Rangkaian Penyearah Gelombang Penuh Menggunakan Filter Kapasitor

RANGKAIAN PENYEARAH GELOMBANG PENUH

MENGGUNAKAN FILTER KAPASITOR

Catu daya merupakan suatu Rangkaian yang paling penting bagi sistem

elektronika. Ada dua sumber catu daya yaitu sumber AC dan sumber DC.

Sumber AC yaitu sumber tegangan bolak - balik, sedangkan sumber

tegangan DC merupakan sumber tegangan searah.

Bila dilihat dengan osiloskop seperti berikut.

(a) Tegangan AC

(b) Tegangan DC Gambar 1.

Penyearah (Rectifier)

Seperti telah kita ketahui bahwa hampir semua peralatan

elektronika menggunakan power suplay (catu daya arus searah).

Sudah barang tentu dalam hal ini kita brusaha untuk

mendapatkan suatu sumber arus searah yang disesuaikan

dengan prinsip-prinsip ekonomis dan

keuntungan lainnya yang sesuai dengan persyaratan

diatas adalah mendapatkan arus searah dari sumber arus

bolak balik atau arus AC (Alternating Curent). Rangkaian

yang dimaksud disini adalah rangkaian penyearah gelombang

yaitu dari sumber tegangan sinyal AC diubah menjdi bentuk

sinyal DC (Direct Crrent). Rangkaian penyearsh ini terdiri dari:

a. Rangkaian penyearah ½ gelombang ( Half wave

Rectifier)

b. Rangkaian penyearah gelombang penuh dengan 2 buah

dioda

c. Rangkaian penyearah gelombang penuh dengan 4 buah

diode

Sumber Tegangan Bila diamati sumber AC tegangan berayun sewaktu-

waktu pada kutub positif dan sewaktu-waktu pada kutub negatif,

sedangkan sumber AC selalu pada satu kutub saja, positif saja atau

negatif saja. Dari sumber AC dapat disearahkan menjadi sumber DC

dengan menggunakan rangkaian penyearah yang di bentuk dari dioda.

Ada tiga macam rangkaian penyearah dasar yaitu penyearah setengah

gelombang, gelombang penuh dan sistem jembatan.

(a) Penyearah Setengah

Gelombang (b) Penyearah

Gelombang Penuh (c) Penyearah

Sistem Jembatan Gambar

Rangkaian Penyearah Biasanya output dari rangkaian diberi suatu

filter kapasitor untuk menghilangkan riak sehingga diperoleh tegangan

DC yang stabil. Tegangan DC juga dapat diperoleh dari batere. Dengan

penggunaan batere ditawarkan sumber tegangan DC yang stabil dan

portable namun dapat habis tergantung kapasitas batere tersebut.

Tegangan yang tersedia dari suatu sumber tegangan yang ada biasanya

tidak sesuai dengan kebutuhan. Untuk itu diperlukan suatu regulator

tegangan yang berfungsi untuk menjaga agar tegangan bernilai konstan

pada nilai tertentu. Regulator tegangan ini biasanya berupa IC dengan

kode 78xx atau 79xx. Untuk seri 78xx digunakan untuk regulator

tegangan DC positif, sedangkan 79xx digunakan untuk regulator DC

negatif. Nilai xx menandakan tegangan yang akan diregulasikan.

Misalnya kebutuhan sistem adalah positif 5 volt, maka regulator yang

digunakan adalah 7805. IC regulator ini biasanya terdiri dari tiga pin

yaitu input, ground dan output. Dalam menggunakan IC ini tegangan

input harus lebih besar beberapa persen (tergantung pada data sheet)

dari tegangan yang akan diregulasikan

PENYEARAH GELOMBANG PENUH DENGAN FILTER C

gambar 5 : rangkaian penyearah gelombang penuh dengan filter C

Analisis Rangkaian

Berbeda dengan penyearah gelombang penuh dengan menggunakan

Transformator CT. Pada rangkaian kali ini menggunakan transformator

tanpa CT, dengan penyearah 4 buah dioda. Silahkan ikuti alur dari

masing-masing siklus. Keduanya akan masuk keluar dengan arah yang

sama dan berakhir di lawan potensialnya. Sehingga bentuk gelombang

keluaran semuanya berupa bukit (tegangan positif). Dan adanya

kapasitor membuat tegangan ripple kecil. Kapasitor melakukan

pembuangan saat terjadi pergantian siklus. Dan melakukan pengisian

saat arus dari kedua potensial yang disearahkan tersebut mengalirinya.

