Transcript Pertemuan 6 - STIKOM Surabaya OpenCourseWare

ELEKTRONIKA
Bab 4. Rangkaian Dioda
DR. JUSAK
Gelombang Ideal
Bentuk gelombang tegangan masukan dari
tegangan AC adalah gelombang sinus yang
mempunyai nilai tegangan instan 𝑣𝑖𝑛 dan
tegangan puncak 𝑉𝑝 𝑖𝑛 .
v
in
Gelombang sinus semacam ini memiliki
tegangan rata-rata sama dengan nol.
Karena separuh periode positif dan separuh
lagi negative. Demikian juga bila diukur
dengan Voltmeter DC, akan bernilai nol
karena voltmeter DC mengukur tegangan
rata-rata.
2
1.5
Vp(in)
1
0.5
0
-0.5
-1
-1.5
-2
0
0.5
1
1.5
2
2.5
t
3
3.5
ELEKTRONIKA – STMIK STIKOM SURABAYA
4
4.5
2
5
Penyearah (Rectifier) Setengah Gelombang
2
Vp(in)
v
in
1
0
-1
-2
0
0.5
1
1.5
2
2.5
t
3
3.5
4
4.5
5
2
2.5
t
3
3.5
4
4.5
5
2
Vp(out)
out
1
v
Apabila sumber tegangan sinusoidal
diterapkan pada sebuah dioda, maka
dioda akan bersifat seperti konduktor
pada setengah putaran positif dan
bersifat seperti isolator pada setengah
putaran negatif.
Oleh karena itu sinyal gelombang yang
muncul disebut sebagai sinyal setengah
gelombang. Sinyal setengah gelombang
ini menghasilkan arus searah yang
mengalir pada satu arah saja. Lihat
Gambar.
0
-1
-2
0
0.5
1
1.5
ELEKTRONIKA – STMIK STIKOM SURABAYA
3
Penyearah (Rectifier) Setengah Gelombang
IDEAL
+
OPEN
CLOSED
+
+
+
0V
-
-
(a)
-
(b)
-
(c)
Gambar (a) Penyearah setengah gelombang ideal,
(b) Putaran setengah positif, (c) Putaran setengah negatif
ELEKTRONIKA – STMIK STIKOM SURABAYA
4
Penyearah (Rectifier) Setengah Gelombang
Gambar di atas merupakan gambar penyearah setengah gelombang.
Secara ideal pada setengah putaran positif dioda akan dibias maju,
maka dioda akan bersifat seperti saklar tertutup dan sumber
tegangan akan muncul melalui resistor beban.
Berikutnya pada putaran setengah negative dioda seperti saklar
terbuka, sehingga tidak ada tegangan pada resistor beban.
ELEKTRONIKA – STMIK STIKOM SURABAYA
5
Penyearah (Rectifier) Setengah Gelombang
ELEKTRONIKA – STMIK STIKOM SURABAYA
6
Penyearah (Rectifier) Setengah Gelombang
Dari gambar grafik di atas dapat kita lihat, hasil penyearahan gelombang
menghasilkan sebuah tegangan DC yang bergerak naik sampai maksimum
kemudian turun sampai nol, dan tetap nol pada setengah putaran negatif.
Tetapi tegangan DC semacam ini bukanlah tegangan yang kita inginkan
untuk peralatan elektronik. Peralatan elektronik memerlukan tegangan DC
konstan seperti halnya baterai.
Pada penyearah setengah gelombang dengan dioda ideal, nilai tegangan
puncak saat keluar sama dengan tegangan saat masuk.
Setengah gelombang ideal : 𝑉𝑝
𝑜𝑢𝑡
= 𝑉𝑝
𝑖𝑛
ELEKTRONIKA – STMIK STIKOM SURABAYA
7
Sinyal DC untuk Sinyal Setengah Gelombang
Nilai tegangan DC sebuah sinyal adalah nilai tegangan rata-rata.
Nilai inilah yang terukur oleh voltmeter DC.
Nilai DC dari sebuah sinyal setengah gelombang adalah :
𝑉𝑝
𝑉𝐷𝐶 =
𝜋
Frekuensi keluaran sebuah sinyal setengah gelombang sama dengan
frekuensi masukan :
𝑓𝑜𝑢𝑡 = 𝑓𝑖𝑛
ELEKTRONIKA – STMIK STIKOM SURABAYA
8
Pendekatan Kedua
Seperti telah dibicarakan sebelumnya, pada pendekatan kedua dioda
pada bias maju tidak akan mengalirkan arus listrik hingga tegangan
AC lebih besar dari 0,7V. Jadi setengah gelombang baru akan
terbentuk jika tegangan AC melebihi 0,7V.
