangan DC yang bergerak naik sampai nilai max dan turun sampai nol dan tetap nol selama siklus setengan negatif. Pada gambar 3.3 ditunjukkan bahwa keluaran pada penyearah setengah gelombang merupakan keluaran yang masih kasar. Untuk mengatasi hal tersebut maka pada rangkaian ditambahkan komponen kapasitor. Kapasitor yang digunakan dipasang parallel terhadapa beban R, seperti yang ditunjukkan pada gambar berikut ini:
Gambar 3.4: penyearah setengah gelombang dengan filter Kapasitor yang dipasang pada rangkaian akan menyaring atau menghaluskan keluaran yang masih kasar tersebut sehingga keluaran yang terbentuk adalah keluaran yang berbentuk riplle. Ini dapat ditunjukkan pada gambar berikut ini:
Rectifier gelombang penuh adalah equivalen dengan dua kali rectifier setengah gelombang, sebab center tap masing-masing Rectifier mempunyai tegangan masukan yang equal dengan setengah tegangan sekunder. Rangkaian dasar penyearah gelombang penuh seperti terlihat pada gambar. Menggunakan dua dioda dan satu center tape transformer.
AC Gambar 3.5: gelombang ripple hasil pemfilteran kapasitor Gambar 2.4 adalah rangkaian penyearah setengah gelombang dengan filter kapasitor C yang paralel terhadap beban R. Ternyata dengan filter ini bentuk gelombang tegangan keluarnya bisa menjadi rata. Gambar-4 menunjukkan bentuk keluaran tegangan DC dari rangkaian penyearah setengah gelombang dengan filter kapasitor. Garis b-c kira-kira adalah garis lurus dengan kemiringan tertentu, dimana 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 tergantung dari 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 : Vr = VM-VL B. Rangkaian Penyearah Gelombang Penuh (Full Wafe Rectifier)
Rangkaian penyearah setengah gelombang (half wave rectifier) ternyata memiliki kelemahan sehingga tidak maksimal untuk digunakan, kelemahannya 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.
D1
RL
D2 Gambar 3.6: Penyearah gelombang penuh dengan 2 dioda
Gambar 3.7: Aliran arus pada diode 1 Dioda D1 menghantar ke putaran setengah positif dan Dioda D2 menghantar ke putaran setengah negatif. Sebagai hasilnya arus beban rectifier mengalir selama setengah putaran bersama-sama. Rangkaian equivalen pada putaran maju setengah siklus positif, D1 merupakan Dioda dengan bias maju yang akan menghasilkan sebuah tegangan beban positif yang diindikasikan sebagai Polarity PlusMinus melalui Resistor beban.
Gambar 3.8: aliran arus pada diode 2 Rangkaian equivalen pada putaran maju setengah siklus Negatif, D2 merupakan Dioda dengan bias maju yang akan menghasilkan sebuah tegangan
Pada dioda bridge, hanya ada 2 dioda saja yang menghantarkan arus untuk setiap siklus tegangan AC sedangkan 2 dioda lainnya bersifat sebagai isolator pada saat siklus yang sama. Aliran arus yang melewati rangkaian ditunjukkan pada gambar berikut ini:
beban positif.
tersebut
Selama kedua putaran setengah, tegangan beban mempunyai polaritas yang sama dan arus beban berada dalam satu arah, Rangkaian ini di sebut sebagai Rectifier gelombang penuh, sebab mengganti tegangan masukan AC ke Pulsating (getaran) tegangan keluaran DC. Bentuk keluaran dari penyearah gelombang penuh dengan dua diode ditunjukkan pada gambar berikut ini:
Gambar 3.9: Keluaran pada penyearah gelombang penuh 2 dioda C. Penyearah jembatan
gelombang
penuh
type
Selain itu terdapat rangkaian penyearah gelombang penuh dengan tipe lain yang dinamakan penyearah type jembatan. Rangkaian ini terdiri dari empat diode. Bentuk rangkaian penyearah gelombang penuh dengan jembatan dapat ditunjukkan pada gambar berikut ini:
Gambar 3.10: penyearah gelombang penuh dengan jembatan Rectifier jembatan menyerupai Rectifier gelombang penuh sebab menghasilkan tegangan keluaran gelombang penuh, Dioda D1 dan D2 menghantar di atas setengah siklus positif da D3 dan D4 menghantar di atas setengah siklus negatif.
Gambar 2.11: Aliran arus pada rangkaian penyearah gelombang penuh dengan jembatan. Saat siklus positif tegangan AC, arus mengalir melalui dioda B menuju beban dan kembali melalui dioda C. Pada saat yang bersamaan pula, dioda A dan D mengalami reverse bias sehingga tidak ada arus yg mengalir atau kedua dioda tersebut bersifat sebagai isolator. Sedangkan pada saat siklus negatif tegangan AC, arus mengalir melalui dioda D menuju beban dan kembali melalui dioda A. Karena dioda B dan C mengalami reverse bias maka arus tidak dapat mengalir pada kedua dioda ini. Kedua hal ini terjadi berulang secara terus menerus hingga didapatkan tegangan beban yang berbentuk gelombang penuh yang sudah disearahkan (tegangan DC). Grafik sinyal dari penyearah gelombang penuh dengan jembatan dioda (dioda bridge) ditunjukkan seperti pada gambar berikut:
Gambar 3.11: Keluaran pada penyearah gelombang penuh penuh dengan jembatan
III.
