BAGIAN 5 DIODA PADA RANGKAIAN PENYEARAH

Sub Materi

•

Penyearah setengah gelombang

•

Penyearah gelombang penuh center tap

Penyearah/Rectifier



Rectifier atau dalam bahasa indonesia disebut dengan

penyearah gelombang adalah suatu bagian dari

rangkaian catu daya atau power supply yang berfungsi

sebagai pengubah sinyal AC (alternating current) menjadi

sinyal DC (direct current).



Rangkaian rectifier umumnya menggunakan dioda

sebagai komponen utamanya.



Hal ini dikarenakan dioda memiliki karakteristik yang

hanya melewatkan arus listrik ke satu arah dan

menghambat arus listrik dari arah sebaliknya.



Jika sebuah dioda dialiri arus bolak-balik (AC), maka

dioda tersebut hanya akan melewatkan setengah

1. Penyearah Setengah Gelombang



Pada bagian ini akan dilihat metode analisis dari

rangkaian dioda dengan input berubah terhadap waktu

(gelombang sinusidal).



Rangkaian sederhana dibawah ini akan digunakan utk

Analisis dalam model dioda ideal

Analisis dalam model dioda praktek

Rumus V

_rms

, P

_rms

dan I

_rms

• Nilai tegangan RMS (Root Mean Square), kalau diterjemahkan; tegangan rata-rata akar kuadrat adalah representasi tegangan DC dari sinyal AC (sinusoidal).

• Tengangan sinusoidal secara matematis adalah Vt=Vp sin (ωt), Vp adalah tegangan puncak dan ω = 2πf.

• Dengan pendekatan rumus integral sinus kuadrat diperoleh

•

Tegangan keluaran DC (rata-rata) :

•

Arus DC untuk beban R

   





0,318V

m















 m m avg o

V

t

d

t

V

V

V

sin

2

1

0

R

V

R

V

I

o m



•

Tegangan keluaran rms pada beban :

•

Arus keluaran rms pada beban :

R

V

R

V

I

_rms rms m

2









2

)

(

)

sin(

2

1

0 2 _m m rm s

V

t

d

t

V

V













Contoh 1:

Berapa nilai rerata (dc) dari bentuk gelombang luaran

tersearahkan, seperti Gambar berikut?

•

Contoh 2 :

Sebuah rangkaian penyearah setengah gelombang dicatu

dari sumber sinusoida 120 V

_rms

pada frekuensi 60 Hz,

dipasangkan sebuah beban resistif 5 Ohm. Hitunglah : (a)

tegangan puncak (V

_m

) dan arus rata2, (b) Daya rata-rata

pada beban, (c) faktor daya rangkaian.

Solusi :

(a) Tegangan puncak (V

_m

)

Arus rata-rata

V

V

_m



120



2



169

,

7

A

R

V

R

V

I

o m

10

,

8

(b) Tegangan rms pada beban (resistor)

Daya pada beban (resistor)

Atau dicari dengan rumus

dimana arus rms pada resistor :

V

V

V

_rms m

84

,

9

2

7

,

169

2







W

R

V

P

rm s

1441

,

6

5

)

9

,

84

(

2 2







 

W

R

I

_{rm s}2





17

2



5



1445

A

R

V

_m

(c) Faktor Daya rangkaian

Dimana:

P = daya aktif dalam KW

review

• Daya aktif (P) satuan watt:

• Adalah daya yang timbul akibat mengalirnya arus listrik melalui hambatan / resistor seperti lampu pijar, elemen pemanas atau heater.

• Daya ini dipergunakan untuk melakukan kerja atau dengan kata lain daya yang benar-benar digunakan sesuai dengan kebutuhan tenaga listrik.

• Daya reaktif (Q) satuan VAR (volt ampere reaktif):

• a. Daya reaktif induktif :

Adalah daya yang timbul akibat mengalirnya arus listrik melalui kumparan-kumparan kawat, seperti pada motor-motor listrik, transformer, balast pada lampu neon dll.

• b. Daya reaktif kapasitif :

• Daya buta ( S ) satuan VA (votl ampere)

• Adalah hasil perkalian antara arus dan tegangan listrik pada suatu beban.

• Secara matematis dinyatakan dengan persamaan : S = V x I

dimana :

• V = tegangan sumber, satuan volt

• I = arus listrik beban, satuan ampere

Pengaruh Potensial

Barrier

pada Tegangan Luaran Penyearah

Setengah Gelombang

•

Saat potensial barrier dioda diperhatikan (bukan dioda ideal),

maka selama siklus-paruh positif, tegangan masukan harus

melawan potensial barrier sebelum dioda terbias-maju.

•

Untuk dioda silikon, ini akan menyebabkan tegangan luaran

Persamaan untuk nilai puncak tegangan luaran adalah:

•

Saat bekerja dalam rangkaian dioda, sering menjadi

Contoh 3:

Tentukan puncak tegangan luaran dari penyearah silikon

seperti Gambar.

2. Penyearah Gelombang Penuh

•

Penyerah gelombang penuh adalah yang paling sering

digunakan dalam penyulai daya DC.

