MODUL 2
CATU DAYA DAN RANGKAIAN PENYEARAH GELOMBANG
Nama
: Nurul Atiqah
NIM
: 10211032
Email
:
[email protected]
Shift/Minggu
: IV/1
Asisten
: Resti Marlina (10209095) : Ahmad Sidik (10209059) : Ulin Nuha (10210095)
Tanggal Praktikum
: 10 Oktober 2012
Tanggal Pengumpulan: 16 Oktober 2012
Abstrak
Praktikum ini membahas mengenai prinsip kerja dasar dioda semikonduktor (diode p-n dan diode zener) dan rangkaian penyearah gelombang (setengah penuh, gelombang penuh dan d an catu daya dengan regulator zener). Pada percobaan karakteristik dioda bertujuan untuk menentukan tegangan dan arus dioda dan pada percobaan rangkaian penyearah bertujuan untuk menentukan tegangan outputnya. Dari hasil percobaan didapatkan arus dan tegangan diode sehingga dapat dibuat kurva karakteristik dioda dan juga dapat dilihat bentuk tegangan output dari rangkaian penyearah. Kata Kunci : Catu daya, Dioda, Dioda Zener
1. Tujuan Praktikum
silicon atau germanium yang dapat melewatkan arus pada satu arah saja.
a. Mengukur nilai tegangan dan arus diode untuk memahami kurva karakteristik dioda b. Mengukur tegangan output dari rangkaian penyearah setengah gelombang, gelombang penur dan regulator zener
2. Teori Dasar
Dioda merupakan suatu komponen elektronika berbahan semikonduktor berupa
Gambar 1. Kurva karakteristik dioda
Karakteristik dioda merupakan hubungan dari arus dioda dan beda tegangan antar kedua ujung dioda. Pada gambar 2 terlihat, jika diberi panjar maju, arus ID mulamula mempunyai nilai yang mendekati nol, tetapi arus akan naik dengan cepat seiring dengan perubahan tegangan VD. Tegangan [1] tersebut dinamai tegangan potong .
[2]
Gambar 3. Kurva dioda zener
Gambar 2. Skema rangkaian untuk menentukan karakteristik diode
Kurva karakteristik dapat diperoleh dengan mengukur tegangan dioda VD dan arus yang melalui dioda ID. Dengan memberikan dan merubah nilai tegangan Vcc, nilai tegangan Vab dan V bc dapat diperoleh dengan hubungan sebagai berikut: Vcc = Vab + V bc = Vab + (ID x R L) L)...............(1) ID = -
…………………………(2)
Persamaan di atas menyatakan suatu persamaan garis dengan kemiringan -1/R L. L. Perpotongan persamaan garis tersebut dengan kurva karakteristik diode menyatakan arus dan tegangan diode. Salah satu jenis dioda yaitu dioda zener. Diode zener adalah dioda yang digunakan pada daerah dadal. Dioda zener memiliki tegangan yang telah ditentukan dalam pembuatannya. Diode zener digunakan sebagai pengatur tegangan dengan berperan sebagai beban. Diode zener akan mengalirkan banyak arus listrik jika tegangan terlalu tinggi dan mengurangi arus listrik jika tegangan teralu renda, sehingga menyebabkan tegangan [3] stabil.
Rangkaian penyearah akan sering ditemukan pada modul catu daya. Rangakain penyearah ini dibagi 3 yaitu rangkaian oenyearah setengah gelombang, rangakaian penyearah gelombang penug dan catu daya dengan regulator zener.
Gambar 4. Skema penyearah setengah gelombang
Sistem penyearah setengah gelombang menggunakan satu buah dioda untuk menyearahkan sinyal AC. Dalam hal ini dioda hanya melewatkan setengah dari bentuk gelombang sedangkan setengah gelombang lainnya tidak dipakai. Jadi sistem penyearah setengah gelombang ini tidak efisien untuk [4] transfer daya.
