Post on 09-Jul-2016
description
PERCOBAAN 4
PENYEARAH
KELOMPOK 3 :
1. Ema Amalia Iftitah (LT2D/ 09)
2. Faizal Adi Nugroho (LT2D/ 10)
3. Hadzrat Nizzamudin(LT2D/ 11)
4. Lintang Fajar (LT2D/ 12 )
Program Studi Teknik Listrik
Jurusan Teknik Elektro
Politeknik Negeri Semarang 2013
PERCOBAAN 4
PENYEARAH
1. Tujuan Percobaan
Setelah melakukan percobaan mahasiswa dapat :
1. Merangkai Penyearah Setengah Gelombang dan Gelombang Penuh
2. Menghitung dan menggambar sinyal keluaran
3. Menjelaskan pengaruh beban dan tapis
2. Teori dasar
Penggunaan dioda yang paling umum adalah sebagai penyearah. Penyearah
aalah suatu rangkaian yang berfungsi untuk mengubah tegangan AC menjadi
Tegangan DC. Penyearah dengan dioda mengikuti sifat dioda yang akan menghantar
saat dibias maju dan tidak konduksi saat dibias mundur.
Ada dua jenis rangkaian penyearah dengan menggunakan dioda yaitu Penyearah
Setengah Gelombang dan Penyearah gelombang penuh.
Pada penyearah setengah gelombang periode positif dioda akan mendapat bias
maju sedangkan pada setengah periode negatif akan mendapat bias mundur, Hal ini
akan menyebabkan tegangan beban RL merupakan sinyal setengah gelombang.
Gambar 4.1 Penyearah Setengah Gelombang
Tegangan keluaran Hasil Penyearah setengah gelombang penuh VDC = Vm/π.
Antara sinyal masukan dan sinyal keluar mempunyai periode yang sama sehingga
frekwensi keluaran sama dengan frekwensi masukan.
Dengan menggunakan dua buah dioda dan sebuah transformator CT
( transformator dengan cabang tengah ) suatu rangkaian penyearah gelombang penuh
akan didapat.
Gambar 4.2 Penyearah Gelombang Penuh Dengan Trafo CT
Pada saat a positif D1 akan konduksi dan arus akan mengalir ke beban melalui
D1, pada siklus berikutnya, saat a negatif dan b positif, D2 akan konduksi dan arus
akan mengalir melalui D2. Harga rata – rata tegangan DC gelombang penuh VDC = 2
Vm/ π . Frekwensi yang dihasilkan adalah dua kali frekwensi masukan sebab setiap
satu gelombang menghasilkan dua puncak gelombang positif.
Jika transformator tidak mempunyai cabang tengah dan diperlukan gelombang
penuh, maka dapat digunakan rangkaian dioda dengan sistem jembatan.
Gambar 4.3 Penyearah Gelombang Penuh Sistem Jembatan
Dalam rangkaian penyearah, tegangan DC yang dihasilkan mengandung riak.
Untuk menghasilkan tegangan DC yang rata diperlukan penapis untuk mengurangi
tegangan riak.
Komponen – komponen yang dapat digunakan sebagai tapis adalah komponen –
komponen reaktif ( L dan C ). Induktor mempunyai sifat sebagai penahan sinyal AC
sedangkan kapasitor mempunyai sifat sebagai pelolos (pass ) untuk sinyal AC ,
sehingga untuk menghasilkan sinyal DC yang baik dapat dibuat rangkaian penapis
dengan menggunakan induktor, kapasitor atau gabungan keduanya.