Untuk mendapatkan tegangan output yang lebih efektip anda dapat

menggunakan filter phi. Yaitu dengan menambah satu kapasitor lagi

(dipasang paralel, agar nilai kapasitansi bertambah, sehingga waktu

buang semakin lama dan gelombang pun akan nyaris lurus), dan satu

induktor. Dari hasil percobaan yang saya lakukan. Nilai R1 pun

mempengaruhi keefektifan tegangan output. Dari percobaan, R1 yang

bernilai 1,5 KOhm menghasilkan gelombang keluaran yang lebih efektif

(gelombang nyaris lurus) , dibandingkan dengan menggunakan R1 yang

bernilai 100 Ohm.

padContoh rangkaian penyearah tanpa menggunakan filter

Fungsi filter

Contoh rangkaian penyearah dengan menggunakan filter kapasitor

• Arus Riak (Ripple Current)

Akibat dari arus ripple sedikit banyak mengganggu keluaran dari catu

daya. Ilustrasi berikut menunjukkan bentuk keluaran tegangan DC dari

rangkaian penyearah setengah gelombang dengan filter kapasitor.

Garis b-c kira-kira adalah garis lurus dengan kemiringan tertentu, di

mana pada keadaan ini arus untuk beban R1 dicatu oleh tegangan

kapasitor. Sebenarnya garis b-c bukanlah garis lurus, tetapi

eksponensial sesuai dengan sifat pengosongan kapasitor.

Kemiringan kurva b-c bergantung pada besar arus I yang mengalir ke

beban R. Jika arus I = 0 (tidak ada beban) maka kurva b-c akan

membentuk garis horizontal. Namun jika beban arus semakin besar,

kemiringan kurva b-c akan semakin tajam. Tegangan yang keluar akan

berbentuk gigi gergaji dengan tegangan ripple yang besarnya adalah :

V r = V M -V L

dan tegangan dc ke beban adalah :

V dc = V M + V r /2

Tipe – tipe filter :

1. Filter Choke (Induktor)

2. Filter Kapasitor

3. Filter RC

1. 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 :

PENYEARAH SETENGAH GELOMBANG (HALF WAVE)

gambar 1 : rangkaian penyearah setengah gelombang

Analisa Rangkaian

Input pada rangkaian tersebut adalah arus bolak balik (Alternating

Current). Dan dihasilkan output arus searah (Direct Current), karena

hanya menggunakan 1 buah dioda. Dioda tersebut berfungsi sebagai

penyearah. Saat siklus positif (aliran tegangan positif) arus dapat

melewati dioda (diteruskan ke R1), sehingga gelombang pada siklus

positif keluar sebagai output. Namun saat siklus negatif, arus tidak

mengalir, karena terhalang dioda. Oleh karena itu outputnya bernilai nol.

Siklus positif dan negatif berlangsung secara terus menerus, sehingga

didapat bentuk gelombang keluaran berupa bukit tanpa lembah. Selang

antar bukit itulah jeda yang disebabkan siklus negatif tidak dapat

mengalir karena adanya dioda, sehingga gelombang keluaran hanya

setengah gelombang. Oleh karena itulah, rangkaian di atas disebut

rangkaian penyearah setengah gelombang. (frekwensi input = 2 x

frekwensi output)

PENYEARAH GELOMBANG PENUH (FULL WAVE) DENGAN

TRANSFORMATOR CENTRE TAP (CT)

gambar 2 : rangkaian penyearah gelombang penuh

Analisa Rangkaian

Adanya 2 dioda menyebabkan CT menjadi common ground. Siklus dari

CT tidak mengalir karena terhalang oleh kedua dioda. Sedangkan dua

siklus yang lainnya diteruskan ke Resistor 1 dengan arah yang sama.

Sehingga, gelombang keluaran semuanya berupa bukit (input berupa

gelombang sinusoidal / AC). Oleh karena itu, rangkaian diatas

dinamakan penyearah gelombang penuh dengan Transformator Centre

Tap. Karena, rangkaian pertama di atas pun dapat menjadi penyearah

gelombang penuh, dengan menggunakan 4 buah dioda.

