Penerapan Dioda Dalam Rangkaian Penyearah

Penerapan dioda dalam rangkaian penyearah

Pengertian Komponen dioda

Aplikasi dioda pada kendaraan banyak digunakan untuk penyearah arus seperti pada sistem pengisian. Fungsi dioda adalah untuk menyearahkan arus dari arus bolak-balik menjadi arus searah sehingga dapat digunakan untuk mengisi baterai dan mensuplai kebutuhan arus kendaraan.

Fungsi lain dari dioda ini pada kendaraan adalah anti kejut tegangan. Contoh penerapannya adalah jenis relai yang diberikan pada dioda dengan tujuan untuk mencegah arus balik pada rangkaian. Arus listrik balik ini dapat berasal dari induksi medan magnet yang dihasilkan oleh kumparan relai. Induksi listrik ini biasanya lebih tinggi tegangannya daripada tegangan sumbernya. Untuk mencegah terjadinya kerusakan akibat tegangan induksi ini, rangkaian relai dikopel dengan rangkaian dioda.

Penerapan dioda dalam rangkaian penyearah

Karena dioda PN junction hanya dapat menghantarkan arus listrik satu arah, maka dapat digunakan sebagai penyearah untuk mengubah arus bolak-balik (AC) menjadi arus searah (DC). Ada dua jenis penyearah yang kita pelajari, yaitu penyearah setengah gelombang dan penyearah gelombang penuh.

 penyearah setengah gelombang

Rangkaian penyearah paling sederhana adalah penyearah setengah gelombang, terdiri dari dioda yang terhubung ke sisi sekunder transformator dan seri dengan beban R, seperti yang ditunjukkan pada gambar untuk penyearah setengah gelombang. Tegangan langsung yang dibutuhkan oleh beban, seperti lampu, relai, baterai, dll  . Trafo mengubah tegangan bolak-balik yang diberikan menjadi tegangan yang sesuai untuk penyearahan.

rangkaian penyearah setengah gelombang

Tegangan sisi sekunder transformator, Vi, adalah tegangan input dari rangkaian penyearah setengah gelombang. Tegangan input (Vi) ini adalah tegangan AC sinusoidal, seperti yang ditunjukkan pada Gambar A (di atas). Dalam satu periode, polaritas tegangan positif dan negatif berubah secara bergantian. Kami mempertimbangkan hanya satu periode gelombang, yang merupakan setengah periode positif Oab dan setengah periode negatif bcd.

Pada setengah periode positif Oab, dioda diberi bias maju (anoda A sesuai dengan polaritas + dan katoda K sesuai dengan polaritas -), sehingga dioda arus mengalir melalui beban R. Untuk beban yang murni resistif R, output tegangan (Vo) atau ujung beban sama dengan tegangan input (Vi). Oleh karena itu, bentuk tegangan keluaran (Vo) sama dengan tegangan setengah gelombang Oab.

Pada setengah periode negatif berikutnya, yaitu bcd, dioda dibias mundur (anoda A bersesuaian dengan polaritas K bersesuaian dengan +), sehingga dioda tidak mengalirkan arus melalui beban R. Hal ini menghasilkan tegangan keluaran (Vo) antara ujung beban menjadi nol, digambarkan dengan garis lurus horizontal bd seperti yang ditunjukkan pada Gambar A (di bawah).

Bentuk gelombang tegangan keluaran tidak termasuk dalam rangkaian penyearah setengah gelombang, seperti terlihat pada Gambar A di bawah ini dengan garis putus-putus. Karena menghasilkan tegangan keluaran searah hanya dalam bentuk setengah gelombang positif dari bentuk gelombang tegangan masukan, maka disebut penyearah setengah gelombang.

Gambar A.  Bentuk gelombang pada sisi input dioda (atas)

Dan sisi keluaran dioda Vo (bawah)

 penyearah gelombang penuh

Agar dapat mengalirkan arus dalam satu gelombang penuh sehingga tegangan keluaran lebih mudah diratakan dan dapat menghasilkan nilai yang konstan, maka digunakan penyearah gelombang penuh. Penyearah gelombang penuh dapat menggunakan empat dioda yang terhubung seperti jembatan Wheatstone, juga disebut penyearah jembatan, seperti yang ditunjukkan pada rangkaian di bawah ini.

rangkaian penyearah gelombang penuh

Tegangan input ditetapkan antara terminal A dan B, sedangkan beban R ditetapkan antara terminal P dan Q. Untuk penyearah jembatan, hanya satu pasang dioda yang akan mentransmisikan arus melalui beban R, sedangkan pasangan dioda lainnya tidak. Pada rangkaian ini, pasangan dioda adalah D1 dengan D4 dan D2 dengan D3. (Sederhananya, pasangan dioda ditunjukkan oleh dioda yang panahnya sejajar).

Pada setengah periode positif, (Vi positif), pasangan dioda D2 dan D3 dibias maju, sedangkan pasangan dioda D1 dan D4 dibias mundur. Arus listrik akan mengalir dari tegangan input melalui pasangan dioda D2 dan D3 dan beban R searah dari Q ke P. Oleh karena itu, pada periode ini tegangan output (Vo) sama dengan tegangan input (Vi).

Pada setengah periode negatif (Vi negatif), pasangan dioda D4 dan D1 dibias maju sedangkan pasangan dioda D2 dan D3 dibias mundur. Arus listrik akan mengalir dari tegangan input melalui pasangan dioda D1 dan D4 dan beban R, dengan arah yang sama dari Q ke P, seperti terlihat pada gambar. Kita dapat mengatakan bahwa tegangan input (Vi) negatif adalah positif pada output. Selanjutnya, bentuk gelombang untuk tegangan input (Vi) pada terminal A dan tegangan output (Vo) pada terminal PQ ditunjukkan pada (Gbr. B), kecuali untuk garis putus-putus.

Gambar b. masukan dan keluaran bentuk gelombang

Karena penyearah jembatan menghasilkan tegangan output searah untuk satu periode dari bentuk gelombang tegangan input yang diterapkan padanya, penyearah jembatan juga disebut penyearah gelombang penuh.

Prinsip keselarasan

Tegangan searah yang dihasilkan oleh penyearah setengah gelombang dan penyearah jembatan (gelombang penuh) memiliki riak yang agak besar (gelombang tegangan tidak sama). Tegangan searah seperti ini tidak memenuhi persyaratan yang harus diberikan pada komponen elektronik di radio, televisi, dan komputer yang membutuhkan tegangan searah lebih.

Secara sederhana, tegangan searah dapat diratakan dengan memasang kapasitor elektrolitik berkapasitas besar, sejajar dengan beban R, seperti yang ditunjukkan pada diagram rangkaian sistem leveling di bawah ini.

lingkaran sistem penilaian

Kapasitor ini disebut kapasitor grading atau kapasitor penyimpanan (rangkaian tangki).

Ketika tegangan melintasi terminal beban meningkat dengan waktu antara A dan B, kapasitor C diisi sehingga polaritas pelat atas positif. Segera setelah tegangan keluaran penyearah turun antara B dan C, kapasitansi C melepaskan muatan listriknya melalui beban R. Akibatnya, tegangan di kedua ujung beban tidak pernah mencapai nol, tetapi mengikuti ketebalan garis BD. Terlihat bahwa riak bentuk gelombang tegangan menjadi lebih kecil dan tegangan langsung yang dibangkitkan pada ujung beban lebih seimbang.