Rangkaian penyearah
gelombang merupakan rangkaian yang berfungsi untuk merubah arus bolak-balik (Alternating Current / AC) menjadi arus searah
(Direct Current / DC). Komponen elektronika yang berfungsi sebagai penyearah
adalah dioda, karena dioda memiliki sifat hanya memperbolehkan
arus listrik melewati-nya dalam satu arah saja.
Rangkaian Penyearah
Setengah Gelombang Rangkaian penyearah setengah gelombang merupakan rangkaian
penyearah sederhana yang hanya dibangun menggunakan satu dioda saja, seperti
diilustrasikan pada gambar berikut ini.
Prinsip kerja dari
rangkaian penyearah setengah gelombang ini adalah pada saat setengah gelombang
pertama (puncak) melewati dioda yang bernilai positif menyebabkan dioda dalam
keadaan ‘forward bias’ sehingga arus dari setengah gelombang pertama ini bisa
melewati dioda.
Pada setengah
gelombang kedua (lembah) yang bernilai negatif menyebabkan dioda dalam keadaan
‘reverse bias’ sehingga arus dan setengah gelombang kedua yang bernilai negatif
ini tidak bisa melewati dioda. Keadaan ini terus berlanjut dan berulang
sehingga menghasilkan bentuk keluaran gelombang seperti diperlihatkan pada
gambar berikut ini.
Dari gambar di atas,
gambar kurva ‘D1-anoda’ (biru) merupakan bentuk arus AC sebelum melewati dioda
dan kurva ‘D1-katoda’ (merah) merupakan bentuk arus AC yang telah dirubah
menjadi arus searah ketika melewati sebuah dioda.
Pada gambar tersebut
terlihat bahwa ketika gelombang masukan bernilai positif, arus dapat melewati
dioda tetapi ketika gelombang masukan bernilai negatif, arus tidak dapat
melewati dioda. Karena hanya setengah gelombang saja yang bisa di searah-kan,
itu sebabnya mengapa disebut sebagai Penyearah Setengah Gelombang.
Rangkaian penyearah
setengah gelombang ini memiliki kelemahan pada kualitas arus DC yang dihasilkan.
Arus DC rata-rata yang dihasilkan dari rangkaian ini hanya 0,318 dari arus
maksimum-nya, jika dituliskan dalam persamaan matematika adalah sebagai
berikut;
IAV = 0,318 ∙ IMAX
Oleh sebab itu
rangkaian penyearah setengah gelombang lebih sering digunakan sebagai rangkaian
yang berfungsi untuk menurunkan daya pada suatu rangkaian elektronika sederhana
dan digunakan juga sebagai demodulator pada radio penerima AM.
Rangkaian Penyearah Gelombang Penuh
Ada beberapa jenis
rangkaian penyearah gelombang penuh dimana rangkaian penyearah ini dapat
menyearahkan satu gelombang penuh (puncak dan lembah). Dua rangkaian penyearah
gelombang penuh yang sering digunakan dalam dunia elektronika adalah penyearah
gelombang penuh menggunakan rangkaian dioda jembatan dan yang kedua
adalah penyearah gelombang penuh menggunakan ‘center tap design’.
Rangkaian dioda
jembatan adalah rangkaian penyearah gelombang penuh yang paling populer dan
paling banyak digunakan dalam rangkaian elektronika. Rangkaian dioda jembatan
menggunakan empat dioda sebagai penyearah-nya seperti diperlihatkan pada gambar
berikut.
Prinsip kerja dari
rangkaian dioda jembatan ini adalah ketika arus setengah gelombang pertama
terminal AC-Source bagian atas bernilai positif, sehingga arus akan mengalir ke
beban (R-Load) akan melalui D2 (forward bias) dan dari R-Load akan dikembalikan
ke AC-Source melalui D3. Hal ini diperlihatkan pada ilustrasi gambar di bawah
ini, dimana jalur arus yang di searah-kan diberi warna merah.
Sedangkan pada
setengah gelombang kedua, terminal AC-Source bagian bawah yang kini bernilai
positif sehingga arus yang mengalir ke beban (R-Load) akan melalui D4 (forward
bias) dan dari R-Load akan dikembalikan ke AC-Source melalui D1. Hal ini
diperlihatkan pada ilustrasi gambar di bawah ini, dimana jalur arus yang di
searah-kan diberi warna merah.
