DIODA SEBAGAI PENYEARAH

(E.1)

I. TUJUAN

Mempelajari sifat dan penggunaan dioda sebagai penyearah arus.

II. DASAR TEORI

2.1 Pengertian Dioda

Dioda adalah komponen aktif bersaluran dua (dioda termionik mungkin

memiliki saluran ketiga sebagai pemanas). Dioda mempunyai dua elektroda yang

aktif dimana isyarat listrik dapat mengalir, dan kebanyakan dioda digunakan

karena karakteristik satu arah yang dimilikinya. Sifat kesearahan yang dimiliki

sebagian besar jenis dioda seringkali disebut karakteristik menyearahkan. Fungsi

paling umum dari dioda adalah untuk memperbolehkan arus listrik mengalir

dalam suatu arah dan untuk menahan arus dari arah sebaliknya. Karenanya, dioda

dapat dianggap sebagai versi elektronik dari katup pada transmisi cairan.

Dioda sebenarnya tidak menunjukkan kesearahan hidup-mati yang sempurna

(benar-benar menghantar saat panjar maju dan menyumbat pada panjar mundur),

tetapi mempunyai karakteristik listrik tegangan-arus taklinier kompleks yang

bergantung pada teknologi yang digunakan dan kondisi penggunaan. Beberapa

jenis dioda juga mempunyai fungsi yang tidak ditujukan untuk penggunaan

penyearahan.

2.2 Rangkaian Penyearah

Rangkaian penyearah gelombang merupakan rangkaian yang berfungsi untuk

merubah arus bolak-balik (Alternating Current / AC) menjadi arus searah (Direct

Current / DC). Komponen elektronika yang berfungsi sebagai penyearah adalah

dioda, karena dioda memiliki sifat hanya memperbolehkan arus listrik

melewatinya dalam satu arah saja.

2.2.1 Rangkaian Penyearah Setengah Gelombang

Rangkaian Penyearah Setengah Gelombang Rangkaian penyearah

setengah gelombang merupakan rangkaian penyearah sederhana yang hanya

1

dibangun menggunakan satu dioda saja, seperti diilustrasikan pada gambar berikut

ini :

Gambar 2.1 Rangkaian penyearah setengah gelombang

Dari gambar 2.1 diatas merupakan contoh rangkaian dioda penyearah

setengah gelombang. Sumber AC menghasilkan sebuah tegangan sinusoida.

Diasumsikan dioda pada rangkaian di atas merupakan dioda yang ideal, putaran

setengah positif sumber tegangan akan dioda bias maju. Sejak tombol ditutup,

seperti yang ditunjukkan pada gambar 2.2a, sumber tegangan putaran setengah

positif akan muncul melalui resistor beban. Pada putaran setengah negatif, dioda

akan mengalami bias balik. Dalam hal ini dioda ideal akan kelihatan sebagai

saklar terbuka, seperti ditunjukkan pada gambar 2.2b dan tidak ada tegangan yang

muncul pada resistor beban.

Gambar 2.2.a Gambar 2.2.b

2.2.2 Bentuk Gelombang Ideal Penyearah Setengah Gelombang

Gambar 2.3a menunjukkan perwakilan graphical bentuk gelombang tegangan

masukan. Ia adalah sebuah gelombang sinus dengan nilai seketika Vin dengan nilai

puncak Vp(in). Sebuah sinusoida murni seperti ini mempunyai nilai rata-rata nol di

atas satu putaran sebab masing-masing tegangan pada saat yang sama mempunyai

kesamaan dan ketidaksamaan tegangan setengah putaran. Jika tegangan diukur

dengan sebuah multimeter DC, maka akan mendapatkan nol karena voltmeter DC

menunjukkan nilai rata-rata. Dalam rectifier setengah gelombang pada gambar

2.3b, dioda berlaku sebagai penghantar selama putaran setengah positif, tetapi

tidak berlaku sebagai penghantar selama putaran setengah negatif. Oleh karena itu

rangkaian memotong putaran setengah negatif seperti yang ditunjukkan dalam

gambar 2.3c. Bentuk gelombang tersebut seperti sebuah sinyal setengah

2

AC+

_

+

_AC

+

_

+

_

gelombang. Tegangan setengah gelombang menghasilkan arus beban yang satu

arah. Hal ini berarti bahwa ia mengalir hanya pada satu arah.

