PENYEARAH JEMBATAN DIODA

Penyearah jembatan termasuk penyearah gelombang penuh dengan empat buah dioda yang

dirangkai seperti sebuah jembatan. Penyearah jembatan merupakan penyearah yang paling

terkenal dan paling banyak dipakai karena dua alasan, pertama penyearah ini menonjolkan

puncak tegangan yang sama dengan penyearah setengah gelombang dan kedua bahwa penyearah

ini mempunyai nilai rata-rata (nilai dc) lebih tinggi daripada penyearah gelombang penuh (dua

dioda).

Gambar rangkaian penyearah jembatan seperti ditunjukkan dibawah ini

Prinsip kerjanya adalah sebagai berikut :

Untuk setengah siklus positif, dioda D2 dan D3 mengalami prategangan maju sehingga

arus mengalir dari kumparan sekunder trafo atas melewati D2 – R – D3 dan kembali ke

kumparan sekunder trafo bawah. Tegangan beban (VR) mempunyai polaritas seperti

yang ditunjukkan pada gambar dibawah ini.

Untuk setengah siklus negatif, dioda D4 dan D1 mengalami prategangan maju sehingga

arus mengalir dari kumparan sekunder trafo bawah melewati D4 – R – D1 dan kembali

ke kumparan trafo atas. Tegangn beban (VR) mempunyai polaritas sepeti yang

ditunjukkan pada gambar dibawah ini.

Jadi untuk satu siklus gelombang, tegangan beban mempunyai polaritas yang sama karena arus

beban selalu mengalir dalam arah yang sama tanpa memperdulikan dioda mana yang sedang

menghantar. Itulah sebabnya tegangan beban merupakan sinyal gelombang penuh yang

disearahkan.

1. Tegangan Rata-Rata (Vdc)

Dengan mengabaikan penurunan tegangan pada dioda, maka puncak tegangan yang

disearahkan (Vout puncak) pada beban adalah :

Vout (puncak) = V2 (puncak)………………………(1)

Perhatikan persamaan diatas bahwa semua tegangan sekunder pada kumparan muncul pada

beban sehingga hal ini yang membuat penyearah jembatan lebih baik daripada penyearah

gelombang penuh (dua dioda) karena pada penyearah gelombang penuh hanya setengah

gelombang sekunder saja yang mencapai keluaran pada beban.

Jadi tegangan rata-rata atau Vdc adalah

Vdc = 0,636 Vout (puncak)……………………….(2)

Contoh :

Misalkan tegangan sekundernya sebesar 12,6 Vac (Vrms), maka tegangan puncak sekundernya

adalah 17,8 V. Tegangan rata-rata (Vdc) dapat dicari dengan mencari Vout (puncak) terlebih

dulu :

Vout (puncak) = V2 (puncak) ,..maka Vout (puncak) = 17,8 V , dan

Vdc = 0,636 Vout (puncak)

Vdc = 0,636 x 17,8 = 11,3 V

Apabila diberikan tegangan beban dc 11,3 V dan sebuah resistansi beban 10 Ohm, arus-arus

beban dc-nya 1,13 A. Karena masing-masing dioda hanya menghantar setiap setengah siklus,

maka batas kemampuan Idc (Io) diodanya hanya paling tidak setengah arus beban dc atau 0,565

A.

Parameter Setengah

Gelombang

Gelombang Penuh Jembatan

Banyaknya Dioda 1 2 4

Vout (puncak) V2 (puncak) 0,5 V2 (puncak) V2 (puncak)

Vdc 0,318 Vout (puncak) 0,636 Vout (puncak) 0,636 Vout (puncak)

Arus dioda Idc 0,5 Idc 0,5 Idc

Frekuensi riak f in 2 f in 2 f in

Vdc 0,45 V2(rms) 0,45 V2(rms) 0,9 V2(rms)

Contoh soal:

1. Sebuah penyearah jembatan dihubungkan dengan kumparan sekunder trafo dengan

tegangan efektifnya sebesar 50 V. Berapa tegangan yang jatuh pada beban sebesar 100

Ohm dan berapa arus yang mengalir pada masing-masing dioda?

PENAPIS / FILTER KAPASITOR

Keluaran penyearah rata-rata adalah tegangan dc yang berdenyut, penggunaan keluaran

seperti ini hanya terbatas untuk mengisi baterai, menjalankan motor dc dll. Sebagian besar

rangkaian elektronika membutuhkan tegangan dc yang benar-benar tetap, seperti tegangan yang

keluar pada baterai. Untuk meratakan tegangan dc yang masih berdenyut tersebut maka

dibutuhkan sebuah rangkaian filter kapasitor.

