MODUL I RANGKAIAN DIODA PENYEARAH

(1)

(2)

M OD UL I

RAN GKAI AN D I OD A & PEN YEARAH

1 .

Pe n da h u lu a n

Dioda sem ikondukt or m erupak an kom ponen ut am a yang digunakan unt uk

m engubah t egangan AC - DC t ak t erk endali at au sering disebut sebagai penyearah

at au rect ifier. Dioda sem ikondukt or m em punyai banyak aplik asi pada rangkaian

elekt ronika dan t eknik list rik. Rangkaian penyearah dioda at au diode rect ifir es

m enyediakan sebuah t egangan keluaran dc yang t et ap.

Dioda sering digunakan dalam beberapa aplikasi, ant ara lain sebagai saklar

(sw it ch) dalam penyear ah, fr eew heeling dalam pengat uran pensaklaran, pengisian

pada kapasit or, t ransfer energi ant ar kom ponen, isolasi t egangan, pengem balian

energi beban ke sum ber daya, dan lain sebagainya.

Dioda daya dapat diasum sikan sebagai saklar ideal unt uk beberapa aplikasi t et api

dalam prakt eknya, dioda berbeda dari karakt erist ik idealnya dan m em punyai

beberapa bat asan. Dioda daya sam a dengan dioda sinyal hubungan PN, t et api

dioda daya m em puny ai daya yang lebih besar, t egangan dan arus yang

kapabilit asnya m elebihi dari dioda sinyal biasa. Dan r espon frekuensinya

( kecepat an pensaklarannya) lebih rendah j ika dibandingkan dengan dioda sinyal

biasa. Gam bar di baw ah ini m em perlihat kan kar akt erist ik sebuah dioda daya

Gam bar 1.1 Karakt erist ik sebuah dioda daya v

i

0

(3)

1 .2 . PERCOBAAN 1

D ioda Se ba ga i Pe n ye a r a h Se t e n gah Ge lom ba n g Sa t u Fa sa

1 .2 .1 Tu j u a n Pe r cob a a n

 Mahasisw a dapat m engert i dan m em aham i karakt erist ik dioda sebagai penyearah sat u fasa set engah gelom bang

 Mahasisw a dapat m engert i dan m em aham i fakt or - fakt or y ang m em pengaruhi t egangan keluaran pada penyearah sat u fasa set engah gelom bang t ak t erk endali

 Mahasisw a m engert i dan m em aham i perilaku peny earah sat u fasa set engah gelom bang t ak t erk endali apabila dibebani dengan beban resist if

1 .2 .2 . Pe r a la t a n Ya n g D ig u n a k a n

1. Sum ber t egangan AC variaabel : 1 unit

2. Transform at or sat u fasa : 1 buah

3. Modul dioda daya : 1 unit

4. Beban lam pu pij ar : 4 buah

5. Beban indukt if : 1 buah

6. Mult im et er digit al : 3 buah

7. Oscilloscope : 1 buah

8. Kabel penghubung : secukupnya

9. Kert as m illim et er blok : secukupnya

1 .2 .3 . Ga m ba r Ra n gk a ia n Pe r cob a a n

Gam bar 1.2 Rangkaian per cobaan dioda sebagai penyearah set engah gelom bang sat u fasa

1 .2 .4 . La n gk a h Pe r cob a a n

1. Siapkan sem ua peralat an yang akan dipergunak an

2. Rangkailah peralat an sesuai dengan gam bar rangkaian percobaan 3. Konsult asikan rangkaian yang t elah dibuat kepada asist en prakt ikum

4. At urlah nilai t egangan sum ber sesuai dengan pet unj uk assist en prakt ikum

5. Cat at nilai param et er yang dit unj ukkan pada alat ukur input dan out put

Sumber Teg AC Variabel

D 1

BEBAN LAMPU TRAFO 1 FASA

V V

A A

V

(4)

6. Gam bar kan grafik t egangan ouput yang dit unj ukkan oleh oscilloscope pada kert as m illim et er blok

7. At urlah beban lam pu secara ber variasi sesuai dengan pet unj uk asist en prakt ikum

8. Cat at kem bali nilai param et er yang dit unj ukkan pada alat ukur input dan out put

9. Ulangi langkah 4 – 8 dengan t egangan yang bervariasi

1 .2 .5 . H a sil Pe r coba a n

Tabel 1.1 Hasil percobaan dioda sebagai penyearah set engah gelom bang sat u fasa

No

V

in

( V)

R

(Ω)

Dioda

V

( V )

out

V

( V )

in

I

( A )

out

I

( A )

in

P

( W )

out

P

( W )

1

2 3

4

5 6 7

8

9 10 11

12

13 14 15

16

1 .2 .6 . Pe r h it u n ga n

Rugi daya, Effisiensi η

1 .2 .7 . Gr a fik

( )

in

Dioda

f

V

=

;

