Post on 09-Oct-2015
description
DIODA SEBAGAI PENYEARAH
(E.1)
I. TUJUAN
Mempelajari sifat dan penggunaan dioda sebagai penyearah arus.
II. DASAR TEORI
2.1 Pengertian Dioda
Dioda adalah komponen aktif bersaluran dua (dioda termionik mungkin
memiliki saluran ketiga sebagai pemanas). Dioda mempunyai dua elektroda yang
aktif dimana isyarat listrik dapat mengalir, dan kebanyakan dioda digunakan
karena karakteristik satu arah yang dimilikinya. Sifat kesearahan yang dimiliki
sebagian besar jenis dioda seringkali disebut karakteristik menyearahkan. Fungsi
paling umum dari dioda adalah untuk memperbolehkan arus listrik mengalir
dalam suatu arah dan untuk menahan arus dari arah sebaliknya. Karenanya, dioda
dapat dianggap sebagai versi elektronik dari katup pada transmisi cairan.
Dioda sebenarnya tidak menunjukkan kesearahan hidup-mati yang sempurna
(benar-benar menghantar saat panjar maju dan menyumbat pada panjar mundur),
tetapi mempunyai karakteristik listrik tegangan-arus taklinier kompleks yang
bergantung pada teknologi yang digunakan dan kondisi penggunaan. Beberapa
jenis dioda juga mempunyai fungsi yang tidak ditujukan untuk penggunaan
penyearahan.
2.2 Rangkaian Penyearah
Rangkaian penyearah gelombang merupakan rangkaian yang berfungsi untuk
merubah arus bolak-balik (Alternating Current / AC) menjadi arus searah (Direct
Current / DC). Komponen elektronika yang berfungsi sebagai penyearah adalah
dioda, karena dioda memiliki sifat hanya memperbolehkan arus listrik
melewatinya dalam satu arah saja.
2.2.1 Rangkaian Penyearah Setengah Gelombang
Rangkaian Penyearah Setengah Gelombang Rangkaian penyearah
setengah gelombang merupakan rangkaian penyearah sederhana yang hanya
1
dibangun menggunakan satu dioda saja, seperti diilustrasikan pada gambar berikut
ini :
Gambar 2.1 Rangkaian penyearah setengah gelombang
Dari gambar 2.1 diatas merupakan contoh rangkaian dioda penyearah
setengah gelombang. Sumber AC menghasilkan sebuah tegangan sinusoida.
Diasumsikan dioda pada rangkaian di atas merupakan dioda yang ideal, putaran
setengah positif sumber tegangan akan dioda bias maju. Sejak tombol ditutup,
seperti yang ditunjukkan pada gambar 2.2a, sumber tegangan putaran setengah
positif akan muncul melalui resistor beban. Pada putaran setengah negatif, dioda
akan mengalami bias balik. Dalam hal ini dioda ideal akan kelihatan sebagai
saklar terbuka, seperti ditunjukkan pada gambar 2.2b dan tidak ada tegangan yang
muncul pada resistor beban.
Gambar 2.2.a Gambar 2.2.b
2.2.2 Bentuk Gelombang Ideal Penyearah Setengah Gelombang
Gambar 2.3a menunjukkan perwakilan graphical bentuk gelombang tegangan
masukan. Ia adalah sebuah gelombang sinus dengan nilai seketika Vin dengan nilai
puncak Vp(in). Sebuah sinusoida murni seperti ini mempunyai nilai rata-rata nol di
atas satu putaran sebab masing-masing tegangan pada saat yang sama mempunyai
kesamaan dan ketidaksamaan tegangan setengah putaran. Jika tegangan diukur
dengan sebuah multimeter DC, maka akan mendapatkan nol karena voltmeter DC
menunjukkan nilai rata-rata. Dalam rectifier setengah gelombang pada gambar
2.3b, dioda berlaku sebagai penghantar selama putaran setengah positif, tetapi
tidak berlaku sebagai penghantar selama putaran setengah negatif. Oleh karena itu
rangkaian memotong putaran setengah negatif seperti yang ditunjukkan dalam
gambar 2.3c. Bentuk gelombang tersebut seperti sebuah sinyal setengah
2
AC+
_
+
_AC
+
_
+
_
gelombang. Tegangan setengah gelombang menghasilkan arus beban yang satu
arah. Hal ini berarti bahwa ia mengalir hanya pada satu arah.