Gambar 5. Skema penyearah gelombang penuh 2 dioda
Sistem penyearah gelombang penuh artinya mengambil semua bagian dari sinyal AC untuk disearahkan. Pada penyearah gelombang penuh sistem CT maka dibutuhkan satu buah kumparan kawat lagi yang disusun kebalikan dari kumparan yang pertama.
Pertemuan antara kumparan pertama dan kumparan kedua disebut dengan CT (Center Tap). Titik CT inilah kemudian yang akan menjadi titik referensi tegangan (titik nol).
3. Data Percobaan 1: karakteristik dioda
Polaritas : Anoda – Anoda – Katoda Katoda (Panjar maju) R l = 9.84 kΩ
Tabel 1. Karakteristik diode panjar maju
Gambar 6. Skema penyearah gelombang penuh 4 dioda
Prinsip penyearah gelombang penuh sistem jembatan hampir sama dari sistem CT yaitu bertujuan melewatkan semua bagian sinyal AC. Namun penyearah sistem jembatan hanya memerlukan satu kumparan saja. Untuk mengambil fasa sinyal AC bagian atas dan bawah digunakan empat dioda yang bekerja bergantian saat sinyal AC berayun pada posisi atas dan bawah. Kualitas rangkaian penyearah dengan tapis dinyatakan oleh nisbah riak puncak ke puncak ( peak peak to peak ripple ratio/PPRR). ratio/PPRR). pprr =
: VDC rata-rata =
............(3)
Untuk setengah gelombang: Vrpp =
…………………..……….(4)
Untuk gelombang penuh: Vrpp = =
…………………..…….(5)
Gambar 7. Skema penyearah dengan regulator zener
Rangkaian ini merupakan rangkaian penyearah yang mampu meratakan output DC, sekaligus sebagai rangkaian stabilisator tegangan (voltage (voltage stabilizer ). ).
Vcc (V)
Vab (V)
Vbc (V)
RL (Ω)
ID (A)
Vab + Vbc (V)
0.2
0.191
0.003
9840
3E-07
0.1935
0.4
0.332
0.06
9840
6.1E-06 6.1E-06
0.392
0.6
0.386
0.208
9840
2.1E-05
0.5947
0.8
0.412
0.372
9840
3.8E-05
0.784
1
0.429
0.512
9840
5.2E-05
0.941
1.2
0.445
0.758
9840
7.7E-05
1.203
1.4
0.455
0.955
9840
9.7E-05
1.41
1.6
0.462
1.12
9840
0.00011
1.582
1.8
0.471
1.341
9840
0.00014
1.812
2
0.476
1.477
9840
0.00015
1.953
2.2
0.484
1.708
9840
0.00017
2.192
2.4
0.488
1.895
9840
0.00019
2.383
2.6
0.491
2.11
9840
0.00021
2.601
2.8
0.498
2.295
9840
0.00023
2.793
3
0.504
2.545
9840
0.00026
3.049
3.2
0.507
2.701
9840
0.00027
3.208
3.4
0.51
2.877
9840
0.00029
3.387
3.6
0.512
3.008
9840
0.00031
3.52
3.8
0.517
3.269
9840
0.00033
3.786
4
0.518
3.408
9840
0.00035
3.926
4.2
0.523
3.755
9840
0.00038
4.278
4.4
0.525
3.87
9840
0.00039
4.395
4.6
0.517
4.05
9840
0.00041
4.567
4.8
0.529
4.25
9840
0.00043
4.779
5
0.531
4.41
9840
0.00045
4.941
Volt)