•

Perbedaan antara penyearah gelombang-penuh dengan

penyearah gelombang-paruh adalah bahwa penyearah

gelombang-penuh, mengalirkan arus DC ke beban selama

satu siklus gelombang masukan sementara penyerah

gelombang-paruh hanya mengalirkan pada setengah siklus

gelombang masukan

.

•

Hasil dari penyearahan gelombang-penuh adalah suatu

beban selama 360

dari input siklusnya. Maka frekuensi

tegangan outputnya dua kali frekuensi inputnya.

•

Nilai tegangan rata-ratanya dua kali dari penyearah

• Berapa nilai rata-rata dari tegangan penyearah gelombang penuh di bawah ini.

• Penyearah center-tap adalah penyearah gelombang penuh dengan menggunakan dua dioda yang dihubungkan dengan center-tap

V

_2p

-+

-+

PIV diode off

PIV (peak inverse voltage)

.

• PIV (Peak Inverse Voltage) adalah puncak tegangan terbalik maksimal, maksudnya batasan tertinggi tegangan terbalik ketika dioda difungsikan sebagai penyearah dari AC ke DC.

V

_2p

-+

-+

PIV diode

off _{PIV >= 2Vmax}

• Dalam penyearahan setengah gelombang besarnya tegangan terbalik adalah sebesar tegangan maksimal hasil penyearahan (Vmax) yaitu VAC x 1,41 maka dioda yang digunakan harus mempunyai PIV yang angkanya berada di atas itu.

• Contoh 1 : Sebuah dioda dipakai sebagai penyearah setengah gelombang pada tegangan AC 12V. Dioda dengan PIV berapakah yang bisa dipakai?

• Vmax = 12 x 1,41 = 16,92V.

• Dioda yang bisa dipakai adalah yang mempunyai PIV di atas 16,92V, misalnya adalah 1N4001. Dioda ini mempunyai PIV 50V.

• Contoh 2 : Empat dioda dipakai sebagai penyearah gelombang penuh dari tegangan AC 220V. Dioda dengan PIV berapakah yang bisa digunakan?

• 2Vmax = 2 x (220 x 1,41) = 620,4V.

• _L

dan berapa rating PIV yang harus dimiliki dioda.

Beberapa rumus perhitungan pd penyearah gel penuh center tap

•

Arus pada beban adalah;

� = � + �

•

I

_DC

, I

_rms

, V

_DC

adalah:

� =

2.�� �_�π

;

�

_�

=

��

ѵ2

;

� =

2��.��

π

=

2�_�. π

;

3. Penyearah Gelombang Penuh Dioda Jembatan

Pada rangkaian ini dapat diggunakan jenis non CT.

Kelebihan dari penyearah gel penuh adalah outputnya yg lebih halus, stabil dan efisien karena mengeluarkan semua siklus input AC.

Kelemahan penyearah gel penuh secara umum adalah hanya dari segi biaya saja, jika dipakai utk menghasilkan power supply tunggal terlihat lebih mahal krn harus menyediakan satu lilitan lagi, utk itulah dibuat penyearah sistem jembatan yg lbh efektif pd aplikasi power supply tunggal.

Prinsip kerja sbb:

• Pada siklus positif dari output trafo arus akan mulai mengalir dari A, dioda D1 terbias maju dan akan menjadi ON, menghasilkan arus i1 yang akan melewari resistor beban RL menuju dioda D3 yang akan terbias maju dan menjadi ON, lalu arus akan sampai ke trafo bagian B.

• Pada siklus negatif dari output trafo arus akan mulai mengalir dari B, dioda D2 terbias maju dan akan menjadi ON, menghasilkan arus i2 yang akan melewari resistor beban RL menuju dioda D4 yang akan terbias maju dan menjadi ON, lalu arus akan sampai ke trafo bagian A.

• Besarnya arus rata-rata pada resistor beban R_L adalah sama seperti penyearah gelombang penuh dengan trafo CT yaitu;

� =

��

π = ,6 6 ��

• Dan untuk nilai tegangan rata-rata dengan memperhatikan besarnya nilai tegangan cut-in dioda (Vɣ) adalah;

� = ,6 6 (�� −

Vɣ

)

• Tegangan Puncak Inverse atau Peak Inverse Voltage (PIV) adalah;

•

Contoh 1;

•

Hitunglah nilai arus dan tegangan rata-rata pada V

_out

jika

kita ketahui nilai perbandingan lilitan trafo N1:N2 = 10:1,

•

Penyelesaian

• Untuk tegangan dititik A (Vm A)

• Untuk tegangan dititik B (Vm B).

• Untuk tegangan Vdc.

• Untuk mencari arus maksimum I_m adalah;

• Arus rata-rata adalah;

• Frekuensi outputnya adalah;

• Tentukan tegangan puncak output dari penyearah di bawah. Asumsikan dioda model praktis, berapa rating PIV dioda yang dibutuhkan?

• Rating PIV setiap dioda adalah:

V

15,6

1,4

17

1,4

V

V

V

17

12

1,414

V

1,414

V

(ideal) m praktis) (dioda m rms ideal) (dioda m





















V

16,3

0,7

15,6

0.7V

V

a. Tegangan puncak sekunder.