Sekilas Tentang Dioda Rectifier
Penggunaan utama dari sebuah dioda rectifier berdasarkan pada prinsip dasar sebuah dioda yang hanya menghantarkan arus pada satu arah saja. Konsep inilah yang dimanfaatkan untuk menyearahkan arus listrik bolak balik (AC) berfrekuensi 50Hz-60Hhz yang bersumber dari Listrik PLN .Berdasarkan bentuk gelombang keluarannya, maka penyearah dapat dibagi menjadi dua, yaitu penyearah setengah gelombang dan penyearah gelombang penuh. berikut ini akan kita bahas satu persatu.
Penyearah Setengah Gelombang ( Half Wave Rectifier)
Penggunaan dioda secara umum lebih banyak untuk penyearah. Komponen ini akan mengubah arus bolak balik (Alternate Current) menjadi arus searah (Direct Current). Hampir semua perangkat elektronika membutuhkan sumber daya dari arus searah. Untuk kebutuhan arus yang relatif kecil bisa digunakan baterai atau accu, sedangkan untuk kebutuhan yang besar harus menggunakan power supplay yang didalamnya ada rangkaian penyearah. Jenis Penyearah yang sederhana adalah penyearah setengah gelombang (Half wave rectifier).
Gambar 1. Rangkaian penyearah Setengah Gelombang dengan1 Buah Dioda dan Beban R
Gambar 2. Proses Penyearahan Gelombang pada rangkaian Half Wave Rectifier
Berdasarkan gambar di atas, proses penyearahan akan terjadi dengan tahapan sebagai berikut :
- Pada periode positif, gelombang sinusoidal akan melewati dioda (forward bias), sehingga yang dilewatkan sisi gelombang positif
- Pada periode negatif, gelombang sinusoidal tidak bisa dilewatkan oleh dioda (Reverse bias) sehingga keluarannya berupa garis lurus
- Proses tersebut akan berulang ulang seiring siklus gelombang sinusoidal, sehingga gelombang yang dihasilkan satu periode positif berupa puncak gelombang positif sinusoidal dan satu periode lagi merupakan gelombang rata
Pada jenis penyearah ini hanya sebagian gelombang saja yang disearahkan. Input sebuah rangkaian penyearah setengah gelombang biasanya diambilkan dari keluaran trafo pada bagian sekunder berupa sinyal AC bentuk sinusoidal dengan persamaan
Dimana : Vm : tegangan Puncak atau tegangan maksimum.
Siná´ª t : Sudut gelombang
Vi ; Tegangan input
Vm merupakan tegangan puncak yang harganya hanya bisa diukur dengan alat ukur Cathoda Ray Oscilloscop (CRO). Harga Vm yang tercantum di Trafo sekunder merupakan tegangan efektif. Untuk mengetahui tegangan effektif (Veff) atau Tegangan root mean squared (Vrms) menggunakan rumus sebagai berikut :
Tegangan effektif (Veff) atau Vrms merupakan tegangan yang terukur oleh alat ukur Volt meter. Harga Vm nilainya jauh lebih besar dari tegangan cut in ( 0,2 Volt untuk Germanium dan 0,6 Volt Untuk Silikon), sehingga dalam pembahasan ini tegangan tersebut dianggap tidak ada ( diabaikan).
Besarnya tahanan dioda pada saat mendapat bias maju (forward bias) disebur Rf yang biasanya nilainya lebih kecil dari R beban (RL). Pada saat dioda diberi bias mundur (Reverse bias) nilai resistansinya sangat besar, atau mungkin tak terhingga , sehingga tidak ada arus yang mengalir (I=0 Ampere).
Arus yang mengalir melalui beban RL bentuknya sudah merupakan gelombang searah (positif saja), dengan frekuensi sinyal keluaran sama dengan frekuensi jala jala listrik yaitu 50Hz - 60Hz. Untuk mengetahui besarnya arus yang mengalir pada beban RL, bisa dicari dengan persamaan sebagai berikut:
Dimana :
Jika sobatbee perhatikan, sinyal keluaran berbentuk gelombang, namun arahnya sama yaitu positif, yang artinya harga rata ratanya tidak lagi nol seperti halnya arus bolak balik. Arus rara rata ini disebut arus DC (Idc) yang memiliki formulasi sebagi berikut:
Untuk Penyearah Setengah Gelombang (Half Wave Rectifier) dapat diperoleh rumus sebagai berikut :
Sobatbee tidak usah pusing dengan rumus rumus di jabarkan di atas. Untuk mencari arus DC bisa kita gunakan rumus yang praktis sebagai berikut:
Dimana : Idc = Arus dc
Im = arus maksimal
Phi = 3,14
Sedangkan untuk mencari besarnya tegangan keluaran berupa drop tegangan pada beban RL, bisa menggunakan formulasi sebagai berikut:
Vdc = Idc X RL
Nilai Tahanan pada dioda (Rf) yang sangat kecil, tidak begitu berpengaruh dalam perhitungan tegangan dc tersebut, sehingga sering dianggap tidak ada atau diabaikan. sehingga besarnya Vm adalah :
Vm = Im x RL
Sehingga didapat Formulasi untuk mencari besarnya Vdc sebagia berikut:
Rumus mencari tegangan DC di atas mengabaikan nilai dari RF (tahanan dioda), pada vm yang memiliki nilai kecil nilai Rf perlu untuk dipertimbangkan, yaitu tinggal mengurangkan nilai Vm dengan tahanan dioda tersebut.
