Telah dilakukan percobaan penyearah yang bertujuan untuk mengetahui karakteristik penyearah setengah gelombang dan gelombang penuh dengan tapis (filter) dan tanpa tapis.
Daftar isi
Penyearah Gelombang
Bab I. Pendahuluan
A. Latar Belakang
Dalam kehidupan sehari-hari dioda banyak digunakan pada alat elektronik. Misalnya, pada jenis relay diberikan dioda dengan tujuan untuk mencegah terjadinya arus balik pada rangkaian. Arus balik listrik ini dapat berasal dari induksi medan magnet yang dihasilkan oleh kumparan relay. Induksi listrik ini biasanya lebih tinggi tegangannya dibandingkan dengan tegangan sumber. Untuk mencegah terjadinya kerusakan akibat terjadinya tegangan induksi ini maka pada rangkaian relay dipasangkan rangkaian dioda. Kapasitor adalah suatu alat yang dapat menyimpan energi di dalam medan listrik, dengan cara mengumpulkan ketidakseimbangan internal dari muatan listrik. Umumnya ada dua jenis kapasitor yaitu kapasitor polar dan kapasitor nonpolar.
Transformator adalah suatu alat listrik yang memindahkan energi listrik dari satu rangkaian listrik ke rangkaian listrik yang lain melalui suatu gandengan magnet berdasarkan prinsip induksi elektromagnet. Prinsip kerja transformator adalah berdasarkan hukum faraday yaitu arus listrik dapat menimbulkan medan magnet dan sebaliknya medan magnet dapat menimbulkan arus listrik. Dioda adalah suatu bahan semikonduktor (silikon) yang tersusun atas”p-n Junction”, dan didesain sedemikian rupa sehingga mempu menghasilkan arus pada satu arah saja, seperti yang terlihatpada gambar 1.(a). smbol untuk dioda dapat dilihat pada gambar 1.(b)[4].
Gambar 1.1 (a) Rangkaian dengan dioda (b) Simbol dioda
Gambar 1.2 (a) sambungan p-n; (b) sebaran rapat muatan ρ.
Peristiwa yang dilukiskan pada gambar 1.2 adalah yang terjadi jika antara ujung bahan p dan n tidak diberi sumber ggl. Sekarang antara ujung bahan p dan n dihubungkandengan suatu baterai, dengan bahan p dihubungkan dengan kutub positif dan bahan n dengan kutub negatif. Pada keadaan ini dikatakan sambungan p-n diberi panjar maju. Seperti yang terlihat pada gambar 1.3. dan jika kutub dibalik, maka terjadi panjar mundur.
Gambar 1.3 panjar maju pada sambungan p-n
Penerapan dioda yang paling banyak dijumpai adalah sebagai penyearah. Penyearah berarti mengubah arus bolak-balik (ac) menjadi arus searah (dc). Penyearah yang paling sederhana adalah penyearah setengah gelombang, yaitu penyearah yang terdiri dari sebuah dioda. Rangkaian penyearah setengah gelombang mendapat masukan dari skunder trafo yang berupa sinyal ac berbentuk sinus, Vi = Vm sin ωt. Prinsip penyearah setengah gelombang adalah bahwa pada saat sinyal input berupa siklus positif maka dioda mendapat bias maju sehingga arus mengalir ke beban, dan sebaliknya[1].
Gambar 1.4 Penyearah setengah gelombang; (a) Rangkaian; (b) tegangan skunder trafo; (c) Arus beban
Rangkaian gelombang penuh ada dua macam, yaitu dengan menggunakan trafo CT dan dengan sistem jembatan. Penyearah gelombang penuh dengan menggunakan trafo CT dapat dibuat menggunakan 2 buah dioda D1 dan D2 seperti pada gambar dibawah. Terminal sekunder dari Trafo CT mengeluarkan dua buah tegangan keluaran yang sama tetapi fasanya berlawanan dengan titik CT sebagai titik tengahnya. Kedua keluaran ini masing-masing dihubungkan ke D1 dan D2, sehingga saat D1 mendapat sinyal siklus positip maka D2 mendapat sinyal siklus negatip, dan sebaliknya[2].
