MODUL 2

CATU DAYA DAN RANGKAIAN PENYEARAH GELOMBANG

Nama : Nurul Atiqah

NIM : 10211032

Email : tiqah_pinang@yahoo.com

Shift/Minggu : IV/1

Asisten : Resti Marlina (10209095)

: Ahmad Sidik (10209059)

: Ulin Nuha (10210095)

Tanggal Praktikum : 10 Oktober 2012

Tanggal Pengumpulan: 16 Oktober 2012

Abstrak

Praktikum ini membahas mengenai prinsip kerja dasar dioda semikonduktor (diode p-n dan diode zener) dan rangkaian penyearah gelombang (setengah penuh, gelombang penuh dan catu daya dengan regulator zener). Pada percobaan karakteristik dioda bertujuan untuk menentukan tegangan dan arus dioda dan pada percobaan rangkaian penyearah bertujuan untuk menentukan tegangan outputnya. Dari hasil percobaan didapatkan arus dan tegangan diode sehingga dapat dibuat kurva karakteristik dioda dan juga dapat dilihat bentuk tegangan output dari rangkaian penyearah.

Kata Kunci : Catu daya, Dioda, Dioda Zener

1. Tujuan Praktikum

a. Mengukur nilai tegangan dan arus diode untuk memahami kurva karakteristik dioda

b. Mengukur tegangan output dari rangkaian penyearah setengah gelombang, gelombang penur dan regulator zener

2. Teori Dasar

Dioda merupakan suatu komponen elektronika berbahan semikonduktor berupa

silicon atau germanium yang dapat melewatkan arus pada satu arah saja.

Gambar 1. Kurva karakteristik dioda

Karakteristik dioda merupakan hubungan dari arus dioda dan beda tegangan antar kedua ujung dioda. Pada gambar 2 terlihat, jika diberi panjar maju, arus ID mula-mula mempunyai nilai yang mendekati nol, tetapi arus akan naik dengan cepat seiring dengan perubahan tegangan VD. Tegangan tersebut dinamai tegangan potong.[1]

Gambar 2. Skema rangkaian untuk menentukan karakteristik diode

Kurva karakteristik dapat diperoleh dengan mengukur tegangan dioda VD dan arus yang melalui dioda ID. Dengan memberikan dan merubah nilai tegangan Vcc, nilai tegangan Vab

dan Vbc dapat diperoleh dengan hubungan sebagai berikut:

Vcc = Vab + Vbc = Vab + (ID x RL)...............(1)

ID = - VabRL

+ VccRL

…………………………(2)

Persamaan di atas menyatakan suatu persamaan garis dengan kemiringan -1/RL.

Perpotongan persamaan garis tersebut dengan kurva karakteristik diode menyatakan arus dan tegangan diode.

Salah satu jenis dioda yaitu dioda zener. Diode zener adalah dioda yang digunakan pada daerah dadal. Dioda zener memiliki tegangan yang telah ditentukan dalam pembuatannya. Diode zener digunakan sebagai pengatur tegangan dengan berperan sebagai beban. Diode zener akan mengalirkan banyak arus listrik jika tegangan terlalu tinggi dan mengurangi arus listrik jika tegangan teralu renda, sehingga menyebabkan tegangan stabil.[3]

Gambar 3. Kurva dioda zener[2]

Rangkaian penyearah akan sering ditemukan pada modul catu daya. Rangakain penyearah ini dibagi 3 yaitu rangkaian oenyearah setengah gelombang, rangakaian penyearah gelombang penug dan catu daya dengan regulator zener.

Gambar 4. Skema penyearah setengah gelombang

Sistem penyearah setengah gelombang menggunakan satu buah dioda untuk menyearahkan sinyal AC. Dalam hal ini dioda hanya melewatkan setengah dari bentuk gelombang sedangkan setengah gelombang lainnya tidak dipakai. Jadi sistem penyearah setengah gelombang ini tidak efisien untuk transfer daya.[4]

Gambar 5. Skema penyearah gelombang penuh 2 dioda

Sistem penyearah gelombang penuh artinya mengambil semua bagian dari sinyal AC untuk disearahkan. Pada penyearah gelombang penuh sistem CT maka dibutuhkan satu buah kumparan kawat lagi yang disusun kebalikan dari kumparan yang pertama.

Pertemuan antara kumparan pertama dan kumparan kedua disebut dengan CT (Center Tap). Titik CT inilah kemudian yang akan menjadi titik referensi tegangan (titik nol).

Gambar 6. Skema penyearah gelombang penuh 4 dioda

Prinsip penyearah gelombang penuh sistem jembatan hampir sama dari sistem CT yaitu bertujuan melewatkan semua bagian sinyal AC. Namun penyearah sistem jembatan hanya memerlukan satu kumparan saja. Untuk mengambil fasa sinyal AC bagian atas dan bawah digunakan empat dioda yang bekerja bergantian saat sinyal AC berayun pada posisi atas dan bawah.

