PERCOBAAN IV
RANGKAIAN PENYEARAH SETENGAH GELOMBANG
4.1 TUJUAN : - Menyelidikidanmempelajarisifat - sifatdaribermacam-macamrangkaianpenyearah
- Mempelajarikarakteristikdansifatbermacam-macam filter untukpenyearehgelombang
4.2 DASAR TEORI
Sifat dioda hanya menyearahkan arus pada satu arah tegangan positif saja, maka bila sumber arus pada dioda diganti dengan arus bolak-balik, maka rangkaian penyearah dengan satu dioda salah satunya menghasilkan penyearahan setengah gelombang (periode) dan selebihnya menghasilkan penyearahan gelombang penuh.
Aplikasi umum dari dioda berupa aplikasi dalam rangkaian penyearah setengah gelombang. 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. Pada saat arus bolak-balik mengalir negatif pada setengah panjang gelombang berikutnya, berlawanan dengan arah dioda, dioda tidak melewatkan arus.
Diasumsikan bahwa sumber tegangannya atau resistansi dalamnya sangat rendah bila dibandingkan sehingga menghasilkan:
Dikarenakan dioda tersebut nonlinear, maka persamaan di atas merupakan persamaan nonlinear dan dengan cara grafis dapat didekati dengan dua rangkaian linear, yang biasanya berupa penyajian untuk mendapat dioda bias maju dan bias balik.
(Wollard, Barry : 2003)
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.
Rangkaian penyearah setengah lingkaran artinya hasil penyearah hanya pada bagian positif, yaitu setengah panjang gelombang dari tegangan bolak-balik sebagai sumbernya.untuk mengurangi besarnya tegangan yang sampai kediode digunakan trafo, yang kumparan primernya dapat langsung dihubungkan kejala-jala listrik. Jumlah lilitan kumparan kedua harus dihitung sedemikian rupa sehingga tegangan sekundernya masih dalam bata stegangan diode yang diperkenankan.
Rangkaian penyearah setengah gelombang artinya hasil penyearah hanya pada bagian positif, yaitu setengah panjang gelombang, dari tegangan bolak-balik sebagai sumbernya.
Dioda merupakan komponen elektronika yang paling sederhana, yang tersusun dari dua jenis semikonduktor, yaitu semikonduktor jenis-n dan jenis-p (Sutanto,1994)
Walaupun arus bolak-balik sudah tersedia, arus searah sering dibutuhkan untuk memberi daya pada radio, atau kalkulator. Piranti ini sering dilengkapi dengan baterai dan dengan pengkonversi ac-dc untuk menghemat baterai apabila tersedia daya ac. Pengkonversi ini terdiri atas transformator untuk menurunkan tegangan dari 120 V ke tegangan yang dibutuhkan (biasanya 9 V) dan rangkaian untuk mengkonversi ac menjadi dc. Proses konversi arus bolak-balik menjadi arus searah disebut penyearahan. Elemen dasar dalam penyearahan ini adalah dioda. Dioda pertama, yang dikembangkan oleh John Fleming pada tahun 1904, berupa tabung vakum yang berisi dua elemen. Katoda yang memancarkan electron dan anoda yang disebut plat, berfungsi mengumpulkan electron yang dipancarkan. Ciri penting dioda ialah bahwa dioda ini mengkonduksi arus dalam satu arah dan tidak dalam arah lain. Sebagian besar dioda yang digunakan sekarang merupakan piranti semikonduktor.
(Sutrisno 1986)
Pada saat arus bolak balik mengalir positif pada setengah panjang gelombang pertama, sesuai dengan arah panah dioda, dioda akan mengalir arus. Pada saat arus bolak balik mengalir negative pada setengah panjang gelombang berikutnya, berlawanan dengan arah diode, diode tidak melewatkan arus.
Keluaran arus yang hanya setengah panjang gelombang ini sudah tentu tidak efisien, karena daya dari setengah gelombang yang lain tidak dapat dimanfaatkan untuk keperluan si pemakai. Setengah gelombang yang lain dengn demikian harus disearah pula. Hal ini dapat dilakukan dengan menambah satu diode lain, yang membentuk rangkaian penyearah gelombang penuh seperti berikut.
Aplikasi umum dari dioda berupa aplikasi dalam rangkaian penyearah setengah gelombang. 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. Pada saat arus bolak-balik mengalir negatif pada setengah panjang gelombang berikutnya, berlawanan dengan arah dioda, dioda tidak melewatkan arus.
Diasumsikan bahwa sumber tegangannya atau resistansi dalamnya sangat rendah bila dibandingkan sehingga menghasilkan:
Dikarenakan dioda tersebut nonlinear, maka persamaan di atas merupakan persamaan nonlinear dan dengan cara grafis dapat didekati dengan dua rangkaian linear, yang biasanya berupa penyajian untuk mendapat dioda bias maju dan bias balik.
(Wollard, Barry : 2003)
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.
