Rangkaian Clipper Dioda

(1)

Rangkaian Clipper Dioda

{ {3 Comments3 Comments}} in in DiodaDioda Bagikan Bagikan

Salah satu fungsi dioda adalah sebagai komponen utama pada rangkaian clipper yaitu rangkaian Salah satu fungsi dioda adalah sebagai komponen utama pada rangkaian clipper yaitu rangkaian yang bisa memotong (clip) suatu bagian dari gelombang sinyal input tanpa merusak bagian sisa yang bisa memotong (clip) suatu bagian dari gelombang sinyal input tanpa merusak bagian sisa dari gelombang sinyal yang telah terpotong tersebut. Rangkaian penyearah setengah gelombang dari gelombang sinyal yang telah terpotong tersebut. Rangkaian penyearah setengah gelombang pada

pada gambar 1 gambar 1 adalah adalah contoh contoh rangkaian rangkaian clipper pclipper paling sederaling sederhana hana yang terdiri yang terdiri dari sebuah dari sebuah diodadioda dan resistor. Arah peletakan dioda dalam rangkaian akan menentukan bagian mana dari dan resistor. Arah peletakan dioda dalam rangkaian akan menentukan bagian mana dari gelombang sinyal tersebut yang akan dipotong, apakah bagian yang bernilai positif atau bagian gelombang sinyal tersebut yang akan dipotong, apakah bagian yang bernilai positif atau bagian yang bernilai negatif.

yang bernilai negatif.

Gambar 1 Gambar 1 Rangkaian penyearah setengah gelombang adalah rangkaian clipper paling sederhana

Rangkaian penyearah setengah gelombang adalah rangkaian clipper paling sederhana

Ada dua kategori umum dari clipper yaitu : seri dan paralel. Rangkaian clipper dikategorikan seri Ada dua kategori umum dari clipper yaitu : seri dan paralel. Rangkaian clipper dikategorikan seri apabila dioda yang digunakan dirangkai seri dengan beban, sedangkan clipper paralel apabila apabila dioda yang digunakan dirangkai seri dengan beban, sedangkan clipper paralel apabila dioda dirangkai paralel dengan beban.

dioda dirangkai paralel dengan beban. Cli

Cli ppepper r SSeeri ri

Contoh dari rangkaian clipper seri bisa anda perhatikan pada gambar 2a yang terdiri dari dioda Contoh dari rangkaian clipper seri bisa anda perhatikan pada gambar 2a yang terdiri dari dioda dan beban R. Gambar 2b menunjukkan sinyal input dan output dari rangkaian clipper seri ini. dan beban R. Gambar 2b menunjukkan sinyal input dan output dari rangkaian clipper seri ini. Bisa kita lihat pada gambar 2b, apabila tegangan sinyal AC kotak diinputkan pada rangkaian Bisa kita lihat pada gambar 2b, apabila tegangan sinyal AC kotak diinputkan pada rangkaian clipper maka bagian negatif dari sinyal kotak itu dipotong sehingga pada outputnya hanya clipper maka bagian negatif dari sinyal kotak itu dipotong sehingga pada outputnya hanya menyisakan bagian positifnya saja. Hal yang sama juga terjadi apabila sinyal AC segitiga menyisakan bagian positifnya saja. Hal yang sama juga terjadi apabila sinyal AC segitiga diinputkan pada rangkaian clipper tersebut. Analisa pada gambar 2, kita mengasumsikan dioda diinputkan pada rangkaian clipper tersebut. Analisa pada gambar 2, kita mengasumsikan dioda bersifat ideal. Tidak ada drop tegangan, V

bersifat ideal. Tidak ada drop tegangan, VTT, pada saat dioda men, pada saat dioda mengalami bias maju (forward bias).galami bias maju (forward bias).

Gambar 2 Gambar 2 (a) (a) Rangkaian clipper seri. (b) Sinyal input dan o

(2)

Selain terdiri dari dioda dan resistor, terkadang sumber tegangan DC juga ditambahkan pada rangkaian clipper seperti ditunjukkan pada gambar 3.

