penyearah setengah gelombang

PENYEARAH SETENGAH GELOMBANG

Jurusan Pendidikan Fisika Fakultas Tarbiyah UIN Alauddin Makassar

Abstrak

Telah dilakukan praktikum elektronika dengan judul “Penyearah Setengah Gelombang”.Praktikum ini dilaksanakan di Laboratorium Elektronika Jurusan Pendidikan Fisika. Praktikum ini bertujuan untuk memahami fungsi dioda penyearah dan mengetahui prinsip kerja suatu rangkaian penyearah setengah gelombang serta memahami perbedaan besaran antara Vrpp, Vpp, Vp, Vrms dan Vdc. Variabel manipulasi yaitu nilai kapasitansi kapasitor, variabel kontrol yaitu Vrpp dan Vdc dan variabel tetap yaitu nilai resistansi resistor 220 Ω dan Vpp. Hasil pengamatan menunjukkan bahwa pada penyearah setengah gelombang dengan menggunakan tansformator engkel yang dihubungkan dengan rangkaian, ketika diberi panjar maju maka arus akan melewati dioda sedangkan ketika diberi panjar mundur maka tidak ada arus yang lewat pada dioda akibatnya tidak membentuk gelombang pada osiloskop. Sedangkan untuk mengetahui nilai Vdc pada osiloskop maka diukur dengan menghubungkan probe pada resistor setelah melewati dioda penyearah sehingga dihasilkan Vdc sebesar 3,94 volt. Kesimpulan yang diperoleh dari hasil praktikum ini adalah untuk mengetahui tegangan efektif pada penyearah setengah gelombang diukur pada transformator dengan meggunakan voltmeter AC sedangkan untuk mengukur tegangan riak puncakkepuncak yaitu kapasitor di paralelkan dengan resistor setelah arus melewati dioda penyearah, semakin besar nilai kapasitansi kapasitor maka tegangan riak akan semakin kecil begitupun sebaliknya, semakin kecil nilai kapasitansi kapasitor maka tegangan riak yang terjadi akan besar.

Kata kunci : penyearah setengah gelombang, Vp

TUJUAN

1. Memahami fungsi dioda sebagai penyearah setengah gelombang.
2. Memahami prinsip kerja dari suatu rangkaian penyearah setengah gelombang.
3. Memahami perbedaan besaran antara Vrpp, Vpp, Vp, Vrms, dan Vdc pada penyearah setengah gelombang.

METODOLOGI EKSPERIMEN

Teori Singkat

Sejumlah besar rangkaian elektronika membutuhkan tegangan DC (direct current) untukd apat bekerja dengan baik.Karena tegangan jala-jala adalah tegangan AC (alternating current), maka yang harus dilakukan terlebih dahulu dalam setiap peralatan elektronika adalah mengubah tegangan AC ke tegangan DC.Rangkaian yang melaksanakan konversi ini disebut sebagai catu daya (power supply).Alat pokok dari suatu catu daya adalah dioda penyearah yang hanya mengalirkan arus dalam satu arah saja (Herman, 2014:1).

Efek menyearahkan arus dapat dijalankan secaara otomatis dengan menggantikan sakelar dengan dioda (Wal and Knol, 1979:66). Dioda terbuat dari 2 jenis bahan semikonduktor, bahan P dan bahan N. Bahan P dinamakan anoda dan bahan N dinamakan katoda. APN junction terbentuk dengan menggabungkan bahan tipe P dan bahan tipe N (Khandpur,1999:129). Dioda semikonduktor diperkenalkan pada bagian terakhir memiliki karakteristik I-V yang tidak biasa, dioda mudah melakukan panjar majutetapi sulit untuk melakukan panjar mundur (dengan asumsi panjar reverse kurang dari tegangan rusaknya). Seperti kita akan melihat, perilaku ini tidak biasa memungkinkan kita untuk menggunakan dioda untuk banyak tujuan, tetapi itu juga mempersulit analisis rangkaian dioda (Eggleston, 2011:80).

Untuk memperoleh tegangan DC dari saluran teganagan AC, dapat digunakan penyearah setengah gelombang.Sebagaimana diketahui dari teori rangkaian, antara nilai tegangan rms dan nilai tegangan puncak (peak vaule) terdapat hubungan:

V_rms = 0,707 Vp          …(1)

Kebalikan persamaan (1) adalah:

Vp =               ...(2)

(Herman, 2014:1).