Gambar 2.3a gambar 2.3bgambar 2.3c

Tegangan setengah gelombang seperti gambar 2.3c merupakan sebuah

tegangan DC yang bergetar naik sampai maksimum dan menurun sampai nol

selama putaran setengah negatif. Ini bukan merupakan jenis tegangan DC yang

dibutuhkan oleh peralatan elektronik. Karena yang dibutuhkan merupakan

sebuah tegagan konstan, sama seperti halnya yang terjadi pada sebuah baterai.

Dioda ideal dapat digunakan untuk menganalisis rectifier setengah

gelombang. Hal ini berguna untuk mengingat bahwa tegangan puncak saat

keluar sama dengan tegangan saat masuk.

Setengah gelombang ideal : Vp(out) = Vp(in)

2.2.3 Drop Tegangan

Untuk menentukan tegangan rata-rata DC yang melewati beban resistor,

terlebih dahulu tegangan drop pada dioda harus dihitung. Untuk arus lebih

besar tegangan yang drop arah maju dapat mencapai 1 volt.

Gambar 2.4. Drop tegangan yang timbul pada dioda.

Bila drop tegangan pada dioda diperhitungkan, tegangan puncak ke puncak

yang melewati beban sedikit berkurang dibandingkan tegangan input.

2.2.4 Nilai Sinyal DC Setengah Gelombang

3

Vo

Nilai DC sebuah sinyal adalah sama dengan nilai rata-rata. Jika Anda

mengukur sebuah sinyal dengan sebuah Voltmeter DC, yang terbaca akan sama

dengan nilai rata-rata. Pada dasarnya nilai tertentu dari DC diperoleh dari

setengah gelombang diperoleh.

Formulanya adalah Vdc

2.3 Penyearah Gelombang Penuh Dengan Ct Transformator.

2.3.1 Skema Rangkaian Gelombang Penuh Dengan Ct Transformator

Gambar 2.5 Skema rangkaian gelombang penuh dengan CT Transformator

2.3.2. Bentuk Gelombang Ideal Penyearah dengan CT Transformator

Merupakan penyearah gelombang penuh yang menggunakan dua buah

dioda yang dihubungkan ke transformator sekunder yg ditap tengahnya.

Penyearah gelombang penuh equvalent dengan dua kali penyearah setengah

gelombang. Sebab pusat tap, masing-masing rectifier mempunyai sebuah

tegangan masukan yang equel dengan setengah tegangan sekunder. Dioda D1

menghantar keputaran setengah positif, dan dioda D2 menghantar ke putaran

setengah negatif. Sebagai hasilnya arus beban penyearah mengalir selama

setengah putaran bersama-sama. Penyearah gelombang penuh berbuat sama

dengan dua kali bolak balik pada penyerah setengah gelombang.

Gambar 2.6

Rangkaian Penyearah CT

4

Harga tegangan dapat dihitung :

Ueff = 0,707 x Um Udc = 0,636 x Um

Harga arus dapat dihitung dengan rumus sebagai berikut :

Dengan kata lain selama setengah siklus positif tegangan input dioda D1 di

bias maju, sedangkan dioda D2 dibias mundur.Selama setengah siklus negatif

tengan input dioda D1 di bias mundur, sedangkan dioda D2 dibias maju.

2.2.3. DC atau Nilai Rata-Rata

Karena sinyal gelombang penuh mempunyai dua kali seperti banyak

putaran lingkaran positif seperti sinyal setengah gelombang DC atau nilai rata-

rata merupakan dua kali, diberikan oleh :

Vdc = 2Vp /

Ketika 2/ = 0,636 Vp maka persamaan menjadi Vdc = 0,636 VpBentuk ini dapat lihat bahwa DC atau nilai rata-rata sama dengan 63,6%

dari nilai puncak. Oleh karena itu, jika tegangan puncak sinyal gelombang

penuh adalahg 100% tegangan DC nya adalah 63,6 V.