Walaupun aotputnya sudah berupa DC, namun keluarannya belum

efektif, karena tegangan ripplenya masih cukup besar. (pada gambar 4

di bawah dapat dilihat Vr/tegangan ripple yang lebih efektif dari

tegangan di atas.)

PENYEARAH SETENGAH GELOMBANG DENGAN FILTER KAPASITOR

gambar 3 : rangkaian penyearah setengah gelombang dengah filter C

Analisis Rangkaian

Yang membedakan rangkaian gambar 3 dengan gambar 1 adalah

adanya capasitor sebagai filter. Saat siklus positif, capasitor melakukan

pengisian bersamaan dengan terjadinya output siklus positif. Dan saat

siklus negatif kapasitor melakukan pembuangan karena siklus negatif

tidak mengalir. Sehingga jarak antar bukit pada rangkaian ini

dihubungkan oleh garis miring/ kurva b-c yang merupakan hasil

pembuangan kapasitor (tegangan capasitor). Adanya filter inilah yang

membuat tegangan keluaran lebih efektif karena tegangan ripple yang

kecil. Tegangan ripple secara matematis dapat dihitung dengan rumus :

Vr = VM -VL …....... (1)

gambar 4 : bentuk gelombang dengan filter kapasitor

Catudaya atau power supply merupakan suaturangkaian elektronic yang

mengubah arus listrik bolak-balik menjadi arus listrik searah.

Hampir semua peralatan elektronik membutuhkan catudaya agar dapat

berfungsi.

Beberapa radio atau tape kecil menggunakan baterai sebagai sumber

tenaga namun sebagian besar menggunakan listrik PLN sebagai sumber

tenaganya. Untuk itu dibutuhkan suatu rangkaian yang dapat mengubah

arus listrik bolak-balik dari PLN menjadi arus listrik searah. Ada banyak

jenis atau variasi rangkaian catudaya dengan segala kelebihan dan

kekurangannya. Namun secara prinsip rangkaian catudaya terdiri atas

transformator, dioda dan condensator.

Rangkaian penyearah (rectifier circuit).

Bagian utama atau boleh dikatakan jantung suatu catudaya adalah

rangkaian penyearah yang mengubah gelombang sinus AC menjadi

deretan pulsa DC. Ini merupakan dasar atau langkah awal untuk

memperoleh arus DC halus yang dibutuhkan oleh suatu peralatan

elektronik.

A

B

Penyearah gelombang penuh (fullwave rectifier).

Kelemahan dari halfwave rectifier adalah arus listrik yang mengalir ke

beban hanya separuh dari setiap satu cycle. Hal ini akan menyulitkan

dalam proses filtering (penghalusan). Untuk mengatasi kelemahan ini

adalah penyearah gelombang penuh.

Rangkaian dasar penyearah gelombang penuh seperti terlihat pada

gambar. Menggunakan dua dioda dan satu center tape transformer. Jika

titik tengah transformer ditemukan maka tegangan di kedua ujung lilitan

sekunder berlawanan fasa 180 derajat. Jadi ketika misalnya tegangan

dititik A mengayun kearah positif diukur dari titik tengah lilitan sekunder

maka tegangan dititik B mengayun ke arah negatif diukur dari titik yang

sama. Mari kita lihat prinsip kerja penyearah gelombang penuh ini.

Gambar A menunjukkan ketika anoda D1 mendapat tegangan positif,

Anoda D2 mendapat tegangan negatif.

A

Pada kedudukan ini hanya D1 saja yang konduksi atau terhubung

singkat. Arus listrik mengalir dari titik tengah sekunder melalui beban,

kemudian melalui D1 dan kembali ketitik tengah melalui lilitan atas

sekunder. Dan hal ini D1 berfungsi seperti saklar atau switch yang

menutup sehingga arus listrik mengalir melalui beban disaat periode

positif dari gelombang sinus AC.

Gambar B menunjukkan apa yang terjadi selama setengah periode

berikutnya ketika polaritas berganti.

