PERCOBAAN IV
RANGKAIAN SEARAH SETENGAH GELOMBANG
4.1 TUJUAN : - Menyelidiki dan mempelajari sifat - sifat dari bermacam-macam rangkaian                         penyearah
     - Mempelajari karakteristik dan sifat bermacam-macam filter untuk penyeareh       gelombang
4.2 DASAR TEORI
Salah satu rangkaian dasar dalam elektronika adalah rangkaian penyearah. Prinsip penyearah (rectifier) yang paling sederhana ditunjukkan pada gambar-1 berikut ini. Transformator (T1) diperlukan untuk menurunkan tegangan AC dari jala-jala listrik pada kumparan primernya menjadi tegangan AC yang lebih kecil pada kumparan sekundernya.  Rangkaian ini terdiri dari satu atau beberapa dioda. Dioda merupakan komponen elektronika yang paling sederhana, yang tersusun dari dua jenis semikonduktor, yaitu semikonduktor jenis-n dan jenis-p. Dioda terdahulu adalah dioda tabung.

.



Gambar-1 Rangkaian penyearah setengah gelombang
Pada rangkaian ini, dioda (D1) berperan hanya untuk merubah dari arus AC menjadi DC dan meneruskan tegangan positif ke beban R1. Ini yang disebut dengan penyearah setengah gelombang (half wave).
Yang menjadi dasar dari penyearah adalah sifat dioda yang hanya menyearahkan arus pada satu arah tegangan (arah maju ) saja, sedang pada arah yang berlawanan (arah mundur) arus yang dilewatkan sangat kecil dan diabaikan, seperti pada percobaan sebelumnya pada karakteristik diode.
4.3 ALAT-ALAT YANG DIGUNAKAN
1. Trafo step down 6V : 1 Buah
2. Multimeter : 2 Buah
3. Osiloskop : 1 Buah
4. Dioda Silikon : 2 Buah
5. Dioda Jembatan (bridge) : 1 Buah
6. Resistor : 56Ω, 2kΩ
7. Kapasitor : 1uF, 22uF, 100uF, dan 1000uF
8. Kabel-kabel penghubung






4.4 CARA MELAKUKAN PERCOBAAN
A. Penyearah 1\2 Gelombang
1. Buatlah rangkaian seperti gambar 1 dengan RL sebesar 2 kΩ dan Vin(ac) = 6Vpp
2. Ukur besar Vout (dc) dan Iout (dc)








3. Gambar bemtuk gelombang Vin (ac) dan Vout (dc)
4. Tambahkan Filter C sebesar 1uF parallel dengan RL dan ulangi langkah 2) dan 3)
5. Selanjutnya ganti filter C berturut-turut sebesar 22uF, 100uF dan 1000uF lalu ulangi langkah 2) dab 3)





Tabel 1. Penyarah 1\2 Gelombang

Vin
Vout (dc)

Iout (dc)



ukur
hitung
ukur
hitung
Tanpa C
5.6 V
2 V
1,2 v
0,9 mA
0,5 mA
C = 1 uF
5.6 V
2,5 V
3,2 v
1,1 mA
1,45  mA
C = 22 uF
5.6 V
6,7 V
3,61 v
3 mA
1,64 mA
C = 100 uF
5.6 V
7,2 V
3,4 v
3,3 mA
1,55 mA
C = 1000 uF
5.6 V
7,6 V
3,2 v
3,5 mA
1,45 mA
4.5 ANALISA DAN PERHITUNGAN
Pada percobaan ini ditunjukkan rangkaian penyearah setengah gelombang. Artinya hasil penyearahan hanya pada bagian positif, yaitu setengah panjang gelombang, dari tegangan bolak-balisebagaisumbernya.

Untuk mengurangi besarnya tegangan yang sampai ke dioda digunakan trafo, yang kumparan primernya dapat langsung dihubungkan ke jala-jala listrik. Jumlah lilitan kumparan kedua harus dihitung sedemikian rupa sehingga tegangan sekundernya masih dalam batas tegangan dioda yangdiperkenankan.
RangkaianTanpaC:
Vdc = Vmφ
Iout = VdcRl
Vdc =  Vmφ
Gambar a. Bentuk  gelombang tanpa C
Pada saat arus bolak-balik mengalir positif pada setengah panjang gelombang pertama, sesuai dengan arah panah dioda, dioda akan mengalirkan arus. Pada saat arus bolak-balik mengalir negative pada setenah panjang gelombang berikutnya, berlawanan dengan arah dioda,dioda tidak melewatkan arus atau akan probiden.
Gambar diatas adalah hasil yang terlihat pada osiloskop. Terlihat bahwa antara gelombang yang satu dengan yang lain terdapat interval. Pada saat gelombang membentuk sebuah bukit itu terjadi karena siklus positif pada diode. Kutub positif diode ketika mendapatkan tegangan positif maka diode akan melewatkan tegangan atau akan bias maju (Dioda On). Maka ketika  tegangan  di resistor atau Vout nya diukur dengan osiloskop terbentuk sebuah gelombang Seperti Gambar a. Sedangkan pada interval diantara gelombang, terjadi siklus negative yaitu kaki positif diode mendapatkan tegangan negative sehingga diode tidak melewatkan teganganatau akan di bias mundur  (Diode Off). Maka saat tegangan di resistor diukur dengan osiloskop , tidak terbentuk sebuah gelombang hanya sebuah garis yang hampir lurus dikarenakan tidak adanya tegangan yang mengalir kepada resistor.