2.4 Penyearah Gelombang Penuh Model Jembatan

Skema Rangkaian Penyearah Gelombang Penuh Model Jembatan.

Penyearah gelombang penuh model jembatan memerlukan empat buah

diode. Dua diode akan berkondusi saat isyarat positif dan dua diode akan

berkonduksi saat isyarat negatif. Untuk model penyearah jembatan ini kita

tidak memerlukan transformator yang memiliki center-tap.

Gambar 2.7 Skema rangkaian penyearah gelombang penuh model jembatan

2.4.1 Gambar Bentuk Output Gelombang

Seperti ditunjukkan pada gambar 2.4.1, bagian masukan AC

dihubungkan pada sambungan D1-D2 dan yang lainnya pada D3-D4.

5

Katode D1 dan D3 dihubungkan degan keluaran positif dan anode D2 dan

D4 dihubungkan dengan keluaran negatif (tanah).

Misalkan masukan AC pada titik A berharga positif dan B berharga

negatif, maka diode D1 akan berpanjar maju dan D2 akan berpanjar mundur.

Pada sambungan bawah D4 berpanjar maju dan D3 berpanjar mundur. Pada

keadaan ini elektron akan mengalir dari titik B melalui D4 ke beban , melalaui

D1 dan kembali ke titik A. Pada setengah periode berikutnya titik A menjadi

negatif dan titik B menjadi positif. Pada kondisi ini D2 dan D3 akan

berpanjar maju sedangkan D1 dan D4 akan berpanjar mundur. Aliran arus

dimulai dari titik A melalui D2, ke beban, melalui D3 dan kembali ke titik B.

Perlu dicatat di sini bahwa apapun polaritas titik A atau B, arus yang mengalir

ke beban tetap pada arah yang sama.

Gambar 2.8 Bentuk Gelombang Tegangan Output

2.5 Filter

Filter adalah suatu rangkaian yang dibuat dengan tujuan untuk memperbesar

tegangan DC dan memperkecil tegangan rippple pada suatu rangkaian

penyearah baik setengah gelombang maupun gelombang penuh. Adapun

komponen elektronika yang sering digunakan sebagai rangkaian filter adalah

kompponen Induktor (l) dan Kapasitor (C).

2.5.1 Filter Dengan Menggunakan Komponen Induktor (l)

6

Gambar 2.9 : Skema rangkaian penyearah gel penuh dengan filter L

Gambar 2.10 : Output gelombang penuh pembalik fasa dengan filter l

Rumus Arus beban untuk filter (I)

2.5.2 Filter Dengan Menggunakan Komponen Kapasitor (C)

Sistem penyearah menghasilkan arus gelombang searah masih terdapat

pulsa gelombang bolak balik Secara umum peralatan elektronik membutuhkan

sumber arus searah (DC) yang halus atau lebih rata. Untuk menghilangkan sisa

gelombang bolak balik tersebut sering digunakan kondensator elektrolit sebagai

tapis perata (Filter) seperti pada gambar berikut :

a. Filter Kapasitip

Penambahan nilai kapasitor yang dipararel dengan beban akan memberikan

efek peralatan pulsa DC yang lebih halus. Nilai kapasitor yang lebih besar akan

menyimpan muatan pada saat pengisian. Kecepatan pengosongan muatan

kapasitor tergantung dari besarnya konstanta waktu, yang dirumuskan dalam :

T = RL x C

7

Gambar 2.11 rangkaian penyearah gelombang penuh dilengkapi filter

kapasitor

2.12 Bentuk gelombang perataan dengan kapasitor

b. Faktor Kerut (Ripple)

Keluaran dari penyearah terdiri dari tegangan searah dan tegangan bolak balik

atau ripple. Tegangan kerut berbanding langsung terhadap arus beban (RL).

Faktor kerut didefinisikan :

Dimana :

Vr (rms) = harga

tegangan kerut yang

terukur oleh volt meter AC.

Vdc = harga

tegangan keluaran DC

yang terukur oleh

volt meter DC.