B

Anoda D1 mengayun kearah negatif sementara anoda D2 mengayun

kearah positif. Akibatnya D1 menyumbat, sebaliknya D2 konduksi atau

terhubung singkat. Pada keadaan ini arus listrik mengalir dari titik

setengah sekunder melalui beban dan D2 kembali ketitik tengah setelah

melalui lilitan bawah sekunder

Perhatikan bahwa dalam rangkaian penyearah gelombang arus listrik

mengalir sepanjang satu periode. Sedangkan dalam rangkaian

penyearah setengah gelombang arus listrik hanya mengalir selama

setengah periode saja.

Jadi penyearah gelombang penuh (fullwave rectifier) lebih baik dari

penyearah setengah gelombang (halfwave rectifier).

Penyearah type jembatan (bridge rectifier)

Rangkaian dasar penyearah type jembatan seperti terlihat pada gambar.

Terdiri atas satu transformer dan 4(empat) dioda yang disusun

sedemikian rupa sehingga arus listrik hanya mengalir kesatu arah saja

melalui beban. Sirkuit ini tidak memerlukan sekunder bersenter tapi

sebagaimana pada rangkaian penyearah gelombang penuh. Bahkan

transformator tidak diperlukan jika tegangan DC yang dibutuhkan relatif

sama dengan tegangan jaringan PLN, misalnya. Artinya titik A dan B

dapat dihubungkan langsung dengan jaringan yang tersedia di rumah.

Transformator digunakan bila tegangan DC yang dibutuhkan lebih kecil

atau lebih besar dari tegangan jaringan. Selain itu adakalanya

transformator digunakan sebagai isolator antara tegangan jaringan

dengan tegangan rangkaian.

Gambar A menunjukkan jalannya aliran arus listrik selama periode

positif AC (sine wave). D1 dan D2 konduksi. Arus listrik mengalir dari

ujung lilitan bawah sekunder melalui beban, D1, D2, dan kembali ke

lilitan bawah sekunder.

A

Setengah periode berikut polaritas sinewave berganti seperti terlihat

pada gambar B. Ujung lilitan atas sekunder sekarang menjadi negatif,

ujung lilitan bawah menjadi positif.D3 dan D4 konduksi. Pada kedudukan

ini arus listrik mengalir dari ujung lilitan atas sekunder melalui beban,

D3, D4 dan kembali lilitan bawah sekunder. Dari gambar A dan B

nampak jelas arus listrik yang mengalir melalui beban selalu dalam arah

yang sama.

B

Filtering (penghalusan).

Sebagaimana telah kita lihat pada bab sebelumnya bahwa arus listrik DC

yang keluar dari dioda masih berupa deretan pulsa-pulsa. Tentu saja

arus listrik DC semacam ini tidak cocok atau tidak dapat digunakan oleh

perangkat elektronik apapun.

Untuk itu perlu dilakukan suatu cara filtering agar arus listrik Dc yang

masih berupa deretan pulsa itu menjadi arus listrik DC yang halus/ rata.

Ada beberapa cara yang dapat dilakukan diantaranya dengan C filter, RC

filter dan LC filter.

Pada bab berikut hanya akan dibahas C filter (basic). Sedangkan RC

maupun LC filter merupakan pengembangan C filter yang fungsinya

lebih menghaluskan tegangan output dioda.

Capacitor sebagai filter.

Filtering yang paling sederhana ialah dengan menggunakan capacitor

yang dihubungkan seperti terlihat pada gambar. Tegangan input rata-

rata (average) 115 volt. Tegangan puncak 162 volt. mari kita lihat apa

yang terjadi ketika suatu capasitor ditambahkan pada output dioda.

Pada saat anoda D1 mendapat pulsa positip, D1 langsung konduksi dan

capacitor mulai mengisi. Ketika capacitor telah mencapai tegangan

puncak D1 menyumbat karena katodanya lebih positip daripada

anodanya. Capacitor harus membuang (discharge) muatannya melalui

beban yang mempunyai resistan tertentu. Oleh karenanya waktu

discharge capacitor lebih lama dibanding waktu yang dibutuhkan AC

untuk melakukan satu periode (cycle). Akibatnya sebelum capacitor

mencapai nol volt diisi kembali oleh pulsa berikutnya.

A

B

C

Bagaimana bentuk tegangan DC setelah difilter dengan capacitor dapat

dilihat pada gambar.