Gambar 4.4 Penyearah Gelombang Penuh Sistem Jembatan Dengan Tapis
Gambar 4.5 Tegangan keluaran penyearah gelombang penuh dengan tapis
Penapis kapasitor berdasarkan deteksi puncak, artinya pada saat gelombang
masukan menuju dari nol maka dioda akan dibias maju, pada saat ini kapasitor akan
diisi muatan hingga tegangan puncak tercapai. Pada saat gelombang menuju negatif ,
maka dioda akan dibias mundur, karena kapasitor akan mempertahankan tegangan
maksimumnya, muatan akan dilewatkan menuju resistansi beban dan akan terisi lagi
saat tegangan puncak berikutnya
3. Peralatan dan bahan
1. Osciloskop 1 buah
2. Transformator 220 V / 9 V CT 1 buah
3. Dioda Silikon IN 4007 4 buah
4. Resistor 470 Ω , 1 KΩ , 2K2Ω 1 buah
5. Kapasitor Elektrolit 100 μF, 1000 μF , 470 μF
6. Kabel Jumper
4. Diagram Rangkaian
Gb. 4.41. Penyearah Setengah Gelombang
Gb. 4.5. Penyearah Gelombang Penuh Dengan Trafo CT
Gb. 4.6 Penyearah Gelombang Penuh Sistem Jembatan
Gb. 4.7 Penyearah Gelombang Penuh Sistem Jembatan Dengan Penapis Kapasitor
5. Langkah Percobaan
5.1. Penyearah Setengah Gelombang
1. Rangkailah dioda seperti pada gambar 4.4dengan RL = 470Ω
2. Dengan menggunakan multimeter Ukurlah arus dan tegangan beban .
Catat hasil pengukuran ke tabel 1.
3. Dengan menggunakan ascilliscope amati dan gambar pada kertas grafik
bentuk gelombang sekunder trafo dan tegangan beban ,VL
4. Gantilah RL dengan 1 KΩ ulangi langkah 2 dan 3
5. Gantilah RL dengan 2K2 Ω ulangi langkah 2 dan 3
5.2 Penyearah Gelombang Penuh Dengan Trafo CT
1. Rangkailah dioda seperti pada gambar 4.5dengan RL = 470Ω
2. Dengan menggunakan multimeter Ukurlah arus dan tegangan beban .
Catat hasil pengukuran ke tabel 2.
3. Dengan menggunakan ascilliscope amati dan gambar pada kertas grafik
bentuk gelombang sekunder trafo dan tegangan beban ,VL
4. Gantilah RL dengan 1 KΩ ulangi langkah 2 dan 3
5. Gantilah RL dengan 2K2 Ω ulangi langkah 2 dan 3.
5.3 Penyearah Gelombang Penuh Sistem Jembatan
1. Rangkailah dioda seperti pada gambar 4.6dengan RL = 470Ω
2. Dengan menggunakan multimeter Ukurlah arus dan tegangan beban .
Catat hasil pengukuran ke tabel 3.
3. Dengan menggunakan ascilliscope amati dan gambar pada kertas grafik
bentuk gelombang sekunder trafo dan tegangan beban ,VL
4. Gantilah RL dengan 1 KΩ ulangi langkah 2 dan 3
5. Gantilah RL dengan 2K2 Ω ulangi langkah 2 dan 3.
5.4 Penyearah Gelombang Penuh Sistem Jembatan
1. Rangkailah dioda seperti pada gambar 4.7dengan RL = 470Ω dan kapasitor
dengan nilai 100 μF
2. Dengan menggunakan multimeter Ukurlah arus dan tegangan beban .
Catat hasil pengukuran ke tabel 4.
