LABORATORIUM KONVERSI ENERGI ELEKTRIK JURUSAN TEKNIK ELEKTRO
FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS LAMPUNG
2023
LEMBAR ASISTENSI PRAKTIKUM ELEKTRONIKA DAYA Judul Percobaan : PENYEARAH TAK TERKENDALI
Nama Asisten : 1. Reyzal Effendy Nur Ardiansyah 2015031034 2. Altika Zulfa Kurniawan 2015031037 3. Kenya Excellentia Kines 2015031059 Nama Praktikan : Fawwaz Islam Madani 2115031005
Kelompok : 4
No Catatan Tanggal TTD
Bandar Lampung, 2023 Asisten,
NPM.
I. JUDUL PERCOBAAN
PENYEARAH TAK TERKENDALI (DIODA)
II. TUJUAN PERCOBAAN
Adapun tujuan dari percobaan ini yaitu:
1. Mahasiswa memahami rangkaian penyearah satu fasa setengah gelombang dan gelombang penuh tak terkendali.
2. Mahasiswa memahami karakteristik penyearah satu fasa setengah gelombang dan gelombang penuh tak terkendali dengan berbagai variasi beban.
3. Mahasiswa memahami bentuk gelombang input dan output penyearah satu fasa setengah gelombang dan gelombang penuh tak terkendali pada beban yang bervariasi.
III. TEORI DASAR
Penyearah tak terkendali merupakan suatu rangkaian yang mampu mengubah arus bolak – balik menjadi arus searah tetapi tidak bisa diatur untuk mendapatkan outputnya. Rangkaian penyearah tidak terkendali menggunakan diode, thyristor ditambah tegangan keluaran yang dikeluarkan belum bisa diatur dan tidak dapat dipicu menggunakan sudut. Dalam rangkaian penyearah tak terkendali terdapat dua metode penyearah, yaitu penyearah setengah gelombang (Half Wave Rectifier) dan penyearah gelombang penuh (Full Wave Rectifier)[ CITATION Muh19 \l 1033 ] Dalam pemanfaatannya, penyearah tak terkendali terbagi menjadi penyearah tak terkendali satu fasa dan penyearah tak terkendali tiga fasa. Penyearah satu fasa merupakan rangkaian penyearah daya dengan sumber masukan tegangan bolak-balik satu fasa. Rangkaian penyearahan dapat dilakukan dalam bentuk penyearah setengah gelombang (half wave) dan penyearah gelombang penuh (full wave). Ada beberapa jenis penyearah terkendali, di antaranya adalah sebagai berikut:
1) Penyearah Setengah Gelombang (Half-Wave Rectifier)
Penyearah setengah gelombang (half-wave rectifier) adalah jenis penyearah dioda yang mengubah sinyal arus bolak-balik (AC) menjadi sinyal arus searah (DC) dengan hanya menggunakan setengah
gelombang dari sinyal input. Dalam penyearah setengah gelombang, hanya satu dioda yang digunakan untuk mengalirkan arus dalam satu arah, sedangkan arus dalam arah sebaliknya diblokir.
Proses ini menyebabkan terpotongnya setengah gelombang dari sinyal AC input, dan outputnya berupa sinyal DC yang terdiri dari setengah gelombang dari sinyal input.
Gambar 3.1 Penyearah satu fasa setengah gelombang tak terkendali dan gelombang output 2) Penyearah Gelombang Penuh (Full-Wave Rectifier)
Penyearah gelombang penuh menggunakan empat dioda untuk mengubah seluruh gelombang sinyal AC menjadi sinyal DC. Terdapat dua jenis penyearah gelombang penuh yaitu penyearah jembatan penuh (full-wave bridge rectifier) dan penyearah jembatan dengan titik tengah (center-tapped bridge rectifier).
- Penyearah Jembatan Penuh (Full-Wave Bridge Rectifier)
Penyearah jembatan penuh menggunakan empat dioda yang tersusun dalam konfigurasi jembatan untuk mengubah seluruh gelombang input AC menjadi gelombang output DC. Dalam penyearah jembatan penuh, arus dapat mengalir ke beban pada kedua siklus gelombang input, sehingga menghasilkan output DC yang lebih konstan.