Rangkaian penyearah setengah lingkaran artinya hasil penyearah hanya pada bagian positif, yaitu setengah panjang gelombang dari tegangan bolak-balik sebagai sumbernya.untuk mengurangi besarnya tegangan yang sampai kediode digunakan trafo, yang kumparan primernya dapat langsung dihubungkan kejala-jala listrik. Jumlah lilitan kumparan kedua harus dihitung sedemikian rupa sehingga tegangan sekundernya masih dalam bata stegangan diode yang diperkenankan.
Rangkaian penyearah setengah gelombang artinya hasil penyearah hanya pada bagian positif, yaitu setengah panjang gelombang, dari tegangan bolak-balik sebagai sumbernya.
Dioda merupakan komponen elektronika yang paling sederhana, yang tersusun dari dua jenis semikonduktor, yaitu semikonduktor jenis-n dan jenis-p (Sutanto,1994)
Walaupun arus bolak-balik sudah tersedia, arus searah sering dibutuhkan untuk memberi daya pada radio, atau kalkulator. Piranti ini sering dilengkapi dengan baterai dan dengan pengkonversi ac-dc untuk menghemat baterai apabila tersedia daya ac. Pengkonversi ini terdiri atas transformator untuk menurunkan tegangan dari 120 V ke tegangan yang dibutuhkan (biasanya 9 V) dan rangkaian untuk mengkonversi ac menjadi dc. Proses konversi arus bolak-balik menjadi arus searah disebut penyearahan. Elemen dasar dalam penyearahan ini adalah dioda. Dioda pertama, yang dikembangkan oleh John Fleming pada tahun 1904, berupa tabung vakum yang berisi dua elemen. Katoda yang memancarkan electron dan anoda yang disebut plat, berfungsi mengumpulkan electron yang dipancarkan. Ciri penting dioda ialah bahwa dioda ini mengkonduksi arus dalam satu arah dan tidak dalam arah lain. Sebagian besar dioda yang digunakan sekarang merupakan piranti semikonduktor.
(Sutrisno 1986)
Pada saat arus bolak balik mengalir positif pada setengah panjang gelombang pertama, sesuai dengan arah panah dioda, dioda akan mengalir arus. Pada saat arus bolak balik mengalir negative pada setengah panjang gelombang berikutnya, berlawanan dengan arah diode, diode tidak melewatkan arus.
Keluaran arus yang hanya setengah panjang gelombang ini sudah tentu tidak efisien, karena daya dari setengah gelombang yang lain tidak dapat dimanfaatkan untuk keperluan si pemakai. Setengah gelombang yang lain dengn demikian harus disearah pula. Hal ini dapat dilakukan dengan menambah satu diode lain, yang membentuk rangkaian penyearah gelombang penuh seperti berikut.
4.3 ALAT-ALAT YANG DIGUNAKAN
1. Trafo step down 6V : 1Buah
2. Multimeter : 2 Buah
3. Osiloskop : 1 Buah
4. DiodaSilikon : 2 Buah
5. DiodaJembatan (bridge) : 1 Buah
6. Resistor : 56Ω, 2kΩ
7. Kapasitor : 1uF, 22uF, 100uF, dan 1000uF
8. Kabel-kabelpenghubung
4.4 CARA MELAKUKAN PERCOBAAN
A. Penyearah 1\2 Gelombang
1. Buatlahrangkaiansepertigambar 1 dengan RL sebesar 2 kΩ danVin(ac) = 6Vpp
2. UkurbesarVout(dc) danIout(dc)
3. GambarbemtukgelombangVin(ac) danVout(dc)
4. Tambahkan Filter C sebesar 1uF parallel dengan RL danulangilangkah 2) dan 3)
5. Selanjutnyaganti filter C berturut-turutsebesar 22uF, 100uFdan 1000uF laluulangilangkah 2) dab 3)
GAMBAR 1
4.5 HASIL PERCOBAAN
Tabel 1.Penyarah 1\2 Gelombang
KONDISI
|
Vin
|
Vout (dc)
|
Iout (mA)
| ||
ukur
|
hitung
|
Ukur
|
hitung
| ||
Tanpa C
|
5.8
|
2.7
|
1,2 v
|
1.2
|
0,5 mA
|
C = 1 uF
|
5.8
|
3.6
|
3,2 v
|
2.5
|
1,45 mA
|
C = 22 uF
|
5.8
|
7.4
|
3,61 v
|
3.4
|
1,64 mA
|
C = 100 uF
|
5.8
|
8
|
3,4 v
|
3.6
|
1,55 mA
|
C = 1000 uF
|
5.8
|
8.4
|
3,2 v
|
3.8
|
1,45 mA
|
PERHITUNGAN
A = 3,2 . 5 V/div = 16 Vpp
T = 4 . 5 m T/div = 20 ms
F = 1 / T = 1 / 20 ms = 50 Hz
Vin (ac) = Vm / √2 = 8 / √2 = 5,6 V
V(dc) (tanpa beban/kapasitor): Vm/π
V(dc) (dengan kapasitor) : Vm + Vripple/2
Dengan Vripple: IT/C
4.6 ANALISA
R = 4,7 kΩ
Vin
A = 3,2 . 5 V/div = 16 Vpp
T = 4 . 5 m T/div = 20 ms
F = 1 / T = 1 / 20 ms = 50 Hz
Vin (ac) = Vm / √2 = 8 / √2 = 5,6 V
Tegangan masih dalam bentuk tegangan bolak-balik (AC)
Tanpa C
Gambar diatas adalah hasil yang terlihat pada osiloskop. Terlihat bahwa antara gelombang yang satu dengan yang lain terdapat interval. Pada saat gelombang membentuk sebuah gunung itu adalah saat terjadinya siklus positif pada diode. Kutub positif diode mendapatkan tegangan positif juga sehingga diode melewatkan tegangan ( diode ON). Maka saat tegangan di resistor diukur dengan osiloskop terbentuk sebuah gelombang. Sedangkan pada interval diantara gelombang, terjadi siklus negative yaitu kaki positif diode mendapatkan tegangan negative sehingga diode tidak melewatkan tegangan (diode OFF). Maka saat tegangan di resistor diukur dengan osiloskop , tidak terbentuk sebuah gelombang hanya sebuah garis yang hamper lurus dikarenakan tidak adanya tegangan yang mengalir kepada resistor.
