penyearah setengah gelombang kelar coy
TRANSCRIPT
5/8/2018 Penyearah Setengah Gelombang Kelar Coy - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/penyearah-setengah-gelombang-kelar-coy 1/15
Penyearah setengah-gelombang
Rangkaian penyearah yang paling sederhana adalah penyearah setengah-gelombang, terdiri dari
sebuah diode yang dipasang pada sisi sekunder sebuah trafo dan diserikan dengan sebuah beban R,
seperti pada gambar penyearah setengah gelombang. Tegangan searahyang dibutuhkan oleh beban,
seperti lampu, relay, bateray, dll. Transformator mengubah tegangan bolak balik tertentu menjadi
tegangan sesuai untuk disearahkan.
Rangkaian Penyearah setengah gelombang
Tegangan sisi sekunder trafo, yaitu Vi, merupakan tegangan masukan untuk rangkaian penyearah
setengah-gelombang. Tegangan masukan (Vi) ini adalah tegangan bolak balikyang berbentuk
sinusoida, seperti pada gambar a (atas). Dalam satu periode, polaritas tegangan positif dan negatif
berubah secara bergantian. Kita hanya meninjau satu periode gelombang saja, yaitu setengah
periode positif Oab dan setengah periode negatif bcd.
Dalam setengah periode positif Oab, diode diberi panjar maju (anode A berhubungan dengan
polaritas + dan katode K berhubungan dengan polaritas -), sehingga diode akan mengalirkan arus
melalui beban R. Untuk beban yang dianggap resistif murni R, tegangan keluaran (Vo) atau ujung-
ujung beban sama dengan tegangan masukan (Vi). Karena itu, bentuk teganga keluaran (Vo) sama
dengan setengah gelombang tegangan Oab.
Dalam setengah periode negatif berikutnya, yaitu bcd, dioda diberi panjar mundur (anode A
berhubungan dengan polaritas K berhubungan dengan +), sehingga dioda tidak akan mengalirkan
arus melalui beban R. Ini mengakibatkan tegangan keluaran (Vo) antara ujung-ujung beban sama
dengan nol, dan digambarkan dengan garis lurus mendatar bd seperti pada gambar a (bawah).
Bentuk gelombang tegangan keluaran pada rangkaian penyearah setengah gelombang, ditunjukkan
pada gambar a bawah dengan garis putus-putus tidak disertakan. Karena menghasilkan tegangan
keluaran searah hanya dalam setengah periodepositif dari gelombang tegangan masukan, maka
penyearah ini disebut penyearah setengah-gelombang.
Rangkaian penyearah yang paling sederhana adalah rangkaian penyearah setengah gelombang .
Cara kerjanya adalah sebagai berikut; masukan ac menghasilkan ggl bolak-balik di bagian sekunder
transformator, yang berusaha mendorong arus melalui rangkaian sekunder, saat pertama ke salah
satu arah dan kemudian kea rah yang berlawanan secara bergantian. Tanpa penyearah, ac akan
mengalir melalui resistor beban. Dengan penyearah, arus dapat mengalir pada satu arah saja.
Meskipun tegangan sekunder-transformator dapat bolak-balik, arus yang mengalir melaluinya
hanya berlangsung selama setengah siklus saja. Hal ini akan menghasilkan pulsa dc atau ac yang
berpulsa di dalam rangkaian sepertiyang diperlihatkan pada gambar. Jatuh-tegangan pada titik A dan
B berupa pulsa dan besarnya tegangan sama seperti setengah siklus ac yang berasal dari sekunder-
5/8/2018 Penyearah Setengah Gelombang Kelar Coy - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/penyearah-setengah-gelombang-kelar-coy 2/15
transformator.
Rangkaian penyearah setengah gelombang mempunyai beberapa kerugian. Yang digunakan hanya
setiap setengah siklus, sehingga arus rata-rata hanya sama dengan 0,318 ( setengah dari 0,636, Pasal
4-5) dari arus puncak. Dibandingkan dengan rangkaian penyearah gelombang penuh, maka
rangkaian ini lebih sulit melakukan penyaringan agar rata.
Penyearah setengah gelombang (halfwave rectifier)
Hampir sebagian besar peralatan elektronik menggunakan sumber daya listrik 220 volt/ 50 Hz dari
PLN. Bentuk gelombang arus listrik AC dari PLN berbentuk gelombang sinus. Nilai rata-rata
(average value) dari gelombang sinus adalah nol karena nilai positif dan negatipnya sama dan
bergantian. Untuk memperoleh nilai positip atau negatip yang rata maka salah satu gelombang sinus
itu, positip atau negatip harus di cancel.