Gambar 3.2 Rangkaian Penyearah Jembatan dan Gelombang Output - Penyearah Jembatan dengan Titik Tengah (Center-Tapped Bridge Rectifier)
Penyearah ini menggunakan dua dioda dan pusat titik tengah trafo untuk menghasilkan output DC dari setiap gelombang input AC. Dalam penyearah ini, transformator memiliki pusat titik tengah yang terhubung ke dua dioda. Dioda- dioda ini mengizinkan arus untuk mengalir ke beban pada kedua siklus gelombang input, menghasilkan output DC yang relatif stabil[ CITATION Gin21 \l 1033 ].
Penggunaan semikonduktor yang digunakan sebagai sakelar dalam suatu rangkaian elektronika memiliki berbagai keunggulan. Salah satu keunggulannya adalah kemampuannya untuk meningkatkan efisiensi dan performa rangkaian karena tingkat rugi daya yang relatif kecil. Seperti sakelar pada umumnya, semikonduktor daya yang beroperasi dalam peran sakelar juga memiliki dua keadaan utama, yaitu kondisi ON dan kondisi OFF. Dalam kondisi ideal, semikonduktor daya yang digunakan sebagai sakelar hanya mengonsumsi sedikit daya, baik saat dalam kondisi ON maupun OFF, bahkan dalam beberapa kasus, daya yang dikonsumsinya dapat dianggap sebagai nol.
Keuntungan lain dari penggunaan semikonduktor ini adalah kemampuannya untuk melakukan proses pensakelaran dan pengaturan daya secara bersamaan. Oleh karena keistimewaan ini, semikonduktor daya seringkali digunakan dalam pengaturan daya listrik. Dioda umumnya terbuat dari bahan semikonduktor seperti silicon atau germanium. Terdapat beberapa tipe dioda yang berbeda yang masing-masing memiliki karakteristik dan kegunaannya yaitu :
1) Dioda Penyearah (Rectifier Diode)
Dioda penyearah adalah komponen semikonduktor yang digunakan untuk mengubah arus listrik bolak-balik (AC) menjadi arus listrik searah (DC) dengan hanya membiarkan arus mengalir dalam satu arah tertentu. Dioda ini memiliki karakteristik khusus yang mengizinkan aliran listrik hanya dari anoda (terminal positif) ke katoda (terminal negatif), sementara menghambat aliran arus sebaliknya.
2) Dioda Tunnel
Dioda tunnel adalah dioda yang menunjukkan konduktivitas listrik yang sangat tinggi ketika terpolarisasi secara terbalik. Dioda ini menunjukkan fenomena kuantum di mana elektron dapat melewati struktur p-n junction dengan energi yang lebih rendah dari yang seharusnya diperlukan
dalam dioda semikonduktor biasa. Dioda ini sering digunakan dalam rangkaian frekuensi tinggi, pemancar, dan detektor gelombang mikro.
3) Dioda Schottky
Dioda Schottky, juga dikenal sebagai dioda logam-logam, adalah jenis dioda semikonduktor khusus yang memiliki karakteristik unik. Perbedaan utama antara dioda Schottky dengan dioda konvensional adalah dalam cara mereka menghantarkan arus dan tegangan ambang yang rendah.
4) Dioda Varaktor
Dioda varaktor atau yang dikenal sebagai dioda variabel kapasitansi, merupakan jenis dioda semikonduktor yang kapasitansinya dapat diubah dengan mengubah tegangan polarisasi yang sering digunakan dalam rangkaian osilator, pengubah frekuensi, dan rangkaian penerima radio frekuensi, di mana kapasitansi yang dapat diubah dapat dimanfaatkan untuk mengontrol frekuensi rangkaian.
5) Dioda Foto (Photodiode)
Dioda ini digunakan untuk merespons cahaya, mengubah energi cahaya menjadi arus listrik.
Photodiode banyak digunakan dalam sensor cahaya, pengukuran cahaya, dan aplikasi lainnya.
6) Dioda Emiter Terbuka (LED)
Merupakan dioda yang menghasilkan cahaya ketika dialiri oleh arus listrik. LED digunakan secara luas dalam perangkat elektronik, penerangan, dan lain sebagainya.
