BAGIAN 5 DIODA PADA RANGKAIAN PENYEARAH PDF

Preview

Summary

BAGIAN 5 DIODA PADA RANGKAIAN PENYEARAH 26/03/2017 TE UMK 2 Sub Materi • Penyearah setengah gelombang • Penyearah gelombang penuh center tap • Penyearah jembatan 26/03/2017 TE UMK 3 Penyearah/Rectifier  Rectifier atau dalam bahasa indonesia disebut dengan penyearah gelombang adalah suatu bagian dar...

Description

BAGIAN 5 DIODA PADA RANGKAIAN PENYEARAH

26/03/2017

TE UMK

Sub Materi • Penyearah setengah gelombang • Penyearah gelombang penuh center tap • Penyearah jembatan

2

26/03/2017

TE UMK

3

Penyearah/Rectifier

 Rectifier atau dalam bahasa indonesia disebut dengan

penyearah gelombang adalah suatu bagian dari rangkaian catu daya atau power supply yang berfungsi sebagai pengubah sinyal AC (alternating current) menjadi sinyal DC (direct current).  Rangkaian rectifier umumnya menggunakan dioda sebagai komponen utamanya.  Hal ini dikarenakan dioda memiliki karakteristik yang hanya melewatkan arus listrik ke satu arah dan menghambat arus listrik dari arah sebaliknya.  Jika sebuah dioda dialiri arus bolak-balik (AC), maka dioda tersebut hanya akan melewatkan setengah gelombang, sedangkan setengah gelombangnya lagi diblokir.

26/03/2017

TE UMK

4

1. Penyearah Setengah Gelombang  Pada bagian ini akan dilihat metode analisis dari

rangkaian dioda dengan input berubah terhadap waktu (gelombang sinusidal).  Rangkaian sederhana dibawah ini akan digunakan utk mempelajari menganalisis.

26/03/2017

•

TE UMK

5

26/03/2017

•

TE UMK

6

26/03/2017

TE UMK

Analisis dalam model dioda ideal Jika vi adalah AC sinusoidal dan dioda adalah ideal

7

26/03/2017

TE UMK

8

26/03/2017

TE UMK

9

26/03/2017

TE UMK

10

Analisis dalam model dioda praktek Jika vi adalah AC sinusoidal dan dioda adalah tipe silikon

26/03/2017

TE UMK

11

26/03/2017

TE UMK

12

26/03/2017

TE UMK

13

Rumus Vrms, Prms dan Irms • Nilai tegangan RMS (Root Mean Square), kalau diterjemahkan;

tegangan rata-rata akar kuadrat adalah representasi tegangan DC dari sinyal AC (sinusoidal). • Tengangan sinusoidal secara matematis adalah Vt=Vp sin (ωt), Vp adalah tegangan puncak dan ω = 2πf. • Dengan pendekatan rumus integral sinus kuadrat diperoleh tegangan rata-rata VRMS = Vp/Ѵ2 atau kira-kira = 0.707 Vp. Dengan demikian power atau daya dapat dihitung dengan PRMS = (VRMS)2/R

26/03/2017

14

TE UMK

• Tegangan keluaran DC (rata-rata) :

Vo  Vavg

1  2





0

Vm sin t d t  

• Arus DC untuk beban R

Vo Vm I  R R



Vm

 0,318Vm

26/03/2017

TE UMK

• Tegangan keluaran rms pada beban :

Vrm s 

1 2





0

Vm Vm sin(t ) d (t )  2 2

• Arus keluaran rms pada beban :

I rms

Vrms Vm   R 2R

15

26/03/2017

TE UMK

16

Contoh 1: Berapa nilai rerata (dc) dari bentuk gelombang luaran tersearahkan, seperti Gambar berikut?

