Transcript Rangkaian penyearah gelombang penuh dengan filter C

FULL-WAVE RECTIFIER
(penyearah gelombang penuh)
Oleh :
Kelompok
II B1
Suhardiman
Syamsul
Muh Ilyas
Rofika Krisnawati
Jum,at 15 Mei 2009
Tujuan Percobaan
1. Memahami prinsip kerja dari suatu rangkaian Full-Wave
rectifier
2. Memahami prinsip kerja dari suatu rangkaian penyearah
gelombang dengan filter
3. Menentukan besar riak tegangan dan tegangan keluaran hasil
penyearah dan filter
Jum,at 15 Mei 2009
Rumusan Masalah
1. Bagaimana memahami prinsip kerja dari suatu rangkaian FullWave rectifier
2. Bagaimana memahami prinsip kerja dari suatu rangkaian
penyearah gelombang dengan filter
3. Bagaimana menentukan besar riak tegangan dan tegangan
keluaran hasil penyearah dan filter
Jum,at 15 Mei 2009
TEORI SINGKAT
1. Penyearah gelombang penuh (fullwave rectifier).
Kelemahan dari halfwave rectifier 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.
Gambar 1.1. Rangkaian dasar penyearah gelombang
penuh
Rangkaian dasar penyearah gelombang penuh seperti terlihat
pada gambar 1.1. Menggunakan dua dioda dan satu center tape
transformer. Jika titik tengah transformer ditemukan maka tegangan
di kedua ujung lilitan sekunder berlawanan fasa 180 derajat. Jadi
ketika misalnya tegangan dititik A mengayun kearah positip diukur
dari titik tengah lilitan sekunder maka tegangan dititik B mengayun
ke arah negatif diukur dari titik yang sama. Mari kita lihat prinsip
kerja penyearah gelombang penuh ini.Gambar A menunjukkan
ketika anoda D1 mendapat tegangan positip, Anoda D2 mendapat
tegangan negatip.
Gambar 1.2. Prinsip kerja penyearah gelombang penuh ketika
anoda D1 mendapat tegangan positip
Jum,at 15 Mei 2009
Pada kedudukan ini hanya D1 saja yang konduksi atau
terhubung singkat. Arus listrik mengalir dari titik tengah sekunder
melalui beban, kemudian melalui D1 dan kembali ketitik tengah
melalui lilitan atas sekunder.
Da hal ini D1 berfungsi seperti saklar atau switch yang menutup
sehingga arus listrik mengalir melalui beban disaat perioda positip dari
gelombang sinus AC. Gambar B menunjukkan apa yang terjadi selama
setengah periode berikutnya ketika polaritas berganti.
Gambar 1.3. Prinsip kerja penyearah gelombang penuh ketika
anoda D2 mengayun kearah positip
Jum,at 15 Mei 2009
Anoda D1 mengayun kearah negatip sementara anoda D2
mengayun kearah positip. Akibatnya D1 menyumbat, sebaliknya D2
konduksi atau terhubung singkat. Pada keadaan ini arus listrik
mengalir dari titik setengah sekunder melalui beban dan D2 kembali
ketitik tengah setelah melalui lilitan bawah sekunder. Perhatikan
bahwa dalam rangkaian penyearah gelomang arus listrik mengalir
sepanjang satu perioda. Sedangkan dalam rangkaian penyearah
setengah gelombang arus listrik hanya mengalir selama setengah
perioda saja. Jadi penyearah gelombang penuh (fullwave rectifier)
lebih baik dari penyearah setengah gelombang (halfwave rectifier).
2. Penyearah type jembatan (bridge rectifier)
Rangkaian dasar penyearah type jembatan seperti terlihat
pada gambar. Terdiri atas satu transformer dan 4(empat) dioda yang
disusun sedemikian rupa sehingga arus listrik hanya mengalir kesatu arah
saja melalui beban. Circuit ini tidak memerlukan sekunder bersenter tapi
sebagaimana pada rangkaian penyearah gelombang penuh. Bahkan
transformator tidak diperlukan jika tegangan DC yang dibutuhkan relatif
sama dengan tegangan jaringan PLN, misalnya. Artinya titik A dan B
dapat dihubungkan langsung dengan jaringan yang tersedia di rumah.
Gambar 1.4: Rangkaian dasar penyearah type jembatan
Transformator digunakan bila tegangan DC yang
dibutuhkan lebih kecil atau lebih besar dari tegangan jaringan.