(a)
(b)
Gambar 1.5 (a) Rangkaian gelombang penuh dengan trafo CT; (b) Sinyal gelombang penuh
Bab III. Metode Praktikum
Langkah pada percobaan penyearah ini yang pertama peralatan disiapkan, diantaranya transformator CT 2 Ampere, dua buah dioda 1N4002, resistor 33 Ω, kapasitor 100 μF dan 1000 μF, osiloskop, kabel penghubung, dan kamera. Sebelumnya osiloskop dikalibrasi. Setelah itu, peralatan dirangkai seperti pada gambar 2.1(a) dan 2.1(b) untuk percobaan penyearah setengah gelombang daan seperti pada gambar 2.2(a) dan 2..2(b) untuk percobaan penyearah gelombang penuh. Setelah dirangkai dimulai untuk pengambilan data berupa tegangan puncak (Vp), tegangan DC rata-rata (Vav), tegangan puncak ke puncak (Vpp), periode, dan bentuk gelombang dari transformator (pada lilitan sekunder) dengan menghubungkan probe osiloskop pada kutub positif rangkaian pada titik A dan osiloskop pada titik B. Kemudian transformator dihubungkan dengan stop kontak dan data yang ditampilkan pada osiloskop dicatat dan difoto. Langkah tersebut dilakukan pula untuk titik C-D.
(a)
(b)
Gambar 2.1 rangkaian penyearah setengah gelombang (a) Tanpa tapis; (b) Dengan tapis
(a)
(b)
Gambar 2.2 Rangkaian penyearah gelombang penuh (a) Tanpa tapis; (b) Dengan tapis
Setelah diperoleh data-data tersebut maka dapat dilakukan pengolahan data yaitu sebagai berikut:
Vmaks = Vrms …………………………………………………………………………… (2.1)
Dengan Vrms dari percobaan penyearah tanpa filter
Error = x 100% ………………………………………………………………………….. (2.2)
Untuk tegangan puncak ke puncak setelah difilter untuk penyearah setengah gelombang:
Vrpp = x Vp ………………………………………………………………………………. (2.3)
Untuk penyearah gelombang penuh:
Vrpp = x Vp ………………………………………………………………………………. (2.4)
Untuk mengetahui kualitas filter maka dapat dicari nilai pprr:
pprr = ………………………………………………………………………………………. (2.5)
Bab IV. Hasil dan Pembahasan
A. Hasil
Percobaan penyearah yang dilakukan dengan menggunakan dua jenis penyearah yaitu penyearah setengah gelombang dan penyearah gelombang penuh ini menggunakan prinsip dioda yang sifatnya dapat menyearahkan arus dari arus ac menjadi arus dc. Berikut data yang diperoleh dari percobaan yang telah dilakukan.
Tabel 3.1 Data percobaan penyearah setengah gelombang tanpa tapis
| Vpp (V) | Vp (V) | Vrms (V) | T (ms) | Titik | R(Ω) |
| 16.6 | 7.8 | 5.915 | 20 | AB | 3333 |
| 16.6 | 7.8 | 5.927 | 20 | ||
| 16.8 | 7.8 | 5.95 | 20 | ||
| 16.6 | 7.8 | 5.921 | 20 | ||
| 16.6 | 7.8 | 5.93 | 20.1 | ||
| 7.4 | 7 | 3.654 | 20.1 | CD | |
| 7.4 | 7 | 3.653 | 20 | ||
| 7.4 | 7 | 3.635 | 20 | ||
| 7.4 | 7 | 3.388 | 20 | ||
| 7.2 | 7 | 3.422 | 20 |
Tabel 3.2 Data percobaan penyearah setengah gelombang dengan tapis