Jadi tegangan beban dari penyearah setengah gelombang adalah :
𝑉𝑝
𝑜𝑢𝑡
= 𝑉𝑝
𝑖𝑛
− 0,7
Untuk pendekatan ketiga, kita tahu bahwa nilai hambatan gabungan
sangat kecil. Karena itu nilai hambatan gabungan dapat diabaikan.
ELEKTRONIKA – STMIK STIKOM SURABAYA
9
Implementasi dengan Multisim
XSC1
Ext T rig
+
_
B
A
+
_
+
Agilent
0
0
D1
1
V1
XMM1
_
1N4001GP
10 Vrms
50 Hz
0°
2
R1
1kΩ
0.1%
0
ELEKTRONIKA – STMIK STIKOM SURABAYA
10
Contoh 1
Pada rangkaian penyearah setengah gelombang di atas, tentukan
nilai dari tegangan puncak dan nilai tegangan DC pada beban 𝑅𝐿 .
ELEKTRONIKA – STMIK STIKOM SURABAYA
11
Hasil Pengukuran
ELEKTRONIKA – STMIK STIKOM SURABAYA
12
Transformer
Transformer digunakan untuk menurunkan tegangan. Tegangan yang
tinggi dari jaringan listrik PLN sebesar 220 Vrms, diturunkan agar
bisa digunakan pada peralatan elektronik.
Besarnya penurunan listrik tergantung pada perbandingan jumlah
lilitan yang digunakan pada transformer :
𝑁1 = jumlah lilitan primer.
𝑁2 = jumlah lilitan sekunder.
𝑁2
𝑉2 =
𝑉1
𝑁1
ELEKTRONIKA – STMIK STIKOM SURABAYA
13
Transformer
N1 : N2
RL
V1
V2
Gambar penyearah setengah gelombang dengan transformer.
ELEKTRONIKA – STMIK STIKOM SURABAYA
14
Contoh 2
Untuk transformer seperti dalam gambar di atas, apabila nilai 𝑁1 =
5 dan 𝑁2 = 1 dan sumber tegangan sebesar 220 Vrms, 50 Hz.
Tentukan:
a) Tegangan puncak pada sisi sekunder!
b) Tegangan pada beban 𝑅𝐿 !
ELEKTRONIKA – STMIK STIKOM SURABAYA
15
Penyearah Gelombang Penuh
Untuk menghasilkan penyearah gelombang penuh digunakan
transformer center tap dan dua buah diode seperti terlihat dalam
Gambar. Setiap dioda akan memiliki masukan yang sama dengan
setengah tegangan sekunder. Dioda D1 menghantar setengah putaran
positif dan D2 menghantar setengah putaran negatif.
Sehingga arus beban penyearah akan mengalir selama setengah
putaran positif dan juga setengah putaran negative menjadi
gelombang penuh.
ELEKTRONIKA – STMIK STIKOM SURABAYA
16
Penyearah Gelombang Penuh
N1 : N2
D1
RL
D2
Gambar penyearah gelombang
penuh dengan transformer.
ELEKTRONIKA – STMIK STIKOM SURABAYA
17
Nilai DC atau Nilai Rata-Rata
Karena penyearah gelombang penuh mempunyai jumlah putaran sinyal dua kali
penyearah setengah gelombang, maka nilai DC atau nilai rata-rata yang diperoleh
:
2𝑉𝑝
𝑉𝐷𝐶 =
𝜋
Sedangkan frekuensi putaran gelombang penuh adalah dua kali frekuensi setengah
gelombang atau dua kali frekuensi masukan, yaitu:
𝑓𝑜𝑢𝑡 = 2𝑓𝑖𝑛
Note: Karena menggunakan transformer center tap, maka tegangan beban yang
digunakan adalah separuh dari tegangan sekunder.
ELEKTRONIKA – STMIK STIKOM SURABAYA
18
Pendekatan Kedua
Sebagaimana halnya pada penyearah setengah gelombang, pada
pendekatan kedua dilakukan dengan cara mengurangi tegangan
puncak dari gelombang dengan nilai 0,7V.