HASIL DAN PEMBAHASAN
Sesuai prinsip dioda bahwa dioda hanya mengalirkan arus dari tegangan maju saja sehingga untuk arus dari tegangan mundur tidak bisa karena dioda tidak memperbolehkan adanya arus yang lewat hal ini dikarenakan pada saat itu besar bukit potensial sangat besar sehingga tidak memungkinkan untuk tegangan yang bernilai negatif dapat membawa elektron bisa melwati bukit potensial tersebut untuk mengakibatkan arus bisa mengalir sehingga nilai arus pada percobaan ini sama denngan nol dan tegangan v min ikut menjadi nol pula. Berdasarkan hasil pengamatan, pada bagian input dari rangkaian penyearah setengah gelombang, dapat dilihat bahwa bentuk gelombang input adalah gelombang sinusoidal. Gelombang ini merupakan gelombang arus bolak balik yang senantiasa berubah terhadap waktu. Namun, setelah melalui komponen dioda, bentuk gelombang menjadi setengah dari gelombang input. Ini menunjukkan bahwa pada saat gelombang input melewati komponen diode maka gelombang tersebut akan disearahkan oleh diode. Namun, keluaran yang terbentuk ini masih merupakan gelombang yang kasar. Untuk menghaluskan gelombang keluaran tersebut maka dipasang kapasitor pada rangkaian. Kapasitor akan menyaring gelombang keluaran sehingga akan terbentuk gelombang riak yang halus. Bentuk tegangan input pada penyearah gelombang penuh sama dengan bentuk gelombang input pada penyearah setengah gelombang yaitu berbentuk sinusoidal. Sedangkan pada gelombang outpunya memiliki perbedaan dengan penyearah setengah gelombang. Ketika gelombang input melewati diode dan sebuah hambatan beban (R L) pada rangkaian penyearah gelombang penuh maka isyarat keluaran gelombangnya akan berbentuk deretan gelombang positif penuh dan gelombang negative akan terpotong. Hal inilah yang menjadi prinsip kerja dari penyearah gelombang penuh yaitu menyearahkan isyarat positif secara penuh dan memotong isyarat negative pada keadaan diode berpanjar maju. Setelah diparalelkan dengan sebuah kapasitor, maka terbentuk gelombang yang puncaknya sedikit meruncing. Gelombang inilah
yang dinamakan dengan gelombang riak (ripple). Hal ini terjadi karena pada saat gelombang keluaran melewati sebuah kapasitor maka akan terjadi penapisan atau filter oleh kapasitor. Semakin besar nilai kapasitor yang digunakan maka semakin kecil nilai tegangan riaknya. Penyearah Gelombang Penuh Sistem Jembatan. Rectifier jembatan menyerupai rectifier gelombang penuh sebab ia memproduksi tegangan keluaran gelombang penuh. Dioda-dioda D1 dan D2 menghantar di atas setengan periode positif dan D3 dan D4 menghantar di atas setengah periode negatif. Sebagai hasilnya arus beban rectifier mengalir selama diantara setengah periode.
IV.
KESIMPULAN
Prinsip kerja dari half-Wafe Rectifier adalah pada saat tegangan bolak balik positif dioda akan panjar maju. Saat itu arus akan mengalir dari transformator ke dioda, beban dan kembali ke transformator sehingga pada ujung-ujung beban akan terdapat beda tegangan yang bentuknya sama dengan tegangan masukan. Setengah periode berikutnya dioda akan dipanjar mundur, saat itu tidak ada arus yang mengalir sehingga pada ujung-ujung beban tidak ada tegangan. Pada penyearah gelombang penuh membalikkan masing-masing putaran setengah negatif sehingga mendapatkan jumlah dua kali putaran positif pada isyarat keluarannya. 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. Pada dioda bridge, hanya ada 2 dioda saja yang menghantarkan arus untuk setiap siklus tegangan AC sedangkan 2 dioda lainnya bersifat sebagai isolator pada saat siklus yang sama.
V.
DAFTAR PUSTAKA
[1]
Millman, Integrated Electronic.London: Mc graw hill, 2010.
[2]
Robertson,Fundamental electrical and Electric priciple. USA:Elsevier Ltd,2008.
[3]
Sutrisno,Elektronika Bandung: penerbit
[4]
Anonim, 2009. Http///Eksperimen elka/pp_full.php.htm. diakses pada tanggal 11 Januari 2011.
Teori
dasar
dan
penerapannya.
[5]
Bakri, Abdul Haris dkk. 2008. Dasar-Dasar Elektronika. Makassar: Badan Penerbit UNM.