8

Gambar 2.13 bentuk gelombang dengan menggunakan filter dan tanpa filter

untuk penyearah setengah gelombang dan gelombang penuh

III. ALAT DAN BAHAN

Rangkaian penyearah

Osiloskop

Voltmeter

IV. PROSEDUR KERJA

A. Penyearah setengah gelombang

1. Penyearah setengah gelombang tanpa perantara dihubungkan dan amati

bentuk gelombang pada Osiloskop. Ukur tegangan dengan Voltmeter.

2. Perata dihubungkan dan amati bentuk gelombang pada Osiloskop. Baca

tinggi puncak(simpangan tertinggi) dan lembah gelombang(simpangan

terendah) pada Osiloskop. Ukur tegangan dengan Voltmeter.

3. Tegangan bolak-balik diukur antara P dan Q, P dan R serta R dan Q.

B. Penyearah satu gelombang

1. Penyearah satu gelombang tanpa perata dihubungkan dan amati bentuk

gelombang pada Osiloskop. Bacalah tinggi puncak gelombang. Ukur

tegangan dengan Voltmeter.

9

T P

Q

D1

D2

D4

D3 C

S

R

Gambar percobaan

2. Kapasitor C dihubungkan dan amati bentuk gelombang pada Osiloskop.

Baca tinggi puncak gelombang pada Osiloskop dan ukur tegangan dengan

Voltmeter. Ukur tegangan bolak-balik antara P dan Q, P dan R serta R dan Q.

V. TUGAS

1. Apa kegunaan rangkaian penyearah?

Jawab: Rangkaian Penyearah berguna untuk mengubah arus bolak balik (AC)

menjadi arus searah (DC) sehingga dalam rangkaian hanya mengalir satu

arus saja.

2. Apakah peranan kapasitor pada penyearah termaksud?

Jawab: Kapasitor dalam penyearah berfungsi untuk menyimpan tenaga listrik

dalam waktu tertentu (sementara) tanpa disertai reaksi kimia.

3. Tunjukkan secara kualitatif cara kerja alat ini!

Jawab: Osiloskop berguna untuk mengukur arus atau tegangan maksimum, arus

atau tegangan efektif, arus atau tegangan rata-rata serta besar frekuensi

gelombang yang dihasilkan oleh sumbernya. Untuk cara kerja alat ini

adalah:

1. Hidupkan osiloskop dan masukkan tegangan yang diukur.

2. Skala pada tombol VOLTS/DIV menunjukkan nilai

tegangan tiap cm secara vertikal dikalikan dengan kalibrasinya.

Untuk mengamati bentuk gelombang dengan penyearah arus setengah

gelombang, dapat dilakukan langkah berikut:

a. Hubungkan penyearah setengah gelombang tanpa perata dan amati

bentuk gelombang pada osiloskop

b. Hubungkan perata dan amati bentuk gelombang pada osiloskop.

Baca tinggi puncak (simpangan terendah) pada osiloskop. Ukur

tegangan dengan voltmeter.

Untuk mengamati bentuk gelombang dengan penyearah arus satu

gelombang, dapat dilakukan langkah berikut:

a. Hubungkan penyearah satu gelombang tanpa perata dan amati bentuk

gelombang pada osiloskop. Bacalah tinggi puncak gelombang. Ukur

tegangan dengan voltmeter.

10

b. Hubungkan kapasitor dan amati bentuk gelombang pada osiloskop.

Baca tinggi puncak gelombang pada osiloskop dan ukur tegangan

dengan voltmeter.

VI. GRAFIK

Terlampir

VII. DATA PENGAMATAN

Rangkaian AC = 11,8 Volt

Rangkaian DC :