Bentuk dasar rangkaian penyearah setengah gelombang seperti terlihat pada gambar A. Beban yang
membutuhkan sumber tenaga listrik searah diwakili oleh resistor. Sebuah dioda diletakkan seri atau
berderet dengan beban sehingga arus listrik hanya mengalir ke satu arah saja.
A
Gambar B menunjukkan apa yang terjadi dalam circuit selama periode setengah gelombang positip
dari arus listrik bolak-balik. Anoda dari Katoda memperoleh gelombang positip, akibatnya dioda
konduksi, arus listrik mengalir melalui beban. Pada beban timbul tegangan positip setengah
gelombang.
Jalannya arus listrik dari negatip AC menuju beban, dari beban menuju ke katoda dioda dan kembali
ke terminal positip AC.
5/8/2018 Penyearah Setengah Gelombang Kelar Coy - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/penyearah-setengah-gelombang-kelar-coy 3/15
B
C
Gambar C menunjukkan setengah gelombang sinus berikutnya dari AC. Di sini anoda D1 menerima
tegangan negatip akibatnya dioda menyumbat sehingga arus listrik tidak dapat mengalir dan pada beban tidak timbul tegangan.
Dari gambar A,B,C jelas bahwa pada rangkaian penyearah setengah gelombang arus listrik AC
diubah menjadi arus pulsa DC. Sudah barang tentu arus listrik pulsa DC tidak sesuai sebagai
sumber energi bagi kebanyakan alat elektronik. Yang dibutuhkan adalah arus listrik DC yang rata
dan stabil.
Rangkaian penyearah setengah gelombang hanyalah merupakan prinsip dasar catudaya. Pada
paragraf berikutnya akan diketahui pengembangan prinsip dasar catudaya diantaranya penyearahgelombang penuh (fullwave), penyearah jembatan (ridge), penghalusan (filtering).
Penyearah Gelombang Penuh
Agar dapat mengalirkan arus dalam satu gelombang penuh sehingga tegangan keluaran lebih mudah
5/8/2018 Penyearah Setengah Gelombang Kelar Coy - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/penyearah-setengah-gelombang-kelar-coy 4/15
diratakan dan dapat menghasilkan nilai konstan, kita gunakan penyearah gelombang penuh.
Penyearah gelombang-penuh dapat menggunakan empat diodayang dihubungkan seperti jembatan
wheatstone, disebut juga penyearah jembatan, seperti pada gambar rangkaian di bawah ini.
Rangkaian Penyearah Gelombang Penuh
Tegangan masukan dipasang antara terminal A dan B, sedang beban R dipasang antara terminal P
dan Q. Untuk penyearah jembatan selalu hanya sepasang diodayang mengalirkan arus melalui
beban R, sedang sepasang dioda lainnya tidak. Dalam rangkaian ini, pasangan dioda adalah D1
dengan D4, dan D2 dengan D3. (secara sederhana pasangan dioda ditunjukkan oleh dioda-
diodayang arah panahnya sejajar).
Dalam setengah periode positif, (Vi positif), pasangan dioda D2 dan D3 dipanjar maju, sedangkan
pasangan dioda D1 dan D4 dipanjar mundur. Arus listrik akan mengalir dari tegangan masukan
melalui pasangan dioda D2 dan D3 dan beban R dengan arah dari Q ke P. Jadi, dalam periode ini,
tegangan keluaran (Vo) sama dengan tegangan masukan (Vi).
Dalam setengah periode negatif (Vi negatif), pasangan dioda D4 dan D1 dipanjar maju sedang
pasangan dioda D2 dan D3 dipanjar mundur. Arus listrik akan mengalir dari tegangan masukan
melalui pasangan dioda D1 dan D4 dan beban R, dengan arah yang sama dari Q ke P, seperti pada
gambar. Dapat kita katakan bahwa tegangan masukan (Vi) yang bernilai negatif dijadikan positif
pada keluaran. Selanjutnya, bentuk gelombang tegangan masukan (Vi) pada terminal A dan
tegangan keluaran (Vo) pada terminal PQ ditunjukkan pada (gambar b), tidak termasuk garis titik-
titik.
Gambar b. Bentuk gelombang masukan dan keluaran Oleh karena itu penyearah jembatan
menghasilkan tegangan keluaran searah untuk satu periode gelombang tegangan masukan yang
diberikan padanya, maka penyearah jembatan disebut juga penyearah gelombang penuh.
Prinsip Perataan
Tegangan searah yang dihasilkan oleh penyearah setengah gelombang maupun penyearah jembatan
(gelombang penuh) memiliki riak yang cukup besar (gelombang tegangan tidak rata). Tegangan
searah seperti ini tidak memenuhi syarat untuk diberikan kepada komponen-komponen elektronika
yang terdapat dalam radio, televisi dan komputer, yang membutuhkan tegangan searah yang lebih
rata.