Gambar 3 Rangkaian clipper seri dengan sumber tegangan DC

Tidak ada prosedur khusus untuk menganalisa rangkaian seperti pada gambar 3. Tetapi ada beberapa konsep yang mungkin bisa membantu anda dalam menganalisa rangkaian clipper

seperti pada gambar 3 ini.

Pertama, perhatikan semua sumber tegangan yang ada di dalam rangkaian itu dan arah dari dioda. Kita harus bisa menentukan apakah tegangan total yang ada dalam rangkaian itu apakah bisa membuat dioda menjadi “on” (bias maju) atau tidak. Untuk gambar 3, bila kita lihat arah dari dioda maka tegangan vi harus bernilai positif agar dioda itu bisa “on”. Selain harus bernilai positif, tegangan vi juga harus lebih besar dari tegangan V agar dioda bisa “on”. Apabila

tegangan vi bernilai negatif, maka dioda jelas berada dalam kondisi “off”.

Kedua, perhatikan transisi perubahan dari tegangan sinyal input yang bisa merubah kondisi dioda. Untuk dioda yang ideal, titik terjadinya transisi diantara kondisi on atau off adalah pada tegangan nol volt (vd = 0) dan arus nol ampere (id = 0). Kita terapkan kondisi id = 0 dan vd = 0 ini ke rangkaian gambar 3, hasilnya adalah rangkaian pada gambar 4. Jadi, titik transisi antara kondisi “on” atau “off” pada dioda adalah pada saat tegangan input vi bernilai

vi = V

Gambar 4 Menentukan level transisi dari kondisi dioda

Apabila tegangan input, vi, lebih besar dari tegangan V maka dioda menjadi “on” (diganti rangkaian short circuit). Bila tegangan input, vi, kurang dari V maka dioda menjadi “off” (diganti dengan open circuit).

Ketiga, berhati-hati terhadap polaritas dari tegangan output vo. Ketika dioda berada dalam kondisi “on” atau short circuit seperti ditunjukkan pada gambar 5, tegangan output vo dapat dihitung dengan menggunakan hukum Kirchoff tegangan (KVL), bila arah arus loop nya searah jarum jam, maka diperoleh persamaan

vi

–

V

–

vo = 0 Dan tegangan outputnya adalah

(3)

Gambar 5 Menghitung tegangan output pada saat dioda “on”

Keempat, akan sangat membantu apabila kita bisa menggambar bentuk gelombang tegangan output dibawah sinyal inputnya untuk menentukan nilai sesaat dari tegangan output. Kita bisa menggambar bentuk gelombang tegangan output berdasarkan titik-titik data dari langkah pertama hingga ketiga dari penjelasan di atas seperti didemosnstrasikan pada gambar 6.

Gambar 6 Menggambar tegangan output berdasarkan data-data yang sudah didapat

Anggap saja tegangan sesaat dari sinyal input, vi, sebagai sumber tegangan DC terhadap tegangan output sesaat yang dihasilkan. Misalkan untuk menghitung tegangan sesaat, pada saat kondisi vi = Vm (tegangan input mencapai puncaknya) maka rangkaian yang dapat dianalisa pada saat kondisi ini ditunjukkan pada gambar 7.

Gambar 7 Menghitung tegangan output (vo) pada saat tegangan input bernilai maksimum (vi = Vm)

Apabila tegangan maksimum dari sinyal input lebih besar dari tegangan V (Vm > V), maka dioda

menjadi “on” dan diganti menjadi short circuit. Tegangan output dapat dihitung sesuai dengan

persamaan vo = vi – V = Vm – V. Kemudian hasil dari perhitungan ini dimasukkan ke dalam plot grafik pada gambar 7.

Pada saat vi = V, kondisi dioda berubah (dari on ke off, atau dari off ke on). Pada saat tegangan input bernilai minimum (vi = -Vm) maka dioda menjadi open circuit dan tegangan output vo = 0V. Maka kurva lengkap dari gelombang tegangan outputnya ditunjukkan pada gambar 8.