| Vpp (v) | Vp (v) | Vrms (v) | T (ms) | Titik | C(µF) | R(Ω) |
| 2.6 | 6 | 4.805 | 19.8 | CD | 1000 | 33 |
| 2.6 | 6 | 4.767 | 20 | |||
| 2.6 | 6 | 4.675 | 20 | |||
| 2.6 | 6 | 4.742 | 20 | |||
| 2.6 | 6 | 4.765 | 20.2 | |||
| 7 | 7 | 3.525 | 20 | CD | 100 | |
| 7 | 7 | 3.621 | 20.1 | |||
| 7 | 7 | 3.188 | 20 | |||
| 7 | 7 | 3.333 | 20.1 | |||
| 7 | 7 | 3.449 | 20 |
Tabel 3.3 Data percobaan penyearah gelombang penuh tanpa tapis
| Vpp (V) | Vp(V) | Vrms (V) | T(ms) | Titik | R(Ω) |
| 16.6 | 7.8 | 5.892 | 20 | AB | 33 |
| 16.6 | 7.8 | 5.893 | 20 | ||
| 16.6 | 7.8 | 5.893 | 20 | ||
| 16.6 | 7.8 | 5.926 | 20.1 | ||
| 16.6 | 7.8 | 5.896 | 20 | ||
| 7.6 | 7.2 | 4.778 | 9.9 | CD | |
| 7.4 | 7.2 | 4.795 | 10 | ||
| 7.2 | 7 | 4.757 | 9.9 | ||
| 7.4 | 7.2 | 4.777 | 10.1 | ||
| 7.4 | 7.2 | 4.771 | 10.1 |
Tabel 3.4 Data percobaan penyearah gelombang penuh dengan tapis
| Vpp (v) | Vp (v) | Vrms (v) | T (ms) | Titik | C(µF) | R(Ω) |
| 1.6 | 6.4 | 5.544 | 9.5 | CD | 1000 | 33 |
| 1.6 | 6.4 | 5.599 | 10.5 | |||
| 1.4 | 6.2 | 5.534 | 10.1 | |||
| 1.4 | 6.2 | 5.503 | 9.7 | |||
| 1.4 | 6.2 | 5.534 | 10.5 | |||
| 5.2 | 7 | 4.929 | 10 | CD | 100 | |
| 5.2 | 7 | 4.913 | 10.1 | |||
| 5.2 | 7 | 4.895 | 10.1 | |||
| 5.2 | 7 | 4.89 | 10 | |||
| 5.2 | 7 | 4.904 | 9.9 |
Tabel 3.5 Data hasil perhitungan dan nilai eror tegangan pada rangakaian penyearah setengah gelombang tanpa filter.
| Titik | Vrms (V) | V max hitung (V) | error (%) |
| AB | 5.915 | 8.3651 | 6.7551 |
| 5.927 | 8.3820 | 6.9439 | |
| 5.95 | 8.4146 | 7.3036 | |
| 5.921 | 8.3736 | 6.8496 | |
| 5.93 | 8.3863 | 6.9910 | |
| CD | 3.654 | 5.1675 | 35.4611 |
| 3.653 | 5.1661 | 35.4982 | |
| 3.635 | 5.1407 | 36.1691 | |
| 3.388 | 4.7914 | 46.0964 | |
| 3.422 | 4.8394 | 44.6449 |
Tabel 3.6 Data hasil perhitungan dan nilai error tegangan pada rangkaian penyearah setengah gelombang dengan filter.
| Vp (V) | Vrms (V) | C (µF) | f (Hz) | Vmak hitung (V) | Vrpp (V) | pprr | Error (%) |
| 6 | 4.805 | 1000 | 50 | 6.795 | 3.636 | 0.757 | 11.70 |
| 6 | 4.767 | 50 | 6.742 | 3.636 | 0.763 | 11.00 | |
| 6 | 4.675 | 50 | 6.611 | 3.636 | 0.778 | 9.25 | |
| 6 | 4.742 | 50 | 6.706 | 3.636 | 0.767 | 10.53 | |
| 6 | 4.765 | 50 | 6.739 | 3.636 | 0.763 | 10.96 | |
| 7 | 3.525 | 100 | 50 | 4.985 | 42.424 | 12.035 | 40.42 |
| 7 | 3.621 | 50 | 5.121 | 42.424 | 11.716 | 36.70 | |
| 7 | 3.188 | 50 | 4.509 | 42.424 | 13.307 | 55.26 | |
| 7 | 3.333 | 50 | 4.714 | 42.424 | 12.729 | 48.51 | |
| 7 | 3.449 | 50 | 4.878 | 42.424 | 12.300 | 43.51 |
Tabel 3.7 Data hasil perhitungan dan nilai error tegangan pada rangkaian penyearah gelombang penuh tanpa filter.