Gambar 2.3a gambar 2.3bgambar 2.3c
Tegangan setengah gelombang seperti gambar 2.3c merupakan sebuah
tegangan DC yang bergetar naik sampai maksimum dan menurun sampai nol
selama putaran setengah negatif. Ini bukan merupakan jenis tegangan DC yang
dibutuhkan oleh peralatan elektronik. Karena yang dibutuhkan merupakan
sebuah tegagan konstan, sama seperti halnya yang terjadi pada sebuah baterai.
Dioda ideal dapat digunakan untuk menganalisis rectifier setengah
gelombang. Hal ini berguna untuk mengingat bahwa tegangan puncak saat
keluar sama dengan tegangan saat masuk.
Setengah gelombang ideal : Vp(out) = Vp(in)
2.2.3 Drop Tegangan
Untuk menentukan tegangan rata-rata DC yang melewati beban resistor,
terlebih dahulu tegangan drop pada dioda harus dihitung. Untuk arus lebih
besar tegangan yang drop arah maju dapat mencapai 1 volt.
Gambar 2.4. Drop tegangan yang timbul pada dioda.
Bila drop tegangan pada dioda diperhitungkan, tegangan puncak ke puncak
yang melewati beban sedikit berkurang dibandingkan tegangan input.
2.2.4 Nilai Sinyal DC Setengah Gelombang
3
Vo
Nilai DC sebuah sinyal adalah sama dengan nilai rata-rata. Jika Anda
mengukur sebuah sinyal dengan sebuah Voltmeter DC, yang terbaca akan sama
dengan nilai rata-rata. Pada dasarnya nilai tertentu dari DC diperoleh dari
setengah gelombang diperoleh.
Formulanya adalah Vdc
2.3 Penyearah Gelombang Penuh Dengan Ct Transformator.
2.3.1 Skema Rangkaian Gelombang Penuh Dengan Ct Transformator
Gambar 2.5 Skema rangkaian gelombang penuh dengan CT Transformator
2.3.2. Bentuk Gelombang Ideal Penyearah dengan CT Transformator
Merupakan penyearah gelombang penuh yang menggunakan dua buah
dioda yang dihubungkan ke transformator sekunder yg ditap tengahnya.
Penyearah gelombang penuh equvalent dengan dua kali penyearah setengah
gelombang. Sebab pusat tap, masing-masing rectifier mempunyai sebuah
tegangan masukan yang equel dengan setengah tegangan sekunder. Dioda D1
menghantar keputaran setengah positif, dan dioda D2 menghantar ke putaran
setengah negatif. Sebagai hasilnya arus beban penyearah mengalir selama
setengah putaran bersama-sama. Penyearah gelombang penuh berbuat sama
dengan dua kali bolak balik pada penyerah setengah gelombang.
Gambar 2.6
Rangkaian Penyearah CT
4
Harga tegangan dapat dihitung :
Ueff = 0,707 x Um Udc = 0,636 x Um
Harga arus dapat dihitung dengan rumus sebagai berikut :
Dengan kata lain selama setengah siklus positif tegangan input dioda D1 di
bias maju, sedangkan dioda D2 dibias mundur.Selama setengah siklus negatif
tengan input dioda D1 di bias mundur, sedangkan dioda D2 dibias maju.
2.2.3. DC atau Nilai Rata-Rata
Karena sinyal gelombang penuh mempunyai dua kali seperti banyak
putaran lingkaran positif seperti sinyal setengah gelombang DC atau nilai rata-
rata merupakan dua kali, diberikan oleh :
Vdc = 2Vp /
Ketika 2/ = 0,636 Vp maka persamaan menjadi Vdc = 0,636 VpBentuk ini dapat lihat bahwa DC atau nilai rata-rata sama dengan 63,6%
dari nilai puncak. Oleh karena itu, jika tegangan puncak sinyal gelombang
penuh adalahg 100% tegangan DC nya adalah 63,6 V.