3. Dengan menggunakan ascilliscope amati dan gambar pada kertas grafik
bentuk gelombang sekunder trafo dan tegangan beban ,VL
4. Gantilah RL dengan 1 KΩ ulangi langkah 2 dan 3
5. Gantilah RL dengan 2K2 Ω ulangi langkah 2 dan 3.
6. Gantikan kapasitor penapir menjadi 470 μF , ulangi langkah 2 sampai 5
7. Gantikan kapasitor penapir menjadi 1000 μF , ulangi langkah 2 sampai 5
6. Tabulasi Data
Tabel. 1. Penyearah Setengah Gelombang
Vin [ V ] Beban
[ Ω ]
Hasil Pengukuran Hasil Perhitungan
IRL VRL
6 470 5,02 2,95
6 1K 2,53 2,95
6 2K2 1,08 2,949
Tabel 2. Penyearah Gelombang Penuh Dengan Trafo CT
Vin [ V ] Beban
[ Ω ]
Hasil Pengukuran Hasil Perhitungan
IRL VRL
6 470 10 2,43
6 1K 5 2,425
6 2K2 2,16 2,43
Tabel 3. Penyearah Gelombang Penuh Sistem Jembatan
Vin [ V ] Beban
[ Ω ]
Hasil Pengukuran Hasil Perhitungan
IRL VRL
6 470 9,98 2,43
6 1K 5,04 2,437
6 2K2 2,16 2,43
Tabel 4. Penyearah Gelombang Penuh Sistem Jembatan Dengan Filter
Penapis C RL
[ Ω ]
Multimeter
IRL VRL
100 μF
470
1K
2K2
13,6
7,18
3,14
2,43
2,43
2,45
1000 μF
470
1K
2K2
13,5
7,2
3,15
2,48
2,48
2,48
7. Tugas dan Pertanyaan.
1. Hitung Arus dan Tegangan keluaran rangkaian penyearah setengah
gelombang dan gelombang penuh ?
2. Apa berbedaan tegangan DC yang dihasilkan oleh penyearah setengah
gelombang dan gelombang penuh ?
3. Apa berbedaan tegangan DC yang dihasilkan oleh penyearah gelombang
penuh dengan trafo dan sistem jembatan ?
4. Bagaimana Hasil Percobaan dan Perhitungan arus dan tegangan Keluaran
penyearah setengah gelombang dan gelombang penuh ?
5. Bagaimana pengaruh beban pada penyearah setengah gelombang dan
gelombang penuh?
6. Bandingkan besar tegangan keluaran penyearah gelombang penuh tanpa
kapasitor dan dengan kapasitor ?
7. Apakah perubahan Beban berpengaruh terhadap besarnya tegangan
keluaran.?
8. Apakah pengaruh perubahan nilai kapasitor terhadap tegangan keluaran ?
8.JAWABAN PERTANYAAN
1. Perhitungan ARUS setengah gelombang (Pada tabel 6.1)
o Jumlah kotak 2 (RL=470)
Vm = 4 x volt/div
= 2 x 5 = 10 V
VRL = Vm : π
= 10 : 3,14 = 3,18 V
IR = VRL: RL
= 3,18 : 470 = 13,56 mA
o Jumlah kotak 2,8 (RL =1K)
Vm = 2,8 x volt/div
= 2,8 x 5 = 14 V
VRL = Vm : π
= 14 : 3,14 =4,56 V
IR = VRL: RL
=4,56 : 1K = 4,56 mA
o Jumlah kotak 3,6 (RL = 3K3)
Vm = 3,6 x volt/div
= 3,6 x 5 = 18 V
VRL = Vm : π
= 18 : 3,14 =5,72 V
IR = VRL: RL
=5,72 : 3K3= 1,736 mA
Perhitungan ARUS gelombang penuh (Pada tabel 6.2)
o Jumlah kotak 2,8 (RL=470)
Vm = 2,8 x volt/div x 2
= 2,8 x 5 x 2 = 28 V
VRL = Vm : π
= 28 : 3,14 =8,91 V
IR = VRL: RL
=8,91 : 470 =1896µA
o Jumlah kotak 2,8 (RL =1K)
Vm = 2,8 x volt/div x 2
= 2,8 x 5 x 2 =28 V
VRL = Vm : π
= 28 : 3,14 =8,91 V
IR = VRL: RL
=8.91 : 1K = 8.91mA
o Jumlah kotak 3,6 (RL = 3K3)
Vm = 3,6 x volt/div x 2
= 3,6 x 5 x 2 = 36 V
VRL = Vm : π
= 36 : 3,14 =11,46 V
IR = VRL: RL
= 11,46 : 3K3= 3,47 mA
2. Rangkaian penyearah setengah gelombang merupakan rangkaian
penyearah yang menggunakansatu buah dioda. Sesuai dengan prinsip
dasar dioda, idealnya dioda akan berfungsiseperti seutas kawat pada saat
diberi bias maju dan berfungsi bagaikan saklar terbuka pada saat diberi bias mundur.