Gambar A menunjukkan output penyearah setengah gelombang tanpa

capacitor. Tampak jelas tegangan rata-ratanya (Eave) hanya sekitar 31%

dari tegangan puncak.

Ketika suatu capacitor ditambahkan maka bentuk tegangan outputnya

seperti terlihat pada gambar B. Di sini capacitor mencegah tegangan

output mencapai nol volt. Sehingga tegangan output rata-ratanya naik

dibanding sebelumnya (no capacitor).

Jika nilai capacitornya dibesarkan atau ditambah maka bentuk tegangan

outputnya seperti terlihat pada gambar C. Tampak jelas tegangan rata-

ratanya (Eave) meningkat dibandingkan sebelumnya (nilai capacitor

yang lebih besar diperlukan bila arus listrik yang dibutuhkan beban

relatif besar).

Tegangan rata-rata (Eave).

Jika kita mengatakan tegangan AC ini 115 V, sesungguhnya yang kita

sebutkan adalah tegangan efektif (Erms). Sedangkan tegangan

puncaknya (Epeak adalah:

Epeak = Erms x 1,414

Epeak = 115 V x 1,414 = 162,6 V.

A

B

Sedangkan tegangan rata-ratanya adalah 0 V karena positif dan negatif

bergantian (alternate). Yang dibutuhkan rangkaian elektronika adalah

tegangan rata-rata atau Eave. Untuk mendapatkan Eave maka salah

satu gelombang AC (positif / negatif) harus di clip / dipotong (lihat

gambar).

Eave = Epeak x 0,0318

Eave = 162,6 V x 0,318 = 51,7 V.

Output Eave pencatudaya setengah gelombang sukar difilter karena

mengandung ripple 50Hz

Pada catudaya type jembatan (bridge rectifier) hubungan antara

tegangan puncak Epeak dengan tegangan rata-rata Eave sebagai

berikut:

Epeak = Erms x 1,414

Epeak = 115V x 1,414 = 162,6V.

Eave = Epeak x 0,636

Eave = 1,62,6V x 0,636 = 103,4V.

Dari perbandingan di atas tampak jelas bahwa output tegangan DC

catudaya type jembatan lebih besar dari tipe setengah gelombang.

Walaupun ripple frekwensi catudaya jembatan 120Hz, secara teknis

mudah difilter atau disaring dibanding ripple frekwensi 60Hz dari

pencatudaya tipe setengah gelombang.

��

t

a. Penyearah ½ gelombang ( Half wave Rectifier)

Seperti diperlihatkan pada gambar 2.6 suatu deretan dioda

dan R kita berikan teganga bolak-balik. Karena tegangan

yang diberikan pada input trafo bolak-balik maka pada suatu

saat terminal A adalah positip sedangkan terminal B

adalah negatip. Dan pada saat berikutnya terminal A

menjadi negatip dan terminal B yang jadi positip dan

seterusnya bergantian setiap setengah perioda.

D

A

+

(-

)

R

L

Vo

ut

VP

Harga rata-rata

Vi

n

(+

)

B -

VD

C

0

2

3

4 5

(a) (b)

Gambar 2.6 Rangkaian penyearah ½

gelombang a. Skema

Rangkaian

b. Gelombang

Output

Pada saat terminal A positip dioda mendapat tegangan

maju maka mengalirlah arus, dan pada saat terminal A

negatip dioda mendapat tegangan terbalik dan tidak ada

arus mengalir. Dengan demikian pada dioda mengalirlah arus

yang bentuknya dilukiskan seperti gambar 2.6

b. Arus ini tidak lagi bolak bali melainkan searah tapi

tidak rata melainkan berdenyut-denyut, karenanya arus

inipun dinamai arus searah denyut (pulsating

direct current). Arus denyut inipun

membangkitkan tegangan pada R dan bentuk tegangan pada

R adalah belahan positip dari pada bentuk arus bolak balik

yang dimasukkan deretan dioda dan R.