A. Penyearah setengah gelombang

Menggunakan Voltmeter

Tanpa perata = 10,4 V

Menggunakan perata = 5,2 V

Menggunakan Osiloskop

Tanpa perata = 14 V

Menggunakan perata = 7 V

B. Penyearah satu gelombang

Menggunakan Voltmeter

Tanpa perata = 9,56 V

Menggunakan perata = 4,78 V

Menggunakan Osiloskop

Tanpa perata = 13 V

Menggunakan perata = 6,5 V

VIII. PERHITUNGAN

DC atau Nilai Rata-Rata

1. Penyearah setengah gelombang

Menggunakan voltmeter

Menggunakan perata

11

Vdc = pi

Vp

= 14,32,5

= 1,656 V

Tanpa perata

Vdc = pi

Vp

= 14,34,10

= 3,312 V

Menggunakan osiloskop

Menggunakan perata

Vdc = pi

Vp

= 14,37

= 2,229 V

Tanpa perata

Vdc = pi

Vp

= 14,310

= 3,184 V

2. Penyearah satu gelombang

Menggunakan volmeter

Menggunakan perata

Vdc = pi

Vp2

= 14,378,4.2

= 3,044 V

Tanpa perata

Vdc = pi

Vp2

= 14,356,9.2

= 6,089 V

Menggunakan osiloskop

12

Menggunakan perata

Vdc = pi

Vp2

= 14,35,6.2

= 4,140 V

Tanpa perata

Vdc = pi

Vp2

= 14,38.2

= 5,095 V

IX. PEMBAHASAN

Percobaan Dioda sebagai penyearah arus ini dilakukan bertujuan untuk

mempelajari sifat dan penggunaan dioda sebagai penyearah arus. Dalam mempelajari

sifat dan penggunaan dioda sebagai penyearah arus, diperlukan rangkaian searah,

osiloskop, dan voltmeter. Rangkaian Penyearah berguna untuk mengubah arus bolak balik

(AC) menjadi arus searah (DC) sehingga dalam rangkaian hanya mengalir satu arus saja.

Dalam rangkaian penyearah terdapat kapasitor, dimana kapasitor dalam penyearah

berfungsi untuk menyimpan tenaga listrik dalam waktu tertentu (sementara) tanpa disertai

reaksi kimia. Percobaan ini dibagi menjadi dua, yaitu penyearah setengah gelombang dan

penyearah satu gelombang.

Percobaan Dioda sebagai penyearah arus ini dimulai dengan mengukur tegangan

rangkaian AC. Tegangan dari rangkaian AC yang diperoleh sebesar 11,8 V. Selanjutnya

mencari tegangan DC. Pada percobaan penyearah setengah gelombang, dibedakan

menjadi dua bagaian yaitu menggunakan voltmeter dan osiloskop. Pada percobaan

penyearah setengah gelombang menggunakan voltmeter, dibagi menjadi dua yaitu

menggunakan perata dan tidak menggunakan perata. Pada percobaan penyearah setengah

gelombang tanpa perata, penyearah setengah gelombang tanpa perata dihubungkan,

kemudian diukur tegangannya dengan menggunakan voltmeter. Tegangan yang diperoleh

pada percobaan penyearah setengah gelombang tanpa perata sebesar 10,4 V. Selanjutnya

menggunakan percobaan penyearah setengah gelomban menggunakan perata, tegangan

yang diperoleh dengan menggunakan voltmeter adalah 5,2 V. Kemudian percobaan

penyearah setengah gelombang dengan menggunakan osiloskop. Pada percobaan ini,

13

rangkaian penyearah setengah gelombang dihubungkan, tegangan diukur menggunakan

osiloskop. Tinggi puncak ( simpangan tertinggi) dan lembah gelombang (simpangan

terendah) dicatat bentuknya. Percobaan dengan menggunakan osiloksop dibagi menjadi

dua yaitu dengan menggunakan perata dan tanpa perata. Tegangan penyearah arus

setengah gelombang tanpa perata dengan menggunakan osiloskop diperoleh sebesar 14 V.

Sedangkan tegangan yang diperoleh dengan menggunakan perata sebesar 7 V.

Percobaan kedua yaitu penyearah arus satu gelombang. Sama seperti percobaan

penyearah setengah gelombang, percobaan penyearah satu gelombang dibedakan menjadi

dua yaitu menggunakan voltmeter dan menggunakan osiloskop. Dengan menggunakan

voltmeter dibagi menjadi dua yaitu menggunakan perata dan tanpa perata. Tegangan

penyearah satu gelombang yang diperoleh tanpa perata dengan menggunakan voltmeter

sebesar 4,78 V, sedangkan menggunakan perata diperoleh 9,56 V. Selanjutnya adalah

mengukur tegangan penyearah satu gelombang menggunakan osiloskop. Tegangan yang

diperoleh dengan tanpa perata sebesar 6,5 V, sedangkan tegangan yang diperoleh

menggunakan perata sebesar 13 V.