            Dengan adanya kapasitor, tegangan keluaran tak segera turun walaupun tegangan masukan sudah turun. Hal ini disebabkan karna kapasitor memerlukan waktu (T=RC) untuk menosongkan muatannya. Sebelum muatan pada kapasitor turun banyak, tegangan pada kapasitor keburu naik lagi.Tegangan berubah yang terjadi disebut tegangan riak, dengan nilai puncak ke puncak dinyatakan sebagai Vrpp, kualitas rangkaian tapis dinyatakan oleh nisbah riak puncak ke puncak (peak to peak ripple ratio-pprr).

Jadi pprr =     …(3)

Marilah kita coba menurunkan secara kasar hubungan antara Vrpp dan Vp, dan frekuensi tegangan arus bolak-balik f. secara kaar lengkung pengosongan muatan pada kapasitor dapat kita gantikan dengan singgung pada t=0. Garis singgung ini mempunyai kemiringan

 / t=0 = (Vp e^-t/RlC) / t=0 = -

Sehingga ∆t = R_LC,

Dari persamaan diatas dapat dilihat bahwa:

                    atau

Vrpp =            …(4)

(Sutrisno, 1986:96).

Alat  dan Komponen

1. Alat

1. Voltmeter  AC 200 volt                                                                            1 buah
2. Voltmeter DC 20 volt                                                                               1 buah
3. Kabel penghubung                                                                                    10 buah
4. Osiloskop Sinar Katoda    (CRO)                                                             1 buah

1. Komponen

1. Dioda Penyearah   IN 5404                                                                       1 buah
2. Resistor batu 220 Ω                                                                                  1 buah
3. Kapasitor 220 µF                                                                                      1 buah
4. Kapasitor 330 µF                                                                                      1 buah
5. Kapasitor   470 µF                                                                                     1 buah
6. Transformator Engkel 12 volt AC 500 mA                                              1 buah

Identifikasi Variabel

Variabel manipulasi     : nilai kapasitansi kapasitor

Variabel konstan         : nilai resistansi resistor, Vpp

Variabel ukur             : Vrpp dan Vdc

Definisi Operasional Variabel

1. Variable manipulasi: Nilai kapasitansi kapasitor yaitu nilai yang diberikan untuk mengetahui tegangan riak yang terjadi, yaitu kapasitor diparalelkan dengan resistor. Nilai kapasitas kapasitor pada percobaan ini yaitu 220 μF, 330 μF dan 470 μF.
2. Variabel konstan:

• Nilai resistansi resistor (R) yaitu nilai yang diberikan pada penyearah setengah gelombang yaitu pada 220 Ω.
• Vpp yaitu tegangan yang tampil pada layar osiloskop yang diukur dalam transformator.

1. Variabel ukur:

• Tegangan riak puncak ke puncak (Vrpp) yaitu tegangan yang terjadi pada penyearah setengah gelombang yang diukur pada kapasitor setelah dipasang paralel dengan resistor 220 Ω.

• Vdc yaitu tegangan yang timbul setelah melewati dioda penyearah yang diukur dengan menggunakan voltmeter DC dengan batas ukur 20 volt.

Prosedur Kerja

            Prosedur kerja pada percobaan ini adalah:

1. Merangkai kit percobaan seperti pada gambar dibawah :

V_in                                               V_out

 

Sumber: (© Herman, 2014: 1)

(gambar 1: Rangkaian penyearah setengah gelombang)

1. Setelah yakin bahwa rangkaian yang disusun telah benar, menghubungkan input salah satu Channel osiloskop dengan terminal input (Vin) dari rangkaian untuk mendapatkan tampilan gelombang puncak ke puncak (Vpp). Mencatat hasil pengamatan sebagai nilai tegangan Vpp, dan menggambar bentuk gelombang yang ditampilkan dilayar osiloskop.
2. Mengukur tegengan efektif sebagai nilai Vrms pada transformator dengan menggunakan voltmeter AC 200 volt.
3. Selanjutnya mengukur tegangan DC (Vdc) pada resistor setelah arus melalui dioda dengan menggunakan voltmeter DC 20 volt.
4. Mengukur tegangan riak pada kapasitor 220 µF setelah diparalelkan dengan resistor dengan menghubungkan probe osiloskop ke output rangkaian sehingga pada layar osiloskop akan menampilkan tegangan riak.
5. Mengulangi percobaan 5 dengan mengganti-ganti nilai kapasitas kapasitor 330 µF dan 470 µF.
6. Mencatat hasil pengamatan yang diperoleh.