Persamaan untuk mencari tegangan dan arusDC yang dihasilkan oleh diode
penyearah setengah gelombang adalah sebagai berikut
VDC =
IDC =
Dimana Vp adalah tegangan puncak AC, RL adalah hambatan yang terpasangdalam
rangkaian, VDC merupakan tegangan DC dan IDC arus yang dihasilkan
Penyearah gelombang penuh.Terdapat dua macam rangkaian penyearah ini, yakni
penyearah gelombang penuh dengan menggunakan 2 dioda dan penyearah model
jembatan(membutuhkan 4 buah diode). Rectifier gelombang penuh adalah equivalen
dengan dua kali rectifier setengah gelombang dan persamaan tegangan dan
arusDC yang dihasilkan adalah;
VDC =
IDC =
3. Penyearah gelombang penuh menggunakan 2 dioda
penyearah gelombang penuh menggunakan 2 dioda ini hanya bisa digunakan
pada transformator CT, dimana tegangan sekunder yang dihasilkan oleh trafo CT
ini adalah:
dimana V1=teg primer dan V2=teg sekunder
Cara kerja penyearah gelombang penuh jenis ini dapat dijelaskan seperti berikut :
Pada artikel mengenai trafo diketahui bahwa pada bagian sekunder trafo CT
terdapat 2 sinyal output yang terjadi secara bersamaan, mempunyai amplitudo
yang sama namun berlawanan fasa. Saat tegangan input (teg primer) berada pada
siklus positif, pada titik AO akan terjadi siklus positif sementara pada titik OB
akan terjadi siklus negatif. Akibatnya D1 akan mengalami panjaran maju
(forward bias) sedangkan D2 mengalami panjaran balik (reverse bias) sehingga
arus akan mengalir melalui D1 menuju ke beban dan kembali ke titik center tap.
Saat tegangan input (teg primer) berada pada siklus negatif, pada titik AO akan
terjadi siklus negatif sementara pada titik OB akan terjadi siklus positif.
Akibatnya D2 akan mengalami panjaran maju (forward bias) sedangkan D1
mengalami panjaran balik (reverse bias) sehingga arus akan mengalir melalui D2
menuju ke beban dan kembali ke titik center tap.
Dari penjelasan cara kerja penyearah gelombang penuh jenis ini terlihat bahwa
tegangan yang terjadi pada beban mempunyai polaritas yang sama tanpa
memperdulikan dioda mana yang menghantar karena arus mengalir melalui arah
yang sama sehingga akan terbentuk gelombang penuh yang disearahkan seperti
ditunjukkan pada grafik sinyal berikut.
Penyearah gelombang penuh dengan jembatan dioda (dioda bridge)
Pada dioda bridge, hanya ada 2 dioda saja yang menghantarkan arus untuk setiap
siklus tegangan AC sedangkan 2 dioda lainnya bersifat sebagai isolator pada saat
siklus yang sama. Untuk memahami cara kerja dioda bridge, perhatikanlah kedua
gambar berikut.
Saat siklus positif tegangan AC, arus mengalir melalui dioda B menuju beban dan
kembali melalui dioda C. Pada saat yang bersamaan pula, dioda A dan D
mengalami reverse bias sehingga tidak ada arus yg mengalir atau kedua dioda
tersebut bersifat sebagai isolator.
Sedangkan pada saat siklus negatif tegangan AC, arus mengalir melalui dioda D
menuju beban dan kembali melalui dioda A. Karena dioda B dan C mengalami
reverse bias maka arus tidak dapat mengalir pada kedua dioda ini.
Kedua hal ini terjadi berulang secara terus menerus hingga didapatkan tegangan
beban yang berbentuk gelombang penuh yang sudah disearahkan (tegangan DC).