1. Penapis setengah gelombang

Pada gambar dibawah ini ditunjukkan rangkaian penapis kapasitor masukan.

Sumber ac membangkitkan tegangan sinus dengan puncak Vp. Selama seperempat siklus

pertama dari tegangan sumber, dioda berprategangan maju. Idealnya dioda tersebut berlaku

seperti switch tertutup. Karena dioda menghubungkan sumber langsung melintasi kapasitor,

maka kapasitor diisi sampai tegangan puncak Vp.

Tepat setelah melewati puncak positif, dioda berhenti menhantar, yang artinya switch

terbuka seperti yang diperlihatkan pada gambar. Mengapa demikian, karena kapasitor memiliki

tegangan Vp dengan polaritas yang sama sepeti tegangan sumber. Tepat sesaat setelah tegangn

sumber mencapai puncak, maka tegangan sumber sedikit lebih kecil dibandingkan tegangan

kapasitor, sehingga dioda mengalami pra tegangan balik.

Dengan dioda yang sekarang terbuka, kapasitor membuang muatannya melalui resistor.

Dengan rancangan yang seksama, tetapan waktu pembuangan dapat dibuat jauh lebih besar

daripada perioda T sinyal masuk. Karena hal ini, kapasitor hanya kehilangan sebagian kecil

muatannya selama waktu putus dari dioda.

Sekarang, tegangan beban hampir merupakan tegangan dc yang sempurna. penyimpangan

dari tegangan dc yang murni hanyalah riak (ripple) kecil yang disebabkan oleh pengisian dan

pembuangan kapasitor. Makin kecil riak makin baik. Salah satu cara untuk mengurangi riak

ialah dengan menambahkan tetapan waktu pembuangan yang sama dengan RLC.

Tegangan pada kapasistor pada saat proses pengisian adalah sebagai berikut:

dimana konstantat waktu pembuangan, biasa dikenal dengan istilah konstanta waktu τ ,

yaitu

τ = RLC.

2. Penapis Gelombang Penuh atau Jembatan

Cara lain untuk mengurangi riak adalah dengan menggunakan penyearah gelombang penuh

atau penyearah jembatan. Frekuensi riaknya adalah 2x frekuensi riak pada penyearah setengah

gelombang. Sehingga kapasitor diisi dua kali lebih sering dan hanya mempunyai setengah waktu

pembuangan. Akibatnya, riak menjadi lebih kecil dan tegangan keluaran dc-nya lebih mendekati

tegangan puncak.

Rangkaian penapis gelombang penuh atau jembatan seperti yang ditunjukkan pada gambar

dibawah in.

Kita dapat menghitung besarnya tegangan riak dengan persamaan sebagai berikut:

V Rip=1fC

dimana VRip = tegangan riak ke puncak (Volt)

f = frekuensi riak

C = kapasitansi (farad)

Contoh :

Anggaplah arus beban dc mendekati 10 mA dan kapasitansinya 470 uF. Jika kita

menggunakan penyearah gelombang penuh atau jembatan dengan frekuensi jala-jala 60 Hz, riak

puncak ke puncak yang berasal dari penapis kapasitor masuk adalah

V Rip=10 . 10−3

120 x 470 .10−6=0 ,177V

3. Pedoman Perancangan

Jika kita sedang merancang penapis kapasitor pada penyearah arus, kita akan memilih

kapasitor yang cukup besar untuk menjaga agar riak kecil. Berapa nilai kecilnya itu? ini

tergantung pada seberapa besar ukuran kapasitor yang ingin anda gunakan. Bila riak berkurang,

kapasitor menjadi makin besar dan makin mahal.

Sebagai solusinya, beberapa perancang menggunakan aturan 10 %, yang mengatakan

kapasitor dipilih untuk menjaga agar riak puncak ke puncak sekitar 10 % dari tegangan puncak.

Misalnya, bila tegangan puncaknya 15 V, maka pilihlah kapasitor yang membuat riak puncak ke

puncak sekitar 1,5 V.

4. Tegangan DC

Idealnya, tegangan DC yang diperoleh dari penapis kapasitor adalah sama dengan tegangan

puncak. Karena kita mengijinkan riak sampai 10 %, maka kita dapat menggunakan rumus yang

sedikit lebih tepat.

V dc=V 2( puncak )−V Rip

2

Contoh: jika V2(puncak) = 15 V dan VRip = 1,5 V maka

V dc=15−1,52

=14 ,25V