RANGKAIAN PENYEARAH

RANGKAIAN PENYEARAH

Makalah Ini Dibuat Guna Memenuhi Tugas Mata Kuliah

Elektronika Dasar I

Dosen Pengampu   : Effendi, M.Pd

Disusun Oleh:

Nama                     : Wahyu Siswanto

NIM                       : 11.84203.037

Program Studi        : Pendidikan Fisika

Semester                : III_A

Mata Kuliah           : Elektronika Dasar I

SEKOLAH TINGGI KEGURUAN DAN ILMU PENDIDIKAN

STKIP NURUL HUDA

SUKARAJA BUAY MADANG OKU TIMUR

2014
KATA PENGANTAR

Puji syukur kami panjatkan kehadirat ALLAH SWT, karena berkat Rahmat dan Hidayah-Nya, kami dapat menyelesaikan makalah yang berjudul “Rangkaian Penyearah” ini, meskipun masih banyak kekurangan.

Makalah ini kami buat untuk menambah wawasan dan pengetahuan bagi mahasiswa khususnya dan bagi pembaca pada umumnya. kami mengucapkan terima kasih untuk semua pihak yang telah membantu kami dalam pembuatan makalah ini sehingga dapat terselesaikan. Tidak lupa kami juga mengucapkan terima kasih kepada dosen pengampu mata kuliah “Elektronika Dasar I”, Effendi, M.Pd yang telah memberikan bimbingan dan saran yang berharga dalam penyusunan makalah ini sehingga dapat terselesaikan dengan baik.

Kami menyadari bahwa makalah ini masih jauh dari sempurna, hal ini dari segi penyusunan maupun dari segi materi. “Tidak ada gading yang tak retak”, demikian pula dengan makalah ini. Oleh karena itu, kami sangat mengharapkan setiap kritik dan saran yang bersifat membangun, yang dapat memperbaiki dan menyempurnakan makalah ini.

Sukaraja, Oktober 2012

Penyusun

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL.........................................................................................   i

KATA PENGGANTAR....................................................................................   ii

DAFTAR ISI......................................................................................................   iii

DAFTAR GAMBAR.........................................................................................   iv

BAB I  PENDAHULUAN................................................................................   1

1.1    Latar Belakang...............................................................................   1

1.2    Rumusan Masalah..........................................................................   1

1.3    Tujuan............................................................................................   2

BAB II  PEMBAHASAN..................................................................................   3

2.1   Dioda Sebagai Penyearah..............................................................   3

2.1.1      Dioda Semikonduktor........................................................   3

2.1.2      Bias Maju Dioda................................................................   3

2.1.3      Bias Mundur Dioda...........................................................   4

2.2   Penyearah (Rectifier).....................................................................   5

2.2.1      Penyearah Setengah Gelombang (half wave rectifier).......   5

2.2.2      Penyearah Gelombang Penuh............................................   8

Peristilahan (Glossary)..........................................................................   13

BAB III PENUTUP...........................................................................................   14

3.1    Kesimpulan ...................................................................................   14

3.2    Saran..............................................................................................   14

DAFTAR PUSTAKA........................................................................................   15

BAB I

PENDAHULUAN

1.1   Latar Belakang

Kebutuhan akan sumber tegangan DC semakin meningkat, diantaranya untuk mensuplai beban DC seperti motor yang banyak digunakan pada pabrik-pabrik dan alat transportasi. Salah satu cara untuk mendapatkan tegangan DC yaitu dengan merubah tegangan AC menggunakan suatu penyearah. Rangkaian penyearah ini dapat disusun dari berbagai peralatan elektronika daya. Pada Tugas Akhir ini penulis akan membahas salah satu jenis penyearah yang sering digunakan yaitu penyearah jembatan terkontrol penuh. Rangkaian penyearah ini menggunakan empat buah thyristor yang disusun anti parallel. Namun demikian dalam penggunaannya perlu pertimbangan lebih jauh, karena pada umumnya penggunaan konverter sebagai penghasil tegangan searah menyebabkan terjadinya harmonisa pada sisi masukan Terjadinya harmonisa arus masukan elanjutnya menyebabkan terjadinya faktor kerja sistem tenaga listrik.

1.2  Rumusan Masalah

Adapun rumusan masalah dari makalah ini sebagai berikut:

            1.      Berapa macam rangkaian penyearah.

            2.      Bagaimana cara menghitung tegangan dan arus beban.

            3.      Bagaimana cara mengetahui tegangan dan arus dioda. 

            4.      Bagaimana membuat hubungan rangkaian penyearah setengah gelombang dan gelombang penuh

1.3  Tujuan

Tujuan dari makalah ini, agar pembaca dapat:

            1.      Menghitung tegangan dan arus beban.

            2.      Menghitung tegangan dan arus dioda.

            3.      Menentukan batas tegangan balik (revers) dioda dalam rangkaian penyearah setengah gelombang                 dan gelombang penuh.