7) Dioda Zener
Dioda ini digunakan untuk mempertahankan tegangan tertentu di sepanjang jangkauan arus maju tertentu. Dioda zener sering digunakan dalam rangkaian regulator tegangan dan perlindungan dari lonjakan tegangan.
8) Dioda Gunn
Dioda gunn adalah jenis dioda semikonduktor yang digunakan dalam osilator elektronik untuk menghasilkan gelombang mikro gelombang. Mereka memanfaatkan efek negatif diferensial dari material semikonduktor tertentu untuk menghasilkan getaran frekuensi mikro gelombang. Dioda gunn sering digunakan dalam aplikasi pemancar dan osilator frekuensi mikro gelombang.
Penyearah tak terkendali adalah sebuah sistem penyearah elektronik yang mengubah tegangan atau arus bolak-balik menjadi tegangan atau arus searah[ CITATION Nur20 \l 1033 ]. Meskipun penyearah tak terkendali mungkin memiliki beberapa kelemahan, namun ada beberapa kelebihan utama yang membuatnya tetap menjadi pilihan dalam beberapa aplikasi. Berikut adalah beberapa kelebihan utama penyearah tak terkendali adalah sebagai berikut:
1) Biaya Rendah
Karena sifatnya yang sederhana, penyearah tak terkendali cenderung memiliki biaya produksi yang rendah. Hal ini membuat menjadi pilihan yang ekonomis untuk aplikasi-aplikasi yang membutuhkan biaya produksi dan biaya perangkat.
2) Mampu Menangani Beban Berat
Penyearah tak terkendali cenderung mampu menangani beban berat dengan stabil, tanpa mengalami perubahan besar dalam kinerja. Hal ini membuat cocok untuk aplikasi-aplikasi yang membutuhkan penyearahan daya yang kuat.
3) Sederhana dan Tahan Lama
Penyearah tak terkendali terdiri dari hanya beberapa komponen dasar seperti dioda dan komponen pasif. Karena itu, rangkaian ini cenderung lebih sederhana, tahan lama serta memiliki keandalan yang tinggi dalam jangka panjang.
4) Efisiensi Tinggi
Penyearah tak terkendali memiliki efisiensi yang tinggi karena hanya menggunakan komponen dasar, dan kehilangan daya yang relatif rendah. Hal ini membuatnya sangat cocok untuk aplikasi yang memerlukan efisiensi yang tinggi.
5) Kompabilitas yang Baik
Penyearah tak terkendali sering kali kompatibel dengan berbagai jenis perangkat elektronik, dan dapat diintegrasikan dengan mudah ke dalam sistem yang lebih besar. Ini membuatnya fleksibel dan dapat diterapkan dalam berbagai aplikasi.
Penyearah tak terkendali juga memiliki keterbatasan atau kekurangan yaitu[ CITATION Nur20 \l 1033 ]:
1) Distorsi gelombang (wave distortion)
Dimana penyearah tak terkendali dapat menyebabkan distorsi gelombang pada sistem listrik karena penggunaan transformator dan dioda. Distorsi gelombang ini dapat menghasilkan harmonik yang berpotensi mengganggu kinerja sistem dan peralatan elektronik yang sensitif.
2) Ketidakmampuan untuk mengontrol arus searah
Dimana penyearah tak terkendali memiliki karakteristik di mana arus yang dihasilkan tidak dapat dikontrol dengan mudah. Ini berarti bahwa arus yang dihasilkan cenderung bervariasi tergantung pada tegangan input dan beban yang terhubung. Hal ini bisa menjadi masalah jika suatu aplikasi membutuhkan kontrol yang presisi terhadap arus searah yang dihasilkan.
3) Kebocoran arus (leakage current)
Dimana penyearah tak terkendali sering menghasilkan arus bocor yang dapat menyebabkan kerugian daya dan bahkan membahayakan peralatan sensitif. Arus bocor ini dapat muncul akibat ketidaksempurnaan dioda dan transformator, serta pengaruh suhu lingkungan yang dapat mengubah karakteristik komponen.
4) Keterbatasan dalam aplikasi kontrol daya karena keterbatasan dalam mengontrol arus searah dan masalah kebocoran arus, penyearah tak terkendali mungkin tidak ideal untuk aplikasi yang memerlukan kontrol daya yang presisi [ CITATION Sal11 \l 1033 ].