Sehingga setengah
gelombang pertama dan kedua dapat di searah-kan dan inilah mengapa rangkaian
dioda jembatan ini disebut sebagai rangkaian Penyearah Gelombang Penuh.
Sedangkan rangkaian
penyearah gelombang penuh yang menggunakan ‘center tap design’ digunakan pada
sumber arus bolak-balik (AC) yang memiliki ‘Center Tap (CT)’ contohnya pada
transformator CT.
Pada rangkaian
penyearah gelombang penuh ‘center tap design’ hanya menggunakan dua dioda
sebagai penyearah-nya. Contoh penyearah ‘center tap design’ diperlihatkan pada
gambar berikut ini.
Prinsip kerja dari
rangkaian penyearah “center tap design’ ini adalah pada saat arus setengah
gelombang pertama pada AC-Source1 bernilai positif, maka arus akan mengalir ke
beban (R-Load) melalui D1 (forward bias). Sedangkan pada arus setengah
gelombang pertama pada AC-Source2 bernilai negatif akan ditahan (blocking) oleh
D2 (reverse bias) sehingga tidak dapat mengalir ke beban, hal ini
diilustrasikan pada gambar berikut.
Pada arus setengah
gelombang kedua pada AC-Source1 bernilai negatif sehingga arus ditahan
(blocking) oleh D1 (reverse bias) dan tidak dapat mengalir ke beban, tetapi
sebaliknya pada saat arus setengah gelombang kedua pada AC-Source2 bernilai
positif, maka arus akan mengalir ke beban (R-Load) melalui D2 (forward bias).
Sehingga menghasilkan penyearah gelombang penuh dari AC ke DC, seperti
diilustrasikan pada gambar berikut.
Arus DC rata-rata yang
dihasilkan dari rangkaian penyearah gelombang penuh ini adalah dua kali dari
arus rata-rata yang dihasilkan oleh penyearah setengah gelombang yakni;
IAV = 0,637 ∙ IMAX
Lalu bagaimana jika
sumber arus bolak-balik (AC) dengan CT di searah-kan oleh rangkaian penyearah
dioda jembatan? Hasilnya akan diperoleh dua arus searah (DC) dengan dua
polaritas yang berbeda atau biasa disebut sebagai Penyearah Gelombang Penuh
Polaritas Ganda.
Dari rangkaian di atas
dapat dihasilkan arus searah (DC) dengan dua polaritas yang berbeda yakni
(+)VDC dan (-)VDC. Biasanya penyearah jenis ini banyak digunakan pada rangkaian
catu daya penguat suara (audio amplifier).
Memperhalus Keluaran Penyearah Gelombang Penuh
Kurva keluaran arus
dan tegangan dari penyearah gelombang penuh terlihat tidak linear dan ini
mengakibatkan timbul-nya noise. Noise yang dihasilkan pada penyearah gelombang
penuh ini masih tinggi dan tidak layak untuk digunakan sebagai catu daya
perangkat elektronika yang membutuhkan noise rendah. Oleh sebab itu untuk
memperhalus keluaran dari penyearah gelombang agar menghasilkan keluaran yang
linear dan noise yang rendah maka keluaran harus disaring (filtering)
menggunakan kapasitor.
Kapasitor yang
digunakan untuk memperhalus keluaran penyearah gelombang penuh adalah kapasitor
dengan kapasitas yang besar (Electrolytic Capacitor / Elco), antara beberapa
ratus mikro farad sampai dengan beberapa farad.
Berikut ini merupakan
bentuk keluaran dari rangkaian penyearah gelombang penuh yang di plot
berdasarkan nilai C-Filter yang digunakan.
Keterangan:
AC-Source = 12VAC-50Hz
D1 – D4 = 1N4007
R-Load = 1kΩ
Dari perbandingan
kurva di atas terlihat bahwa semakin besar nilai C-Filter yang gunakan maka
keluaran tegangan DC dari penyearah gelombang penuh semakin halus dan linear.
Sumber Referensi
- Electrical and Electronic Principles and
Technology, Third Edition, John Bird, Elsevier Ltd, 2007
- Lesson In Electric Circuits, Volume III – Semiconductors, By Tony R.
Kuphaldt.
- The ARRL Handbook For Radio Communications 2009.
- Rectifier, Wikipedia.
......File Lama Zaman Kuliah......
No comments:
Post a Comment
Tulis komentar Anda disini