Catu daya

Penyearah Setengah Gelombang
Dioda semikonduktor banyak digunakan sebagai penyearah.
Penyearah yang paling sederhana adalah penyearah setengah
gelombang, yaitu yang terdiri dari sebuah dioda. Melihat dari
namanya, maka hanya setengah gelombang saja yang akan
disearahkan. Gambar 28 menunjukkan rangkaian penyearah
setengah gelombang.
Rangkaian penyearah setengah gelombang mendapat masukan
dari skunder trafo yang berupa sinyal ac berbentuk sinus, Vi =
Vm Sin wt (Gambar 28 (b)). Dari persamaan tersebut, Vm
merupakan tegangan puncak atau tegangan maksimum. Harga
Vm ini hanya bisa diukur dengan CRO yakni dengan melihat
langsung pada gelombangnya. Sedangkan pada umumnya
harga yang tercantum pada skunder trafo adalah tegangan
efektif. Hubungan antara tegangan puncap Vm dengan
tegangan efektif (Veff) atau tegangan rms (Vrms) adalah:
Vm
Veff = Vrms = ¾¾¾ = 0.707 Vm
Ö 2

Tegangan (arus) efektif atau rms (root-mean-square) adalah
tegangan (arus) yang terukur oleh voltmeter (amper-meter).
Karena harga Vm pada umumnya jauh lebih besar dari pada Vg
(tegangan cut-in dioda), maka pada pembahasan penyearah ini
Vg diabaikan.
Prinsip kerja penyearah setengah gelombang adalah bahwa
pada saat sinyal input berupa siklus positip maka dioda
mendapat bias maju sehingga arus (i) mengalir ke beban (RL),
dan sebaliknya bila sinyal input
berupa siklus negatip maka dioda mendapat bias mundur
sehingga tidak mengalir arus. Bentuk gelombang tegangan
input (vi) ditunjukkan pada (b) dan arus beban (i) pada (c) dari

vi i RL
vd
masukan
sinyal ac

dimana:
Resistansi dioda pada saat ON (mendapat bias maju) adalah Rf,
yang umumnya nilainya lebih kecil dari RL. Pada saat dioda
OFF (mendapat bias mundur) resistansinya besar sekali atau
dalam pembahasan ini dianggap tidak terhingga, sehingga arus
dioda tidak mengalir atau i = 0.
Arus yang mengalir ke beban (i) terlihat pada Gambar (c)
bentuknya sudah searah (satu arah) yaitu positip semua.
Apabila arah dioda dibalik, maka arus yang mengalir adalah
negatip. Frekuensi sinyal keluaran dari penyearah setengah
gelombang ini adalah sama dengan frekuensi input (dari jalajala
listrik) yaitu 50 Hz. Karena jarak dari puncak satu ke
puncak berikutnya adalah sama.
Bila diperhatikan meskipun sinyal keluaran masih berbentuk
gelombang, namun arah gelombangnya adalah sama, yaitu
positip (Gambar c). Berarti harga rata-ratanya tidak lagi nol
seperti halnya arus bolak-balik, namun ada suatu harga
tertentu. Arus rata-rata ini (Idc) secara matematis bisa
dinyatakan:
Vm
Im = ¾¾¾¾
Rf + RL
i = Im Sin wt ,jika 0 £ wt £ p (siklus positip)
i = 0 ,jika p £ wt £ 2p (siklus negatip)
Untuk penyearah setengah gelombang diperoleh:
Tegangan keluaran dc yang berupa turun tegangan dc pada
beban adalah:
Vdc = Idc.RL
Apabila harga Rf jauh lebih kecil dari RL, yang berarti Rf bisa
diabaikan, maka:
Vm = Im.RL
Sehingga:
Apabila penyearah bekerja pada tegangan Vm yang kecil, untuk
memperoleh hasil yang lebih teliti, maka tegangan cut-in dioda
(Vg) perlu dipertimbangkan
Dalam perencanaan rangkaian penyearah yang juga penting
untuk diketahui adalah berapa tegangan maksimum yang boleh
diberikan pada dioda. Tegangan maksimum yang harus ditahan
oleh dioda ini sering disebut dengan istilah PIV (peak-inverse
voltage) atau tegangan puncak balik. Hal ini karena pada saat
dioda mendapat bias mundur (balik) maka tidak arus yang
mengalir dan semua tegangan dari skunder trafo berada pada
dioda. Bentuk gelombang dari sinyal pada dioda dapat dilihat
pada Gambar 29. PIV untuk penyearah setengah gelombang ini
adalah:
PIV =Vm
Bentuk gelombang sinyal pada dioda seperti Gambar 28 dengan
anggapan bahwa Rf dioda diabaikan, karena nilainya kecil
sekali dibanding RL. Sehingga pada saat siklus positip dimana
dioda sedang ON (mendapat bias maju), terlihat turun
tegangannya adalah nol. Sedangkan saat siklus negatip, dioda
sedang OFF (mendapat bias mundur) sehingga tegangan
puncak dari skunder trafo (Vm) semuanya berada pada dioda.
Penyearah Gelombang Penuh Dengan Trafo CT
Rangkaian penyearah gelombang penuh ada dua macam, yaitu
dengan menggunakan trafo CT (center-tap = tap tengah) dan
dengan sistem jembatan. Gambar 30 menunjukkan rangkaian
penyearah gelombang penuh dengan menggunakan trafo CT.
Terminal skunder 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 D1 mendapat sinyal siklus
negatip, dan sebaliknya. Dengan demikian D1 dan D2 hidupnya
bergantian. Namun karena arus i1 dan i2 melewati tahanan
beban (RL) dengan arah yang sama, maka iL menjadi satu arah

