PENYEARAH ( RECTIFIER)

Rectifier adalah alat yang digunakan untuk mengubah sumber arus bolak-balik (AC) menjadi sinyal sumber arus searah (DC). Gelombang AC yang berbentuk gelombang sinus hanya dapat dilihat dengan alat ukur CRO. Rangkaian rectifier banyak menggunakan transformator step down yang digunakan untuk menurunkan tegangan sesuai dengan perbandingan transformasi transformator yang digunakan. Penyearah dibedakan menjadi 2 jenis, penyearah setengah gelombang dan penyearah gelombang penuh, sedangkan untuk penyearah gelombang penuh dibedakan menjadi penyearah gelombang penuh dengan center tap (CT), dan penyearah gelombang penuh dengan menggunakan dioda bridge.

1) Penyearah Setengah GelombangPenyearah setengah gelombang merupakan rangkaian penyearah yang paling sederhana, yaitu yang terdiri dari satu dioda. Gambar 1 menunjukkan rangkaian penyearah setengah gelombang. Rangkaian penyearah setengah gelombang memperoleh masukan dari sekunder trafo yang berupa tegangan berbentuk sinus, vi = Vm Sin wt. Vm merupakan tegangan puncak atau tegangan maksimum. Harga Vm ini hanya bisa diukur dengan CRO, sedangkan harga yang tercantum pada sekunder trafo merupakan tegangan efektif yang dapat diukur dengan menggunakan volt meter. Hubungan antara tegangan puncak Vm dengan tegangan efektif (Veff) atau tegangan rms (Vrms) adalah:

V rms=V eff =V m

√ 2

Prinsip kerja penyearah setengah gelombang adalah bahwa pada saat sinyal input berupa siklus positip maka dioda mendapat bias maju sehingga arus (i) mengalir ke beban (RL), dan sebaliknya bila sinyal input berupa siklus negatip maka dioda mendapat bias mundur sehingga tidak mengalir arus. Bentuk gelombang tegangan input (vi) ditunjukkan pada (b) dan arus beban (i) pada (c) dari gambar 1.Arus dioda yang mengalir melalui beban RL (i) dinyatakan dengan:i=I m sin ωt untuk siklus positifi=0 untuk siklus negative

I m=V m

Rf +R l

Resistansi dioda pada saat ON (mendapat bias maju) adalah Rf, yang umumnya nilainya lebih kecil dari RL. Pada saat dioda OFF (mendapat bias mundur) resistansinya besar sekali atau dalam pembahasan ini dianggap tidak terhigga, sehingga arus dioda tidak mengalir atau i = 0. Arus yang mengalir ke beban (i) terlihat pada gambar (c) bentuknya arus searah (satu arah) yang harga rataratanya tidak sama dengan nol seperti pada arus bolak-balik. Arus rata-rata ini (Idc untuk penyearah setengah gelombang) secara matematis dinyatakan:

I dc=I m

√ 2x 0,318

Tegangan keluaran pada beban :

Vdc = Idc.RL

Apabila harga Rf jauh lebih kecil dari RL, yang berarti Rf bias diabaikan, maka Vm = Im.RL sehingga :

V dc=V m

√ 2x 0,318

Dalam perencanaan rangkaian penyearah, hal penting untuk diketahui adalah harga tegangan maksimum yang diijinkan terhadap dioda. Tegangan maksimum ini sering disebut PIV (peak-inverse voltage) atau tegangan puncak balik. Hal ini karena pada saat diode mendapat bias mundur (balik) maka tidak arus yang mengalir dan semua tegangan dari sekunder trafo berada pada dioda. PIV untuk penyearah setengah gelombang, yaitu :PIV = Vm

2) Penyearah Gelombang Penuh Center TapTerminal sekunder dari Trafo CT mengeluarkan dua buah tegangan keluaran yang sama tetapi fasanya berlawanan dengan titik CT sebagai titik tengahnya. Kedua keluaran ini masing-masing dihubungkan ke D1 dan D2, sehingga saat D1 mendapat sinyal siklus positip maka D2 mendapat sinyal siklus negatip, dan sebaliknya.

Dengan demikian, D1 dan D2 hidupnya bergantian. Namun karena arus i1 dan i2 melewati tahanan beban (RL) dengan arah yang sama, maka iL menjadi satu arah. Rangkaian penyearah gelombang penuh ini merupakan gabungan dua buah penyearah setengah gelombang yang hidupnya bergantian setiap setengah siklus, sehingga arus maupun tegangan rata-ratanya adalah dua kali dari penyearah setengah gelombang, yaitu :

I dc=I m

√ 2x 0,636

Dan

V dc=I dc x Rl=2 I m R l

√ 2

Apabila harga Rf jauh lebih kecil dari RL, maka Rf bias diabaikan, sehingga:

V dc=2V m

√ 20,636

Tegangan puncak inverse yang dirasakan oleh dioda adalah sebesar 2Vm. Misalnya pada saat siklus positip, dimana D1 sedang hidup (ON) dan D2 sedang mati (OFF), maka jumlah tegangan yang berada pada dioda D2 yang sedang OFF tersebut adalah dua kali dari tegangan sekunder trafo. Sehingga PIV untuk masing-masing dioda dalam rangkaian penyearah dengan trafo CT adalah:PIV = 2Vm3) Penyearah Gelombang Penuh Sistem Jembatan

Prinsip kerja rangkaian penyearah gelombang penuh sistem jembatan dapat dijelaskan melalui gambar 3. Pada saat rangkaian jembatan mendapatkan positip dari siklus sinyal ac, maka :- D1 dan D3 hidup (ON), karena mendapat bias maju- D2 dan D4 mati (OFF), karena mendapat bias mundursehingga arus i1 mengalir melalui D1, RL, dan D3. Apabila jembatan memperoleh siklus negatip, maka :- D2 dan D4 hidup (ON), karena mendapat bias maju- D1 dan D3 mati (OFF), karena mendapat bias mundursehingga arus i2 mengalir melalui D2, RL, dan D4.

