Download - Bab IV Penyearah Setengah Gelombang
BAB IV
PENYEARAH ½ GELOMBANG
A.Kompetensi Pembelajaran
1. Mahasiswa dapat menggambar rangkaian penyearah ½ gelombang
2. Mahasiswa dapat menganalisis rangkaian penyearah ½ gelombang,
meliputi :
a. Tegangan dc (direct current) keluaran
b. Arus dc dalam rangkaian
c. Faktor riak
d. Regulasi tegangan
e. Nisbah penyearahan
f. Faktor gunaan transformator
B. Materi Kuliah
1. Rangkaian penyearah ½ gelombang
Gambar 4.1. menunjukkan rangkaian penyearah ½ gelombang,
terdiri dari sebuah dioda dan hambatan beban RL dan sumber
tegangan ac (alternating current).
Gb. 4.1 Rangkaian penyearah ½ gelombang
21
Vdc
Sumber tegangan ac dapat berasal dari transformator penaik
(step-up) maupun penurun tegangan (step-down) yang pada
bagian sekundernya memiliki minimal dua terminal keluaran.
Secara umum dikatakan tranformator yang demikian itu disebut
transformator biasa atau non CT (center tap). Gambar 4.2
menunjukkan Transformator non CT (biasa)
Gb.4.2 Transformator non CT (biasa)
Perlu disadari bahwa masukan tegangan ac dari rangkaian
penyearah ½ gelombang umumnya berasal dari keluaran
transformator. Transformator disini diperlukan sebagai pembatas
daya yang dapat diserap oleh sistem penyearah tersebut. Hal ini
apabila rangkaian tersebut dihubungkan dengan PLN maka seolah-
olah arus yang dapat dilewatkan pada dioda menjadi tidak terbatas.
Gb. 4.3 Rangkaian penyearah ½ gelombang dengan sumber ac
transformator
Dioda selain berfungsi sebagai penyearah juga berfungsi sebagai
pembatas arus, oleh karena itu transformator sangat diperlukan
dalam sistem rangkaian ini. Namun demikian, dalam keperluan
22
tertentu tranformator dapat ditiadakan, tetapi perlu diingat bahwa
kapasitas arus dan tegangan yang dapat dilewatkan harus
diperhitungkan secara lebih seksama. Contohnya pada rangkaian
alternator mobil diperlukan dioda yang mampu melewatkan arus
sampai dengan 100 A.
Bentuk gelombang listrik keluaran baik arus maupun tegangan
setelah keluar dari dioda dapat digambarkan sebagai Gambar 4.4.
V(I)
0.5 T T 1.5 TGb. 4.4 Bentuk keluaran penyearah ½ gelombang
2. Analisis rangkaian penyearah ½ gelombang
a. Tegangan dc keluaran
Tegangan masukan ac sebelum penyarahan dapat dinyatakan
sebagai
, dimana v = tegangan sesaat, Vm = tegangan maksimum
dan = frekuensi sudut tegangan ac, dan t = waktu.
Jika resistansi dioda RD, resistansi sumber ac RS dan resistansi
beban adalah RL, maka arus Im yang mengalir dalam rangkaian
sekunder transformator dapat dinyatakan sebagai persamaan (1).
(1)
Dengan perhitungan matematis arus keluaran sesaat dapat dicari
bahwa bentuk keluaran penyearah ½ gelombang seperti tergambar
pada Gb.4.4 dapat dinyatakan sebagai persamaan (2).
23
O T = 1/f
(2)
Persamaan (2) menyatakan bahwa arus keluaran sesaat i terdiri
dari komponen dc yang dinyatakan sebagai dan komponen
ac atau komponen riak sebagai persamaan (3).
Iac = (3)
Dengan demikian jika diambil komponen dc-nya yaitu dan
tegangan dc pada beban dinyatakan sebagai , maka dapat
dibuktikan bahwa tegangan dc pada beban dapat dinyatakan
dengan persamaan (4).
(4)
dengan RS menyatakan resistansi ohm pada kumparan sekunder
dan RD resistansi dinamik dioda.
Apabila Idc = 0 atau pada beban terjadi rangkaian terbuka, maka
besarnya tegangan terbuka pada rangkaian setelah diode, dapat
dinyatakan sebagai persamaan (5).
(5)
3. Arus dc dalam rangkaian
Arus pada beban RL adalah , arus ini sesungguhnya bukan
satu-satunya arus yang lewat pada beban. Namun demikian untuk
pendekatan sebagai hasil penyearahan atau nilai dc dari sistem
dapat digunakan. Tetapi untuk keperluan yang lain seperti daya
total mungkin bukan arus ini saja yang diperhitungkan.
4. Faktor riak
24
Selain tegangan dan arus yang dihasilkan oleh suatu
penyearahan, ada besaran lain yang harus dilihat kualitasnya dari
hasil penyearahan, yaitu masalah faktor riak. Faktor riak merupakan
perbandingan komponen ac yang masih terdapat pada keluaran
hasil penyearahan dengan komponen dc-nya sendiri. Seperti
dijelaskan di atas walaupun terjadi penyearahan namun komponen
ac masih ada pada keluaran.