Tujuan dari rangkaian penyearah adalah untuk

memperoleh arus searah dari sumberarus bolak

balik, dan kemampuan menyearahkannya dapat

dilihat dengan menghitung besarnya

komponen arus searah atau harga rata-rata pulsa searahnya,

yaitu:

I

m

IDC =

= 0,318 Im

Besarnya Im adalah:Im = I 2 = 1,414 I sehingga:

IDC

=

1,414

I

= 0,45 I

sedangkan tegangan searahnya adalah harga rata-rata dari

setengah

gelombang sinus yang positip sehingga:

EDC

=

Em

= 0,318 Em

¡¡

Prioda dari sinyal output adalah sama dengan perioda

sinyal input. Setiap siklus input menghasilkan satu siklus

output. Inilah sebabnya mengapa frekuensi output dari

penyearah setengah gelombang sama

dengan frekuensi input

fout =

fin

b. Penyearah gelombang penuh dengan 2 buah dioda (Full

wave

Rectifier)

Untuk memperoleh perataan yang lebih sempurna, maka

dipakailah dua buah dioda sebagai penyearah rangkap. Guna

memahami apakah yang diperoleh dari dua dioda, mari

terlebih dulu kita pelajari

rangkaian di Gambar 2.7.

Vi

n

A +

D1

A - Vm

CT

B + Vm

D

2

Vo

ut

RL

I

m

Harga rata-rata

B -

(A

)

IDC

0

2 3 4

(B)

Gambar 2.7 Rangkaian penyearah gelombang

Penuh

a. Skema

Rangkaian b.

Gelombang

Outut

Dari rangkaian penyearah ½ gelombang telah kita

ketahui bahwa beban hanya dilalui arus selama setengah

perioda. Sehingga untuk mendapatkan arus selama satu

perioda secara penuh dilakukan dengan menambah satu

dioda lagi, dengan tujuan menyearahkan setengah

gelombaang lainnya seperti yang diperlihatkan pada gambar

diatas.

Besarnya harga rata-rata pulsa arus yang melalui beban

adalah dua

kali harga rata-rata penyearah setengah gelombnag yaitu:

IDC

=

2 Im

Sedangkanharga rata-rata tegangan searahnya adalah:

EDC

=

2

Em

= 0,645 Em

c. Penyearah gelombang penuh dengan 4 buah dioda

(Sistim

Jembatan)

Rangkaian penyearah sistim jembatan ini adalah rangkaian

penyearah gelombang penuh tetapi tidak menggunkan

center tap pada trafonya (seperti pada penyearah gelombang

penuh yang menggunakan 2 buah dioda. Perhatikan gambar

2.8 dibawah ini

A

+

A - D4 D1

B + D3

D2

B

-

Gambar 2.8

RL Rangkaian

penyearah

gelombang

Penuh sistim

Jembatan

A

Vout

Harga

rata-

rata

Im

0 2 3 4

B

Pada saat A positi sementara B negatif, maka jalannya arus

setengah

siklus perioda pertama adalah dari titik A+ melalui D1,

RL D3 dan kembali ke sumber. Dalam gambar

ditunjukkan dengan tanda panah warna merah.

Selanjutnya setengah siklus perioda berikutnya adalah

titik B menjadi positif dan titik A jadi negative, sehingga

jalannya arus adalah dari titik B+ menuju D2, RL

,D4 dan kembali ke sumber. Demikian seterusnya untuk

proses berikutnya kembali lagi titik A jadi positif dan

titik B negative demikian seterusnya setiap setengah

perioda, dan gelombang outputnya seperti ditunnjukkan

pada gambar diatas

Dioda

1. Prinsip Kerja Dioda

Dalam berbagai rangkaian elektronika komponen

semikonduktor dioda sering kita jumpai jenis dan type yang

berbeda beda tergantung dari model dan tujuan penggunaan

rangkaian tersebut dibuat. Kata dioda berasal dari

pendekatan kata yaitu dua elektroda yang mana (di

berarti dua) mempunyai dua buah elektroda yaitu anoda

dan katoda. Anoda digunakan untuk polaritas positif dan

katoda untuk polaritas negatip. Didalam dioda

terdapat junction (pertemuan)

dimanadaerah semikonduktor type-p dan semi

konduktor type-n bertemu.