IV. ALAT DAN BAHAN
Adapun alat dan bahan pada praktikum ini adalah sebagai berikut:
1. Power supply 2. Dioda Silikon 3. Resistor load 4. Induktor
5. Kapasitor 6. Voltmeter 7. Amperemeter 8. Osiloskop 9. Kabel jumper
V. RANGKAIAN PERCOBAAN
Adapun rangkaian percobaan pada praktikum ini adalah sebagai berikut:
5.1 Penyearah Satu Fasa Setengah Gelombang 5.1.1 Rangkaian Percobaan Dengan Beban R
Gambar 5.1.1 Rangkaian Percobaan Dengan Beban R
5.1.2 Rangkaian Percobaan Dengan Beban RL
Gambar 5.1.2 Rangkaian Percobaan Dengan Beban RL 5.2 Penyearah Satu Fasa Gelombang Penuh
5.2.1 Rangkaian Percobaan Dengan Beban R
Gambar 5.2.1 Rangkaian Percobaan Dengan Beban R
5.2.2 Rangkaian Percobaan Dengan Filter RL
Gambar 5.2.2 Rangkaian Percobaan Dengan Filter RL
VI. PROSEDUR PERCOBAAN
Adapun prosedur percobaan pada praktikum ini adalah sebagai berikut:
6.1 Penyearah Setengah Gelombang 6.1.1 Percobaan dengan beban Resistor
1. Rakitlah alat dan bahan seperti Gambar 5.1.1.
2. Kalibrasi Osiloskop
3. Hubungkan rangkaian dengan sumber
4. Sesuaikan volt/div dan time/div pada osiloskop
5. Catat hasil pengukuran dalam table dan gambarkan bentuk gelombang input dan outputnya.
6. Variasikan nilai resistor dan masukan hasilnya dalam Tabel 6.1.2 Percobaan dengan Beban Resistor dan Induktor
1. Rakitlah alat dan bahan, tambahkan beban induktor, seperti Gambar 5.1.2.
2. Kalibrasi osiloskop.
3. Hubungkan rangkaian dengan sumber.
4. Sesuaikan volt/div dan time/div pada osiloskop.
5. Catat hasil pengukuran dalam table dan gambarkan bentuk gelombang input dan outputnya.
6. Variasikan nilai induktor dan masukan hasilnya dalam Tabel.
6.2 Penyearah Gelombang Penuh 6.2.1 Percobaan dengan beban Resistor
1. Rakitlah alat dan bahan seperti Gambar 5.2.1 2. Kalibrasi Osiloskop.
3. Hubungkan rangkaian dengan sumber.
4. Sesuaikan volt/div dan time/div pada osiloskop.
5. Catat hasil pengukuran dalam table dan gambarkan bentuk gelombang input dan outputnya.
6. Variasikan nilai resistor dan masukan hasilnya dalam Tabel.
6.2.2 Percobaan dengan filter RL
1. Rakitlah alat dan bahan seperti Gambar 5.2.2.
2. Kalibrasi Osiloskop.
3. Hubungkan rangkaian dengan sumber.
4. Sesuaikan volt/div dan time/div pada osiloskop.
5. Catat hasil pengukuran dalam table dan gambarkan bentuk gelombang input dan outputnya.
6. Variasikan nilai resistor dan Induktor dan masukan hasilnya dalam Tabel.
DAFTAR PUSTAKA
[1] A. A. Adam, "Rangkaian Penyearah Setengah Terkendali Tiga Fasa Untuk Pengendalian Karakteristik Motor Arus Searah Shunt," Foristek, 2011.
[2] Y. T. M. Y. Ginting, "Studi Pengaturan Putaran Motor Induksi Melalui Perubahan Frekuensi,"
Jurnal Teknik Elektro, 2021.
[3] M. P. Nurhadi, "Motor DC, Penyearah tak terkenda Rancang Bangun Rangkaian Penyearah Tak Terkendali untuk Pengaturan Kecepatan Motor DC," Jurnal Aksara Elementer, 2020.
[4] V. Salamena, "Analisa Analitis Karakteristik Arus Motor DC yang Disuplai Penyearah Dioda Satu Fasa," Arika, 2011.