Rangkaian Dengan Filter C:
Untuk mendapatkan hasil penyearahan yang lebih halus, digunakan sifat kapasitor yang sementara menimbun muatan. Muatan tertimbun ini akan berangsur-angsur dikeluarkan lagi kalau potensial diluar lebih rendah.




rangkaian penyearah setengah gelombang dengan filter C





bentuk gelombang dengan filter 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 …....... (1)
dan tegangan dc ke beban adalah Vdc = VM + Vr/2 ..... (2)
Rangkaian penyearah yang baik adalah rangkaian yang memiliki tegangan ripple (Vr) paling kecil. VL adalah tegangan discharge atau pengosongan kapasitor C, sehingga dapat ditulis :
VL = VM e -T/RC .......... (3)
Jika persamaan (3) disubsitusi ke rumus (1), maka diperoleh :
Vr = VM (1 - e -T/RC) ...... (4)
Jika T << RC, dapat ditulis : e -T/RC _ 1 - T/RC ..... (5)
sehingga jika ini disubsitusi ke rumus (4) dapat diperoleh persamaan yang lebih sederhana :
Vr = VM(T/RC) .... (6)
VM/R tidak lain adalah beban I, sehingga dengan ini terlihat hubungan antara beban arus I dan nilai kapasitor C terhadap tegangan ripple Vr. Perhitungan ini efektif untuk mendapatkan nilai tegangan ripple yang diinginkan.
Vr = I T/C ... (7)
Rumus ini mengatakan, jika arus beban I semakin besar, maka tegangan ripple akan semakin besar. Sebaliknya jika kapasitansi C semakin besar, tegangan ripple akan semakin kecil. Untuk penyederhanaan biasanya dianggap T=Tp, yaitu periode satu gelombang sinus dari jala-jala listrik yang frekuensinya 50Hz atau 60Hz. Jika frekuensi jala-jala listrik 50Hz, maka T = Tp = 1/f = 1/50 = 0.02 det. Ini berlaku untuk penyearah setengah gelombang.


Pada C = 1uF





                     bentuk gelombang dengan filter kapasitor Pada C = 1uF
Gambar diatas adalah hasil ketika rangkaian sebelumnya dipasang parallel sebuah filter kapasitor. Disini tampak berbeda bentuk gelombangnya antara yang tanpa C dengan Yang menggunakan C. Tampak bahwa pada interval diantara gelombang terdapat sebuah ripple (lekukan-lekukan yang diakibatkan perubahan dari nilai tegangan). Pada saat siklus positif, diode akan melewatkan tegangan, dan secara otomatis kapasitor pun akan berada pada kondisi charging dan hasil pengukuran pada resistor akan membentuk sebuah gelombang, lalu pada siklus negative diode tidak melewatkan tegangan, pada saat yang sama tegangan yang telah disimpan oleh kapasitor akan dikeluarkan dan diberikan kepada resistor. Sehingga tegangan pada resistor masih ada namun semakin lama akan semakin kecil dan akhirnya habis sesuai dengan besar kapasitas dari kapasitor. Lalu pada saat siklus positif, diode akan melewatkan tegangan kembali, begitu juga dengan kapasitor yang kembali charging, begitu seterusnya.
Pada C = 22uF





bentuk gelombang dengan filter kapasitor Pada C = 22uF
Secara teori  Sama dengan hasil dari percobaan sebelumnya, hanya saja ripple yang dihasilkan lebih landai. Ini terjadi karena nilai kapasitor yang di pasang parallel nilai atau kapasitasnya lebih besar dari pad nilai atau kapasitas kapasitor sebelumnya,  sehingga tegangan yang mengalir pada resistor menjadi lebih tahan lama.
Pada C = 100uF







bentuk gelombang dengan filter kapasitor Pada C = 100uF
Pada dasarnya sama dengan hasil percobaan sebelumnya, hanya saja ripple yang di hasilkan lebih landai dari yang sebelumnya, di karenakan nilai kapasitor yang lebih besar dari yang sebelumnya.
Pada C = 1000CuF








bentuk gelombang dengan filter kapasitor Pada C = 100uF


Pada dasarnya sama dengan hasil percobaan sebelumnya, hanya saja ripple yang di hasilkan lebih landai dari yang sebelumnya, di karenakan nilai kapasitor yang lebih besar dari yang sebelumnya.



