1

ELEKTRONIKA APLIKASI DIODA

2

Pendahuluan Sebagian besar rangkaian elektronika

membutuhkan teg.dc untuk dapat bekerja dengan baik. Kerena teg. jala-jala (dari PLN) adalah teg.ac, maka yang harus

dilakukan terhadap rangkaian elektronika adalah mengubah teg.ac ke dc. Dalam kuliah

ini akan dibahas rangkaian2 penyearah, tapis kapasitor masuk, pelipat ganda teg, pembatas, penjepit, dan detektor nilai

puncak ke puncak.

3

Pendahuluan A. Gelombang Sinus

V

Vp

-Vp

0 π/2 π 3π/2 2π

900 1800 2700 3600

θ

4

Pendahuluan A.1. Nilai Puncak Dimana : = tegangan sesaat Vp = tegangan puncak θ = sudut dalam derajat atau radian Nilai-nilai gelombang sinus : 00 = 0 V 300 = 0,5Vp 450 = 0,707Vp 600 = 0,866Vp 900 = Vp

sinpV

5

Pendahuluan

A.2. Nilai Puncak ke Puncak

Nilai puncak ke puncak suatu sinyal adalah perbedaan aljabar antara nilai teg. maksimum dan minimumnya.

Untuk gelombang sinus, nilai puncak ke puncaknya :

minmaks VVVpp

ppppp VVVV 2)(

6

Pendahuluan A.3. Nilai Akar Rata-rata Kuadrat (RMS)

Jika suatu teg. Sinusoidal (=gel.sinus) diterapkan

pada sebuah hambatan, akan menghasilkan arus

sinusoidal yang sefasa melalui hambatan.

Nilai rms (Root Mean Squares) suatu gelombang

sinus yang disebut juga nilai efektif/nilai panas,

ditetapkan sebagai teg.dc yang menghasilkan

sejumlah panas yang = yang dihasilkan teg.gelombang

sinus.

prms VV 707,0

7

Pendahuluan

A.4. Tegangan Jala-jala

Teg. Jala-jala di Indonesia pada umumnya

220V/110V pada frekuensi 50Hz. Pada bagan-

bagan skematis 220Vrms biasanya ditulis sebagai

220Vac. Dengan persamaan teg. puncak, maka dapat

dihitung nilai puncaknya :

VV

Vp

VpV

174,311707,0

220

707,0220

8

Pendahuluan A.5. Nilai Rata-rata

Nilai rata-rata sebuah gel. sinus dalam 1 siklus

adalah nol, karena gel. sinus simetris (Vp dan –Vp

nilainya sama).

Cara lain untuk mengungkapkan hal ini adalah

dengan membuktikan Voltmeter dc akan menunjuk

harga nol bila digunakan untuk mengukur gel. sinus,

krn jarum voltmeter dc bergerak ke arah + dan –

dengan usaha yg sama besarnya, tetapi kelembaman

bagian-bagian yg bergerak mencegah gerak tersebut,

shg jarum menunjuk harga nol.

9

Pendahuluan B. Transformator

Alasan mengapa jala-jala daya amat berbahaya adalah karena resistansi

theveninnya mendekati nol. Ini berarti teg. jala-jala dapat menyediakan ratusan

ampere. Bahkan dengan pemutus rangkaianpun, jala-jala masih dapat

menyediakan puluhan ampere, tergantung dari ukuran pemutus rangkaiannya.

10

Pendahuluan B.1. Penurun Tegangan

Transformator berfungsi untuk menaikan atau

menurunkan teg. jala-jala, sesuai dengan

persyaratan pemakaian. Tegangan2 primer dan

sekunder pada transformator ideal memiliki

hubungan sebagai berikut :

1

2

1

2

N

N

V

V

11

Pendahuluan Dengan : V1 = teg. primer (dalam rms atau puncak)

V2 = teg. Sekunder (dalam rms atau puncak)

N1 = banyak lilitan pada belitan primer

N2 = banyak lilitan pada belitan sekunder

Misal : jika perbandingan lilitannya 9 : 1, maka :

rmsVV

V

V

V

4,249

220

9

1

220

2

2

12

Pendahuluan

V1 V2 RL

PENGAMAN N1 : N2

220Vac

50Hz

13

Pendahuluan B.2. Pengaman Di dalam trafo ideal, arus-arusnya diberikan oleh :

Persamaan ini dapat digunakan untuk menghitung ukuran pengaman.