2.4 Penyearah Gelombang Penuh Model Jembatan
Skema Rangkaian Penyearah Gelombang Penuh Model Jembatan.
Penyearah gelombang penuh model jembatan memerlukan empat buah
diode. Dua diode akan berkondusi saat isyarat positif dan dua diode akan
berkonduksi saat isyarat negatif. Untuk model penyearah jembatan ini kita
tidak memerlukan transformator yang memiliki center-tap.
Gambar 2.7 Skema rangkaian penyearah gelombang penuh model jembatan
2.4.1 Gambar Bentuk Output Gelombang
Seperti ditunjukkan pada gambar 2.4.1, bagian masukan AC
dihubungkan pada sambungan D1-D2 dan yang lainnya pada D3-D4.
5
Katode D1 dan D3 dihubungkan degan keluaran positif dan anode D2 dan
D4 dihubungkan dengan keluaran negatif (tanah).
Misalkan masukan AC pada titik A berharga positif dan B berharga
negatif, maka diode D1 akan berpanjar maju dan D2 akan berpanjar mundur.
Pada sambungan bawah D4 berpanjar maju dan D3 berpanjar mundur. Pada
keadaan ini elektron akan mengalir dari titik B melalui D4 ke beban , melalaui
D1 dan kembali ke titik A. Pada setengah periode berikutnya titik A menjadi
negatif dan titik B menjadi positif. Pada kondisi ini D2 dan D3 akan
berpanjar maju sedangkan D1 dan D4 akan berpanjar mundur. Aliran arus
dimulai dari titik A melalui D2, ke beban, melalui D3 dan kembali ke titik B.
Perlu dicatat di sini bahwa apapun polaritas titik A atau B, arus yang mengalir
ke beban tetap pada arah yang sama.
Gambar 2.8 Bentuk Gelombang Tegangan Output
2.5 Filter
Filter adalah suatu rangkaian yang dibuat dengan tujuan untuk memperbesar
tegangan DC dan memperkecil tegangan rippple pada suatu rangkaian
penyearah baik setengah gelombang maupun gelombang penuh. Adapun
komponen elektronika yang sering digunakan sebagai rangkaian filter adalah
kompponen Induktor (l) dan Kapasitor (C).
2.5.1 Filter Dengan Menggunakan Komponen Induktor (l)
6
Gambar 2.9 : Skema rangkaian penyearah gel penuh dengan filter L
Gambar 2.10 : Output gelombang penuh pembalik fasa dengan filter l
Rumus Arus beban untuk filter (I)
2.5.2 Filter Dengan Menggunakan Komponen Kapasitor (C)
Sistem penyearah menghasilkan arus gelombang searah masih terdapat
pulsa gelombang bolak balik Secara umum peralatan elektronik membutuhkan
sumber arus searah (DC) yang halus atau lebih rata. Untuk menghilangkan sisa
gelombang bolak balik tersebut sering digunakan kondensator elektrolit sebagai
tapis perata (Filter) seperti pada gambar berikut :
a. Filter Kapasitip
Penambahan nilai kapasitor yang dipararel dengan beban akan memberikan
efek peralatan pulsa DC yang lebih halus. Nilai kapasitor yang lebih besar akan
menyimpan muatan pada saat pengisian. Kecepatan pengosongan muatan
kapasitor tergantung dari besarnya konstanta waktu, yang dirumuskan dalam :
T = RL x C
7
Gambar 2.11 rangkaian penyearah gelombang penuh dilengkapi filter
kapasitor
2.12 Bentuk gelombang perataan dengan kapasitor
b. Faktor Kerut (Ripple)
Keluaran dari penyearah terdiri dari tegangan searah dan tegangan bolak balik
atau ripple. Tegangan kerut berbanding langsung terhadap arus beban (RL).
Faktor kerut didefinisikan :
Dimana :
Vr (rms) = harga
tegangan kerut yang
terukur oleh volt meter AC.
Vdc = harga
tegangan keluaran DC
yang terukur oleh
volt meter DC.