Jawab:

26/03/2017

TE UMK

17

• Contoh 2 :

Sebuah rangkaian penyearah setengah gelombang dicatu dari sumber sinusoida 120 Vrms pada frekuensi 60 Hz, dipasangkan sebuah beban resistif 5 Ohm. Hitunglah : (a) tegangan puncak (Vm) dan arus rata2, (b) Daya rata-rata pada beban, (c) faktor daya rangkaian. Solusi : (a) Tegangan puncak (Vm)

Vm  120  2  169,7 V

Arus rata-rata

Vo Vm 169,7 I    10,8 A R R   5

26/03/2017

TE UMK

(b) Tegangan rms pada beban (resistor) Vrms

Vm 169,7    84,9 V 2 2

Daya pada beban (resistor)

2 Vrms (84,9) 2 P   1441,6 W R 5 Atau dicari dengan rumus

2 I rms  R  17   5  1445 W 2

dimana arus rms pada resistor :

Vm  17 A 2R

18

26/03/2017

TE UMK

19

(c) Faktor Daya rangkaian

1441,6 P P   0,707 pf   S Vs ,rms  I s ,rms 120 17 Dimana: P = daya aktif dalam KW S = daya buta dalam KVA (hasil perkalian antara arus dan tegangan pada beban)

26/03/2017

TE UMK

20

review • Daya aktif (P) satuan watt: • Adalah daya yang timbul akibat mengalirnya arus listrik melalui hambatan /

resistor seperti lampu pijar, elemen pemanas atau heater. • Daya ini dipergunakan untuk melakukan kerja atau dengan kata lain daya yang benar-benar digunakan sesuai dengan kebutuhan tenaga listrik. • Daya reaktif (Q) satuan VAR (volt ampere reaktif): • a. Daya reaktif induktif :

Adalah daya yang timbul akibat mengalirnya arus listrik melalui kumparan-kumparan kawat, seperti pada motor-motor listrik, transformer, balast pada lampu neon dll. • b. Daya reaktif kapasitif : Adalah daya yang timbul akibat mengalirnya arus listrik pada perangkat yg mengandung kapasitor.

26/03/2017

TE UMK

21

• Daya buta ( S ) satuan VA (votl ampere) • Adalah hasil perkalian antara arus dan tegangan listrik pada suatu beban. • Secara matematis dinyatakan dengan persamaan :

S= VxI dimana : • V = tegangan sumber, satuan volt • I = arus listrik beban, satuan ampere • S = daya buta , satuan volt ampere.

26/03/2017

TE UMK

22

Pengaruh Potensial Barrier pada Tegangan Luaran Penyearah Setengah Gelombang • Saat potensial barrier dioda diperhatikan (bukan dioda ideal),

maka selama siklus-paruh positif, tegangan masukan harus melawan potensial barrier sebelum dioda terbias-maju.

• Untuk dioda silikon, ini akan menyebabkan tegangan luaran

gelombang-paruh mempunyai nilai puncak yang lebih kecil 0,7 V daripada nilai puncak tegangan masukan.

26/03/2017

TE UMK

23

Persamaan untuk nilai puncak tegangan luaran adalah:

• Saat bekerja dalam rangkaian dioda, sering menjadi

praktis bila mengabaikan pengaruh potensial barrier ketika nilai tegangan (masukan) jauh lebih besar (minimal 10X) daripada tegangan-barrier.

26/03/2017

TE UMK

24

Contoh 3: Tentukan puncak tegangan luaran dari penyearah silikon seperti Gambar.

Jawab:

26/03/2017

TE UMK

25

2. Penyearah Gelombang Penuh • Penyerah gelombang penuh adalah yang paling sering

digunakan dalam penyulai daya DC.

• Perbedaan

antara penyearah gelombang-penuh dengan penyearah gelombang-paruh adalah bahwa penyearah gelombang-penuh, mengalirkan arus DC ke beban selama satu siklus gelombang masukan sementara penyerah gelombang-paruh hanya mengalirkan pada setengah siklus gelombang masukan.

• Hasil dari penyearahan gelombang-penuh adalah suatu

tegangan luaran DC yang berpulsa untuk setiap setengah siklus gelombang masukan.

• Penyearah gelombang penuh dapat mengalirkan arus ke

beban selama 3600 dari input siklusnya. Maka frekuensi tegangan outputnya dua kali frekuensi inputnya.