Secara sederhana tegangan searah dapat diratakan dengan memasang sebuah kapasitor elektrolit
kapasitas besar, paralel dengan beban R, seperti pada gambar rangkaian system perataan di bawah
ini.
Rangkaian system perataan
5/8/2018 Penyearah Setengah Gelombang Kelar Coy - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/penyearah-setengah-gelombang-kelar-coy 5/15
Kapasitor ini disebut kapasitor perata atau kapasitor penyimpan (reservoir circuit). Sewaktu
tegangan pada ujung-ujung beban naik terhadap waktu antara A dan B, kapasitor C dimuati
sedemikian rupa sehingga polaritas pelat atasnya positif. Sesaat setelah tegangan keluaran
penyearah anatara B dan C berkurang, kapasitas C membuang muatan listriknya melalui beban R.
sebagai hasilnya, tegangan pada ujung-ujung beban tidak pernah mencapai nol, tetapi mengikuti
lintasan garis tebal BD. Tampak bahwa riak gelombang tegangan menjadi lebih kecil dan tegangan
searah yang dihasilkan pada ujung-ujung beban adalah lebih rata.
penyearah gelombang penuh
Untuk memanfaatkan kedua setengah-siklus dari gelombang AC frekuensi daya, maka sebagian
besar catu daya menggunakan sistem penyearah gelombang penuh. Ada dua macam rangkaian :
yang satu adalah penyearah jembatan, dan yang lainnya, yang digunakan pada masa lalu,
menggunakan dioda hampa atau dioda air raksa, yang disebut rangkaian penyearah tap tengah
gelombang penuh.
Terdapat cara yang sangat sederhana untuk meningkatkan kuantitas keluaran positip menjadi sama
dengan masukan (100%). Ini dapat dilakukan dengan menambah satu diode pada rangkaian seperti
terlihat pada gambar 8.2. Pada saat masukan berharga negatif maka salah satu dari diode akan
dalam keadaan panjar maju sehingga memberikan keluaran positif. Karena keluaran berharga positif
pada satu periode penuh, maka rangkaian ini disebut penyearah gelombang penuh. Pada gambar 8.2
terlihat bahwa anode pada masing-masing diode dihubungkan dengan ujung-ujung rangkaian
sekunder dari transformer. Sedangkan katode masingmasing diode dihubungkan pada titik positif
5/8/2018 Penyearah Setengah Gelombang Kelar Coy - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/penyearah-setengah-gelombang-kelar-coy 6/15
keluaran. Beban dari penyearah dihubungkan antara titik katode dan titik center-tap (CT) yang
dalam hal ini digunakan sebaga referensi atau “tanah”.
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.
Rangkaian dasar penyearah gelombang penuh seperti terlihat pada gambar. 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.
A
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.
5/8/2018 Penyearah Setengah Gelombang Kelar Coy - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/penyearah-setengah-gelombang-kelar-coy 7/15
Gambar B menunjukkan apa yang terjadi selama setengah periode berikutnya ketika polaritas
berganti.
B
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).
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 DCyang dibutuhkan relatif sama dengan tegangan jaringan PLN, misalnya. Artinya titik A dan B dapat
dihubungkan langsung dengan jaringan yang tersedia di rumah.
5/8/2018 Penyearah Setengah Gelombang Kelar Coy - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/penyearah-setengah-gelombang-kelar-coy 8/15
Transformator digunakan bila tegangan DC yang dibutuhkan lebih kecil atau lebih besar dari
tegangan jaringan. Selain itu adakalanya transformator digunakan sebagai isolatopr 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.
A
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.
5/8/2018 Penyearah Setengah Gelombang Kelar Coy - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/penyearah-setengah-gelombang-kelar-coy 9/15
B
Filtering (penghalusan).
Sebagaimana telah kita lihat pada bab sebelumnya bahwa arus listrik DC yang keluar dari dioda
masih berupa deretan pulsa-pulsa. Tentu saja arus listrik DC semacam ini tidak cocok atau tidak
dapat digunakan oleh perangkat elektronik apapun.
Untuk itu perlu dilakukan suatu cara filtering agar arus listrik Dc yang masih berupa deretan pulsa
itu menjadi arus listrik DC yang halus/ rata. Ada beberapa cara yang dapat dilakukan diantaranya
dengan C filter, RC filter dan LC filter.
Pada bab berikut hanya akan dibahas C filter (basic). Sedangkan RC maupun LC filter merupakan
pengembangan C filter yang fungsinya lebih menghaluskan tegangan output dioda.