Polaritas : Katoda-Anoda (Panjar Mundur) R L = 9.84 kΩ Tabel 2. Karakteristik diode panjar mundur
(AC Volt)
(AC Volt)
10
1.727
5
20
3.8
10
30
5.77
15
Vcc (V)
Vab (V)
Vbc (V)
RL (Ω)
ID (A)
Vab + Vbc (V)
-0.2
-0.2
0
9840
0
-0.199
-0.4
-0.4
0
9840
0
-0.396
Percobaan 3: Pembebanan pada catu daya penyearah gelombang penuh
-0.6
-0.59
0
9840
0
-0.594
Tanpa kapasitor
-0.8
-0.8
0
9840
0
-0.797
-1
-1
0
9840
0
-1
-1.2
-1.2
0
9840
0
-1.198
-1.4
-1.4
0
9840
0
-1.399
No
-1.6
-1.96
0
9840
0
-1.96
1
9.84
5.39
5.39
4.36
-1.8
-1.83
0
9840
0
-1.832
2
0.99
5.38
5.38
4.25
-2
-2.94
0
9840
0
-2.94
3
0.217
5.38
5.37
4.15
-2.2
-2.2
0
9840
0
-2.195
4
4.68
5.4
5.4
4.34
-2.4
-2.39
0
9840
0
-2.391
-2.6
-2.6
0
9840
0
-2.596
-2.8
-2.8
0
9840
0
-2.8
-3
-3
0
9840
0
-3
-3.2
-3.2
0
9840
0
-3.201
-3.4
-3.49
0
9840
0
-3.488
No
R (kΩ)
C (µF)
Va (V)
Vb (V)
Vc (V)
Vrpp (V)
-3.6
-3.6
0
9840
0
-3.596
1
4.68
100
5.42
5.42
6.95
0.2
-3.8
-3.79
0
9840
0
-3.79
2
0.99
100
5.42
5.42
6.71
0.6
-4
-3.99
0
9840
0
-3.99
3
0.218
100
5.42
5.42
6.1
1.6
-4.2
-4.19
0
9840
0
-4.19
-4.4
-4.39
0
9840
0
-4.39
-4.6
-4.59
0
9840
0
-4.59
-4.8
-4.77
0
9840
0
-4.77
-5
-4.99
0
9840
0
-4.99
Percobaan 2 : Penyearah setengah gelombang Tabel 3. Penyearah setengah setengah gelombang
Input (AC
Vbc Multimeter
Osiloskop
Tabel 4. Pembebanan penyearah gelombang penuh tanpa kapasitor
R (kΩ)
Va (V)
Vb (V)
Vc (V)
Dengan kapasitor Tabel 5. Pembebanan penyearah gelombang penuh dengan kapasitor
Percobaan 4: Catu daya dengan regulator zener Tabel 6. Catu daya dengan regulator zener
No
R (kΩ)
Va (V)
Vb (V)
Vc (V)
1
9.84
5.42
5.42
4.29
2
0.99
5.42
5.42
1.063
3
4.68
5.42
5.42
3.211
1
4. Pengolahan Data
Pada percobaan 1, baik itu panjar maju maupun panjar mundur dapat diperoleh Vcc = Vab + Vbc secara teori dengan menggunakan rumus 1 (dapat dilihat di tabel 1). ID secara teori dapat diperoleh dengan menggunakan rumus 2. Secagai contoh diambil sampel pada data ke Berdasarkan tabel 1 dapat diperoleh kurva karakteristik panjar maju seperti di bawah ini.
0.8 0.6 0.4
) ( I
0.2 0 -6
-4 Vab (V) -2
0
Gambar 11. Kurva karakteristik panjar mundur
0.0005 0.0005
0.0004
0.0004
0.0003 )
) 0.0003 A ( I
0.0002
0.0002
0.0001
0.0001
0
A ( I
0
0 0
0 .2
0 .4
0.6
20 Vab (V) 40
60
Gambar 12. Kurva karakteristik diode
Vab (V)
Gambar 8. Kurva karakteristik panjar maju
Gambar 9. Vin panjar maju
Gambar 10. Vout panjar maju
Berdasarkan tabel 2 dapat diperoleh kurva karakteristik seperti di bawa ini.