Dioda semikonduktor hanya dapat melewatkan arus pada satu

arah saja,

yaitu pada sat dioda memperoleh catu arah maju (forward

bias). Pada kondisi ini dioda dikatakan bahwa dioda dalam

keadaan konduksi atau menghantar dan mempunyai

tahanan dalam dioda relative

kecil. Sedangkan bila dioda diberi catu arah

terbalik (Reverse bias) maka dioda tidak bekerja dan pada

kjondisi ini dioda mempunyai tahanan dalam yang tinggi

sehingga arus sulit mengalir. Dari kondisi tersebut maka

dioda hanya digunakan pada beberapa pemakain saja

antara lain sebagai penyearah gelombang (rectifier),

disamping kegunaan-kegunaan lainya misalnya sebagai Klipper,

Clamper , pengganda tegangan dan lain-lain.

Sifat-Sifat Dioda

a. Dioda Silikon:

1. menghantar dengan tegangan maju kira-kira 0.6 Volt

2. perlawanan maju cukup kecil

3. perlawanan terbalik sangat tinggi, dapat mencapai

beberapa Mega ohm

4. Arus maju maksimum yang dibolehkan cukup besar, sampai

1000 A

5. Tegangan terbalik maksimum yang dibolehkan cukup

tinggi, dapat mencapai 1000 V

b. Dioda Germanium:

1. Menghantar dengan teganagnmaju kira-kira 0,2 Volt

2. Perlawanan maju agak besar

3. Perlawanan terbalik kurang tinggi ( kurang dari 1 M ohm)

4. Arus maju maksimum yang dibolehkan kurang besar

5. Tegangan terbalik masimum yang dibolehkan kurang tinggi

Dioda Zener

Dioda zener dibuat untuk bekerja pada daerah

breakdown dan menghasilkan tegangan breakdown kira-

kira dari 2 samapai 200 Volt. Dengan memberikan

tegangan riverse melampaui

tegangan breakdown zener, piranti berlaku seperti

sumber tegangan konstan. Jika tegangan yang diberikan

mencapai nilai breakdown, pembawa minoritas lapisan

pengosongan dipercepat hingga mencapai kecepatan yang

cukup tinggi untuk mengeluarkan electron dari orbit

luar. Efek zener berbeda-beda, biladioda di-dop

banyak maka lapisan pengosongan amat

sempit. sehingga medan listrik pada lapisan

pengosongan sangat kuat.

Pada gambar 3 menunjukkan kurva tegangan arus dioda

zener. Pada dioda zener breakdown mempunyai knee yang

sangat tajam, diikuti

dengan kenaikan arus yang hampir vertikal. Perhatikan bahwa

tegangan kira-kira konstan sama dengan Vz pada sebagian

besar daerah breakdown. Lembar data biasanya menentukan

nilai VZ pada

arus test IZT tertentu diatas knee ( perhatikan gambar2.3 )

i

-

Vz

V

IZT

IZ

M

Gambar 2.3. Kurva Dioda Zener

Dissipasi daya dioda zener sama dengan perkalian tegangan

dengan arusnya, yaitu:

PZ = VZ

x IZ

Misalkan jika Vz=13.6 V dan Iz= 15mA, Hitunglah daya

dissipanya.

Jawab: Pz = 13,6 x 0,015 = 0,204 W

Selama PZ kurang dari rating daya Pz maks dioda zener

tidak akan rusak. Dioda zener yang ada dipasaran mempunyai

rating daya dari ¼

W sampai lebih dari 50 W. Lembar data kerap kali

menspesifikasikan arus maksimum dioda zener yang dapat

ditangani tanpa melampaui rating dayanya. Arus maksimum

diberi tanda IZm. Hubungan antara Izm

dan rating daya adalah:

IZma

x =

Pz max

Vz

Penggunaan dioda Zener sangat luas, kedua setelah dioda

penyearah.

Dioda silikon ini dioptimumkan bekerja pada daerah

breakdown dan dioda zener adalah tulang punggung

regulator tegangan. Jika dioda zener bekerja dalam

daerah breakdown, bertambahnya tegangan sedikit

akan menghasilkanpertambahanarus yang besar.

Ini menandakan bahwa dioda zener pempunyai

inpedansi yang kecil.

Inpedansi dapat dihitung dengan bantuan rumus:

V

ZZ

=

i

3. Clipper

Pada peralatan computer, digital dan sistim elektronik lainnya,

kadang kita ingin membuang tegangan sinyal diatas atau

dibawah level tegangan

tertentu. Salah satu caranya adalah dengan menggunakan

rangkaian clipper dioda (clipper = pemotong).