• Nilai tegangan rata-ratanya dua kali dari penyearah

setengah delombang:

Contoh • Berapa nilai rata-rata dari tegangan penyearah gelombang penuh di

bawah ini.

• Jawab:

Penyearah gelombang penuh center-tap • Penyearah center-tap adalah penyearah gelombang penuh dengan

menggunakan dua dioda yang dihubungkan dengan center-tap transformator.

Prinsip kerja penyearah gelombang penuh center tap. • Pada siklus positif D1 mandapat bias maju maka akan mengalir arus

i1 yang akan melewati RL lalu menuju CT.

• Pada siklus negatif D2 mandapat bias maju maka akan mengalir

arus i2 yang akan melewati RL lalu menuju CT.

Pengaruh rasio trafo terhadap tegangan output. • Bila rasio trafo adalah 1:1, maka nilai puncak tegangan output

penyearah adalah setengah nilai puncak tegangan input dikurang tegangan barrier.

• Bila rasio trafo 1: 2, maka nilai puncak tegangan output penyearah

adalah sama nilai puncak tegangan input dikurang tegangan barrier .

33

PIV (peak inverse voltage). • PIV (Peak Inverse Voltage) adalah puncak tegangan terbalik

maksimal, maksudnya batasan tertinggi tegangan terbalik ketika dioda difungsikan sebagai penyearah dari AC ke DC. • Misalnya ketika dioda menyearahkan tegangan AC, siklus tegangan positif dihantarkan oleh dioda. Pada siklus tegangan selanjutnya (yaitu siklus tegangan negatif) dioda menahan siklus tegangan ini sehingga tegangan ini merupakan tegangan terbalik yang ditahan (tidak dihantarkan) oleh dioda.

-

V2p

+

diode off

PIV

+

34

• Dalam penyearahan setengah gelombang besarnya tegangan terbalik

adalah sebesar tegangan maksimal hasil penyearahan (Vmax) yaitu VAC x 1,41 maka dioda yang digunakan harus mempunyai PIV yang angkanya berada di atas itu. • Sedangkan pada penyearahan gelombang penuh tegangan terbalik ada sebesar 2Vmax, maka dioda yang digunakan haruslah dioda yang mempunyai PIV lebih besar dari 2Vmax itu.

-

V2p

+

diode off

PIV

+

PIV >= 2Vmax

35

• Contoh 1 : Sebuah dioda dipakai sebagai penyearah setengah

gelombang pada tegangan AC 12V. Dioda dengan PIV berapakah yang bisa dipakai? • Vmax = 12 x 1,41 = 16,92V. • Dioda yang bisa dipakai adalah yang mempunyai PIV di atas 16,92V, misalnya adalah 1N4001. Dioda ini mempunyai PIV 50V. • Contoh 2 : Empat dioda dipakai sebagai penyearah gelombang

penuh dari tegangan AC 220V. Dioda dengan PIV berapakah yang bisa digunakan? • 2Vmax = 2 x (220 x 1,41) = 620,4V. • Dioda-dioda yang bisa digunakan adalah yang mempunyai PIV di atas angka 620,4V, misalnya 1N4007. Dioda ini mempunyai PIV 1000V.

Contoh 3 (class discussion) • Gambarkan gelombang tegangan pada RL, dari gambar di bawah ini,

dan berapa rating PIV yang harus dimiliki dioda.

• Jawab:

26/03/2017

37

TE UMK

Beberapa rumus perhitungan pd penyearah gel penuh center tap

• Arus pada beban adalah; � = � + � • IDC, Irms, VDC adalah:

2.�� � = ; ��π �� �� = ; ѵ2 2�� �� 2�� . � = . = π π �� dengan �� = ��

;