            4.      Membuat hubungan rangkaian penyearah setengah gelombang dan gelombang penuh.

BAB II

PEMBAHASAN

2.1  Dioda Sebagai Penyearah

Secara umum dioda digunakan sebagai penyearah (rectifier) arus/tegangan arus bolak balik (AC) satu fasa atau tiga fasa kedalam bentuk gelombang arus searah (DC)

2.1.1 Dioda Semikonduktor

Bahan dasar yang banyak digunakan untuk membuat piranti elektronik adalah bahan semikonduktor germanium (Ge) dan silikon (Si), yang mana kedua bahan ini mempunyai elektron valensi yang sama. Sambungan bahan semikonduktor P dan N mendasari suatu piranti elektronik aktif yang disebut sebagai Dioda.

Dioda mempunyai elektroda Anoda yang berkutub positif dan elektroda Katoda yang berkutub negatif. Simbol dioda diperlihatkan seperti pada gambar 1.1.

2.1.2 Bias Maju Dioda

Jika anoda dihubungkan pada polaritas positif batere, sedangkan katoda pada polaritas negatif seperti gambar 1.2, maka keadaan dioda disebut arah maju (forward-bias) aliran arus dari anoda menuju katoda, dan aksinya sama dengan rangkaian tertutup.

2.1.3 Bias Mundur Dioda

Jika katoda dihubungkan pada polaritas positif batere, sedangkan anoda pada polaritas negatif seperti gambar 1.3, maka keadaan dioda disebut arah mundur (reverse-bias) dan aksinya sama dengan rangkaian terbuka.

2.2  Penyearah (Rectifier)

Tegangan arus searah biasanya dibutuhkan untuk mengoperasikan peralatan elektronik, misalnya pesawat amplifier, peralatan kontrol elektronik, peralatan komunikasi dan sebagainya.

Catu daya arus searah (DC) dapat dipeloreh dari batere atau dari sumber daya listrik 220/240 Volt Ac 50 Hz yang dirubah menjadi arus searah melalui rangkaian penyearah (rectifier).

Pada sistem rangkaian penyearah ada 4 fungsi dasar yang dibahas, yaitu :

            1.    Tranformasi tegangan yang diperlukan untuk menurunkan tegangan yang diinginkan.

            2.    Rangkaian penyearah , rangkaian ini untuk mengubah tingkat tegangan arus bolak balik ke arus                     searah.

            3.    Filter, merupakan rangkaian untuk memproses fluktuasi penyearahan yang menghasilkan keluaran                 tegangan DC yang lebih rata.

            4.    Regulasi, adalah parameter yang sangat penting pada catu daya dan regulator tegangan dengan                     bahan bervariasi.

2.2.1 Penyearah Setengah Gelombang (half wave rectifier)

Contoh sederhana rangkaian penyearah setengah gelombang diperlihatkan seperti gambar 1.4.

Jika dioda dalam kondisi menghantar (conduct) pada setengah perioda positif, dioda tersebut pada keadaaan forward biased sehingga arus mengalir dan melewati tahanan beban R_L. Pada saat setengah perioda negatif, dioda bersifat menghambat (reverse bised) nilai tahanan dioda sangat tinggi dan dioda tidak menghantar. Secara praktis, tegangan keluaran (U_L) hampir sama dengan sumber Us. Drop tegangan pada dioda lebih kurang 700mV.

Gambar 1.5 memperlihatkan bentuk gelombang proses penyearahan setengah gelombang.

 

Untuk menghitung besarnya harga rata-rata dari signal yang disearahkan, kita dapat menghitung dari luas kurva seperti pada gambar 1.6

Tegangan AC selalu diasumsikan harga RMS

(U_rms) harga efektif RMS = 0,5 x harga puncak (U_m)

(Udc) harga rata-rata = 0,318 x U_m

tegangan maximum U_m = 1,414 x U_eff

disipasi daya pada beban dapat dihitung dari harga RMS tegangan dan arus pada

beban.

Daya = U_m x I_m

Contoh soal

1. Tentukan tegangan rata-rata (U_dc) yang melalui beban pada gambar 1.7 dibawah ini, bila :

U_eff = 20 volt

Drop tegangan dioda 0,8 volt.

Penyelesaian :

U_m = 1,414 x Ueff

= 1,414 x 20 volt

= 28,28 V

U_m (beban)  = (Um – 0,8) volt

= 28,28 – 0,8

= 27,48 V

U_dc = 0, 318 x Um

= 0, 318 x 27,48

= 8,74 V

2.2.2 Penyearah Gelombang Penuh

Rangkaian penyearah gelombang penuh dapat diperoleh dengan dua cara. Cara pertama memerlukan transformator sadapan pusat (Centre Tap-CT). Cara yang lain untuk mendapatkan keluaran (output) gelombang penuh adalah dengan menggunakan empat dioda disebut penyearah jembatan (rectifier ridge).