Kualitas rangkaian penyearah dengan tapis dinyatakan oleh nisbah riak puncak ke puncak (peak to peak ripple ratio/PPRR).

pprr = V rpp

V DC rata−rata : VDC rata-rata =

V p

π ............(3)

Untuk setengah gelombang:

Vrpp = 1

f RL CV p …………………..……….(4)

Untuk gelombang penuh:

Vrpp = = 1

2 f RL CV p …………………..…….(5)

Gambar 7. Skema penyearah dengan regulator zener

Rangkaian ini merupakan rangkaian penyearah yang mampu meratakan output DC,

sekaligus sebagai rangkaian stabilisator tegangan (voltage stabilizer).

3. Data

Percobaan 1: karakteristik dioda

Polaritas : Anoda – Katoda (Panjar maju)Rl = 9.84 kΩ

Tabel 1. Karakteristik diode panjar maju

Vcc(V)

Vab (V)

Vbc (V) RL (Ω) ID (A)

Vab + Vbc (V)

0.2 0.191 0.003 9840 3E-07 0.19350.4 0.332 0.06 9840 6.1E-06 0.3920.6 0.386 0.208 9840 2.1E-05 0.59470.8 0.412 0.372 9840 3.8E-05 0.7841 0.429 0.512 9840 5.2E-05 0.941

1.2 0.445 0.758 9840 7.7E-05 1.2031.4 0.455 0.955 9840 9.7E-05 1.411.6 0.462 1.12 9840 0.00011 1.5821.8 0.471 1.341 9840 0.00014 1.8122 0.476 1.477 9840 0.00015 1.953

2.2 0.484 1.708 9840 0.00017 2.1922.4 0.488 1.895 9840 0.00019 2.3832.6 0.491 2.11 9840 0.00021 2.6012.8 0.498 2.295 9840 0.00023 2.7933 0.504 2.545 9840 0.00026 3.049

3.2 0.507 2.701 9840 0.00027 3.2083.4 0.51 2.877 9840 0.00029 3.3873.6 0.512 3.008 9840 0.00031 3.523.8 0.517 3.269 9840 0.00033 3.7864 0.518 3.408 9840 0.00035 3.926

4.2 0.523 3.755 9840 0.00038 4.2784.4 0.525 3.87 9840 0.00039 4.3954.6 0.517 4.05 9840 0.00041 4.5674.8 0.529 4.25 9840 0.00043 4.7795 0.531 4.41 9840 0.00045 4.941

Polaritas : Katoda-Anoda (Panjar Mundur)RL = 9.84 kΩ

Tabel 2. Karakteristik diode panjar mundur

Vcc (V)

Vab (V)

Vbc (V)

RL (Ω)ID (A)

Vab + Vbc (V)

-0.2 -0.2 0 9840 0 -0.199-0.4 -0.4 0 9840 0 -0.396-0.6 -0.59 0 9840 0 -0.594-0.8 -0.8 0 9840 0 -0.797-1 -1 0 9840 0 -1

-1.2 -1.2 0 9840 0 -1.198-1.4 -1.4 0 9840 0 -1.399-1.6 -1.96 0 9840 0 -1.96-1.8 -1.83 0 9840 0 -1.832-2 -2.94 0 9840 0 -2.94

-2.2 -2.2 0 9840 0 -2.195-2.4 -2.39 0 9840 0 -2.391-2.6 -2.6 0 9840 0 -2.596-2.8 -2.8 0 9840 0 -2.8-3 -3 0 9840 0 -3

-3.2 -3.2 0 9840 0 -3.201-3.4 -3.49 0 9840 0 -3.488-3.6 -3.6 0 9840 0 -3.596-3.8 -3.79 0 9840 0 -3.79-4 -3.99 0 9840 0 -3.99

-4.2 -4.19 0 9840 0 -4.19-4.4 -4.39 0 9840 0 -4.39-4.6 -4.59 0 9840 0 -4.59-4.8 -4.77 0 9840 0 -4.77-5 -4.99 0 9840 0 -4.99

Percobaan 2 : Penyearah setengah gelombang

Tabel 3. Penyearah setengah gelombang

Input (AC

Volt)

Vbc

Multimeter (AC Volt)

Osiloskop (AC Volt)

10 1.727 520 3.8 10

30 5.77 15

Percobaan 3: Pembebanan pada catu daya penyearah gelombang penuh

Tanpa kapasitor

Tabel 4. Pembebanan penyearah gelombang penuh tanpa kapasitor

No

R (kΩ)

Va (V)

Vb (V)

Vc (V)

1 9.84 5.39 5.39 4.362 0.99 5.38 5.38 4.25

30.21

7 5.38 5.37 4.154 4.68 5.4 5.4 4.34

Dengan kapasitor

Tabel 5. Pembebanan penyearah gelombang penuh dengan kapasitor

No R (kΩ)

C (µF

)Va (V)

Vb (V)

Vc (V)

Vrpp (V)

1 4.68 100 5.42 5.42 6.95 0.22 0.99 100 5.42 5.42 6.71 0.6

30.21

8 100 5.42 5.42 6.1 1.6

Percobaan 4: Catu daya dengan regulator zener

Tabel 6. Catu daya dengan regulator zener

No

R (kΩ)

Va (V)

Vb (V)

Vc (V)

1 9.84 5.42 5.42 4.29

2 0.99 5.42 5.421.06

3

3 4.68 5.42 5.423.21

1

4. Pengolahan Data

Pada percobaan 1, baik itu panjar maju maupun panjar mundur dapat diperoleh Vcc = Vab + Vbc secara teori dengan menggunakan rumus 1 (dapat dilihat di tabel 1).