Dengan demikian, arus yang mengalir ke beban (iL) merupakan penjumlahan dari dua arus i1 dan i2. Besarnya arus rata-rata pada beban adalah sama seperti penyearah gelombang penuh dengan trafo CT, yaitu: Idc=2 ℑ/√ 2=¿ 0.636 Im dan PIV masing-masing diode adalah:

PIV = Vm

FILTERFilter dalam rangkaian penyearah digunakan untuk memperkecil tegangan ripple, sehingga dapat diperoleh tegangan keluaran yang lebih rata, baik untuk penyearah gelombang setengah maupun gelombang penuh. Filter diperlukan karena rangkaian – rangkaian elektronik memerlukan sumber tegangan DC yang tetap, baik untuk keperluan sumber daya dan pembiasan yang sesuai operasi rangkaian. Rangkaian filter dapat dibentuk dari kapasitor (C), induktor (L) atau keduanya.1). Filter Kapasitor

Selama seperempat perioda positif yang pertama dari tegangan sekunder, Dioda D1 menghantar. Karena dioda menghubungkan sumber VS1 secara langsung dengan kapasitor, maka kapasitor akan dimuati sampai tegangan maksimum VM.

Setelah mencapai harga maksimum, dioda berhenti menghantar (mati), hal ini terjadi karena kapasitor mempunyai tegangan sebesar VM, yang artinya sama dengan tegangan sumber dan bagi dioda artinya tidak ada beda potensial. Akibatnya dioda seperti saklar terbuka, atau dioda dibias mundur (reverse). Dengan tidak menghantarnya dioda, kapasitor mulai mengosongkan diri melalui resistansi beban RL, sampai tegangan sumber mencapai harga yang lebih besar dari tegangan kapasitor. Pada saat dimana tegangan sumber lebih besar dari tegangan kapasitor, diodakembali menghantar dan mengisi kapasitor. Untuk arus beban yang rendah tegangan keluaran akan hampir tetap sama dengan VM. Tetapi bila arus beban tinggi pengosongan akan lebih cepat yang mengakibatkan ripple yang lebih besar dan tegangan keluaran DC yang lebih kecil.Tegangan Ripple

Seperti terlihat pada gambar 4 kapasitor mengisi (charges) dengan cepat pada awal siklus sinyal dan membuang (discharges) dengan lambat setelah melewati puncak positif (ketika dioda dibias mundur). Variasi pada tegangan keluaran untuk dua kondisi, mengisi dan membuang, disebut dengan tegangan ripple (ripple voltage). Semakin kecil ripple, semakin baik penfilteran seperti terlihat pada gambar 4 Gambar 5 memperlihatkan penyearah gelombang penuh lebih mudah melakukan penfilteran. Ketika di filter, penyearah gelombang penuh mempunyai tegangan ripple lebih kecil disbanding gelombang setengah untuk resistansi beban dan nilai kapasitor yang sama. Hal ini disebabkan kapasitor membuang lebih cepat dan interval waktu yang lebih pendek.

Tegangan Rata – Rata (VDC)

Ketika filter kapasitor membuang (discharges), tegangannya adalah :

waktu pembuangan kapasitor adalah dari satu puncak mendekati puncak berikutnya, dimana tdis≅T ketika tegangan kapasitor mencapai nilai minimumnya.

dengan frekuensi jala – jala adalah 50 Hz, maka frekuensi ripple penyearah gelombang penuh adalah 100 Hz, sehingga ;

untuk memperoleh tegangan DC, tegangan maksimum dikurangi tegangan ripple peak to peak dibagi dua.

2). Filter RC

Rangkaian RC filter terdiri dari dua kapasitor C1 dan C2 dan sebuah resistor. Prinsip kerja filter ini adalah membuat gelombang yang dihasilkan dari rectifier mendekati gelombang DC murni.

Pada saat rectifier mengeluarkan gelombang tegangan pada nilai puncak, maka kapasitor C1 akan terisi dengan muatan (charge). Ketika gelombang tegangan menurun, nilainya menuju titik nol, C1 akan mengeluarkan muatan (discharge).

Kondisi C1 yang selalu terisi muatan dan mengeluarkannya membuat ripple gelombang semakin kecil, selanjutnya gelombang diperhalus oleh C2 hingga gelombang tegangan keluaran menyerupai gelombang tegangan DC.

3). Filter Choke (Induktor)

Sumber AC menghasilkan sebuah arus dalam induktor, kapasitor, dan resistor. Arus AC pada tiap-tiap komponen bergantung pada reaktansi induktif , reaktansi kapasitif , dan resistansi .

Induktor memiliki sebuah reaktansi yang diberikan oleh : 

 

 

Kapasitor memliki sebuah reaktansi yang diberikan oleh :

 

 

 

Persyaratan pertama desain filter induktor adalah untuk memperoleh nilai Xc lebih kecil dari R L. Persyaratan kedua desain filter induktor adalah untuk memperolah X L lebih besar dari X C. Ketika X L lebih besar dari X C , hampir semua tegangan AC melalui induktor , persamaan tegangan keluaran AC :

 

 

Bentuk gelombang keluaran

MAKALAH

PENYEARAH DAN FILTER

OLEH:

PUTU NOPA GUNAWAN

NIM : D411 10 009

KELOMPOK : 20

JURUSAN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS HASANUDDIN

2012