Penyearah Gelombang Penuh (Full Wave Rectifier)
Rangkaian penyearah gelombang penuh bisa dibagi mencai dua macam, yaitu penyearah gelombang penuh dengan transformator jenis CT dengan dua buah dioda, dan rangkaian penyearah gelombang penuh dengan sistem jembatan ( Bridge). Berikut ini akan kita bahas satu persatu
Penyearah Gelombang Penuh dengan Transformator Center Tap (CT)
Pada dasarnya sistem penyearah ini hampir sama dengan penyearah setengah gelombang, namun jenis trafo yang digunakan harus menggunakan jenis center tap dengan jumlah dioda minimal dua buah. Gambar di bawah ini menunjukkan rangkaian penyearah gelombang penuh dengan dua buah dioda beserta proses penyearahannya
Terminal pada trafo CT pada bagian sekunder mengeluarkan dua buah tegangan keluaran yang berbeda fase, dimana titik CT merupakan titik tengahnya. Pada kedua keluaran dihubungkan dengan dioda rectifier D1 dan D2. Bila Dioda D1 mendapat sinyal positif, maka dioda D2 akan mendapatkan sinyal negatif, begitu pula sebaliknya. Kedua dioda hidup secara bergantian.Arus yang mengalir dari kedua dioda tersebut adalah satu arah yaitu menuju ke beban yang sama, dengan demikian arus maupun tegangan rata ratanya besarnya merupakan dua kali penyearah setengah gelombang. Secara praktis formulasi yang digunakan untuk mencari Idc rangkaian penyearah gelombang penuh adalah sebagai berikut:
Sedangkan besarnya tegangan DC (Vdc) pada rangkaian penyearah gelombang penuh dengan trafo center tap dapat diformulasikan sebagai berikut:
Pada praktiknya nilai tahanan pada dioda (Rf) sering dianggap tidak ada atau di abaikan, sehingga besarnya Vdc bisa digunakan formulasi yang lebih sederhana:
Tegangan puncak invers (PIV) besarnya adalah 2 Vm, maksudnya pada saat siklus positif jika yang sedang bekerja adalah dioda D1, dan dioda D2 tidak bekerja, maka besarnya tegangan pada dioda D2 tersebut adalah dua kali tegangan yang ada pada sekunder trafo ct. Besarnya PIV pada masing masing dioda tersebut adalah:
PIV = 2Vm
Penyearah Gelombang Penuh Sistem Jembatan (Bridge).
Rangkaian penyearah gelombang penuh sistem jembatan (Bridge) dapat menggunakan transformator biasa atau jenis center tap.
Prinsip kerja dari rangkaian penyearah gelombang penuh dengan sistem jembatan (Bridge) dapat dijelaskan sebagai berikut:
- Periode siklus PositifD4 dan D3 akan hidup karena kedua dioda tersebut diberi bias maju (Forward bias), sedangkan D1 dan D2 akan mati karena mendapat bias mundur (reverse bias), dengan demikian arus akan mengalir ke dioda D4 dan Dioda D3 serta beban RL.
- Periode Siklus Negatif.D1 dan D2 akan hidup karena kedua dioda tersebut diberi bias maju (Forward bias) sedangkan dioda D3 dan D4 akan mati karena mendapat bias mundur ( Reverse bias), dengan demikian arus akan mengalir ke dioda D1 dan dioda D2 serta beban RL
Besarnya arus yang mengalir pada beban RL menggunakan perhitungan yang sama dengan penyearah gelombang penuh trafo CT., yaitu :
sedangkan besarnya tegangan DC pada rangkaian penyearah gelombang penuh dengan sistem bridge, perhitungannya juga sama dengan penyearah gelombang penuh trafo CT
Demikian artikel tentang rangkaian penyearah setengah gelombang dan penyearah gelombang penuh, semoga bisa menjadi referensi dan bacaan yang bermanfaat. Jika ada diskusi, silakan tuliskan di kolom komentar.
Sumber Bacaan :
Herman Dwi Surdjono, 2007, Elektronika, Teori dan Penerapan, Penerbit cerdas ulet kreatif. Jember Jawa Timur.