8
Gambar 2.13 bentuk gelombang dengan menggunakan filter dan tanpa filter
untuk penyearah setengah gelombang dan gelombang penuh
III. ALAT DAN BAHAN
Rangkaian penyearah
Osiloskop
Voltmeter
IV. PROSEDUR KERJA
A. Penyearah setengah gelombang
1. Penyearah setengah gelombang tanpa perantara dihubungkan dan amati
bentuk gelombang pada Osiloskop. Ukur tegangan dengan Voltmeter.
2. Perata dihubungkan dan amati bentuk gelombang pada Osiloskop. Baca
tinggi puncak(simpangan tertinggi) dan lembah gelombang(simpangan
terendah) pada Osiloskop. Ukur tegangan dengan Voltmeter.
3. Tegangan bolak-balik diukur antara P dan Q, P dan R serta R dan Q.
B. Penyearah satu gelombang
1. Penyearah satu gelombang tanpa perata dihubungkan dan amati bentuk
gelombang pada Osiloskop. Bacalah tinggi puncak gelombang. Ukur
tegangan dengan Voltmeter.
9
T P
Q
D1
D2
D4
D3 C
S
R
Gambar percobaan
2. Kapasitor C dihubungkan dan amati bentuk gelombang pada Osiloskop.
Baca tinggi puncak gelombang pada Osiloskop dan ukur tegangan dengan
Voltmeter. Ukur tegangan bolak-balik antara P dan Q, P dan R serta R dan Q.
V. TUGAS
1. Apa kegunaan rangkaian penyearah?
Jawab: Rangkaian Penyearah berguna untuk mengubah arus bolak balik (AC)
menjadi arus searah (DC) sehingga dalam rangkaian hanya mengalir satu
arus saja.
2. Apakah peranan kapasitor pada penyearah termaksud?
Jawab: Kapasitor dalam penyearah berfungsi untuk menyimpan tenaga listrik
dalam waktu tertentu (sementara) tanpa disertai reaksi kimia.
3. Tunjukkan secara kualitatif cara kerja alat ini!
Jawab: Osiloskop berguna untuk mengukur arus atau tegangan maksimum, arus
atau tegangan efektif, arus atau tegangan rata-rata serta besar frekuensi
gelombang yang dihasilkan oleh sumbernya. Untuk cara kerja alat ini
adalah:
1. Hidupkan osiloskop dan masukkan tegangan yang diukur.
2. Skala pada tombol VOLTS/DIV menunjukkan nilai
tegangan tiap cm secara vertikal dikalikan dengan kalibrasinya.
Untuk mengamati bentuk gelombang dengan penyearah arus setengah
gelombang, dapat dilakukan langkah berikut:
a. Hubungkan penyearah setengah gelombang tanpa perata dan amati
bentuk gelombang pada osiloskop
b. Hubungkan perata dan amati bentuk gelombang pada osiloskop.
Baca tinggi puncak (simpangan terendah) pada osiloskop. Ukur
tegangan dengan voltmeter.
Untuk mengamati bentuk gelombang dengan penyearah arus satu
gelombang, dapat dilakukan langkah berikut:
a. Hubungkan penyearah satu gelombang tanpa perata dan amati bentuk
gelombang pada osiloskop. Bacalah tinggi puncak gelombang. Ukur
tegangan dengan voltmeter.
10
b. Hubungkan kapasitor dan amati bentuk gelombang pada osiloskop.
Baca tinggi puncak gelombang pada osiloskop dan ukur tegangan
dengan voltmeter.
