Ahmad Fauzi Hamdhani 2

2.6 Sinusoidal Inputs; Half-Wave Rectification

[KEMBALI KE MENU SEBELUMNYA]

DAFTAR ISI

1. Pendahuluan

1. Pendahuluan [Back]

Penyearah setengah gelombang mengubah tegangan AC menjadi tegangan DC. Rangkaian penyearah setengah gelombang hanya menggunakan satu dioda untuk transformasinya. Penyearah setengah gelombang didefinisikan sebagai jenis penyearah yang memungkinkan hanya satu setengah siklus bentuk gelombang tegangan AC lewat sambil memblokir setengah siklus lainnya.

Rangkaian Penyearah Setengah Gelombang dengan Sumber Tegangan

Untuk setengah siklus positif tegangan sumber AC, rangkaian efektifnya menjadi seperti gambar di bawah ini:

Rangkaian setengah gelombang selama setengah siklus positif tegangan sumber AC

Ketika dioda dibias maju, ia bertindak sebagai saklar tertutup. Namun pada setengah siklus negatif tegangan sumber AC, rangkaian ekivalennya menjadi seperti gambar di bawah ini

Rangkaian setengah gelombang selama setengah siklus negatif tegangan sumber AC

Ketika dioda dibias mundur, ia bertindak sebagai saklar terbuka. Karena tidak ada arus yang mengalir ke beban, tegangan keluaran sama dengan nol.

2. Tujuan [Back]

Untuk mengetahui apa itu Half-Wafe Rectification
Untuk mengetahui semua perhitungan dalam Half-Wafe Rectification
Untuk mengetahui rangkaian Half-Wafe Rectification

3. Alat dan bahan[Back]

Alat

a. Osiloskop

Osiloskop adalah komponen elektronika yang mempunyai kemampuan menyimpan electron-elektron selama waktu yang tidak tertentu. Osiloskop dilengkapi dengan tabung sinar katode. Peranti pemancar elektron memproyeksikan sorotan elektron ke layar tabung sinar katode.

Spesifikasi:

Pinout:

Keterangan:

b. DC Voltmeter

DC Voltmeter merupakan alat yang digunakan untuk mengukur besar tengangan pada suatu komponen. Cara pemakaiannya adalah dengan memparalelkan kaki2 Voltmeter dengan komponen yang akan diuji tegangannya.

c.AC Ammeter

Amperemeter merupakan alat yang sering dipergunakan untuk mengukur arus AC di rangkaian elektronika. Saat menggunakan amperemeter, arus listrik yang melewati rangkaian akan diketahui secara akurat.

Bahan

a. Dioda

Dioda memiliki fungsi sebagai penyearah arus listrik. Fungsi dioda atau diode adalah mampu mengubah arus bolak-balik (AC) menjadi arus yang searah (DC). Dioda memiliki fungsi sebagai penyetabil tegangan.

b.Ground

Definisi grounding adalah sistem pentanahan yang berfungsi untuk meniadakan beda potensial sehingga jika ada kebocoran tegangan atau arus akan langsung dibuang ke bumi.

Fungsi grounding :

Perlindungan dari tegangan tinggi
Grounding dalam sistem instalasi listrik berungsi untuk mengurangi atau menghindari bahaya yang disebabkan oleh tegangan tinggi.misalnya bahaya petir dengan tegangan tinggi
Penstabil tegangan
Grounding dapat berfungsi untuk menstabilkan tegangan pada banyak sumber tegangan. Jika tidak terdapat titik referensi umum untuk semua sumber tegangan, akan terjadi kesulitan antar masing-masing hubungan
Mengatasi arus yang lebih
Grounding juga berfungs untuk mengatasi arus yang berlebih, karena sistem grounding ini menyediakan level keselamatan baik kerusakan peralatan atau manusia

c. Resistor

Resistor adalah komponen Elektronika Pasif yang memiliki nilai resistansi atau hambatan tertentu yang berfungsi untuk membatasi dan mengatur arus listrik dalam suatu rangkaian Elektronika (V=I R). Jenis Resistor yang digunakan disini adalah Fixed Resistor, dimana merupakan resistor dengan nilai tetap terdiri dari film tipis karbon yang diendapkan subtrat isolator kemudian dipotong berbentuk spiral. Keuntungan jenis fixed resistor ini dapat menghasilkan resistor dengan toleransi yang lebih rendah.