C = 1 uF
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 = 3,8 v
Vr = I . Rl
= 1,2 . 10-3 . 2,2 . 10-3 = 2,89 v
Vdc =Vm + Vr 2 = 3,8 + 3,6 2 = 4,97 v
Idc = Vdc Rl = 4,8 / 2,2 . 103 = 2,4 mA
Gambar diatas adalah hasil yang didapatkan dengan menambahkan komponen kapasitor kedalam rangkaian sebelumnya. 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.
C = 22 uF
C = 22µF , R = 2,2 kΩ
Vpp = 3 div . 0,5 v/div = 1,5 v
T = 4 div . 5 t/div= 20 ms
Vm = Vpp/2 = 0,8 v
Vr = I . Rl
= 2,8 . 10-3 . 2,2 . 10-3 = 5,68 v
Vdc =Vm + Vr 2 = 0,75 + 5,72 2 = 3,45 v
Idc = Vdc Rl = 3,45 / 2,2 . 103 = 1,53 mA
Sama dengan hasil dari percobaan sebelumnya, hanya saja ripple yang dihasilkan lebih landai. Hal tersebut terjadi karena kapasitor yang dipasang memiliki kapasitas yang lebih besar daripada yang sebelumnya, sehingga tegangan yang mengalir pada resistor menjadi lebih tahan lama.
C = 100 uF
C = 100µF , R = 2,2 kΩ
Vpp = 3,1 div . 0,2 v/div = 0,62 v
T = 4 div . 5 t/div= 20 ms
Vm = Vpp/2 = 0,32 v
Vr = I . Rl
= 2,80 . 10-3 . 2,2 . 10-3 = 6,15 v
Vdc =Vm + Vr 2 = 0,32 + 6,05 2 = 3,47 v
Idc = Vdc Rl = 3,4 / 2,2 . 103 = 1,55 mA
Sama seperti percobaan sebelumnya namun akibat kapasitor yang digunakan memiliki kapasitas yang lebih besar, maka ripple yang dihasilkan juga lebih landai.
R = 2,2 kΩ ; C = 1000 uF
C = 1000µF , R = 2,2 kΩ
Vpp = 1,2 div . 0,1 v/div = 0,12 v
T = 4 div . 5 t/div= 20 ms
Vm = Vpp/2 = 0,07v
Vr = I . Rl
= 2,4 . 10-3 . 2,2 . 10-3 = 5,80 v
Vdc =Vm + Vr 2 = 0,07 + 6,16 2 = 3,2 v
Idc = Vdc Rl = 3,2 / 2,2 . 103 = 1,27 mA
Sama seperti percobaan sebelumnya namun akibat kapasitor yang digunakan memiliki kapasitas yang lebih besar, maka ripple yang dihasilkan juga lebih landai.
Setelah dilakukan pengamatan, ternyata hasil yang didapat Dario pengukuran dan perhitungan memiliki perbedaan yang cukup signifikan. Hal tersebut mungkin dikarenakan oleh penggunaan rumus yang masih belum tepat.
4.7 KESIMPULAN
- Pada saat arus bolak balik mengalir positif pada setengah panjang gelombang pertama. Pada saat arus bolak balik mengalir negative pada setengah panjang gelombang berikutnya, berlawanan dengan arah diode, dan diode tidak melewatkan arus.
- Sifat dioda hanya menyearahkan arus pada satu arah tegangan positif saja, maka bila sumber arus pada dioda diganti dengan arus bolak-balik, maka rangkaian penyearah dengan satu dioda salah satunya menghasilkan penyearahan setengah gelombang
- 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.
- Kapasitor dalam rangkaian penyearah berfungsi sebagai pengecil dari tegangan ripple
- Semakin besar kapasitas kapasitor , maka semakin kecil belokan(ripple) yang terbentuk
4.7 LAMPIRAN
