2.8 Full Wave Rectification (Penyearah gelombang penuh)

[KEMBALI KE MENU SEBELUMNYA]

DAFTAR ISI

1. Tujuan

2. Alat dan bahan

3. Dasar teori

4. Percobaan

5. Pilihan ganda

6. example dan problem

1.      Tujuan[Kembali]

·         Mempelajari dan memahami cara kerja rangkaian full wafe rectification (penyearah gelombang penuh) 

·         Mensimulasikan rangkaian full wafe rectification (penyearah gelombang penuh) 

2.      Alat dan bahan[Kembali]

a.       Alat

·         Sumber tegangan AC / signal generator

Signal Generator berfungsi sebagai sumber tegangan AC pada rangkaian yang frekuensi, amplitudo, dan bentuk gelombangnya dapat diatur.

 

·         Transfomator

Transformator atau sering disingkat dengan istilah Trafo adalah suatu alat listrik yang dapat mengubah taraf suatu tegangan AC ke taraf yang lain. Maksud dari pengubahan taraf tersebut diantaranya seperti menurunkan Tegangan AC dari 220VAC ke 12 VAC ataupun menaikkan Tegangan dari 110VAC ke 220 VAC.  Transformator atau Trafo ini bekerja berdasarkan prinsip Induksi Elektromagnet dan hanya dapat bekerja pada tegangan yang berarus bolak balik (AC)

b.      Bahan

·         Osiloskop

Osiloskp dapat digunakan untuk mengukur frekuensi sinyal yang dapat berosilasi. Osilasi juga dapat mengukur tegangan listrik serta relasinya terhadap waktu. Membedakan arus AC dan juga arus DC dan sebuah komponen elektronika. Mengecek sinyal dalam sebuah rangkaian elektronik.

 

·         Resistor

Resistor merupakan komponen elektronik yang memiliki dua pin dan didesain untuk mengatur tegangan listrik dan arus listrik. Resistor mempunyai nilai resistansi (tahanan) tertentu yang dapat memproduksi tegangan listrik di antara kedua pin dimana nilai tegangan terhadap resistansi tersebut berbanding lurus dengan arus yang mengalir.

 

·         Dioda

Dioda (Diode) adalah Komponen Elektronika Aktif yang terbuat dari bahan semikonduktor dan mempunyai fungsi untuk menghantarkan arus listrik ke satu arah tetapi menghambat arus listrik dari arah sebaliknya. Oleh karena itu, Dioda sering dipergunakan sebagai penyearah dalam Rangkaian Elektronika.

           

3.      Dasar teori[Kembali]

Bridge network (jembatan jaringan)

Level DC yang diperoleh dari input sinusodial dapat ditingkatkan 100% menggunakan proses perbaikan gelombang penuh. Jaringan yang paling sering digunakan untuk menjalankan fungsi tersebut ada pada Gambar 2.52 dengan 4 dioda pada konfigurasi jembatannya.

Pada periode t = 0 hingga T/2 polaritas input ditunjukan pada gambar 2.53. Selain itu, polaritas yang dihasilkan dioda ideal juga ditunjukkan pada gambar tersebut yang memperlihatkan bahwa D2 dan D3 dalam keadaan “hidup” sementara D1 dan D4 dalam keadaan “mati”.  

Hasil bersih konfigurasinya adalah gambar 2.54 dengan arus dan polaritas ditunjukkan melewati R karena dioda ideal tegangan bebannya vo = vi.

Untuk daerah negatif dari input dioda konduktor adalah D1 dan D4 yang konfigurasinya ditunjukkan gambar 2.56. Hasil pentingnya adalah bahwa polaritas ysng mrlrwati resistor beban R sama seperti gambar 2.53, membentuk phasa positif kedua seperti pada gambar 2.55. Selama satu siklus penuh, tegangan input dan output akan terlihat seperti gambar 2.56.