Cara menghitung nilai resistor:

Tabel warna

Gelang ke 1 : Coklat = 1
Gelang ke 2 : Hitam = 0
Gelang ke 3 : Hijau = 5 nol dibelakang angka gelang ke-2; atau kalikan 105
Gelang ke 4 : Perak = Toleransi 10%
Maka nilai resistor tersebut adalah 10 * 105 = 1.000.000 Ohm atau 1 MOhm dengan toleransi 10%.

Spesifikasi:

V d. Vsine

Sebagai sumber Tegangan AC

4. Dasar teori [Back]

Analisis dioda pada saat ini, fungsinya didapati beragam perluasan terhadap waktu, misalnya gelombang sinusoidal dan gelombang persegi. Hal ini menyebabkan tingkat kesulitan yang akan meningkat, tetapi untuk saat ini di subbab half-wafe rectification, kita akan membahas tentang gelombang tegangan input yang berbentuk gelombang sinusoidal seperti pada FIG. 2.44 (tanpa dioda label Si, Ge, maupun GaAs)

Pada gambar diatas, kita mendapati bahwasanya selama satu siklus penuh yang ditentukan oleh periode T, nilai rata ratanya sama dengan nol. Hal ini yang menyebabkan rangkaian tersebut disebut dengan penyearah setengah gelombang. Ketika rangkaian digunakan dalam proses penyearah, maka dioda yang menjadi penyearah.
Ketika tegangan input bertegangan setengah gelombang ke arah sumbu positif (saat interval t=0→T/2), dioda akan aktif atau pada dioda terjadi short circuit apabila yang digunakan merupakan dioda ideal seperti pada FIG. 2.45

Apabila saat tegangan input bertegangan setengah gelombang ke arah negatif (saat interval T/2→T), dioda akan mati atau pada dioda terjadi rangkaian terbuka seperti yang terlihat pada FIG. 2. 46

Dengan bentuk gelombang seperti pada FIG.2. 47

Maka, dalam satu periode penuh akan didapati nilai rata-rata atau tegangan DC (tegangan output) sebagai berikut

Proses penghilangan setengah tegangan input untuk mendapatkan nilai tegangan DC inilah yang disebut dengan penyearah setengah gelombang atau half-wafe rectification
Jika dengan dioda label Silikon yang mempunyai Vk = 0,7 V yang bisa dilihat pada FIG. 2. 48, maka nilai rata-rata atau tegangan Dc menjadi

PIV (PRV)atau disebut dengan tegangan balik puncak (PIV) dari dioda. Peringkat PIV yang diperlukan untuk penyearah setengah gelombang dapat diihat pada FIG. 2.52, yang menampilkan dioda bias balik. Pada FIG. 2.44 dengan tegangan maksimum yang diberikan, dapat Menerapkan hukum tegangan Kirchhoff, dan peringkat PIV dioda harus sama atau melebihi nilai puncak tegangan yang diberikan. Oleh karena itu

3a. Example

SOLUSI
A. Dalam situasi tersebut dioda akan melakukan bagian negatif dari input seperti pada Gambar. 2.50, dan Vo akan muncul seperti pada gambar yang sama. Untuk periode penuh, nilai dc adalah
Vdc = -0,318Vm = -0,318(20 V) = 6,36 V
Tanda negatif menunjukkan bahwa polaritas luar berlawanan dengan polaritas yang ditentukan pada Gambar 2.49
B. Untuk dioda silikon, outputnya
Penurunan yang terjadi pada Vdc sebesar 0,22 V atau sekitar 3,5%
C. Perbandingan solusi antara Eq 2.7 dengan 2.8

3b. Problem

1. Dengan mengasumsikan sebuah dioda ideal, buat sketsa Vi , Vd , dan Id untuk penyearah setengah gelombang dari FIG. 2.168 . Masukan berupa gelombang sinusoidal dengan frekuensi 60 Hz. Tentukan nilai keuntungan vi dari tingkat dc yang diberikan.