HASIL EKSPERIMEN DAN ANALISIS DATA

Hasil Pengamatan

Kegiatan : Penyearah Setengah Gelombang

1. Bentuk Gelombang Input
   Batas ukur vertical                  : 5 volt/Div
   NST vertical                            : 1 volt/Skala
   Batas ukur Horizontal             : 5 volt/Div
   NST Horizontal                       : 1 volt/Skala
   Periode                                    : 20 ms
   Frekuensi                                 : 50 Hz
   Vp                                           : 12 volt
   Vrms                                       : 12,1 volt

1. Bentuk gelombang output
   Batas ukur vertical                  : 5 volt/Div
   NST vertical                            : 1 volt/Skala
   Batas ukur Horizontal             : 5 volt/Div
   NST Horizontal                       : 1 volt/Skala
   Periode                                    : 20 ms
   Frekuensi                                 : 50 Hz
   Vp                                           : 12 volt
   Vdc                                         : 10,04 volt
   
   
2. Bentuk gelombang output dengan Kapasitor 220 µF
   Batas ukur vertical                  : 5 volt/Div
   NST vertical                            : 1 volt/Skala
   Vrpp                                        : 11 volt

1. Bentuk gelombang output dengan Kapasitor 330 µF
   Batas ukur vertical                  : 5 volt/Div
   NST vertical                            : 1 volt/Skala
   Vrpp                                        : 5 volt

1. Bentuk gelombang output dengan Kapasitor 470 µF
   Batas ukur vertical                  : 5 volt/Div
   NST vertical                            : 1 volt/Skala
   Vrpp                                        : 3 volt
   
   
   
   
   
   

ANALISIS DATA

Perhitungan frekuensi tegangan bolak-balik

Batas ukur vertikal            = 5 Volt/div

Batas ukur Horisontal       = 5 ms/div

Periode (T)                        = 20. 10^-3 s

= 20 ms

Frekuensi (f)                      =  50 Hz

1. Menghitung  Tegangan Input dan tegangan Output
   R₁     = 220 Ohm
   C₁       = 2,2  x 10^-4 F    
   C₂       = 3,3  x 10^-4 F                
   C₃       = 4,7 x 10^-4 F    

1. Untuk Tegangan Input

1. Pengukuran dengan CRO (V_in)
         Batas ukur vertikal      =           Volt/div
         Nst vertikal                  =
         Batas ukur horisontal  =          ms/div
         Nst Horisontal             =
         Periode                        = Penunjukan skala x Nst Skala Horisontal
         V_in  (V_pp)                     = Penunjukan skala x Nst Skala Vertikal

1. Untuk Tegangan output ( V_dc ) pada resistor

1. Pengukuran dengan CRO

     Batas ukur vertikal      =           Volt/div

                        Nst vertikal                 =

                        V_out  (V_p)                     =  Penunjukan skala x Nst Skala Vertikal

                        V_rms                                       = 

                        V_dc                                         = 0,318 V_P ………….. (A)

1. Pengukuran dengan Voltmeter
   V_dc                         =     Volt  …………… (B)
2. % Kesalahan relatif (KR) tegangan efektif (V_rms)
   %  KR V_dc                                         =    x 100  %
3. Pelaporan Fisika (PF)

                        PF = [ V_dc+ ½ Nst Vertikal] Volt       

1. Pengukuran tegangan Riak (V_rpp)

1. Pengukuran dengan CRO

1. Untuk Kapasitor 1 (C₁) =        F
   Nst vertikal CRO        =         ms
   V_rpp1                                        = Penununjukan skala x Nst vertikal CRO
   
   