Grafik sinyal dari penyearah gelombang penuh dengan jembatan dioda (dioda
bridge) ditunjukkan seperti pada gambar berikut
Jembatan dioda (dioda bridge) tersedia dalam bentuk 1 komponen saja atau pun
bisa dibuat dengan menggunakan 4 dioda yang sama karakteristiknya. Yang harus
diperhatikan adalah besar arus yang dilewatkan oleh dioda harus lebih besar dari
besar arus yang dilewatkan pada rangkaian.
4. Hasil percobaan tegangan dan arus yang di hasilkan penyearah setengah
gelombang dengan penyearah gelombang penuh perbandingan tegangan
adalah 1:2
5. pengaruh beban pada penyearah setengah gelombang
untuk jenis beban induktif, bentuk gelombang arus tidak akan persis sama dengan
bentuk gelombang tegangan, karena pengaruh sifat induktif beban dapat dilihat sendiri
bahwa untuk beban resistif,saat konduksi dari dioda hanya terjadi pada setengah
siklus perioda pertama tegangan masukan (pada periode positifnya saja). Sehingga
bentuk gelombang arus dan tegangan keluaran akan sama. Sedangkan pada beban
jenis induktif, arus pada sisi beban tidak dapat berubah secara tiba-tiba, karena sifat
dari beban induktif yang dapat menyimpan dan membuang energi pada jangka waktu
tertentu. Arus beban akan naik bersamaan dengan naiknya tegangan keluaran
penyearah, namun arus beban berubah menjadi nol.
Pengaruh beban penyearah satu fase gelombang penuh
Kondisi pembebanan yang berlaku pada penyearah satu fasa setengah gelombang juga
akan berlaku pada penyearah satu fasa gelombang penuh jenis ini. Khusus untuk
beban resistif, setiap dioda akan konduksi tepat selama setengah siklus dari perioda
tegangan. Sementara pada beban induktif akan terjadi pergeseran sebesar sudut Ф.
Sehingga tetap dibutuhkan pemasangan dioda dzener pada sisi beban untuk
menghindari tegangan balik negative pada dioda utama
Suatu keuntungan dalam menggunakan jenis baban induktif adalah beban sekaligus
berfungsi sebagai tapis dari komponen-komponen harmonic yang timbul, terutam
terhadap tegangn keluaran.
6. Pemberian kapasitor pada penyearah gelombang penuh untuk mengurangi riak yang
ada pada gelombang agar lurus/ searah
7. beban tidak mempengaruhi tegangan keluaran
8. Semakin besar pemberian nilai kapasitor maka gelombang semakin lurus maka
tegangan keluaran mendekati Dc sempurna.
9.KESIMPULAN
1. Dioda penyearah digunakan sebagai penyearah tegangan mengubah arus AC
menjadi DC.
2. Dioda setengah gelombang menyearahkan tegangan AC yang berbentuk
gelombang sinus menjadi tegangan DC, namun hanya siklus tegangan AC
yang positif saja yang dapat melewati dioda dalam setengah gelombang ini,
sedangkan pada saat siklus negatifnya terjadi reverse bias sehingga tegangan
beban menjadi nol.
3. Dioda penyearah gelombang penuh digunakan untuk menyearahkan
tegangan AC pada saat siklus positif dan negatif.
4. Tegangan gelombang hasil dengan menggunakan kapasitor lebih besar
dibandingkan dengan tidak menggunakan kapasitor.
5. Penyearah setengah gelombang hanya menggunakan 1 dioda yang di seri
dengan beban yang di bias maju dan tegangan yang dihasilkan hanya
setenagh dari gelombang penuh.
6. Dioda penyearah gelombang penuh dapat menggunakan dua dioda dengan
trofo CT dan menggunakan empat dioda dengan trafo tanpa CT.
7. Pemberian kapasitor pada sistem penyearah gelombang penuh untuk
mengurangi riak yang ada pada gelombang agar lurus atau searah (DC).
8. Semakin besar pemberian nialia kapasitor, maka gelombang semakin lurus.