| Titik | Vrms (v) | V max hitung (v) | error (%) |
| AB | 5.892 | 6.39 | 6.39 |
| 5.893 | 6.41 | 6.41 | |
| 5.893 | 6.41 | 6.41 | |
| 5.926 | 6.93 | 6.93 | |
| 5.896 | 6.45 | 6.45 | |
| CD | 4.778 | 6.55 | 6.55 |
| 4.795 | 6.18 | 6.18 | |
| 4.757 | 4.05 | 4.05 | |
| 4.777 | 6.58 | 6.58 | |
| 4.771 | 6.71 | 6.71 |
Tabel 3.8 Data hasil perhitungan dan nilai error tegangan pada rangkaian penyearah gelombang penuh dengan filter
| Vp (V) | Vrms (V) | C (µF) | f (Hz) | Vmak hitung (V) | Vrpp (V) | pprr | Error (%) |
| 6.4 | 5.544 | 1000 | 50 | 7.840 | 5.28 | 1.93 | 18.37 |
| 6.4 | 5.599 | 50 | 7.918 | 5.28 | 1.93 | 19.17 | |
| 6.4 | 5.534 | 50 | 7.826 | 5.115 | 1.87 | 20.78 | |
| 6.4 | 5.503 | 50 | 7.782 | 5.115 | 1.87 | 20.33 | |
| 6.4 | 5.534 | 50 | 7.826 | 5.115 | 1.87 | 20.78 | |
| 7 | 4.929 | 100 | 50 | 6.971 | 0.578 | 21.21 | 0.42 |
| 7 | 4.913 | 50 | 6.948 | 0.578 | 21.21 | 0.75 | |
| 7 | 4.895 | 50 | 6.923 | 0.578 | 21.21 | 1.12 | |
| 7 | 4.89 | 50 | 6.916 | 0.578 | 21.21 | 1.22 | |
| 7 | 4.904 | 50 | 6.935 | 0.578 | 21.21 | 0.93 |
Gambar 3.1 Sinyal luaran pada penyearah setengah gelombang tanpa filter
Gambar 3.2 Sinyal luaran pada penyearah setengah gelombang dengan filter 100μF
Gambar 3.3 Sinyal luaran pada penyearah setengah gelombang dengan filter 1000 μF
Gambar 3.4 Sinyal luaran pada penyearah gelombang penuh tanpa filter
Gambar 3.5 Sinyal luaran pada penyearah gelombang penuh dengan filter 1000 μF
Gambar 3.6 Sinyal luaran pada penyearah gelombang penuh dengan filter 100 μF
Dari gambar sinyal yang diperoleh dapat dianalisa bahwa ketika rangkaian dirangkai untuk penyearah setengah gelombang atau dengan satu dioda terdapat tampilan sinyal luaran yang tidak penuh pada bagian negatifnya. Hal ini terjadi karena dalam rangkaian terdapat dioda yang berfungsi untuk menyearahkan arus ac menjadi dc. Oleh karena itu, arus luaran yang dihasilkan hanya terdapat pada daerah positif yang disebabkan posisi kutub positif dihubungkan dengan sambungan p pada dioda. Dan ketika rangkaian dirangkai dengan dua dioda atau untuk penyearah gelombang penuh terdapat tampilan sinyal luaran arus yang penuh pada daerah positif. Hal ini terjadi karena adanya dua dioda yang memberikan sinyal positifnya saling bergantian. Artinya saat dioda 1 hidup, maka dioda 2 mati begitu seterusnya. Sehingga arus luaran yang dihasilkan adalah gabungan arus luaran dari dua dioda. Hal ini dapat terjadi karena adanya beda fase pada sambungan trafo dengan rangkaian dioda.