VI. GRAFIK
Terlampir
VII. DATA PENGAMATAN
Rangkaian AC = 11,8 Volt
Rangkaian DC :
A. Penyearah setengah gelombang
Menggunakan Voltmeter
Tanpa perata = 10,4 V
Menggunakan perata = 5,2 V
Menggunakan Osiloskop
Tanpa perata = 14 V
Menggunakan perata = 7 V
B. Penyearah satu gelombang
Menggunakan Voltmeter
Tanpa perata = 9,56 V
Menggunakan perata = 4,78 V
Menggunakan Osiloskop
Tanpa perata = 13 V
Menggunakan perata = 6,5 V
VIII. PERHITUNGAN
DC atau Nilai Rata-Rata
1. Penyearah setengah gelombang
Menggunakan voltmeter
Menggunakan perata
11
Vdc = pi
Vp
= 14,32,5
= 1,656 V
Tanpa perata
Vdc = pi
Vp
= 14,34,10
= 3,312 V
Menggunakan osiloskop
Menggunakan perata
Vdc = pi
Vp
= 14,37
= 2,229 V
Tanpa perata
Vdc = pi
Vp
= 14,310
= 3,184 V
2. Penyearah satu gelombang
Menggunakan volmeter
Menggunakan perata
Vdc = pi
Vp2
= 14,378,4.2
= 3,044 V
Tanpa perata
Vdc = pi
Vp2
= 14,356,9.2
= 6,089 V
Menggunakan osiloskop
12
Menggunakan perata
Vdc = pi
Vp2
= 14,35,6.2
= 4,140 V
Tanpa perata
Vdc = pi
Vp2
= 14,38.2
= 5,095 V
IX. PEMBAHASAN
Percobaan Dioda sebagai penyearah arus ini dilakukan bertujuan untuk
mempelajari sifat dan penggunaan dioda sebagai penyearah arus. Dalam mempelajari
sifat dan penggunaan dioda sebagai penyearah arus, diperlukan rangkaian searah,
osiloskop, dan voltmeter. Rangkaian Penyearah berguna untuk mengubah arus bolak balik
(AC) menjadi arus searah (DC) sehingga dalam rangkaian hanya mengalir satu arus saja.
Dalam rangkaian penyearah terdapat kapasitor, dimana kapasitor dalam penyearah
berfungsi untuk menyimpan tenaga listrik dalam waktu tertentu (sementara) tanpa disertai
reaksi kimia. Percobaan ini dibagi menjadi dua, yaitu penyearah setengah gelombang dan
penyearah satu gelombang.
Percobaan Dioda sebagai penyearah arus ini dimulai dengan mengukur tegangan
rangkaian AC. Tegangan dari rangkaian AC yang diperoleh sebesar 11,8 V. Selanjutnya
mencari tegangan DC. Pada percobaan penyearah setengah gelombang, dibedakan
menjadi dua bagaian yaitu menggunakan voltmeter dan osiloskop. Pada percobaan
penyearah setengah gelombang menggunakan voltmeter, dibagi menjadi dua yaitu
menggunakan perata dan tidak menggunakan perata. Pada percobaan penyearah setengah
gelombang tanpa perata, penyearah setengah gelombang tanpa perata dihubungkan,
kemudian diukur tegangannya dengan menggunakan voltmeter. Tegangan yang diperoleh
pada percobaan penyearah setengah gelombang tanpa perata sebesar 10,4 V. Selanjutnya
menggunakan percobaan penyearah setengah gelomban menggunakan perata, tegangan
yang diperoleh dengan menggunakan voltmeter adalah 5,2 V. Kemudian percobaan
penyearah setengah gelombang dengan menggunakan osiloskop. Pada percobaan ini,
13
rangkaian penyearah setengah gelombang dihubungkan, tegangan diukur menggunakan
osiloskop. Tinggi puncak ( simpangan tertinggi) dan lembah gelombang (simpangan
terendah) dicatat bentuknya. Percobaan dengan menggunakan osiloksop dibagi menjadi
dua yaitu dengan menggunakan perata dan tanpa perata. Tegangan penyearah arus
setengah gelombang tanpa perata dengan menggunakan osiloskop diperoleh sebesar 14 V.
Sedangkan tegangan yang diperoleh dengan menggunakan perata sebesar 7 V.
Percobaan kedua yaitu penyearah arus satu gelombang. Sama seperti percobaan
penyearah setengah gelombang, percobaan penyearah satu gelombang dibedakan menjadi
dua yaitu menggunakan voltmeter dan menggunakan osiloskop. Dengan menggunakan
voltmeter dibagi menjadi dua yaitu menggunakan perata dan tanpa perata. Tegangan
penyearah satu gelombang yang diperoleh tanpa perata dengan menggunakan voltmeter
sebesar 4,78 V, sedangkan menggunakan perata diperoleh 9,56 V. Selanjutnya adalah
mengukur tegangan penyearah satu gelombang menggunakan osiloskop. Tegangan yang
diperoleh dengan tanpa perata sebesar 6,5 V, sedangkan tegangan yang diperoleh
menggunakan perata sebesar 13 V.