Perhitungan:
•Tanpa C, R = 2,2 kΩ
Vpp =  3,5 div . 2 v/div = 7,0 v
T = 4 div . 5 t/div= 20 ms
Vm = Vpp/2 = 3,5 v
Vdc = Vm π = 3,6 π = 1,2 v
Idc = Vdc Rl = 1,2 / 2,2 . 10 = 0,5 mA
• C = 1µF , R = 2,2 kΩ
Vpp =  3,6 div . 2 v/div = 7,2 v
T = 4 div . 5 t/div= 20 ms
Vm = Vpp/2 = 3,6 v
Vr = I . Rl
    = 1,2 . 10-3  .  2,2 . 10-3  = 2,64 v
Vdc =Vm +  Vr 2 = 3,6 + 3,6 2 = 4,8 v
Idc = Vdc Rl = 4,8 / 2,2 . 103 = 2,1 mA
• C = 22µF , R = 2,2 kΩ
Vpp =  3.2 div . 0,5 v/div = 1,5 v
T = 4 div . 5 t/div= 20 ms
Vm = Vpp/2 = 0,70 v
Vr = I . Rl
    = 2,6 . 10-3  .  2,2 . 10-3  = 5,72 v
Vdc =Vm +  Vr 2 = 0,75 + 5,72 2 = 3,61 v
Idc = Vdc Rl = 3,61 / 2,2 . 103 = 1,64 mA
• C = 100µF , R = 2,2 kΩ
Vpp =  3,2 div . 0,2 v/div = 0,64 v
T = 4 div . 5 t/div= 20 ms
Vm = Vpp/2 = 0,32 v
Vr = I . Rl
    = 2,75 . 10-3  .  2,2 . 10-3  = 6,05 v
Vdc =Vm +  Vr 2 = 0,32 + 6,05 2 = 3,4 v
Idc = Vdc Rl = 3,4 / 2,2 . 103 = 1,55 mA
• C = 1000µF , R = 2,2 kΩ
Vpp =  1,4 div . 0,1 v/div = 0,14 v
T = 4 div . 5 t/div= 20 ms
Vm = Vpp/2 = 0,07v
Vr = I . Rl
    = 2,8 . 10-3  .  2,2 . 10-3  = 6,16 v
Vdc =Vm +  Vr 2 = 0,07 + 6,16 2 = 3,2 v
Idc = Vdc Rl = 3,2 / 2,2 . 103 = 1,45 mA
Pada table dapat dilihat antara Vdc & Idc pengukuran dengan perhitungan berbeda agak jauh sesuai dengan yang di harapkan. Ini terjadi mungkin karena beberapa factor :
  • Kondisi awal multimeter belum tepat dikalibrasi
  • Kesalahan pembacaan angka di multimeter  juga pembulatan pembulatan angka yang berbeda
  • Kurang tepatnya rumus yang di pergunakan.



Kesimpulan:
  • Dalam rangkaian penyearah setengah gelombang, hasil penyearah hanya pada bagian positif yaitu setengah dari panjang gelombang, dari tegangan bolak-balik sebagai sumbernya.
    Pada saat arus bolak-balik mengalir positif pada setengah panjang gelombang pertama, sesuai dengan panah dioda, dioda akan mengalirkan arus. Keluaran arus yang hanya setengah panjang gelombang ini sudah tentu tidak efisien, karena daya dari setengah gelombang yang lain tidak dimanfaatkan. Maka setengah gelombang yang lain harus disearahkan pula.
  • Dioda diperlukan pada rangkaian penyearah setengah gelombang yang berguna menyearahkan arus pada suatu siklus pada tegangan DC.
  • Dioda penyearah ½ gelombang tidak bagus untuk dijadikan sebagai pemasok sumber
          tegangan untuk sebuah rangkaian elektronik. Karena hasil penyearahan tidak rata.
  • Penambahan kapasitor berguna untuk mengurangi riple pada suatu gelombang, atau bentuk dari gelombangnya akan semakin landau
  • Semakin besar kapasitas suatu kapasitor maka semakin sedikit riplenya yang ditandai gelombang semakin landai.
LAMPIRAN



Artikel Terkait: