laporan praktikum penyearah gelombang

LAPORAN PRAKTIKUM

ELEKTRONIKA ANALOG

PENYEARAH GELOMBANG

Oleh :

Nama : Ayu Purwati

NIM : 14302241028

Kelas : Pendidikan Fisika I

LABORATORIUM ELEKTRONIKA DAN INSTRUMENTASI

JURUSAN PENDIDIKAN FISIKA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

2015

Percobaan

PENYEARAH GELOMBANG

1. Tujuan

1) Mempelajari cara kerja rangkaian penyearah.

2) Mengamati bentuk gelombang keluaran.

3) Menyelidiki besar faktor riak dan regulasi tegangan.

2. Alat-alat Percobaan

1) Oskiloskop/CRO

2) Voltmeter analog dan digital

3) Papan rangkaian

4) Resistor, kapasitor, potensiometer, diode, transformator

5) Kabel-kabel penghubung.

3. Dasar Teori Singkat

Hampir semua peralatan elektronik memerlukan sumber tegangan searah

untuk dapat bekerja. Alat-alat elektronik dengan daya yang relatif kecil dapat

menggunakan baterai atau aki. Tetapi untuk peralatan yang relatif memerlukan daya

besar lebih baik digunakan sumber tegangan yang berasal dari PLN. Mengingat

listrik dari PLN bolak-balik tentu saja memerlukan rangkaian penyearah. Komponen

elektronik yang berfungsi sebagai penyearah tadi adalah dioda. Dioda mempunyai

sifat dapat menghantarkan arus listrik hanya pada satu arah. Simbol dioda penyearah

adalah sebagai berikut :

Apabila kaki anoda (A) dihubungkan dengan kutub positif dan kaki katoda (K)

dihubungkan dengan kutub negatif dari suatu sumber tegangan dc (atau tegangan A

lebih positif daripada tegangan K), maka arus dapat mengalir dan pada keadaan yang

demikian dikatakan dioda terpanjar maju (forward bias). Pada pemasangan yang

sebaliknya, anoda dihubungkan dengan kutub negatif sedangkan katoda dengan kutub

positif, maka arus tidak dapat mengalir asalkan tidak melebihi batas tegangan

dadalnya. Pemasangan yang demikian dikatakan dioda terpanjar mundur (reverse

bias).

Apabila sebuah dioda dipasang pada sumber tegangan bolak-balik, misalkan

PLN (setelah melewati transformator step-down), maka oleh dioda tegangan itu akan

diubah menjadi tegangan searah. Rangkaian penyearah sederhana dan bentuk

keluarannya adalah sebagai berikut :

Dari 0 sampai dengan π arus dapat diteruskan karena pada saat itu dioda

terpanjar maju. Tetapi dari π hingga 2 π dioda terpanjar mundur, oleh karenanya arus

tidak dapat mengalir. Rangkaian yang demikian tadi disebut rangkaian penyearah

gelombang setengah (half wave rectifier). Jika masukannya (Vi ) sebagai gelombang

sinus, maka keluarannya dapat dituliskan :

V0 = Vm sin ωt untuk 0 < ωt < π

V0 = 0 untuk π < ωt < 2π

Suatu voltmeter dc analog dibuat sedemikian hingga simpangan jarumnya

menunjukkan tegangan reratanya saja untuk masukan yang berupa gelombang sinus,

dengan demikian tegangan yang terbaca pada voltmeter dc adalah :

Vdc = V m

π = Vrerata

(resistansi transformator dan dioda diabaikan). Sedangkan voltmeter ac analog

mengukur tegangan rms (harga efektifnya) pada ujung-ujung sebelum diserahkan, dan

tegangan yang terbaca adalah :

Vac = V m

√2 = Veff

Penyearah yang sedikit lebih baik menggunakan dua buah dioda. Rangkaian

ini dapat dipikirkan sebagai dua rangkaian penyearah gelombang setengah yang

bekerja secara bergantian. Rangkaian demikian disebut sebagai rangkaian penyearah

gelombang penuh (full wave rectifier) yang skemanya dapat dilihat pada gambar

berikut :

Jika ujung-ujung keluarannya dihubungkan dengan voltmeter dc, maka jarum

voltmeter menunjukkan tegangan reratanya akan berharga :

Vdc = 2Vm

π = V rerata

( resistansi dari transformator dan dioda diabaikan )

Tegangan keluaran yang dihasilkan oleh kedua rangkaian penyearah diatas

belum rata, tetapi masih berbentuk gelombang sinus yang selalu posotif ( searah ).

Untuk me ndapatkan tegangan keluaran yang lenih rata diperlukan suatu tapis

( filter ). Tapis yang paling sederhana adalah sebuah kapasitor yang dipasang paralel

dengan ujung ujung keluarannya. Ingat untuk kapasitor berkutub jangan sampai

terbalik. Gambar rangkaian penyearah bertapis adalah sebagai berikut :

Mengingat sifat kapasitor ( C ) yang dapat diisi muatan mauppun

dikosongkan, dengan terpasangnya C, tegangan keluaran ( V0 ) tidak segera turun

meskipun tegangan masukan Vi sudsh turun. Ini dikarenakan kapasitor memerlukan

waktu untuk mengosongkan muatannya. Sebelum tegangan kapasitor turun ke nol,

tegangan kapasitor tersebut segera naik lagi oleh tegangan masukan. Dengan

demikian sekecil apapun, tegangan keluaran belum rata sempurna, tetapi masih

terdapat riak ( ripple ). Besar riak dinyatakan sebagai tegangan riak ( Vr) yang

besarnya dapat dibuktikan secara teoritis sebagai :

Vr = V m

f Rl C ( untuk penyearah setengah gelombang )

Vr = V m

2 f R lC ( untuk penyearah gelombang penuh )

Tampak bahwa tegangan riak ( Vr ) makin kecil untuk nilai C yang semakin

besar. Setelah melalui tapis, tegangan dc ( Vdc) pada keluarannya dapat ditentukan,

diukur maupun dihitung. Besar tegangan dc tersebut tergantung pada RL, C , Vm , dan

f. Dari gambar dapat ditentukan :

Vdc = Vm - 12Vr

Ada beberapa besaran yang menunjukan kualitas suatu penearah dan dua

diantaranya adalah faktor riak ( r ) dan regulasi tegangan ( R ) yang masing-masing

didefinisikan sebagai berikut :

r = V r ,rms

V dc

R = V 0 ¿¿

4. Langkah-langkah Percobaan

Buatlah (set) agar papan rangkaian penyearah yang tersedia membentuk

rangkaian seperti berikut :

Dengan R= 560 Ωatau 47Ω, C1 = 1𝜇F/25V, C2 = 1𝜇F/25V, dan RL= 10 kΩ.

1. Membuat rangkaian penyearah gelombang setengah (S1 terbuka). Terlebih dahulu

S2 dan S3 terbuka (filter belum digunakan). Dengan S4 tertutup, mengatur RL agar

memberikan arus keluaran (mA) tertentu. Mengukur Vrms, Vdc, RL, Idc dan

memotret bentuk gelombang keluarannya. Selanjutnya mengukur Vdc tanpa RL

dengan cara membuka S4.

2. Seperti langkah 1 tetapi S2 tertutup.

3. Seperti langkah 1, tetapi S2 dan S3 tertutup.

4. Seperti langkah 1, 2 dan 3 tetapi untuk penyearah gelombang dengan cara

S1tertutup.

5. Mencatat semua nilai komponen rangkaian yang digunakan.

5. Data Percobaan

Sesuai dengan langkah – langkah percobaan diatas, maka data yang harus dicatat baik untuk rangkaian penyearah gelombang setengah maupun rangkaian penyearah gelombang penuh masing – masing adalah :

Jenis Rangkain Bentuk Gelombang Keluaran Idc

(A)Vrms

(V)Vdc

(V) RL (Ω)

1. Setengah Gelombang

Dengan potensio

Tanpa filter 0.06 5.4 1.7 1000

Dengan 1 filter 0.05 4.7 2.5 1000

Dengan 2 filter 0.06 4.5 2.4 1000

Tanpa Potensi

o

Tanpa filter 2.6 1000

Dengan 1 filter 3 1000

Dengan 2 filter 6 1000

2. Gelombang Penuh

Dengan potensio

Tanpa filter 0,115 2 4 1000

Dengan 1 filter 0.125 2.4 4.6 1000

Dengan 2 filter 0,11 2.4 4.8 1000

Tanpa Potensi

o

Tanpa filter 4.8 1000

Dengan 1 filter 4.8 1000

Dengan 2 filter 5.6 1000

6. Analisa Dataa. Gelombang Input

T = 4.2 div x 0.005 sekon/div

= 0.021 sekon

Vpp = 3.4 div x 5 Volt/div

= 17 Volt

f = 1T

=1

0.021

= 48 Hz

Vm = Vpp

2

= 172

volt

= 8.5 volt

b. Gelombang Output

1) Setengah Gelombang

a) Dengan Potensio

Tanpa filter

1. Vm = 3.8 div x 2 volt/div

= 7.6 volt

Vrpp = Vm = 7.6 volt

2. Vrms = V rpp

√2

= 7.6√2

3. Vdc = V m

π

= 7.6

3.14

= 5.4 volt = 2.4 volt

Regulasi tegangan (R)

R = V 0 ¿¿

= 2.6−1.7

1.7

= 0.52

Dengan satu filter

Berdasarkan Perhitungan


= 6.6 volt

Vrpp = Vm = 6.6 volt

2. Vrms = V rpp√2

= 6.6√2

= 4.7 volt

3. Tegangan riak

Vr = V m

f RLC

= 7.6

48 x1000 x1 x10−6

= 158.3 volt

4. Vdc = Vm - ½ Vr

= 7.6 – ½ 158.3

= -71.5 volt

Faktor riak berdasarkan percobaan

r = V rms

V dc

= 4.72.5

= 1.88

Regulasi Tegangan (berdasarkan percobaan)

R = V 0 ¿¿

= 3−2.5

2.5

Dengan dua filter


1. Vrpp = 3.2 div x 2 volt/div

= 6.4 volt2. Vrms = V rpp

√2

= 6.4√2

= 4.5 volt

3. Tegangan riak

Vr = V m

f RLC

= 7.6

48 x1000 x2 x10−6

= 79.2 volt

4. Vdc = Vm - ½ Vr

= 7.6 – 12 79.

= -32 Volt


r = V rms

V dc

= 4.52.4

= 1.9

Regulasi Tegangan (berdasarkan percobaan)

R = V 0 ¿¿

= 6−2.4

2.4

= 1.5

2) Gelombang Penuh

a) Dengan potensio

Tanpa filter


= 7 Volt

Vrpp = Vm = 7 volt

2. Vrms = V rpp

√23. Vdc =

2V m

π

= 7√2

= 4.9 volt

= 2 x7227

= 4.5 volt

Regulasi tegangan (R) (berdasarkan percobaan)

R = V 0 ¿¿

= 4.8−4

4

= 0.2 Volt

Dengan satu filter




√2

= 3.4√2

= 2.4 volt

3. Tegangan riak

Vr = V m

2 f RL C

= 7

2 x 48 x1000 x1 x10−6

= 72.9 volt

4. Vdc = Vm - ½ Vr

= 7 – ½ 72.9

= -29.5 volt


r = V rms

V dc

= 2.44.6

= 0.52

Regulasi Tegangan

R = V 0 ¿¿

= 4.8−4.6

4.6

= 0.043

Dengan dua filter




√2

= 3.4√2

= 2.4 volt

3. Tegangan riak

Vr = V m

2 f RL C

= 7

2x 48 x1000 x2 x10−6

= 36.5 volt

4. Vdc = Vm - ½ Vr

= 7 – ½ 36.5

= -11.2 volt


r = V rms

V dc

= 2.44.8

= 0.5

Regulasi Tegangan

R = V 0 ¿¿

= 5.6−4.8

4.8

= 0.17

7. Pembahasan

a. Penyearah Setengah Gelombang

Berdasarkan hasil percobaan yang telah dilakukan, bentuk gelombang input yang terbentuk adalah gelombang sinusoidal. Gelombang ini merupakan gelombang arus bolak – balik yang senantiasa berubah terhadap waktu. Namun, setelah melalui komponen dioda, bentuk gelombang menjadi setengah dari gelombang input. Ini menunjukkan bahwa pada saat gelombang input melewati komponen diode maka gelombang tersebut akan disearahkan oleh diode. Namun, keluaran yang terbentuk ini masih merupakan gelombang yang kasar. Untuk menghaluskan gelombang keluaran tersebut maka dipasang kapasitor pada rangkaian. Kapasitor akan menyaring gelombang keluaran sehingga akan terbentuk gelombang riak yang halus.

Dari gelombang input tersebut diperoleh nilai frekuensi dari tegangan masukan adalah 48 Hz. Hasil tersebut tidak berbeda jauh dengan frekuensi tegangan PLN yaitu 50 Hz. Dari gambar gelombang input tersebut juga diperoleh nilai tegangan peak-to-peak nya adalah 17 volt dan nilai tegangan maksimumnya adalah 8.5 volt.

Kemudian ketika diukur tegangan keluarannya menggunakan voltmeter, diperoleh masing – masing nilai berdasarkan percobaan yang dilakukan antara lain membedakan antara penggunaan kapasitor dengan yang tidak. Berikut rangkuman hasil yang diperoleh secara percobaan dan secara perhitungan.

Keterangan RL

(Ω)Secara Percobaan Secara

PerhitunganVdc (volt) Vdc (volt)

Tanpa filter 1000 1.7 2.4C1 1000 2.5 -71.5

C1 & C2 1000 2.4 -32

Dapat dilihat bahwa perbandingan hasil data percobaan dengan perhitungan

pada penggunaan kapasitor sangatlah jauh berbeda. Hal tersebut dipengaruhi oleh

beberapa faktor, yaitu penggunaan kapasitor dengan nilai yang terlalu kecil yaitu

1μF dan juga penggunaan beban yang hanya 1000 Ω.

Penggunaan kapasitor juga sangat berpengaruh pada tegangan keluaran yang

dihasilkan. Penggunaan kapasitor pada rangkaian penyearah dapat membuat

tegangan keluaran lebih besar dibandingkan dengan tanpa penggunaan kapasitor.

Pada percobaan yang dilakukan, perbedaan penggunaan satu kapasitor dengan

tanpa kapasitor sudah sesuai dengan teori yang ada yaitu tegangan keluaran pada

penggunaan kapasitor lebih besar dibandingkan dengan tanpa kapasitor. Namun

perbedaan pada penggunaan satu kapasitor dengan penggunaan dua kapasitor

tidak menunjukan hal yang serupa. Dalam hasil percobaan menunjukan bahwa

tegangan keluaran pada penggunaan satu kapasitor lebih besar dibandingkan

dengan penggunaan dua kapasitor. Menurut hemat saya, hal tersebut dipengaruhi

beberapa faktor yaitu kekurangan alat yang digunakan dan kurangnya pemahaman

kita saat melakukan percobaaan.

Tegangan riak pada penggunaan satu kapasitor adalah 158.3 Volt dan

pengunaan dua kapasitor tegangan riaknya adalah 79.2 Volt. Hal tersebut

menunjukan bahwa semakin besar nilai kapasitor yang digunakan maka

gelombang riak (Vrpp) yang dihasilkan akan semakin kecil, dan tegangan riak

juga akan semakin halus

b. Penyearah gelombang penuh

Gelombang input pada penyearah gelombang penuh adalah gelombang

sinusoidal, sama dengan gelombang input pada penyearah setengah gelombang.

Sedangkan pada gelombang outpunya memiliki perbedaan dengan penyearah

setengah gelombang. Ketika gelombang input melewati diode dan sebuah

hambatan beban (RL) pada rangkaian penyearah gelombang penuh maka isyarat

keluaran gelombangnya akan berbentuk deretan gelombang positif penuh dan

gelombang negative akan terpotong. Hal inilah yang menjadi prinsip kerja dari

penyearah gelombang penuh yaitu menyearahkan isyarat positif secara penuh dan

memotong isyarat negative pada keadaan diode terpanjar maju.

Berikut data yang diperoleh secara percobaan dan secara perhitungan

Keterangan RL

(Ω)Secara Percobaan Secara

PerhitunganVdc (volt) Vdc (volt)

Tanpa filter 1000 4 4.5C1 1000 4.6 -29.5

C1 & C2 1000 4.8 -11.2

Sama halnya pada penyearah setengah gelombang, perbedaan hasil secara

percobaan dan secara perhitungan sangatlah jauh berbeda pada penggunaan

kapasitor. Namun dalam data percobaan yang diperoleh sudah menunjukan bahwa

penggunaan kapasitor mempengaruhi tegangan keluaran, yaitu dengan

penggunaan kapasitor tegangan keluaran akan lebih besar. Dan penggunaan dua

kapasitor, tegangan keluarannya akan lebih besar dibandingkan dengan

penggunaan satu kapasitor.

Berikut perbedaan penggunaan kapasitor yang bernilai 1μF dengan 47μF

Dengan 1μF Dengan 47μF

Jadi dapat diketahui bahwa penggunaan kapasitor dengan nilai yang lebih

besar akan lebih efisien dibandingkan dengan kapasitor yang nilainya kecil.

Tegangan riak pada penggunaan satu kapasitor adalah 72.9 dan dengan

penggunaan dua kapasitor adalah 36.5. Hal tersebut menunjukan bahwa semakin

besar nilai kapasitor yang digunakan maka gelombang riak (Vrpp) yang dihasilkan

akan semakin kecil, dan tegangan riak juga akan semakin halus.

Riak pada penggunaan satu kapasitor adalah 0.52 dan penggunaan dua

kapasitor adalah 0.5. hal tersebut menunjukan bahwa nilai kapasitor

mempengaruhi baik tidaknya penyearah. Meskipun perbedaannya tidak terlalu

jauh, namun dapat dikatakan bahwa penyearah gelombang penuh dengan dua

kapasitor lebih baik dibandingkan dengan penggunaan satu kapasitor.

8. Kesimpulan

1) Prinsip kerja penyearah setengah gelombang

Pada penyearah setengah gelombang, dioda akan berlaku sebagai penghantar

selama putaran setengah Positif dan tidak berlaku sebagai penghantar pada

setengah siklus negatif, sehingga dinamakan sebagai Sinyal setengah

Gelombang. Hal ini terjadi karena dioda berada dalam keadaan bias maju yang

hanya melewatkan deretan pulsa positif dan memotong deretan pulsa negatif

pada gelombang masukan. Akibatnya gelombang keluaran akan menjadi

deretan pulsa positif setengah gelombang.

Namun, keluaran yang terbentuk ini masih merupakan gelombang yang kasar.

Untuk menghaluskan gelombang keluaran tersebut maka dipasang kapasitor

pada rangkaian. Kapasitor akan menyaring gelombang keluaran sehingga akan

terbentuk gelombang riak yang halus.

Prinsip kerja penyearah gelombang penuh

Ketika gelombang input melewati diode dan sebuah hambatan beban (RL)

pada rangkaian penyearah gelombang penuh maka isyarat keluaran

gelombangnya akan berbentuk deretan gelombang positif penuh dan

gelombang negative akan terpotong. Hal inilah yang menjadi prinsip kerja dari

penyearah gelombang penuh yaitu menyearahkan isyarat positif secara penuh

dan memotong isyarat negative pada keadaan diode terpanjar maju.

2) Gelombang keluaran pada penyearah setengah gelombang merupakan

keluaran yang masih kasar dibandingkan penyearah gelombang penuh.

Penggunaan kapasitor juga dapat mempengaruhi gelombang keluaran,

semakin besar nilai kapasitor yang digunakan maka gelombang yang

dihasilkan semakin halus.

3) Riak menunjukan seberapa baik rangkaian penyearah, semakin kecil nilai riak

yang dihasilkan maka semakin baik penyearah tersebut.

9. Daftar Pustaka

1) E-book Rangkaian Penyearah Gelombang

2) https://www.academia.edu/5298144/

CATU_DAYA_DAN_RANGKAIAN_PENYEARAH_GELOMBANG

diakses pada Jum’at 13 November 2015 pukul 21:03

https://www.academia.edu/5298144/CATU_DAYA_DAN_RANGKAIAN_PENYEARAH_GELOMBANG

https://www.academia.edu/5298144/CATU_DAYA_DAN_RANGKAIAN_PENYEARAH_GELOMBANG

laporan praktikum penyearah gelombang

Data & Analytics