V

_Dioda

=

f

( )

I

_out ;

V

_out

=

f

( )

V

_in ;

V

_out

=

f

( )

I

_out ;

P

_out

=

f

( )

V

_in

( )

out

f

I

(5)

1 .3 . PERCOBAAN 2

D ioda Se ba ga i Pe n ye a r a h Je m ba t a n Sa t u Fa sa

1 .3 .1 Tu j u a n Pe r cob a a n

 Mahasisw a dapat m engert i dan m em aham i karakt erist ik dioda sebagai penyearah j em bat an sat u fasa

 Mahasisw a dapat m engert i dan m em aham i fakt or - fakt or y ang m em pengaruhi t egangan keluaran pada penyearah j em bat an sat u fasa t ak t erk endali

 Mahasisw a m engert i dan m em aham i perilaku penyearah j em bat an sat u fasa t ak t erk endali apabila dibebani dengan beban resist if

2. Transform at or sat u fasa : 1 buah

3. Modul dioda daya : 1 unit

5. Beban indukt if : 1 buah

1 .3 .3 . Ga m ba r Ra n gk a ia n Pe r cob a a n

Gam bar 1.3 Rangkaian dioda sebagai penyear ah j em bat an sat u fasa

5. Cat at nilai param et er yang dit unj ukkan pada alat ukur input dan out put 6. Gam bar kan grafik t egangan ouput yang dit unj ukkan oleh oscilloscope

pada kert as m illim et er blok

Sumber Teg AC Variabel

D 1

BEBAN LAMPU TRAFO

1 FASA

V V

A OSCILLOSCOPE

D 2

A

D 3

(6)

9. Ulangi langkah 4 – 8 dengan t egangan yang bervariasi

1 .3 .5 . H a sil Pe r coba a n

Tabel 1.3 Hasil percobaan penyearah sat u fasa gelom bang penuh j em bat an t ak t erk endali

No

V

in

( V)

R

(Ω)

Dioda

V

( V )

out

V

( V )

in

I

( A )

out

I

( A )

in

P

( W )

out

P

( W )

1 2

3 4

5 6

7 8

9 10 11

12

13 14 15

16

1 .3 .6 . Pe r h it u n ga n

Rugi daya, Effisiensi η

1 .3 .7 . Gr a fik

( )

in

Dioda

f

V

=

;

V

_Dioda

=

f

( )

I

_out

V

_out

=

f

( )

V

_in ;

V

_out

=

f

( )

I

_out ;

P

_out

=

f

( )

V

_in ;

( )

out

f

I

(7)

M OD UL I I

PEN YEARAH TERKEN D ALI

2 .1 . Pe n da h u lu a n

Peny earah t erk endali m erupakan rangkaian k onver si t egangan AC – DC yang dapat

dikendalikan at au sering disebut j uga cont rolled rect ifir e. Konv er si t egangan AC –

DC t erk endali ini m em punyai rangkaian yang sederhana, dan sedikit lebih m ahal

harganya. Peny earah t erk endali ini banyak digunakan di indust ri, ant ara lain unt uk

pengendalian pengat uran kecepat an m ot or y ang variabel. Unt uk m engat ur dan

m engendalikan t egangan keluarannya digunakan sebuah k om ponen ut am a yait u

t hyrist or k ont r ol fasa. Tegangan k eluaran dari sebuah t hyrist or r ect ifier dapat

dikendalikan dengan cara pengat uran w akt u dari sudut pem icuan t hyrist or . Sebuah

t hyrist or kont r ol fasa akan t urn on apabila diberikan sebuah pulsa pendek pada

gerbangnya dan akan t urn off secara alam i at aupun dengan kom ut asi yang

dipaksakan.

Sebuah t hyrist or t erdiri dari em pat bagian per angkat sem ikondukt or PNPN dengan

t iga buah sam bungan. Thyrist or m em punyai t iga buah t erm inal, yait u anoda,

kat oda dan gerbang. Di baw ah ini diperlihat kan gam bar karakt erist ik sebuah

t hyrist or.