Selain itu adakalanya transformator digunakan sebagai isolator
antara tegangan jaringan dengan tegangan rangkaian.
Gambar A menunjukkan jalannya aliran arus listrik selama periode
positip AC (sine wave). D1 an D2 konduksi. Arus listrik mengalir
dari ujung lilitan bawah sekunder melalui beban, D1, D2, dan
kembali ke lilitan bawah sekunder
Jum,at 15 Mei 2009
a
b
Gambar 1.5: a. Menunjukkan jalannya aliran arus listrik
selama periode positip AC (sine wave).
b. Polaritas sinewave berganti
Setengah perioda berikut polaritas sinewave berganti seperti
terlihat pada gambar B. Ujung lilitan atas sekunder sekarang
menjadi negatip, ujung lilitan bawah menjadi positif.D3 dan D4
konduksi. Pada kedudukan ini arus listrik mengalir dari ujung lilitan
atas sekunder melalui beban, D3, D4 dan kembali lilitan bawah
sekunder. Dari gambar A dan B nampak jelas arus listrik yang
mengalir melalui beban selalu dalam arah yang sama.
Saat digunakan sebagai penyearah gelombang penuh,
dioda secara bergantian menyearahkan tegangan AC pada saat
siklus positif dan negatif. Penyearah gelombang penuh ada 2
macam dan penggunaannya disesuaikan dengan transformator yang
dipakai. Untuk transformator biasa digunakan jembatan dioda
(dioda bridge) sementara untuk transformator CT digunakan 2 dioda
saja sebagai penyearahnya.
3. Penyearah gelombang penuh dengan jembatan dioda (dioda
bridge)
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. Untuk memahami cara kerja dioda bridge,
perhatikanlah kedua gambar berikut.
Gambar 1.6. Penyearah gelombang penuh dengan jembatan
dioda (dioda bridge) saat silkus positif
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.
Gambar 1.7. Penyearah gelombang penuh dengan jembatan
dioda (dioda bridge) saat silkus negatis
Jum,at 15 Mei 2009
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 bridge) ditunjukkan seperti pada gambar berikut
penyearah gelombang penuh dengan jembatan dioda (dioda
bridge) ditunjukkan seperti pada gambar berikut:
Jum,at 15 Mei 2009
Gambar 1.8. Grafik penyearah gelombang penuh dengan
jembatan dioda (dioda bridge)
Jum,at 15 Mei 2009
Jembatan dioda (dioda bridge) tersedia
dalam bentuk 1 komponen saja atau pun bisa
dibuat dengan menggunakan 4 dioda yang
sama karakteristiknya. Yang harus diperhatikan
adalah besar arus yang dilewatkan oleh dioda
harus lebih besar dari besar arus yang
dilewatkan pada rangkaian.
Jum,at 15 Mei 2009
.
4 Penyearah gelombang penuh menggunakan 2 dioda
Seperti telah disebutkan diatas, penyearah gelombang penuh
menggunakan 2 dioda ini hanya bisa digunakan pada
transformator CT, dimana tegangan sekunder yang dihasilkan
oleh trafo CT ini adalah :
dimana V1 = Teg primer
V2 = Teg sekunder
Jum,at 15 Mei 2009
Cara kerja penyearah gelombang penuh jenis ini dapat dijelaskan
seperti berikut
Gambar 1.9. Penyearah gelombang penuh menggunaka 2
dioda saat tegangannya input
Jum,at 15 Mei 2009
Pada artikel mengenai trafo diketahui bahwa pada
bagian sekunder trafo CT terdapat 2 sinyal output yang
terjadi secara bersamaan, mempunyai amplitudo yang sama
namun berlawanan fasa. Saat tegangan input (teg primer)
berada pada siklus positif, pada titik AO akan terjadi siklus
positif sementara pada titik OB akan terjadi siklus negatif.
Akibatnya D1 akan mengalami panjaran maju (forward bias)
sedangkan D2 mengalami panjaran balik (reverse bias)
sehingga arus akan mengalir melalui D1 menuju ke beban dan
kembali ke titik center tap.
Gambar 1.10. Penyearah gelombang penuh menggunaka 2
dioda saat tegangannya output
Saat tegangan input (teg primer) berada pada siklus
negatif, pada titik AO akan terjadi siklus negatif sementara
pada titik OB akan terjadi siklus positif. Akibatnya D2
akan mengalami panjaran maju (forward bias) sedangkan
D1 mengalami panjaran balik (reverse bias) sehingga arus
akan mengalir melalui D2 menuju ke beban dan kembali ke
titik center tap.