(4)

Gambar 8 Gambar lengkap dari sinyal tegangan input dan output Contoh Soal

Gambarkan bentuk gelombang tegangan output dari rangkaian pada gambar 9.

Gambar 9 Rangkaian clipper seri Solusi

Dioda pada rangkaian gambar 9 akan “on” pada saat tegangan input vi bernilai positif. Pada saat tegangan input vi bernilai positif, maka kondisi rangkaian ditunjukkan pada gambar 10 dan tegangan outputnya sebesar vo = vi + 5V.

Gambar 10 Tegangan output vo pada saat dioda dalam kondisi “on”

Pada saat level transisi (dioda berada di antara kondisi “on” atau “off”), maka tegangan dan arus dioda bernilai nol. Rangkaiannya ditunjukkan pada gambar 11.

Gambar 11 Rangkaian pada saat dioda dalam kondisi transisi (antara “on” dan “off”)

Ketika tegangan input, vi, kurang dari – 5V, dioda menjadi “off” dan diganti dengan open circuit. Apabila tegangan input lebih dari -5V, maka dioda berada dalam kondisi “on” dan diganti dengan short circuit. Bentuk gelombang dari tegangan input dan output ditunjukkan pada gambar 12.

(5)

Gambar 12 Bentuk gelombang tegangan input dan output

Rangkaian cli pper paralel

Rangkaian clipper paralel paling sederhana ditunjukkan pada gambar 13, dengan sinyal input sama seperti pada rangkaian clipper seri pada gambar 2. Analisa rangkaian clipper paralel sama seperti pada analisa rangkaian clipper seri. Seperti ditunjukkan pada contoh berikut ini.

Gambar 13 (a) Rangkaian clipper paralel sederhana.

Gambar 13 (b) Sinyal input dan output dari rangkaian clipper paralel gambar 13a

Contoh Soal 2

Gambarkan bentuk gelombang output dari rangkaian clipper paralel pada gambar 14. Apabila dioda pada rangkaian tersebut menggunakan dioda silikon, perhitungkan pula tegangan bias majunya (tegangan bias maju dioda silikon sebesar 0.7 V).

Gambar 14 Rangkaian clipper paralel Solusi

Pertama-tama kita tentukan dulu level tegangan yang membuat dioda dalam kondisi transisinya, yaitu pada saat id = 0 dan Vd = 0.7 V. Rangkaiannya ditunjukkan pada gambar 15. Dengan menggunakan hukum Kirchoff tegangan (KVL) dimana arus loopnya searah jarum jam, maka kita dapatkan persamaan tegangan dalam loop tersebut

vi + VT

–

V = 0

(6)

Gambar 15 Menentukan level tegangan yang membuat dioda dalam kondisi transisi antara on atau off

Bila tegangan input lebih besar dari 3.3 V, maka dioda menjadi open circuit dan tegangan output vo = vi. Apabila tegangan input kurang dari 3.3 V, dioda menjadi “on” dan rangkaiannya menjadi gambar 16.

Gambar 16 Menghitung tegangan output pada saat dioda “on”

Maka tegangan output dapat dihitung sebesar

vo = 4 V – 0.7 V = 3.3 V

Hasil bentuk gelombang tegangan output ditunjukkan pada gambar 17.

Gambar 17 Bentuk gelombang output dari rangkaian clipper pada gambar 14

Salah satu aplikasi dari rangkaian clipper adalah melindungi sinyal percakapan yang sudah dikuatkan (di-amplifikasi) agar tidak menindih (over riding) sinyal transmitter radio seperti ditunjukkan pada gambar 18. Apabila sinyal transmisi ini ditindih oleh sinyal percakapan, maka sinyal radio akan berubah bahkan bisa “bertabrakan” (interferensi) dengan sinyal dari stasiun radio lainnya. Clipper digunakan sebagai pengaman. Selain itu rangkaian clipper juga berfungsi untuk melindungi input dari IC agar tidak mendapat tegangan berlebih yaitu dengan cara memasangkan sepasang dioda yang saling bertolak belakang secara paralel pada input IC.