26/03/2017

TE UMK

38

3. Penyearah Gelombang Penuh Dioda Jembatan Pada rangkaian ini dapat diggunakan jenis non CT. Kelebihan dari penyearah gel penuh adalah outputnya yg lebih halus, stabil dan efisien karena mengeluarkan semua siklus input AC. Kelemahan penyearah gel penuh secara umum adalah hanya dari segi biaya saja, jika dipakai utk menghasilkan power supply tunggal terlihat lebih mahal krn harus menyediakan satu lilitan lagi, utk itulah dibuat penyearah sistem jembatan yg lbh efektif pd aplikasi power supply tunggal. Rangkaian dasar penyearah gelombang penuh dioda jembatan digambarkan sebagai berikut:

26/03/2017

TE UMK

39

Prinsip kerja sbb: • Pada siklus positif dari output trafo arus akan mulai mengalir dari A,

dioda D1 terbias maju dan akan menjadi ON, menghasilkan arus i1 yang akan melewari resistor beban RL menuju dioda D3 yang akan terbias maju dan menjadi ON, lalu arus akan sampai ke trafo bagian B. • Arus tidak melewati dioda D2 dan D4 karena terbias mundur

26/03/2017

TE UMK

40

• Pada siklus negatif dari output trafo arus akan mulai mengalir dari B,

dioda D2 terbias maju dan akan menjadi ON, menghasilkan arus i2 yang akan melewari resistor beban RL menuju dioda D4 yang akan terbias maju dan menjadi ON, lalu arus akan sampai ke trafo bagian A. • Arus tidak melewati dioda D1 dan D3 karena terbias mundur

26/03/2017

• Simulasi cara kerja

TE UMK

41

26/03/2017

• Arah arus i1 dan i2 yang

melewati beban RL adalah sama, dengan demikian arus pada reisitor beban RL (iL), adalah penjumlahan dari kedua arus i1 dan i2, dengan menempati paruh waktu masing-masing siklusnya.

TE UMK

42

26/03/2017

TE UMK

43

• Besarnya arus rata-rata pada resistor beban RL adalah sama seperti

penyearah gelombang penuh dengan trafo CT yaitu;

�

�� = = ,6 6 �� π

• Dan untuk nilai tegangan rata-rata dengan memperhatikan besarnya

nilai tegangan cut-in dioda (Vɣ) adalah;

�

= ,6 6 (�� − Vɣ)

• Tegangan Puncak Inverse atau Peak Inverse Voltage (PIV) adalah;

��� =

��

26/03/2017

TE UMK

44

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

26/03/2017

TE UMK

45

• Penyelesaian • Untuk tegangan dititik A (Vm A) • Input tegangan PLN 220 V, dengan nilai tegangan efektifnya Veff = 220V. Maka nilai tegangan maksimum di titik A (VmA)

26/03/2017

TE UMK

46

• Untuk tegangan dititik B (Vm B). • 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

26/03/2017

TE UMK

• Untuk tegangan Vdc. • Dengan mempertimbangkan nilai tegangan cut-in dioda (Vɣ)

besarnya tegangan rata-rata Vdc

47

26/03/2017

TE UMK

• Untuk mencari arus maksimum Im adalah;

• Arus rata-rata adalah;

• Frekuensi outputnya adalah;

• Tegangan PIV adalah ;

48

Contoh 2 • Tentukan tegangan puncak output dari penyearah di bawah.

Asumsikan dioda model praktis, berapa rating PIV dioda yang dibutuhkan? diketahui, tegangan sekunder 12 V rms dan tegangan primer 110 V.

• Jawab:

Vm (dioda ideal)  1,414  Vrms  1,414 12  17 V

Vm (dioda praktis)  Vm (ideal)  1,4  17  1,4  15,6 V

• Rating PIV setiap dioda adalah:

PIV  Vm (praktis)  0.7V  15,6  0,7  16,3 V

26/03/2017

TE UMK

End of Lecturer

51

Tugas_3 1. Gambarkan gelombang tegangan output dan berapa nilainya, dari rangkaian di bawah ini

2. Dari gambar di bawah, tentukanlah: a. Tegangan puncak sekunder. b. Gambarkanlah gelombang tegangan pada RL.

3. Gambarkanlah gelombang tegangan output (Vout pada RL) penyearah jembatan beserta nilainya dari gambar di bawah ini....