Gam bar 2.1 Kar ak t er ist ik sebuah t hy r ist or

iT

VAK

VBO Forward breakdown

voltage Gate

triggere d Forward volt-drop

Latching current

Reverse breakdown

voltage

reverse leakage current

(8)

2 .2 . PERCOBAAN 2 a

Thyr ist or Se ba ga i Pe n ye a r ah Te r k en dali Se t e n ga h Ge lom ba n g

Sa t u Fa sa

2 .2 .1 . Tu j u a n Pe r cob a a n

 Mahasisw a dapat m engert i dan m em aham i karakt erist ik t hyrist or sebagai penyearah t erk endali set engah gelom bang sat u fasa

 Mahasisw a dapat m engert i dan m em aham i fakt or - fakt or y ang m em pengaruhi t egangan keluaran pada penyearah t erk endali set engah gelom bang sat u fasa

 Mahasisw a m engert i dan m em aham i perilaku penyearah t er kendali set engah gelom bang sat u fasa apabila dibebani dengan beban resist if

11. Modul Thyrist or : 1 unit

2 .2 .3 . Ga m ba r Ra n gk a ia n Pe r cob a a n

Gam bar 2.2 Rangk aian per cobaan t hy r ist or sebagai peny earah t er kendali set engah gelom bang sat u fasa

14. At urlah sudut pem icuan α dengan nilai 00

BEBAN LAMPU

V

OSCILLOSCOPE

A

Sumber

Teg. AC V

V

(9)

19. Ulangi langkah 4 – 8 dengan nilai α yang bervariasi

2 .2 .5 . H a sil Pe r coba a n

Tabel 2.1 Hasil percobaan Thyrist or sebagai penyearah t erkendali set engah gelom bang sat u fasa

No

α

R

( Ω )

Th

V

( V )

in

P

( W )

in

I

( A )

out

V

( V )

out

I

( A )

out

P

( W )

1

00 2 3

4

5

450 6

7

8

9

900 10 11

12

13

1350 14

15

16

17

1800 18

19

20

2 .2 .6 . Pe r h it u n ga n

Unt uk beban R, hit unglah : Rugi daya ; Effisiensi η

2 .2 .7 . Gr a fik

Unt uk beban R , buat gr afik sebagai berikut :

( )

α

f

V

_Th

=

;

V

_Th

=

f

( )

I

_out ;

V

_out

=

f

( )

α

;

V

_out

=

f

( )

I

_out ;

P

_out

=

f

( )

α

;

( )

out

f

I

(10)

2 .3 . PERCOBAAN 2 b

Thyr ist or Se ba ga i Pe n ye a r ah Je m ba t a n Te r k en da li Sa t u Fa sa

2 .3 .1 . Tu j u a n Pe r cob a a n

 Mahasisw a dapat m engert i dan m em aham i karakt erist ik t hyrist or sebagai penyearah j em bat an t er kendali sat u fasa

 Mahasisw a dapat m engert i dan m em aham i fakt or - fakt or y ang m em pengaruhi t egangan keluaran pada penyearah j em bat an t erk endali sat u fasa

 Mahasisw a m engert i dan m em aham i perilaku peny earah j em bat an t erk endali sat u fasa apabila dibebani dengan beban resist if

2 .3 .3 . Ga m ba r Ra n gk a ia n Pe r cob a a n

Gam bar 2.5 Rangk aian per cobaan t hy r ist or sebagai peny earah j em bat an t er kendali sat u fasa

BEBAN LAMPU V

OSCILLOSCOPE

A

Sumber Teg. AC V

Th 1 Th 3

(11)

2 .3 .5 . H a sil Pe r coba a n

Tabel 2.4 Hasil percobaan t hyrist or sebagai penyearah j em bat an t erk endali sat u fasa

No

α

R

( Ω )

Th

V

( V )

in

P

( W )

in

I

( A )

out

V

( V )

out

I

( A )

out

P

( W )

1

00 2 3

4

5

450 6

7

8

9

900 10 11

12

13

1350 14

15

16

17

1800 18

19

20

2 .3 .6 . Pe r h it u n ga n

2 .3 .7 . Gr a fik

( )

α

f

V

Th

=

;

V

Th

=

f

( )

I

out ;

V

out

=

f

( )

α

;

V

out

=

f

( )

I

out ;

P

out

=

f

( )

α

;

( )

out

f

I

(12)

M OD UL I I I

PEN GATURAN TEGAN GAN AC

3 .1

Pe n da h u lu a n

Kom ponen ut am a yang digunakan pada rangkaian pengat uran t egangan AC salah sat unya adalah Thyrist or. Unt uk aplikasi di at as 400 hz, kom ponen ut am a yang biasa digunakan dalam pengat uran t egangan AC- AC adalah Triac. Jika sebuah saklar t hyrist or dihubungkan ant ara sum ber t egangan AC dan beban, m aka daya yang m engalir akan dapat dikendalikan dengan cara m engat ur nilai rm s t egangan AC yang dikenakan pada beban. Konversi t egangan AC–AC ini sering digunakan pada aplikasi pengat uran t egangan unt uk pem anasan di indust ri, pem bebanan pada perubahan t ap t rafo, pengat uran penerangan, pengat uran kecepat an pada m ot or induksi, pengat uran m agnet AC, dan lain- lain.