Penyearah Dioda
1. Prinsip Kerja Catu Daya Linear
Perangkat elektronika mestinya dicatu oleh suplai arus searah DC (direct current ) yang
stabil agar dapat bekerja dengan baik. Baterai atau accu adalah sumber catu daya DC yang
paling baik. Namun untuk aplikasi yang membutuhkan catu daya lebih besar, sumber dari
baterai tidak cukup. Sumber catu daya yang besar adalah sumber bolak-balik AC (alternating
current ) dari pembangkit tenaga listrik. Untuk itu diperlukan suatu perangkat catu daya yang
dapat mengubah arus AC menjadi DC. Pada tulisan kali ini disajikan prinsip rangkaian catu
daya ( power supply) linier mulai dari rangkaian penyearah yang paling sederhana sampai pada
catu daya yang ter-regulasi.
5/8/2018 Penyearah Setengah Gelombang Kelar Coy - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/penyearah-setengah-gelombang-kelar-coy 10/15
2. PENYEARAH (RECTIFIER)
Prinsip penyearah (rectifier ) yang paling sederhana ditunjukkan pada gambar-1 berikut
ini. Transformator (T1) diperlukan untuk menurunkan tegangan AC dari jala-jala listrik pada
kumparan primernya menjadi tegangan AC yang lebih kecil pada kumparan sekundernya.
Pada rangkaian ini, dioda (D1) berperan hanya untuk merubah dari arus AC menjadi DC
dan meneruskan tegangan positif ke beban R1. Ini yang disebut dengan penyearah setengah
gelombang (half wave). Untuk mendapatkan penyearah gelombang penuh ( full wave)
diperlukan transformator dengan center tap (CT) seperti pada gambar-2.
Tegangan positif phasa yang pertama diteruskan oleh D1 sedangkan phasa yang
berikutnya dilewatkan melalui D2 ke beban R1 dengan CT transformator sebagai common
ground .. Dengan demikian beban R1 mendapat suplai tegangan gelombang penuh seperti
gambar di atas. Untuk beberapa aplikasi seperti misalnya untuk men-catu motor dc yang kecil
atau lampu pijar dc, bentuk tegangan seperti ini sudah cukup memadai. Walaupun terlihat di sini
tegangan ripple dari kedua rangkaian di atas masih sangat besar.
Gambar 3 adalah rangkaian penyearah setengah gelombang dengan filter kapasitor C
yang paralel terhadap beban R. Ternyata dengan filter ini bentuk gelombang tegangan keluarnya
bisa menjadi rata. Gambar-4 menunjukkan bentuk keluaran tegangan DC dari rangkaian
penyearah setengah gelombang dengan filter kapasitor. Garis b-c kira-kira adalah garis lurus
dengan kemiringan tertentu, dimana pada keadaan ini arus untuk beban R1 dicatu oleh tegangan
kapasitor. Sebenarnya garis b-c bukanlah garis lurus tetapi eksponensial sesuai dengan sifat
pengosongan kapasitor.
5/8/2018 Penyearah Setengah Gelombang Kelar Coy - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/penyearah-setengah-gelombang-kelar-coy 11/15
JawabanyaPenyearah setengah gelombang
Tegangan pengeluaran T1 dengan multimeter
12 volt
Besar tegangan R1 dengan multimeter
5,2 volt
Tegangan pengeluaran T1 dengan osiloskop
15 volt
Besar tegangan R1 dengan osiloskop
V = I . R
= 5 mA . 1 k Ω = 5 volt
5/8/2018 Penyearah Setengah Gelombang Kelar Coy - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/penyearah-setengah-gelombang-kelar-coy 12/15
Penyearah gelombang penuh dengan cotertap
Besar tegangan T1 dengan multimeter
12 volt
Besar tegangan pada resistor dengan multimeter
5 volt
Tegangan keluaran T1 dengan osiloskop
6,3 × × 1 = 31,5 volt
Tegangan keluaran R1 dengan osiloskop
7,3 × × 1 = 7,3 volt
5/8/2018 Penyearah Setengah Gelombang Kelar Coy - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/penyearah-setengah-gelombang-kelar-coy 13/15
Besar pengeluaran R1
V = I .R
= 5 mA . 1 k Ω
= 5 volt
5/8/2018 Penyearah Setengah Gelombang Kelar Coy - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/penyearah-setengah-gelombang-kelar-coy 14/15
Penyearah penuh diode bridge
Tegangan pengeluaran T1 dengan multimeter
12 volt
Besar tegangan R1 dengan multimeter
10 volt
Tegangan pengeluaran T1 dengan osiloskop
13,5 volt
Besar tegangan R1 dengan osiloskop
2,4 × × 1 = 12 volt
Besar keluaran R1
V = I .R
= 5 mA . 1 k Ω
= 5 volt
5/8/2018 Penyearah Setengah Gelombang Kelar Coy - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/penyearah-setengah-gelombang-kelar-coy 15/15