ID secara teori dapat diperoleh dengan menggunakan rumus 2. Secagai contoh diambil sampel pada data ke

Berdasarkan tabel 1 dapat diperoleh kurva karakteristik panjar maju seperti di bawah ini.

0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.60

0.0001

0.0002

0.0003

0.0004

0.0005

Vab (V)

I (A)

Gambar 8. Kurva karakteristik panjar maju

Gambar 9. Vin panjar maju

Gambar 10. Vout panjar maju

Berdasarkan tabel 2 dapat diperoleh kurva karakteristik seperti di bawa ini.

-6 -5 -4 -3 -2 -1 00

0.10.20.30.40.50.60.70.80.9

1

Vab (V)

I (A)

Gambar 11. Kurva karakteristik panjar mundur

0 10 20 30 40 50 600

0.0001

0.0002

0.0003

0.0004

0.0005

Vab (V)

I (A)

Gambar 12. Kurva karakteristik diode

Gambar 13. Pembebanan pada catu daya tanpa kapasitor

Gambar 14. Pembebanan pada catu daya dengan kapasitor

Berdasakan data yang diperoleh, dapat dicari Vrpp nya dengan menggunakna rumus ke 4.

Vrpp1 = 0.913 Volt.

Vrpp2 = 9.12 Volt

Vrpp3 = 4.14 Volt

Karena Vrpp telah didapat, maka dapat dicari rrpp nya dengan menggunakan rumus 3.

pprr1 = 6.4

pprr2 = 3.02.8

pprr3 = 137.5

5. Analisis

Dari gambar 8 panjar maju dapat dilihat bahwa mula-mula arus bernilai nol, namun arus akan naik dengan cepat terhadap perubahan VD.

tegangan pada saat arus mulai melonjak terjadi ketika V = 0.4. Hal ini sesuai dengan referensi dimana seharusnya tegangan potongnya berada di sekitar 0.7 V.

Dari gambar 9 panjar mundur arus yang mengalir sangat kecil mendekati nol dimana rus ini sudah mengalami perubahan dan tidak bergantung pada tegangan dioda sehingga arus tersebut mengalami penjenuhan.

Pengukuran dengan osiloskop mengalami perbedaan nilai dengan pengukuran multimeter. Pengukuran dengan multimeter tegangan yang terukur yaitu tegnagn rms –nya sedangkan pada osiloskop yaitu tegnagan puncaknya. Factor koreksi untuk tegangan rms dan tegnagan puncak yaitu Vp = √2 rms.

Hasil keluaran pembebanan pada catu daya penyearah gelombang penuh dengan kapasitor dan tanpa kapasitor mengalami perbedaan. Tegangan keluaran dengan kapasitor lebih besar bila dibandingkan dengan yang tanpa menggunakan kapasitor, hal ini dikarenakan pada saat tegangan masukan sudah turun, catu daya yang menggunakan kapasitor akan menurunkan tegangan keluaran secara perlahan sehingga tegangan keluaran tidak akan segera turun seperti yang terjadi pada catu daya gelombang penuh tanpa kapasitor.

Pada penyearah gelombang penuh 4 dioda, seluruh tegangan dapat terpakai pada rangkaian. Sedangkan pada gelombang penuh 2 dioda terdapat tegnagan yang tidak lolos di dioda.

Dari tabel 6 dapat dilihat bahwa tegnagan keluar mengalami penurunan tegnagan jika kita tambah pembebana kepaanya. Zener berguna karena di sini zener berfungsi sebagai penstabil tegangan sehingga apabila dikenakan pembebanan dalam batas tertentu maka tegangan keluaran akan konstan.

6. Kesimpulan Arus akan naik dengan cepat

(monoton naik) pada saat panjar maju

Arus mengalir sangat kecil mendekati nol pada saat panjar mundur

Rangkaian penyearah setengah gelombang tegangan keluarnya berupa gelombang setengah siklus tegangan AC yang searah

Rangkaian penyearah gelombang penuh tegangan keluarnya berupa gelombang satu siklus penuh

Prinsip kerja regulator zener yaitu zener bekerja pada daerah breakdown, sehingga menghasilkan tegangan output yang sama dengan tegangan zener asalkan pembebanan yang dikenakan tidak melebihi batas tertentu

7. Referensi

[1]Modul Praktikum Elektronika Semester 1 2012/2013

[2]http://www.electronics-tutorials.ws/diode/diode_7.html (diakses Selasa, 16 Oktober 2012 pukul 20.03)

[3]Sutrisno, Elektronika: teori dan penerapannya. Bandung Penerbit 1986

[4]http://abisabrina.wordpress.com/2010/08/19/sistem-power-supply/ (diakses Selasa, 16 Oktober 2012 pukul 19.37)