Ketika kedua rangkaian penyearah diberikan filter berupa kapasitor dengan variasi 100 μF dan 1000 μF akan dihasilkan sinyal luaran yang berbeda dengan tanpa filter. Dalam hal ini kapasitor berfungsi sebagai filter karena dalam proses pengisian dan pengosongan mengabitkan dapat mengurangi riak yang terjadi pada penyearah setengah gelombang dan penyearah gelombang penuh. Pada saat proses pengisian kapasitor tegangan pada yang dihasilkan naik seperti pada puncak tegangan pada dioda dan pada saat proses pengosongan tegangan pada kapasitor turun tetapi proses teurunnnya tidak secepat proses pengisian. Hal ini yang menyebabkan adanya ripple pada sinyla luaran arus sehingga luaran sinyal arus menjadi rata. Luaran sinyal arus rata tidaknya tergantung pada besar kapasitor yang diberikan. Jika kapasitor yang diberika mempunyai kapasitansi yang besar maka akan menghasilkan sinyeal luaran arus yang lebih rata dibandingkan dengan kapasitor dengan kapasitansi yang rendah. Hal ini dapat dibuktikan dari sinylal arus luaran pada percobaan yang telah dilakukan, diamati sinyal arus luaran dengan filter 100 μF lebih rata dari pada sinyal arus luaran dengan filter 1000 μF.
Dalam percobaan ini terdapat error pada Vp karena adanya kapasitansi yang tertera pada kapasitor merupakan kapasitansi ideal sehingga tegangan yang dihasilkan belum tentu stabil.
Pada tegangan puncak ke puncak setelah difilter mempunyai perbedaan karena pada penyearah setengah gelombang hanya terdapat pada setengah gelombang. Sehingga tegangan riak akan membentuk lebih memanjang atau lebih kurang rata dibanding dengan penyearah gelombang penuh. Dan dengan adanya variasi filter yang diberikan juga mempengaruhi sinyal luaran riak pada sinyal arus luaran. Dimana filter yangkapasitansinya lebih besar akan memberikan sinyal arus luaran yang lebih rata dibandingkan dengan sinyal arus luaran penyearah setengah gelombang.
Kualitas rangkaian filter dengan kapasitor yang kapasitansi 1000 μF lebih baik dibandingkan dengan kapasitansi 100 μF. Hal ini terjadi karena daya simpan kapasitor yang lebih besar kapasitansinya lebih besar dibandingkan dengan kapasitansi yang lebih rendah sehingga tegangannya stabil.
Dalam proses pengambilan data terdapat kendala dalam menentukan rangkaian resistor yang dipakai, proses perangkaian untuk penyearah setengah gelombang ataupun gelombang penuh saat ditambah dengan filter.
Bab V. Penutup
A. Kesimpulan
Berdasarkan dari hasil percobaan dan perhitungan dapat disimpulkan bahwa karakteristik dari penyearah setengah gelombang yaitu mempunyai satu siklus sinyal positif setengah gelombang yang dikeluarkan oleh satu dioda, untuk penyearah gelombang penuh akan menghasilkan arus luaran yang penuh karena adanya dua dioda yang saling bergantian memberikan setengah gelombang siklus sinyal positif, dan untuk penyearah setengah gelombang dan gelombang penuh dengan menggunakan filter akan menghasilkan luaran arus yang rata akibat adanya kapasitor yang mengurangi riak tegangan.
DAFTAR PUSTAKA
[1] Lee, Y. S. 2011.”Power Electronics”. Elsevier: America.
[2] Surjono, Hermawan Dwi. 2007. “Elekronika : Teori dan Penerapan”. Penerbit Cerdas Ulet Kreatif: Jember.
[3] Sutrisno. 1986. “Elektronika Teori dan Penerapannya”. Penerbit ITB: Bandung.
[4] Zuhal. 2004. “Prinsip Dasar Elaktroteknik”. PT Gramedia Pustaka Utama; Jakarta.