Setelah dilakukan percobaan penyearah arus baik setengah gelombang maupun

satu gelombang dengan menggunakan voltmeter ataupun menggunakan osiloskop,

selanjutnya dilakukan perhitungan. Perhitungan untuk menentukan tegangan,

menggunakan rumus Vdc = pi

Vp dimana Vp adalah tegangan rangakaian AC yaitu 11,8 V.

Berdasarkan perhitungan yang ada tegangan penyearah arus setengah gelombang tanpa

perata dengan menggunakan voltmeter diperoleh sebesar 3,312 V, sedangkan

menggunakan perata diperoleh sebesar 1,656 V. Untuk tegangan penyearah arus setengah

gelombang dengan menggunakan osiloskop tanpa perata diperoleh sebesar 3,184 V, dan

tegangan menggunakan perata diperoleh sebesar 2,229 V. Sedangkan tegangan untuk

penyearah satu gelombang menggunakan voltmeter tanpa perata diperoleh sebesar 6,089

V, dan tegangan menggunakan perata diperoleh sebesar 3,044 V. Tegangan penyearah

satu gelombang tanpa perata yang diukur menggunakan osiloskop sebesar 5,095 V,

sedangkan tegangan penyearah satu gelombang menggunakan perata diperoleh sebesar

4,140 V.

Nilai tegangan penyearah satu gelombang maupun setengah gelombang dengan

menggunakan perata dan tanpa perata memiliki perbedaan. Jika penyearah arus

14

menggunakan perata atau kapasitor maka arus yang mengalir ditahan atau disimpan,

karena perata atau kapasitor dalam penyearah berfungsi untuk menyimpan tenaga listrik

dalam waktu tertentu (sementara) tanpa disertai reaksi kimia, sedangkan jika penyearah

arus tanpa perata atau kapasitor arus mengalir langsung. Semakin besar hambatan, arus

yang mengalir semakin kecil, sehingga tegangan juga semakin kecil. Hal ini menunjukkan

tegangan dengan menggunakan perata lebih kecil daripada tidak menggunakan perata.

Berdasarkan literatur yang ada, tegangan yang diukur dengan menggunakan

voltmeter dan osilokop memiliki nilai yang sama besar. Namun dalam pelaksanaannya,

tegangan dengan menggunakan voltmeter berbeda dengan menggunakan osiloskop.

Demikian pula tegangan yang diperoleh berdasarkan praktikum berbeda dengan tegangan

yang diperoleh berdasarkan perhitungan. Hal ini disebabkan kemungkinan terjadinya

kerusakan pada alat yaitu voltmeter atau osiloskop serta kurang telitinya praktikan dalam

melakukan praktikum.

X. KESIMPULAN

Berdasarkan percobaan yang telah dilakukan, maka dapat disimpulkan :

1. Rangkaian Penyearah berguna untuk mengubah arus bolak balik (AC) menjadi

arus searah (DC) sehingga dalam rangkaian hanya mengalir satu arus saja.

2. Dioda adalah jenis VACUUM tube yang memiliki dua buah elektroda.

3. Osiloskop berguna untuk mengukur arus atau tegangan maksimum, arus atau

tegangan efektif, arus atau tegangan rata-rata serta besar frekuensi gelombang

yang dihasilkan oleh sumbernya.

4. Kapasitor dalam penyearah arus berfungsi menyimpan tenaga listrik dalam waktu

tertentu (sementara) tanpa disertai reaksi kimia.

5. Tegangan AC bersifat dinamik atau selalu berubah-ubah nilainya.

6. Tegangan dengan menggunakan perata lebih kecil daripada tidak menggunakan

perata, karena arus yang mengalir ditahan atau disimpan, dimana perata atau

kapasitor dalam penyearah berfungsi untuk menyimpan tenaga listrik dalam waktu

tertentu (sementara) tanpa disertai reaksi kimia, sedangkan jika penyearah arus

tanpa perata atau kapasitor arus mengalir langsung.

15

16