Gambar 13. Pembebanan pada catu daya tanpa kapasitor
Gambar 14. Pembebanan pada catu daya dengan kapasitor Berdasakan data yang diperoleh, dapat dicari Vrpp nya dengan menggunakna rumus ke 4.
Vrpp1 = 0.913 Volt. Vrpp2 = 9.12 Volt Vrpp3 = 4.14 Volt Karena Vrpp telah didapat, maka dapat dicari rrpp nya dengan menggunakan rumus 3. pprr1 = 6.4 pprr2 = 3.02.8 3.02.8 pprr3 = 137.5
5. Analisis
Pada penyearah gelombang penuh 4 dioda, seluruh tegangan dapat terpakai pada rangkaian. Sedangkan pada gelombang penuh 2 dioda terdapat tegnagan yang tidak lolos di dioda. Dari tabel 6 dapat dilihat bahwa tegnagan keluar mengalami penurunan tegnagan jika kita tambah pembebana kepaanya. Zener berguna karena di sini zener berfungsi sebagai penstabil tegangan sehingga apabila dikenakan pembebanan dalam batas tertentu maka tegangan keluaran akan konstan. 6. Kesimpulan Arus akan naik dengan cepat (monoton naik) pada saat panjar maju Arus mengalir sangat kecil mendekati nol pada saat panjar mundur
Dari gambar 8 panjar maju dapat dilihat bahwa mula-mula arus bernilai nol, namun arus akan naik dengan cepat terhadap perubahan VD. tegangan pada saat arus mulai melonjak terjadi ketika V = 0.4. Hal ini sesuai dengan referensi dimana seharusnya tegangan potongnya berada di sekitar 0.7 V.
Dari gambar 9 panjar mundur arus yang mengalir sangat kecil mendekati nol dimana rus ini sudah mengalami perubahan dan tidak bergantung pada tegangan dioda sehingga arus tersebut mengalami penjenuhan. Pengukuran dengan osiloskop mengalami perbedaan nilai dengan pengukuran multimeter. Pengukuran dengan multimeter tegangan yang terukur yaitu tegnagn rms – rms – nya nya sedangkan pada osiloskop yaitu tegnagan puncaknya. Factor koreksi untuk tegangan rms dan tegnagan puncak yaitu Vp = √ rms. Hasil keluaran pembebanan pada catu daya penyearah gelombang penuh dengan kapasitor dan tanpa kapasitor mengalami perbedaan. Tegangan keluaran dengan kapasitor lebih besar bila dibandingkan dengan yang tanpa menggunakan kapasitor, hal ini dikarenakan pada saat tegangan masukan sudah turun, catu daya yang menggunakan kapasitor akan menurunkan tegangan keluaran secara perlahan sehingga tegangan keluaran tidak akan segera turun seperti yang terjadi pada catu daya gelombang penuh tanpa kapasitor.
Rangkaian penyearah setengah gelombang tegangan keluarnya berupa gelombang setengah siklus tegangan AC yang searah Rangkaian penyearah gelombang penuh tegangan keluarnya berupa gelombang satu siklus penuh Prinsip kerja regulator zener yaitu zener bekerja pada daerah breakdown, sehingga menghasilkan tegangan output yang sama dengan tegangan zener asalkan pembebanan yang dikenakan tidak melebihi batas tertentu
7. Referensi [1]
Modul Praktikum Elektronika Semester 1 2012/2013
[2] [2]
http://www.electronicstutorials.ws/diode/diode_7.html (diakses Selasa, 16 Oktober 2012 pukul 20.03)
[3]
Sutrisno, Elektronika: teori dan penerapannya. penerapannya. Bandung Penerbit 1986
[4] [4]http://abisabrina.wordpress.com/2010/08/19/si stem-power-supply/ (diakses Selasa, 16 Oktober 2012 pukul 19.37)
