Electrical Engineering: Rangkaian Dioda

Arus sinyal AC yang berbentuk sinusiodal yang dilewatkan melalui sebuah dioda akan disearahkan menghasilkan sinyal positif saja atau sinyal negatif saja yang dinamakan sinyal DC bergelombang. Sinyal AC yang dihasilkan dari sebuah dioda hanya setengahnya saja tergantung dari arah dioda yang dipasang, jika sinyal input AC masuk pada kaki anoda maka sinyal keluaran dari katoda hanya bagian positifnya saja begitu juga sebaliknya, sehingga jika dibutuhkan sinyal output penuh diperlukan dua buah dioda yang diberi input dari dua sinyal AC yang berbeda phasa 180⁰. Itulah prinsip dasar dari rangkaian dioda penyearah (rectifier).

Penyearah Setengah Gelombang (Half Wave Rectifier)

Penjelasan dari contoh gambar diatas adalah penyearahan sinyal AC menjadi sinyal setengah gelombang. Karena bagian positif anoda pada dioda dijadikan sebagai inputnya maka hanya sinyal AC bagian positifnya saja yang akan dilewatkan oleh dioda, sedangkan bagian negatifnya akan ditahan. Istilah untuk gambar diatas adalah rangkaian penyearah setengan gelombang atau dalam bahasa asing dinamakan Half Wave Rectifier.

Tegangan output dari sebuah dioda penyearah dapat dihitung dapat diketahui Nilainya dengan menggunbakan rumus Vmax x 0,318 atau Vrms x0,45, bentuk persamaan tersebut dapat digambarkan sebagai berikut :

Sinyal Output TRangkaian Setengah Gelombang

Dimana Vmax adalah nilai maksimum dari puncak tegangan dan Vrms adalah rata-rata tegangan DC yang dihasilkan. Karena tegangan yang disearahkan hanya setengan gelombang (50% dari teganagan sinusoidalnya), maka tegangan Vmax adalah sama dengan tegangan input dikurangi tegangan drop dioda kemudian dikalikan 50%. Dan VRMS (Root Mean Sequared) adalah rata-rata tegangan DC dari magnitude tegangan AC sinusoidal , nilai tegangan RMS adalah 0,707 x tegangan puncak maksimum (Vmax. Persamaan umum dari pernyataan tersebut saya contohkan soal berikut ini :

CONTOH SOAL

Rangkaian penyearah setengah gelombang yang dibuat dari dioda silikon di berikan tegangan input sebesar 24V. diberikan tahanan beban (R) sebesar 10ohm, hitunglah nilai tegangan DCnya (VDC) dan arus DCnya (IDC) dan daya yang mengalir pada beban (R) outputnya.

Penyelesaian :

Vmax = (Vin - 0,7) x 50% = (48 - 0,7) x 50% = 23,3V

Vrms = Vmax x 0,7071 = 23,3 x 0,7071 = 16,475V

persamaan lain untuk Vmax jika Vrms diketahui:

Vmax = Vrms x 1,414 = 16,475 x 1,414 = 23,3V

Vdc = Vrms x 0,45 = 16,475 x 0,45 = 7,4V

atau

Vdc = Vmax x 0,318 = 23,3 x 0,318 = 7,4V

Idc = Vdc/R = 7,4/10 = 0,74A

P = I x V = 0,74 x 7,4 = 5,476W
atau
P = I² x R = 0,74² x 10 = 5,476W

Kelemahan rangkaian dioda penyearah setengah gelombang hanya dapat diaplikasikan untuk daya rendah. Hal ini karena daya yang dihasilkan hanya setengah dari daya input.

Penyearah Gelombang Penuh (Full Wave Rectifier)

diperlukan dua buah dioda untuk membuat rangkaian dioda penyearah gelombang penuh, seperti contoh diatas setengan gelombang bagian positif akan dihasilkan oleh setiap dioda, sehingga tegangan outputnya adalah 100% yaitu gabungan penjumlahan setengah phasa positipnya, sehingga rata-rata tegangan keluaran DC yang mengalir pada resistor beban adalah dua kali lipat dari rangkaian penyearah tunggal atau menjadi 0,637 x Vmax. Sehingga diperoleh persamaan dasar sebagai beikut :

Vdc = (2xVmax) / π = 0,637 x Vmax = 0,9 x Vrms

Dimana; Vmax adalah nilai puncak dari satu dioda penyearah.

Penyearah Bridge Gelombang Penuh (Bridge Rectifier)

Jika dibutuhkan tegangan positif dan juga sinyal negatif dengan sinyal penuh, maka diperlukan rangkaian penyearah dengan 4 buah dioda yang saling terhubung secara tertutup. Rangkaian tersebut dikenali dengan nama dioda dengan sistem jembatan atau sering disebut dioda bridge. Rangkain jenis ini sangat berguna untuk pemakain pada jenis trafo yang tidak ada Center Tape (CT). Perhatikan gambar dibawah ini:

Tegangan output dari rangkaian Bridge ini adalah tegangan positif dan tegangan negatif, dimana pada contoh rangkaian diatas tegangan positif (+) diperoleh dari dioda D1 dan D2 dan tegangan negatif (-) dihasilkan oleh dioda D3 dan D4 dengan sistem penyearahan gelombang penuh.

D1 dan D2 akan melewatkan gelombang arus positifnya karena posisi diodanya forward bias (arus maju), sedangkan D3 dan D4 hanya akan melewatkan gelombang arus negatifnya saja karena posisi dioda tersebut reverse bias.

Frekuensi output pada rangkaian penyearah Bridge adalah 2x frekuensi input, contoh jika frekeunsi dari trafo sebesar 50Hz maka frekuensi output adalah 100Hz, tetapi jika menggunakan trafo CT besarnya frekuensi dari masing masih phasa terhadap CT adalah sama seperti frekuensi input.