Misal, arus beban 1,5Arms dan perbandingan belitannya 9:1, maka :

1

2

2

1

N

N

I

I

rmsAA

I

A

I

167,09

5,1

9

1

5,1

1

1

14

Pendahuluan Artinya, pengaman yg digunakan harus mempunyai

nilai lebih besar daripada 0,167A, ditambah 10% bila

teg. jala-jala sewaktu-waktu naik, dan 10% lagi yg

disebabkan oleh kebocoran-kebocoran pd trafo (hal

ini menghasilkan arus primer tambahan).

Nilai baku (standar) pengaman yg lebih tinggi,

yaitu 0,25A (jenis yg putus perlahan bila terjadi

sentakan jala-jala), mungkin sudah cukup. Tujuan

penggunaan pengaman adalah untuk mencegah

kerusakan yg berlebihan bila resistansi beban

terhubung singkat dengan tak sengaja.

15

Pendahuluan B.3. Trafo yang Sebenarnya Trafo-trafo yg dibeli di pasaran tidak ideal krn belitan-belitannya mempunyai resistansi yg menimbulkan kehilangan daya. Lagipula inti yg berlapis-lapis mempunyai arus-arus pusar, yg menimbulkan kehilangan daya lebih banyak lagi. Oleh krn itu, secara praktis hanya teg. sekunder yg diberikan. Bila arus primernya perlu diketahui, perbandingan lilitan trafo sebenarnya dapat diperkirakan dengan persamaan perbandingan tegangan dan arus terhadap lilitan.

16

I.5. Beberapa Rangkaian Dioda

A. Penyearah (Rectifier) Setengah Gelombang

RL

220Vac

50Hz 12Vac

0

V

θ

V2(puncak)

16,97V

0,318V2(puncak)

5,4V

1800 3600

17

I.5. Beberapa Rangkaian Dioda

Cara Kerja : Pd ½ siklus teg. sekunder yg +, dioda mengalami prategangan maju utk setiap teg. sesaat yg lebih besar dari teg. offset (0,7V utk dioda Si dan 0,3V utk dioda Ge), shg menghasilkan teg.lintas tahanan beban yg mendekati bentuk ½ gel. sinus. Pd ½ siklus teg. sekunder yg -, dioda mengalami prategangan balik. Dengan mengabaikan arus bocor (=arus balik), arus beban mjd nol. Inilah sebabnya mengapa teg. Beban jatuh mjd nol di antara 1800 dan 3600.

18

I.5. Beberapa Rangkaian Dioda

Teg. rata-rata (Vdc) :

)(2

)(2

)(2

atau

318,0

707,0

puncak

dc

puncakdc

acpuncak

VV

VV

VV

19

I.5. Beberapa Rangkaian Dioda

Batas Kemampuan arus dioda Salah satu hal yg perlu diperhatikan perancang adalah

batas kemampuan IO dioda. Batas kemampuan ini menunjukkan berapa besar arus searah yg dpt dilewatkan melalui dioda. Jika resistansi beban diketahui arus beban rata2 Idc dpt dihitung. Krn penyearah ½ gel. adalah rangkaian 1 simpal, arus dioda dc=arus beban dc. Pd lembar data Idc biasanya dicantumkan sebagai IO.

Misal : dari datasheet IN4001, IO=1A. Jika Vdc=5,4V dan RL=10Ω, maka Idc=0,54A. Dengan demikian pemakaian IN4001 pd rangkaian ini memenuhi syarat, krn batas IO-nya lebih besar daripada Idc beban

(0,54A).

20

I.5. Beberapa Rangkaian Dioda

Puncak Tegangan Balik

Gbr di bawah menunjukkan penyearah ½ gel pd saat teg. sekundernya mencapai maks puncak -. Krn dioda mengalami prategangan balik, maka tak ada teg. beban. Maks teg.balik ini disebut Puncak Teg. Balik (PIV=Peak Inverse Voltage). Agar tdk dadal, puncak teg.balik hrs lebih rendah drpd batas kemampuan PIV dioda.