Faktor riak didefinisikan sebagai
atau persamaan (6).
(6)
Untuk itu perlu dicari terlebih dahulu nilai-nilai rms dari komponen
ac yang menyertai dalam dc tadi. Dari persamaan arus keluaran
yang dinyatakan sebagai persamaan (2), maka secara singkat
bentuk tersebut terdiri dari , di mana Ir adalah komponen
arus riak. Nilai rms (root mean square) dari seluruh komponen arus
ini dapat ditulis sebagai atau
sehingga diperoleh persamaan (7).
(7)
dan dan (untuk ½ gelombang),
maka
atau = 1,21
(8)
25
Jadi faktor riak untuk penyearah ½ gelombang besarnya 1,21 atau
121 %. Melihat ini maka dapat dikatakan bahwa penyearahan ini
untuk keperluan tertentu seperti penyedia daya penguat suara
kurang baik. Namun masih dapat digunakan untuk pengisian aki.
5. Regulasi tegangan
Regulasi tegangan merupakan perbandingan antara penurunan
tegangan karena suatu catu daya diberi beban dibandingkan
dengan tegangan saat pembebanan tersebut. Didefinisikan bahwa
regulasi tegangan dalam (%) adalah persamaan (9).
(9)
dengan Vtb : tegangan tanpa beban, dan Vbp :tegangan beban
penuh.
Gambar 4.5. Catudaya ideal tanpa beban dan tegangan beban
penuh
6. Nisbah penyearahan
Nisbah penyearahan merupakan perbandingan daya dc pada
beban dibandingkan daya ac yang lewat pada beban-beban yang
dialami oleh transformator sekunder.
26
V
Catu daya ideal
Penurunan tegangan resistansi internal
Vtb
Vbp
ILIdc
Nisbah penyearahan = NP, didefinisikan sebagai persamaan (10).
(10)
Daya masukan ac dari sekunder transformator artinya adalah
daya dari beban transformator. Dapat pula dikatakan daya yang
diserap oleh beban dari transfomator, atau daya yang diserap
sebagai energi lain. Dalam hal ini yang dianggap sebagai beban
adalah semua rangkaian di luar Vac pada Gambar 4.3. Dengan
demikian beban itu di antaranya dioda dan beban RL. Maka
besarnya daya pada beban transformator adalah I2rms.(RD+RL) dan
besarnya daya dc pada beban adalah I2dc.RL, sehingga besarnya
nisbah penyearahan dinyatakan oleh persamaan (11).
(11)
jika diabaikan, karena RL>>RD
7. Faktor gunaan transformator (Transformer Utilization Factor
= TUF)
Faktor gunaan transformator didefinisikan oleh persamaan (12).
(12)
Daya ac terjangkau (rating) dari sekunder transformator artinya
adalah daya dari seluruh beban transformator yang dinyatakan
dalam volt-ampere. Dalam hal ini yang dianggap sebagai beban
adalah semua rangkaian di luar Vac pada Gambar 4.3. Dengan
demikian beban itu di antaranya dioda dan beban RL. Maka
besarnya daya pada beban transformator adalah Vrms.Irms dan
27
besarnya daya dc pada beban adalah I2dc.RL. Nilai Vrms = ,
sedangkan nilai Irms = sehingga besarnya faktor gunaan
transformator terhitung, diberikan oleh persamaan (13).
(13)
jika diabaikan, karena RL>>RD
Pada prakteknya, TUF ini sangat penting untuk diperhitungkan,
karena informasi dari daya maksimal dari suatu transformator itu
tertulis sebagai arus maksimum yang dapat dihasilkan oleh suatu
transformator dengan nilai tegangan out-put sekunder
transformator yang terendah. Untuk penggunaan sebagai tegangan
ac, nilai daya tersebut merupakan daya yang tersedia oleh
transformator. Namun apabila transformator tersebut digunakan
sebagai penyearah, maka selanjutnya daya maksimal tersebut
masih harus dikalikan dengan nilai TUF. Sehingga dengan demikian
dapat dihitung berapa daya yang dapat dikeluarkan oleh penyearah
tersebut pada beban riil.
C. Soal-soal
1. Pada Gambar 4.3, tegangan keluaran suatu penyearah ½
gelombang 12 volt. Jika resistansi kumparan sekunder 5 ohm,
resistansi dioda 20 ohm dan resistansi beban 100 ohm,
hitunglah:
28
a. Tegangan keluaran sekunder transformator
b. Arus pada beban
c. % regulasi tegangan
d. Penurunan tegangan karena transformator dan dioda.
e. Daya minimal yang disediakan oleh sekunder transformator.
2. Pada Gambar 4.3, tegangan keluaran suatu sekunder
transformator adalah 12 volt ac dibuat penyearah ½ gelombang.
Jika resistansi kumparan sekunder 2 ohm dan resistansi dioda 10
ohm, hitunglah:
a. Tegangan dc pada beban 200 ohm?
b. Arus pada beban?
c. Daya transformator sekunder yang seharusnya tersedia.
29