Karena area di atas sumbu untuk satu siklus penuh sekarang dua kali lipat yang diperoleh untuk sistem setengah gelombang, tingkat DC juga dilipat gandakan menjadi

V_dc = 2(Eq. 2.7) = 2(0.318 V_m)

V_dc = 0.636 V_m                            (2.10)

Jika silikon dioda ideal digunakan seperti yang ditunjukkan dalam Gambar 2.57, aplikasi hukum tegangan Kirchhoff di sekitar jalur konduksi akan menghasilkan

vi – Vr – vo – Vr = 0

vo = vi - 2Vr

Nilai puncak dari tegangan  output Vo adalah

V_{o max} = V_m – 2V_r

Jika Vm >> 2VT maka persamaan 2.11 dapat diterapkan untuk nilai rata-rata dengan tingkat akurasi yang relatif tinggi. Persamaan 2.10 sering diterapkan sebagai perkiraaan pertama untuk Vdc jika Vm >> 2VT.

Vdc = 0.636 ( Vm – 2Vr)                     (2.11)

 

PIV

PIV yang diperlukan dari setiap dioda ideal dapat ditentukan dari gambar 2.58 yang diperoleh pada puncak wilayah positif dari sinyal input. Untuk loop yang ditunjukkan, tegangan maksimum di R adalah Vm dan peringkat PIV didefinisikan oleh

PIV >= Vm  -full wave                                                                                    (2.12)

Center Tapped Transformer (Trafo CT)

Penyearah gelombang penuh yang populer kedua terlihat pada gambar 2.59 dengan hanya dua dioda tetapi membutuhkan transformator pusat-penuh (CT) untuk menetapkan sinyal input di setiap bagian sekunder transformator. Selama bagian positif vi diterapkan ke bagian utama transformator, jaringan akan muncul seperti yang ditunjukkan di gambar 2.60. D1 diasumsikan setara dengan arus pendek dan D2 setara sirkuit terbuka, seperti yang ditentukan oleh tegangan sekunder dan arah arus yang dihasilkan. Tegangan output muncul seperti yang ditunjukkan pada gambar 2.60.

Selama bagian negatif dari input, jaringan muncul sepert pada hambar 2.61, membalikkan peran dioda tetapi mempertahankan polaritas yang sama untuk tegangan yang melewati reristor R. Efek bersihnya sama dengan yang mucul pada gambar 2.56 dengan level dc yang sama.

PIV

Jaringan pada gambar 2.62 dapat membantu untuk menentukan PIV bersih untuk setiap dioda penyearah gelombang penuh. Mmenasukkan tegangan maksimum untuk tegangan sekunder dan Vm yang ditetapkan oleh loop yang berdampingan akan menghasilkan

PIV         = V secondary + VR

= Vm + Vm

PIV >= 2Vm  - trafo CT, Penyearah gelombang penuh                                            (2.13)

 

4.      Percobaan[Kembali]

  ·         Rangkaian:

a.       Bridge network

b.      Center tapped transformer 

 

        ·         Prinsip kerja rangkaian:

Rangkaian penyearah gelombang penuh digunakan untuk menghasilkan output tegangan DC dari input berupa tegangan AC. Rangkaian ini biasa digunakan pada peralatan elektronik yang membutuhkan input berupa tegangan DC. Saat tegangan input positif dioda 1 dan 4 dalam keadaan "off", arus akan melewati dioda 2, resistor, dioda 3, dan kembali lagi menuju sumber tegangan untuk mencapai satu siklus arus. Saat tegangan input negatif dioda 2 dan 3 dalam keadaan "off", arus akan melewati dioda 4, resistor, dioda 1, dan kembali lagi menuju sumber tegangan. Kedua siklus ini tetap menghasilkan arah arus yang sama ketika melewati resistor dan bernilai positif, sehingga jika ditampilkan melalui osiloskop tegangan output dari rangkaian ini adalah DC.

Pada rangkaian penyearah yang menggunakan transformer ct saat input positif arus akan melewati dioda 1 dan dioda 2 "off", saat input negatif arus akan melewati dioda 2 dan dioda 1 "off". Jika tegangan output pada beban ditampilkan melalui osiloskop, tegangan output adalah DC.