Dari penjelasan cara kerja penyearah gelombang
penuh jenis ini terlihat bahwa tegangan yang terjadi pada
beban mempunyai polaritas yang sama tanpa
memperdulikan dioda mana yang menghantar karena arus
mengalir melalui arah yang sama sehingga akan terbentuk
gelombang penuh yang disearahkan seperti ditunjukkan
pada grafik sinyal berikut.
Jum,at 15 Mei 2009
Gambar 1.11. Grafik sinyal gelombang penuh
yang disearahkan
Terdapat dua cara untuk membentuk rangkaian penyearah
gelombang penuh, yaitu dengan menggunakan rangkaian
jembatan dan rangkaian center tap Sedangkan sinyal masukan
dan keluaran dapat di lihat pada (Gambar 1.3 dan 1.4) .
Gambar 1.12. Rangkaian Penyearah gelombang penuh
menggunakan jembatan dioda
Jum,at 15 Mei 2009
Gambar 1.11. Rangkaian Penyearah gelombang penuh
menggunakan certer tap
Jum,at 15 Mei 2009
Gambar 1.13. Sinyal masukan dan keluaran dari rangkaian
penyearah gelombangpenuh.
Jum,at 15 Mei 20090
Dalam rangkaian yang ditunjukan oleh Gambar 1.7, ketika
sinyal masukan adalah bagian a, maka dioda nomor 2 dan 4
mendapatkan bias maju (1 dan 3 mendapatkan bias mundur),
dengan arah arus RL dari positif ke ground, sehingga bentuk
tegangan output adalah bagian a. Sedangkan ketika sinyal masukan
adalah siklus negatif, maka dioda 1 dan 3 mendapatkan bias maju (2
dan 4 mendapatkan bias mundur), dengan arah arus RL dari positif
ke ground, sehingga bentuk tegangan output adalah bagian b yang
dibalik (tegangan RL adalah positif).
Untuk rangkaian seperti yang ditunjukan oleh Gambar 4, ketika
Vin1 siklus positif (Vin2 adalah negatif), maka dioda 1 mendapatkan
bias maju (dioda 2 mendapatkan bias mundur), dengan arah arus
RL adalah dari positif ke ground, sehingga bentuk tegangannya
adalah bentuk a. Sedangkan ketika Vin1 siklus negatif (Vin2 adalah
positif), maka dioda 2 mendapatkan bias maju (dioda 1
mendapatkan bias mundur), dengan arah arus beban yang masih
tetap, sehingga bentuk tegangannya adalah bentuk b.
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. Untuk penyearah gelombang penuh, tentu saja
frekuensi gelombangnya dua kali lipat, sehingga T = 1/2 Tp = 0.01
det.
Penyearah gelombang penuh dengan filter C dapat dibuat
dengan menambahkan kapasitor pada rangkaian gambar 2.
Bisa juga dengan menggunakan transformator yang tanpa
CT, tetapi dengan merangkai 4 dioda seperti pada gambar-5
berikut ini.
Gambar 1.14: Rangkaian penyearah gelombang penuh dengan filter C
Jum,at 15 Mei 2009
Sebagai contoh, anda mendisain rangkaian penyearah
gelombang penuh dari catu jala-jala listrik 220V/50Hz untuk
mensuplai beban sebesar 0.5 A. Berapa nilai kapasitor yang
diperlukan sehingga rangkaian ini memiliki tegangan ripple yang
tidak lebih dari 0.75 Vpp. Jika rumus (7) dibolak-balik maka
diperoleh.
C = I.T/Vr = (0.5) (0.01)/0.75 = 6600 uF.
Untuk kapasitor yang sebesar ini banyak tersedia tipe elco
yang memiliki polaritas dan tegangan kerja maksimum tertentu.
Tegangan kerja kapasitor yang digunakan harus lebih besar dari
tegangan keluaran catu daya. Anda barangkali sekarang paham
mengapa rangkaian audio yang anda buat mendengung, coba
periksa kembali rangkaian penyearah catu daya yang anda buat,
apakah tegangan ripple ini cukup mengganggu. Jika dipasaran
tidak tersedia kapasitor yang demikian besar, tentu bisa dengan
memparalel dua atau tiga buah kapasitor.
Jum,at 15 Mei 2009