3.1. Clipper Positip

Seperti yang ditunjukkan pada gambar 2.4 tegangan

output bagian positipnya semua dipotong. Cara kerja

rangkaian adalah sebagai berikut: selama setengah siklus

positip tegangan input dioda konduksi, dengan demikian kita

dapat membayangkan dalam kondisi ini dioda seperti

saklar tertutup.Tegangan pada hubungan singkat harus

sama dengan nol, oleh sebab itu tegangan output sama

dengan nol selama tiap-tiap setengah siklus positip sehingga

semua tegangan jatuh pada resistor ( R)

R

RL

Gambar 2.4. Clipper

positip

Selama setengah siklus negatip, dioda terbias reverse dan

kelihatan terbuka dan sebagai akibatnya

rangkaian membentuk pembagi tegangan

dengan output:

R

L

Vout =

i

Bambar 2.5. Clipper dibias positip

Selama setengah siklus negatip, dioda terbias reverse dak

kelihatan seperti terbuka, dan sebagai akibatnya rangkaian

membentuk pembagi tegangan dengan output:

Vout

=

RL

VP

R + RL

Dan biasanya RL jauh lebih besar dari pada R sehingga

Vout -VP.

Selama setengah siklus positip dioda konduksi dan seluruh

tegangan jatuh pada R dan sebaliknya pada setengah

siklus negatip dioda off, dan karena RL jauh lebih

besar dari R sehingga hampir seluruh tegangan

setengah siklus negatip muncul pada RL. Seperti

yang diperlihatkan pada gambar 2.4 semua

sinyal diatas level o V telah dipotong. Clipper positip

disebut juga pembatas positip (positive

limiter), karena tegangan output dibatasi maksimum 0 Volt.

3.2. Clipper di Bias

Dalam beberapa aplikasi anda mungkin level pemotongan

tidak 0 V, maka dengan bantuan clipper di bias anda

dapat menggeser level pemotongan positip atau level

negatip yang diinginkan. Pada gambar

2.5 menunjukkan clipper dias, agar dioda dapat konduksi

tegangan input harus lebih besar dari pada +V. Ketika Vin

lebih besar daripada

+V dioda berlaku seperti saklar tertutup dan tegangan

output sama

dengan +V dan tegangan output tetap pada +V selama

tegangan input melebihi +V.

Ketika tegangan input kurang dari +V dioda terbuka dan

rangkaian kembali pada pembagi tegangan. Clipper dibias

berarti membuang

semua sinyal diatas mevel +V

R

+ Vp

+ V

0 +RL 0

V

-

Vp

- - Vp

Gambar 2.5 Clipper dibias positip

Detektor Dioda

Detektor berfungsi menceraikan sinyal informasi dari sinyal

pembawa, pekerjan deteksi tersebut disebut juga de modulasi

dan pada hakekatnya suatu pekerjaan penyearahan

(rectifying). Pekerjaan penyearahan yang terjadi pada sirkit

detector dan di dalam pencatu daya pada hakekatnya tidak ada

perbedaan azas. Oleh sebab itu sekema dasar dari sirkit detector

juga tidak berbeda dengan sekema dasar sebuah pencatu daya.

Bila rangkaian detector kita bandingkan dengan rangkaian sebuah

pencatu daya maka akan terdapat kesamaan dan perbedaan, antara

lain yaitu:

Detektor Pencatu Daya

1. Frekuensi operasinya 255

Khz

2. Tegangan kerjanya kecil

(10V atau kurang )

3. Arusnya sangat kecil (

dalam uA )

4. Amplitodo

tegangan bolak-

balik disirkit masukan

bervariasi (oleh adanya

modulasi).

5. Di sirkit keluaran terdapat

tegangan rata dan juga

tegangan bb dengan

frekuensi rendah.

1. Frekuensi operasinya 50 Hz

2. Tegangan kerjanya kecil/

besar sesuai keperluan.

3. Arusnya besar ( dalam mA /

Amper)

4. Amplitodo tegangan

bolak-balikdi sirkit

masukan konstan (berasal

dari jaringan listrik).

4. Di sirkit keluaran terdapat

hanya

tegangan rata (tegangan

bb nya kecil sehingga

boleh diabaikan)