2. Ulangi Soal 1 dengan dioda silikon ( Vk=0,7 V).

3. Ulangi Soal 1 dengan beban 10k ohm diterapkan seperti yang ditunjukkan pada FIG. 2.169. Sketsa vL dan iL
A. Buat sketsa output Vo dan tentukan level dc output untuk jaringan pada FIG 2.49
B. Ulangi bagian (A) jika dioda ideal diganti dengan dioda silikon.
C. Ulangi bagian (A) dan (B) jika V m dinaikkan menjadi 200 V, dan bandingkan solusi menggunakan Persamaan. (2.7) dan (2.8).

3c. Soal Pilihan Ganda

1. Sebuah dioda digunakan sebagai.....

(a) Penguat
(b) Penyearah
(c) Osilator
(d) Pengatur tegangan

Jawab: (b) Penyearah

2. Jika panah simbol dioda kristal adalah positif, maka dioda diberi bias

a) Maju

b) Mundur

c) Maju atau Mundur

d) Tidak satupun di atas

Jawaban : (a)

3. Penurunan tegangan maju pada dioda silikon adalah sekitar

a) 2.5 V b) 3 V c) 10 V d) 0.7 V

Jawaban ; (d)

5. Percobaan [Back]

a. Langkah Langkah Percobaan

Siapkan alat dan bahan yang akan digunakan di library proteus
Susunlah alat dan bahan tersebut seperti pada rangkaian
Resistor yang digunakan ada diberi hambatan 10k
Vsine yang digunakan diberi amplitudo 12V dan frekuensi 1kHz

b) Rangkaian Simulasi dan Prinsip Kerja

1.Rangkaian 2.44

Prinsip Kerja pada rangkaian 1 kita menggunakan beberapa Komponen dan arus dijalankan dari Vsine melalui dioda. Pada Vsine di inputkan tegangan 10V dan pada Beban/resistor di input nilai 10k Ohm setelah melalui dioda gelombang penuh AC diubah menjadi gelombang DC searah. sehingga pada hasil simulasi bagian Lembah pada gelombang diubah menjadi gelombang DC atau lurus.

2.Rangkaian 2.45 & 2.46

a.switch on

b.switch off

Prinsip kerja pada rangkaian 2 merupakan pembuktian atau jabaran dari rangkaian 1 bahwa setelah melalui dioda gelombang bagian Lembah di ubah menjadi arus DC atau gelombnag lurus. Hal ini bisa diasumsikan bahwa dioda tersebut merupakan switch, jika rangkaian tertutup maka tegangan akan melewati dioda sehingga terbentuk gelombang penuh, jika rangkaian terbuka maka hanya terbut gelombang atau arus DC . jika digabungkan maka akan terlihat bagaimana proses gelombang tersebut setelah melewati dioda

3.Rangkaian 2.48

Prinsip kerja rangkaian 3 merupakan pembuktian rumus bahwa :

pada rangkaian kita masukan tegangan Vm = 10 V. setelah melewati dioda maka tegangan tersebut akan berkurang sebanyak 0.7 V . bisa dilihat pada rangkaian bahwa besar tegangan setelah melewati dioda adalah lebih kecil 0.7 V dari tegangan awal. sehingga untuk mencari Vdc nya didapatkan 2.9574 V.

4. Rankaian 2.49

Prinsip kerja pada rangkaian 4. pada rangakaian ini kita menggunakan dioda Reverse Bias. sehingga tegangan akan melewati kutub positif dioda. sehingga pada hasil simulasi, karna menggunakan reverse bias sehingga kutub positif dihambat oleh dioda atau diubah menjadi arus DC sehingga akan mengahasilkan gelombang bagian lembah dan arus DC.

5.Rankaian 2.50

Prinsip kerja rangkaian 5 merupakan pembuktian dari penggunaan dari Dioda Reverse Bias. Bahwasanya gelombang yang dihasilkan merupakan kebalikan dari penggunaan Dioda Forward Bias. sehingga menghasilkan gelombang bagian negatif / lembah sedangkan gelombang bagian positif / bukit di ubah menjadi arus DC atau gelombang lurus.

6. Rangkaian 2.52

Prinsip kerja pada rangkaian 6 merupakan pembuktian Rumus bahwa peak inverse voltage atau tegangan puncak terbalik lebih besar sama dari pada tegangan awal karna menggunakan Dioda Reverse Bias. Pada rangkaian menggunakan tegangan 10V , setelah melewati dioda Tegangan berubah menjadi 11V ini menjadi pembuktian rumus dari :