Perhatikan simulasi dengan menggunakan Simulink pada slide
berikutnya.
ELEKTRONIKA – STMIK STIKOM SURABAYA
19
Implementasi Dengan Multisim
XSC2
Tektronix
P
G
1 2 3 4
T
0
3
ChannelA
V1
120 Vrms
50 Hz
0°
0
D1
ChannelB
1N4001GP
T1
0
R1
1kΩ
0.1%
TS_AUDIO_10_TO_1
4
D2
0
1N4001GP
ELEKTRONIKA – STMIK STIKOM SURABAYA
20
Contoh 3
Berdasarkan rangkaian gelombang penuh di atas dengan
perbandingan jumlah lilisan 𝑁1 : 𝑁2 = 10: 1, tentukan nilai tegangan
puncak pada:
a) Sisi sekunder dari tansformer!
b) Sisi beban 𝑅𝐿 !
c) Tegangan DC pada beban 𝑅𝐿 !
ELEKTRONIKA – STMIK STIKOM SURABAYA
21
Hasil Pengukuran
ELEKTRONIKA – STMIK STIKOM SURABAYA
22
Penyearah Jembatan
Penyearah jembatan menyerupai penyearah gelombang penuh, karena
penyearah ini dapat menghasilkan tegangan keluaran gelombang
penuh.
Penyearah ini menggunakan empat dioda, dimana setiap dua dioda
dipasang secara parallel.
Pada saat putaran setengah positif D1 dan D2 dibias maju sehingga
menghasilkan tegangan beban positif. Begitu pula pada saat putaran
setengah negatif D3 dan D4 dibias maju, juga menghasilkan tegangan
beban positif. Lihat Gambar.
ELEKTRONIKA – STMIK STIKOM SURABAYA
23
Penyearah Jembatan
N1 : N 2
D3 D1
D2
D4
RL
Gambar penyearah jembatan
ELEKTRONIKA – STMIK STIKOM SURABAYA
24
Nilai DC
Karena penyearah jembatan menghasilkan gelombang penuh, maka nilai
rata-rata (DC) dan frekuensi keluarannya sama seperti pada penyearah
gelombang penuh, yaitu:
𝑉𝐷𝐶
Dan
2𝑉𝑝
=
𝜋
𝑓𝑜𝑢𝑡 = 2𝑓𝑖𝑛
Note: berbeda dengan transformer center tap, tegangan beban pada
penyearah jembatan dapat menggunakan seluruh tegangan sekunder.
ELEKTRONIKA – STMIK STIKOM SURABAYA
25
Implementasi dengan Multisim
XSC2
Tektronix
P
G
1 2 3 4
T
0
ChannelA
3
V1
2
T1
120 Vrms
50 Hz
0°
0
4
TS_AUDIO_10_TO_1
4
ChannelB
R1
1
3
0
D1
1B4B42
1kΩ
0.1%
0
ELEKTRONIKA – STMIK STIKOM SURABAYA
26
Contoh 4
Berdasarkan rangkaian gelombang penuh di atas dengan
perbandingan jumlah lilitan 𝑁1 : 𝑁2 = 10: 1, tentukan nilai tegangan
puncak pada:
a) Sisi sekunder dari tansformer!
b) Sisi beban 𝑅𝐿 !
c) Tegangan DC pada beban 𝑅𝐿 !
ELEKTRONIKA – STMIK STIKOM SURABAYA
27
Hasil Pengukuran
ELEKTRONIKA – STMIK STIKOM SURABAYA
28
Perbandingan
Penyearah
Setengah
gelombang
Gelombang
penuh
Jembatan
Jumlah dioda
1
2
4
Masukan
penyearah
Vp(2)
Vp(2)
Vp(2)
Keluaran puncak
(ideal)
Vp(2)
0,5 Vp(2)
Vp(2)
Keluaran puncak
(2d)
Vp(2) – 0,7 V
0,5 Vp(2) – 0,7 V
Vp(2) – 1,4 V
Keluaran DC
Vp(keluar)/
2Vp(keluar)/
2Vp(keluar)/
Frekuensi ripple
Fmasuk
2fmasuk
2fmasuk
* Vp(2) = puncak tegangan sekunder; Vp(keluar) = puncak tegangan keluar
ELEKTRONIKA – STMIK STIKOM SURABAYA
29