1.        Rangkaian Penyearah Centre tap

Penyearah gelombang penuh dengan menggunakan transformator sadapan pusat ( Center Tap ) diperlihatkan seperti gambar 1.8 dan 1.9

Bila U1 dan U2 mempunyai polaritas, ujung A berpolaritas positif dan ujung B berpolaritas negatif. Pada saat ini D1 menghantar (conduct) sedangkan D2 tidak menghantar (reverse biased). Pada saat A berpolaritas negatif, sedang B berpolaritas positif, pada saat ini D2 menghantar sedangkan D1 tidak menghantar. Bentuk gelombang input dan output ditunjukkan seperti terlihat pada gambar 1.9

Harga tegangan dapat dihitung :

U_eff = 0,707 x U_m

U_dc = 0,636 x U_m

Harga arus dapat dihitung dengan rumus sebagai berikut :

2.    Penyearah Gelombang Penuh Sistem Jembatan

Rangkaian penyearah ini memerlukan empat buah dioda yang dipasang dengan konfigurasi jembatan seperti terlihat pada gambar 1.10

Pada saat terminal A positif dan terminal B negatif , dioda-dioda D2 dan D3 berada dalam kondisi menghantar sedangkan D4 dan D1 tidak menghantar. Pada saat terminal A negatif dan B positif, dioda yang menghantar adalah D4 dan D1, sedang D2 dan D3 tidak menghantar.

Dengan demikian setiap setengah perioda tegangan bolak balik ada dua dioda yang menghantar (conduct) secara bersamaan dan dua buah dioda lainnya tidak menghantar sehingga menghasilkan bentuk gelombang penuh.

Tegangan rata-rata (U_dc) sama dengan sistem penyearah dengan menggunakan trafo CT.

Bentuk gelombang keluaran (output) terlihat seperti gambar 1.11

Kelebihan sistem jembatan terhadap sistem trafo CT adalah adanya dioda yang tersambung seri sehingga masing-masing dioda dapat menahan tegangan balik maksimumnya.

Contoh soal

Dari gambar 1.12 tentukan :

a. U_m tegangan sekunder trafo

b. U_m pada beban jika drop tegangan dioda 0,7 volt

c. U_dc pada beban

d. I_m dan I_dc

Penyelesaian:

a.    U_m pada sekunder

U_m = 1,414 x U_S

= 1.414 x 15

= 21,211 volt

b.  U_m pada beban R_L

U_m (beban) = 21,21 – (2 x 0,7)

 = 19,81 volt

c.  Tegangan rata-rata :

U_dc = 0,637 x U_m (beban)

 = 0,637 x 19,81

 = 12,64 volt

d. 

= 99,1 mA

= 63,2 mA

PERISTILAHAN (GLOSSARY)

Forward Bias    : Arah maju aliran arus dari anoda ke katoda, saat anoda lebih positip

Reverse Bias     : Arah mundur /balik bila katoda lebih positip dari anoda

Average             : menunjukkan bentuk gelombang harga arus Searah

a. 0,637 x harga puncak untuk gelombang penuh

b. 0,318 x harga puncak untuk setengah gelombang

Rms                   : Root mean square, harga efektif gelombang ac

a. 0,707 x harga puncak untuk gelombang penuh

b. 0,5 x harga puncak untuk setengah gelombang

Inverted            : Keluaran /output berlawanan polritas dengan masukan/ input

AC                    : Arus bolak-balik

DC                    : Arus searah

I_m                       : Arus maximum

I_L                       : Arus beban

I_dc                      : Arus rata-rata

PIV                   : Peak Inverse Voltage ,tegangan balik maksimum saat Dioda arah mundur

Ripple                : Tegangan kerut, fluktuasi atas dan bawah , harga rata- rata

R_L                      : Tahanan beban

U_dc                            : Tegangan rata-rata

U_m                     : Tegangan maximum

BAB III

PENUTUP

3.1  Kesimpulan

Rangkaian penyearah adalah rangkaian yang digunakan untuk merubah arus bolak-balik menjadi arus searah. Dioda mempunyai elektroda Anoda yang berkutub positif dan elektroda Katoda yang berkutub negatif, dan dioda digunakan sebagai penyeara (rectifier) arus/tegangan arus bolak-balik (AC) kedalam bentuk gelombang arus searah (DC). Dalam penyearah terdapat dua macam penyearah, yaitu penyearah setengah gelombang dan penyearah gelombang penuh.

3.2  Saran

Arus searah sangat penting dalam kehidupan sehari-hari. Oleh karena itu, mari kita mempelajari bagaimana menjadikan arus bolak-balik menjadi arus searah pada elektronik yng siring kita gunakan, sehinggga dapat digunakan.

DAFTAR PUSTAKA

http://www.google.co.id/search?q=http%3A%2F%2Fkambing.ui.ac.id%2Fonnopurbo%2Forari-diklat%2Fteknik%2Felektronika%2Felektronika-dasar-I-univ-negeri-jember%2Fbab08-rangkaian-penyearah.pdf&ie=utf-8&oe=utf-8&aq=t&rls=org.mozilla:en-US:official&client=firefox-a di download pada 29-10-2012 20:25

Sutrisno. 1986. Elektronika teori dan penerapannya. Bandung.ITB