Terlihat dengan jelas bahwa rangkaian penyearah gelombang
penuh ini merupakan gabungan dua buah penyearah setengah
gelombang yang hidupnya bergantian setiap setengah siklus.
Sehingga arus maupun tegangan rata-ratanya adalah dua kali
dari penyearah setengah gelombang. Dengan cara penurunan
yang sama, maka diperoleh:
dan
Apabila harga Rf jauh lebih kecil dari RL, maka Rf bisa
diabaikan, sehingga:
Apabila penyearah bekerja pada tegangan Vm yang kecil, untuk
memperoleh hasil yang lebih teliti, maka tegangan cut-in dioda
(Vg) perlu dipertimbangkan, yaitu:0
Tegangan puncak inverse yang dirasakan oleh dioda adalah
sebesar 2Vm. Misalnya pada saat siklus positip, dimana D1
2Im
Idc = ¾¾¾¾ @ 0.636 Im
p
2Im.RL
Vdc = Idc.RL = ¾¾¾¾
Vdc 2Vm 0.636 Vm
Vdc =0.636 (Vm-Vg)

sedang hidup (ON) dan D2 sedang mati (OFF), maka jumlah
tegangan yang berada pada dioda D2 yang sedang OFF
tersebut adalah dua kali dari tegangan sekunder trafo.
Sehingga PIV untuk masing-masing dioda dalam rangkaian
penyearah dengan trafo CT adalah:
Penyearah Gelombang Penuh Sistem Jembatan
Penyearah gelombang penuh dengan sistem jembatan ini bisa
menggunakan sembarang trafo baik yang CT maupun yang
biasa, atau bahkan bisa juga tanpa menggunakan trafo.
rangkaian dasarnya adalah seperti pada Gambar 30.
PIV =2 Vm

Prinsip kerja rangkaian penyearah gelombang penuh sistem
jembatan dapat dijelaskan melalui Gambar 30. Pada saat
rangkaian jembatan mendapatkan bagian positip dari siklus
sinyal ac, maka (Gambar 30 b) :
- D1 dan D3 hidup (ON), karena mendapat bias maju
- D2 dan D4 mati (OFF), karena mendapat bias mundur
Sehingga arus i1 mengalir melalui D1, RL, dan D3.
Sedangkan apabila jembatan memperoleh bagian siklus negatip,
maka (Gambar 30 c):
- D2 dan D4 hidup (ON), karena mendapat bias maju
- D1 dan D3 mati (OFF), karena mendapat bias mundur
Sehingga arus i2 mengalir melalui D2, RL, dan D4.
Arah arus i1 dan i2 yang melewati RL sebagaimana terlihat
pada Gambar 30b dan c adalah sama, yaitu dari ujung atas RL
menuju ground. Dengan demikian arus yang mengalir ke
beban (iL) merupakan penjumlahan dari dua arus i1 dan i2,
dengan menempati paruh waktu masing-masing.
Besarnya arus rata-rata pada beban adalah sama seperti
penyearah gelombang penuh dengan trafo CT, yaitu: Idc =
2Im/p = 0.636 Im. Untuk harga Vdc dengan
memperhitungkan harga Vg adalah:
Harga 2Vg ini diperoleh karena pada setiap siklus terdapat dua
buah dioda yang berhubungan secara seri.
Disamping harga 2Vg ini, perbedaan lainnya dibanding dengan
trafo CT adalah harga PIV. Pada penyearah gelombang penuh
dengan sistem jembatan ini PIV masing-masing dioda adalah:
PIV = Vm
Vdc = 0.636 (Vm - 2Vg)