Dalam pengat uran t egangan AC- AC ini, t erdapat dua t ipe pengat uran yang

digunakan, yait u :

1. On- off cont rol

2. Phase- angle cont rol

Pada on- off cont rol, saklar t hyrist or m enghubungkan beban dengan sum ber

t egangan AC unt uk beberapa siklus dari t egangan input , dan akan m em ut uskan

hubungan unt uk beber apa siklus yang lain. Pada phase- angle cont rol, t hyrist or

m enghubungkan beban dengan sum ber t egangan AC unt uk sebagian dari set iap

siklus dari t egangan input .

Thyrist or secara norm al dapat t urn on apabila dikenakan pulsa pada gat enya, dan

akan t urn off secara alam i. Thyrist or yang m engalam i t urn off, disebut j uga dengan

kom ut asi. Ada beberapa cara kom ut asi (com m ut at ion) yang dipaksakan pada

t hyrist or, ant ara lain :

1. Self- com m ut at ion

2. I m pulse com m ut at ion

3. Resonant pulse com m ut at ion

4. Com plem ent ary com m ut at ion

5. Ext ernal pulse com m ut at ion

(13)

3 .2 . PERCOBAAN 3 a

Pe n ga t u r a n Te gan ga n AC Sa t u Fa sa D en ga n Th yr ist or – D ioda

3 .3 .1 Tu j u a n Pe r cob a a n

 Mahasisw a dapat m engert i dan m em aham i karakt erist ik pengat uran t egangan AC sat u fasa dengan t hyrist or – dioda

 Mahasisw a dapat m engert i dan m em aham i fakt or- fakt or y ang m em pengaruhi t egangan keluaran pada pengat uran t egangan AC- AC sat u fasa set engah gelom bang

 Mahasisw a m engert i dan m em aham i perilaku pengat uran t egangan AC-AC sat u fasa set engah gelom bang apabila dibebani dengan beban resist if

3 .3 .3 . Ga m ba r Ra n gk a ia n Pe r cob a a n

Gam bar 3.2 Rangkaian per cobaan pengat uran t egangan AC dengan t hy rist or - dioda

BEBAN LAMPU

V

OSCILLOSCOPE

A

Sumber

(14)

3 .3 .5 . H a sil Pe r coba a n

Tabel 3.2 Hasil percobaan pengat uran t egangan AC sat u fasa dengan t hyrist or – dioda

No

α

R

( Ω )

Th

V

( V )

D

V

( V )

in

P

( W )

in

I

( A )

out

V

( V )

out

I

( A )

out

P

( W )

1

00 2 3

4

5

450 6

7

8

9

900 10

11

12

13

1350 14

15 16

17

1800 18

19

20

3 .2 .6 . Pe r h it u n ga n

3 .2 .7 . Gr a fik

( )

α

f

V

Th

=

;

V

Th

=

f

( )

I

out ;

V

D

=

f

( )

α

;

V

D

=

f

( )

I

out ;

V

out

=

f

( )

α

;

( )

out

f

I

(15)

3 .3 . PERCOBAAN 3 b

Pe n ga t u r a n Te gan ga n AC Sa t u Fa sa D e n ga n M en ggu n a k an

D u a Th yr ist or

3 .3 .1 Tu j u a n Pe r cob a a n

 Mahasisw a dapat m engert i dan m em aham i karakt erist ik pengat uran t egangan AC sat u fasa dengan m enggunakan dua t hyrist or

 Mahasisw a dapat m engert i dan m em aham i fakt or - fakt or y ang m em pengaruhi t egangan keluaran pada pengat uran t egangan AC- AC sat u fasa gelom bang penuh

 Mahasisw a m engert i dan m em aham i perilaku pengat uran t egangan AC-AC sat u fasa gelom bang penuh apabila dibebani dengan beban resist if

3 .3 .3 . Ga m ba r Ra n gk a ia n Pe r cob a a n

Gam bar 3.3 Rangkaian per cobaan pengat uran t egangan AC sat u fasa dengan m enggunakan dua t hyrist or

BEBAN LAMPU

V

OSCILLOSCOPE

A

Sumber

(16)

11. Ulangi langkah 2 – 9 dengan beban R+ L, secar a ber variasi

3 .3 .5 . H a sil Pe r coba a n

Tabel 3.3 Hasil percobaan pengat uran t egangan AC sat u fasa dengan dua t hyrist or

No

α

R

( Ω )

Th

V

( V )

in

P

( W )

in

I

( A )

out

V

( V )

out

I

( A )

out

P

( W )

1

00 2 3

4

5

450 6

7

8

9

900 10 11

12

13

1350 14

15

16

17

1800 18

19

20

3 .2 .6 . Pe r h it u n ga n

3 .2 .7 . Gr a fik

( )

α

f

V

Th

=

;

V

Th

=

f

( )

I

out ;

V

out

=

f

( )

α

;

V

out

=

f

( )

I

out ;

P

out

=

f

( )

α

;

( )

out

f

I