    ·         Video:

a.       Bridge network 

b.      Center tapped transformer 

 

c.    Center tapped transformer saat dioda off 

    ·         Download:

a.       Download html disini

b.      Download rangkaian:

Bridge network

Center tapped transformer

Center tapped transformer saat dioda “off”

c.       Download video:

Bridge network

Center tapped transformer

Center tapped transformer saat dioda “off”

 d.       Download datasheet dioda disini

 

5.  soal pilihan ganda

1.      Tentukan nilai dari output

A. -3,18
B. 3,12
C. 3,21
D. -3.4
E. 2,12

Jawaban : A

Pembahasan :

 

2.      Tentukan nilai dari Vdc!

 

A. 31,8 V
B. 24,2 V
C. 27,3 V
D. 32,1 V
E. 33,5 V

Jawaban : A

Pembahasan :

 

 

 6. example dan problem

EXAMPLE

 

1.Tentukan bentuk gelombang keluaran untuk jaringan dari Gambar 2.63 dan hitung tingkat keluaran dc dan PIV yang diperlukan dari setiap dioda.

CONTOH 2.19

Gambar 2.63 Jaringan jembatan untuk Contoh 2.19.

Penyelesaian

Jaringan akan muncul seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 2.64 untuk wilayah positif dari tegangan input. Menggambar ulang jaringan akan menghasilkan konfigurasi Gambar 2.65, di mana

vo _ _12 _vi or Vomax _ _12 _Vimax _ _12 _(10 V) _ 5 V, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.65. Untuk yang bagian negatif dari input dioda akan melakukan pertukaran dan Vo akan muncul seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.66.

 

Gambar 2.64 Jaringan Gambar 2.63 untuk wilayah positif v saya.

Gambar 2.65 Jaringan yang digambar ulang dari Gambar 2.64.

 

Oleh karena itu, efek menghilangkan dua dioda dari konfigurasi bridge adalah untuk mengurangi level dc yang tersedia menjadi sebagai berikut:

Vdc  = 0.636(5 V) = 3.18 V

atau yang tersedia dari penyearah setengah gelombang dengan input yang sama. Namun, PIV seperti yang ditentukan dari Gambar 2.58 sama dengan tegangan maksimum yang melintasi R, yaitu 5 V atau setengah dari yang dibutuhkan untuk penyearah setengah

gelombang dengan input yang sama.

Gambar 2.66  Output yang dihasilkan

2. Hitunglah nilai arus dan tegangan rata-rata pada Vout jika kita ketahui nilai perbandingan lilitan trafo adalah N1:N2 = 10:1, Veff = 220V dan f = 50 Hz, resistor RL = 1KΩ.

Penyelesaian :

Kita ketahui adalah input tegangan PLN 220 V, dengan nilai tegangan efektifnya Veff = 220V. Maka kita dapat menghitung nilai tegangan maksimum (Vm) :

bentuk gelombang :

Pada titik B adalah tegangan output trafo stepdown dimana perbandingan lilitan primer  N1 = 10 dan sekunder N2 = 1, maka N1:N2 = 10:1. Maka tegangan maksimum pada titik B adalah :

Bentuk gelombang pada B :

Dengan mempertimbangkan nilai tegangan cut-in dioda (Vɣ) besarnya tegangan rata-rata Vdc :

Dan bentuk gelombang pada outputnya adalah :

Untuk mencari arus maksimum Im dengan mengabaikan nilai Rf yang kecil adalah :

dan arus rata-rata adalah: 

Dari gelombang yang dihasilkan pada bagian outputnya kita bisa melihat bahwa jarak antara puncak ke puncak semakin rapat, maka nilai frekuensi outputnya adalah :

Besar tegangan PIV adalah :

problem 

1. Hitunglah Vo untuk setiap jaringan berikut 

 

11) hitunglah Vo dan I untuk jaringan berikut

(a)  Tegangan untuk mengaktifkan pada dioda Si dan dioda Ge berbeda, yaitu masing-masingnya 0.7V dan 0.3V. Pada rangkaian paralel, tegangan setiap elemennya adalah sama. Oleh karena itu, Vo pada jaringan ini: