FULL-WAVE RECTIFIER (penyearah gelombang penuh)

1. Oleh : FULL-WAVE RECTIFIER (penyearah gelombang penuh) Kelompok II B1 Suhardiman Syamsul Muh Ilyas Rofika Krisnawati Jum,at 15 Mei 2009

2. Tujuan Percobaan • Memahami prinsip kerja dari suatu rangkaian Full-Wave rectifier • Memahami prinsip kerja dari suatu rangkaian penyearah gelombang dengan filter • Menentukan besar riak tegangan dan tegangan keluaran hasil penyearah dan filter Jum,at 15 Mei 2009

3. Rumusan Masalah • Bagaimanamemahami prinsip kerja dari suatu rangkaian Full-Wave rectifier • Bagaimanamemahami prinsip kerja dari suatu rangkaian penyearah gelombang dengan filter • Bagaimanamenentukan besar riak tegangan dan tegangan keluaran hasil penyearah dan filter Jum,at 15 Mei 2009

4. 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 TEORI SINGKAT

5. 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

6. 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

7. 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.

8. 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 Gambar 1.4: Rangkaian dasar penyearah type jembatan Jum,at 15 Mei 2009

9. a b Gambar 1.5: a. Menunjukkan jalannya aliran arus listrik selama periode positip AC (sine wave). b. Polaritas sinewave berganti

10. 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.

11. 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

12. 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

13. 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

14. Gambar 1.8. Grafik penyearah gelombang penuh dengan jembatan dioda (dioda bridge) Jum,at 15 Mei 2009

15. 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

16. 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

17. 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

18. 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

19. 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

20. Gambar 1.11. Grafik sinyal gelombang penuh yang disearahkan Jum,at 15 Mei 2009

21. 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) . Jum,at 15 Mei 2009 Gambar 1.12. Rangkaian Penyearah gelombang penuh menggunakan jembatan dioda

22. Jum,at 15 Mei 2009 Gambar 1.11. Rangkaian Penyearah gelombang penuh menggunakan certer tap

23. Gambar 1.13. Sinyal masukan dan keluaran dari rangkaian penyearah gelombangpenuh. Jum,at 15 Mei 20090

24. 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.

25. 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.

26. Gambar 1.14: Rangkaian penyearah gelombang penuh dengan filter C Jum,at 15 Mei 2009

27. 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