- +

RL V2(peak)

-

+

21

I.5. Beberapa Rangkaian Dioda

B. Penyearah (Rectifier) Gelombang Penuh

RL

D1

D2

0

Vout

θ

0,636V2(peak)

5,4Vdc

1800(π) 3600(2π)

8,49V2(peak)

22

I.5. Beberapa Rangkaian Dioda

Cara Kerja :

Selama ½ siklus teg sekunder +, D1 mengalami bias maju dan D2 mengalami bias balik, shg arus mengalir melalui D1, RL, dan ½ lilitan atas.

Selama ½ siklus teg sekunder -, D1 mengalami bias balik dan D2 mengalami bias maju, shg arus mengalir melalui D2, RL, dan ½ lilitan bawah.

Hal ini disebabkan krn arus mengalir melalui tahanan beban dari arah yg sama tanpa memperhatikan dioda mana yg menghantar. Jadi teg beban berbentuk sinyal gelombang penuh yg disearahkan.

23

I.5. Beberapa Rangkaian Dioda

RL

D2

D1

+

+ + -

-

-

½ siklus + ½ siklus -

RL

D2

D1

-

- - +

+

+ RL

D2

D1

+

+ + -

-

-

Hubung singkat

Hubung buka

V2(peak)

+

- PIV

- +

Puncak Teg. Balik

24

B. Penyearah (Rectifier) Gelombang Penuh

Rumus-rumus : (pendekatan dioda ideal)

)(2

)(2

)(

)(

)(2)(

00

: KirchhoffTegangan Hukum

2

2atau

636,0

5,0

peak

peak

inout

L

dcdc

peakout

dc

peakoutdc

peakpeakout

VPIV

PIVV

ff

R

VI

VV

VV

VV

25

C. Penyearah Jembatan

RL

D2 D1

D3

D4

V2(peak) RL

D1

D3 D4

RL

D1

D3 D4

+

+

-

-

D2

+

+

-

-

D2

V2(peak)

½ siklus + ½ siklus -

26

Tabel Penyearah Rata-rata Ideal (Perhitungan)

Keterangan ½ Gelombang

Gelombang

Penuh

Jembatan

Banyak Dioda 1 2 4

Vout(peak) thd puncak

V2(peak) 0,5V2(peak) V2(peak)

Iout(dc) Idc 0,5Idc O,5Idc

PIV 2V2(peak) V2(peak) V2(peak)

Frekuensi Riak fin 2fin 2fin

Vout(dc) thd rms 1,414V2(rms) 0,707V2(rms) 1,414V2(rms)

VO(dc) VO(peak) / 2VO(peak)/ 2VO(peak)/

2

p

rms

VV

FILTER MASUKAN KAPASITOR

• Filter masukan menghasilkan tegangan keluaran DC yg sama dengan nilai rata2 tegangan rectifier.

• Kapasitor masukan filter menghasilkan tegangan keluaran DC yg sama dengan nilai puncak teg.rectifier.

• Tipe filter sebagian besar dipakai pada power supply.

27

FILTER MASUKAN KAPASITOR

• Kunci : memahami apa yg dikerjakan oleh kapasitor selama siklus tegangan masukan.

• Ide dasar :

- pada awalnya C tdk bertenaga, selama seperempat putaran pertama siklus teg.masukan, dioda bias maju.

- Selama dioda dibias maju, C mengisi muatan (charges) dan teg. C = teg.sumber. Proses ini berlanjut sampai teg.sumber mencapai nilai maksimum. Pd saat itu Vc = Vp.

- Pd saat teg.sumber mulai menurun, maka Vc > Vp. Pd saat itu C berfungsi sebagai teg.sumber bagi beban.

28

Formula Ripple

29

fC

IVR

VR = tegangan ripple puncak ke puncak I = arus beban DC f = frekuensi ripple C = kapasitansi

Contoh : • Berapa teg.beban DC dan ripple dalam

rangkaian berikut :

30

V1

169.68 V

60 Hz

0Deg

T1

5 D1

1N4001GP C1

100uF-POL

R1

5.1kOhm_5%

Contoh : Solusi :

Teg.sekunder rms :

Teg.sekunder puncak :

Diasumsikan sebuah dioda ideal, V beban dc = teg.sekunder puncak = 34V.

Arus beban dc :

teg.ripple :

31

VV

V 245

1202

VVp 34224

mAk

V

R

VI

L

LL 8,6

5

34

ppR VFHz

mAV 13,1

10060

8,6

32

UNTUK SEMENTARA BREAK DULU YA…..