Setelah dilakukan percobaan penyearah arus baik setengah gelombang maupun
satu gelombang dengan menggunakan voltmeter ataupun menggunakan osiloskop,
selanjutnya dilakukan perhitungan. Perhitungan untuk menentukan tegangan,
menggunakan rumus Vdc = pi
Vp dimana Vp adalah tegangan rangakaian AC yaitu 11,8 V.
Berdasarkan perhitungan yang ada tegangan penyearah arus setengah gelombang tanpa
perata dengan menggunakan voltmeter diperoleh sebesar 3,312 V, sedangkan
menggunakan perata diperoleh sebesar 1,656 V. Untuk tegangan penyearah arus setengah
gelombang dengan menggunakan osiloskop tanpa perata diperoleh sebesar 3,184 V, dan
tegangan menggunakan perata diperoleh sebesar 2,229 V. Sedangkan tegangan untuk
penyearah satu gelombang menggunakan voltmeter tanpa perata diperoleh sebesar 6,089
V, dan tegangan menggunakan perata diperoleh sebesar 3,044 V. Tegangan penyearah
satu gelombang tanpa perata yang diukur menggunakan osiloskop sebesar 5,095 V,
sedangkan tegangan penyearah satu gelombang menggunakan perata diperoleh sebesar
4,140 V.
Nilai tegangan penyearah satu gelombang maupun setengah gelombang dengan
menggunakan perata dan tanpa perata memiliki perbedaan. Jika penyearah arus
14
menggunakan perata atau kapasitor maka arus yang mengalir ditahan atau disimpan,
karena perata atau kapasitor dalam penyearah berfungsi untuk menyimpan tenaga listrik
dalam waktu tertentu (sementara) tanpa disertai reaksi kimia, sedangkan jika penyearah
arus tanpa perata atau kapasitor arus mengalir langsung. Semakin besar hambatan, arus
yang mengalir semakin kecil, sehingga tegangan juga semakin kecil. Hal ini menunjukkan
tegangan dengan menggunakan perata lebih kecil daripada tidak menggunakan perata.
Berdasarkan literatur yang ada, tegangan yang diukur dengan menggunakan
voltmeter dan osilokop memiliki nilai yang sama besar. Namun dalam pelaksanaannya,
tegangan dengan menggunakan voltmeter berbeda dengan menggunakan osiloskop.
Demikian pula tegangan yang diperoleh berdasarkan praktikum berbeda dengan tegangan
yang diperoleh berdasarkan perhitungan. Hal ini disebabkan kemungkinan terjadinya
kerusakan pada alat yaitu voltmeter atau osiloskop serta kurang telitinya praktikan dalam
melakukan praktikum.
X. KESIMPULAN
Berdasarkan percobaan yang telah dilakukan, maka dapat disimpulkan :
1. Rangkaian Penyearah berguna untuk mengubah arus bolak balik (AC) menjadi
arus searah (DC) sehingga dalam rangkaian hanya mengalir satu arus saja.
2. Dioda adalah jenis VACUUM tube yang memiliki dua buah elektroda.
3. Osiloskop berguna untuk mengukur arus atau tegangan maksimum, arus atau
tegangan efektif, arus atau tegangan rata-rata serta besar frekuensi gelombang
yang dihasilkan oleh sumbernya.
4. Kapasitor dalam penyearah arus berfungsi menyimpan tenaga listrik dalam waktu
tertentu (sementara) tanpa disertai reaksi kimia.
5. Tegangan AC bersifat dinamik atau selalu berubah-ubah nilainya.
6. Tegangan dengan menggunakan perata lebih kecil daripada tidak menggunakan
perata, karena arus yang mengalir ditahan atau disimpan, dimana perata atau
kapasitor dalam penyearah berfungsi untuk menyimpan tenaga listrik dalam waktu
tertentu (sementara) tanpa disertai reaksi kimia, sedangkan jika penyearah arus
tanpa perata atau kapasitor arus mengalir langsung.
15
16