1. Hasil Pengukuran tegangan riak dengan Perhitungan (V_rpp) dengan Perhitungan

1. UntukKapasitor 1 (C₁)=           F
   V_rpp1                              = V_p …… (V_rpp1b)

1. % Kesalahan relatif (KR) tegangan riak (V_rpp)
   %  KR V_rpp1                      =    x 100  %
2. Pelaporan Fisika (PF)
   PF                                = [ V_rpp1 + ½ NstVertikal] Volt    

TABEL HASIL PENGAMATAN HALF WAVE RECTIFIER

1. Menghitung Tegangan Input dantegangan Output
   Tabel 1 : Hasil Perhitungan Tegangan Input Dan Tegangan Output
   NST Vertikal                          =    1 Volt/skala
   NST Horizontal                      =    1 ms/skala
   Perode (T)                              =    20 ms
   Frekuensi (f)                           =    50 Hz

NO	VINPUT (Volt)		VOUTPUT (Volt)				% KR Vdc(%)
	VTrafo	Vpp	Vp	Vrms	Vdc[A]	Vdc[B]
1	12,0	24,0	12,0	12,1	10,04	3,81	56,0

Keterangan:

[A]    = hasil Pengukuran

[B]     = Hasil Perhitungan

1. Pengukuran tegangan Riak (V_rpp)
   Tabel 2 : Pengukuran tegangan Riak (V_rpp)
   NST Vertikal                       =      1        Volt/skala
   NST Horizontal                   =      1        ms/skala
   Perode (T)                            =      20      ms
   Frekuensi (f)                        =    50       Hz
   Resistansi                             =    220     Ω

NO	Vtrafo (Volt)	Kapasitor (F)	Vrpp pengukuran (Volt)	Vrrp Perhitungan (Volt)	% KR Vrpp (%)
1	12,0	2,2 x 10-4	11,0	4,9	55,0
2	12,0	3,3 x 10-4	5,0	3,3	34,0
3	12,0	4,7  x 10-4	3,0	2,3	23,0

PEMBAHASAN

            Pada percobaan yang telah dilakukan kita menggunakan sebuah dioda penyearah, Transformator engkel, resistor 220  , kapasitor 220 , 330 dan 470  serta osiloskop sinar katoda (CRO). Digunakan trafo engkel karena hanya memiliki satu masukan dan satu keluaran dan pada rangkaian hanya digunakan satu buah dioda sehingga arus hanya mengalir pada panjar maju saja sedangkan untuk panjar mundur pada dioda akan dicut sehingga tampilan gelombang hanya setengah. Pada percobaan ini untuk pengukuran nilai Vdc diukur setelah rangkaian dipasangi dioda sedangkan untuk pengukuran Vac diukur sebelum dioda terpasang pada rangkaian. Adapun Vdc maupun Vrpp hitung, diperoleh persen perbedaan yang relatif kecil.  Berdasarkan data yang diperoleh dapat kami simpulkan bahwa percobaan yang kami lakukan sesuai dengan teori dimana besarnya tegangan riak (V_rpp) dipengaruhi oleh kapasitas kapasitor yaitu semakin besar nilai kapasitas kapasitor yang digunakan maka semakin kecil nilai tegangan riak (Vrpp) yang diperoleh. Begitupun sebaliknya, apabila nilai kapasitas kapasitor besar maka nilai tegangan riak (V_rpp) yang dihasilkan akan besar.

SIMPULAN DAN DISKUSI

            Fungsi dioda sebagai penyearah setengah gelombang yaitu untuk mengubah arus bolak balik menjadi arus searah dimana pada percobaan ini dioda hanya dapat melewatkan arus dalam satu sinyal atau satu arah saja dalam bentuk setengah gelombang. Prinsip kerja pada penyearah setengah gelombang yaitu pada saat transformator mengalirkan polaritas positif pada anoda maka dioda dalam keadaan panjar maju yang artinya arus akan diloloskan, kemudian pada saat transformator mengalirkan polaritas negatif pada anoda maka dioda dalam keadaan panjar mundur yang artinya arus tidak mengalir. Kemudian arus masuk pada resistor sehingga terbentuk gelombang pada osiloskop yaitu setengah gelombang. Untukmengetahui nilai tegangan efektif atau Vrms pada penyearah setengah gelombang diukur pada transformator dengan meggunakan voltmeter AC sedangkan untuk mengukur tegangan riak puncak kepuncak (Vrpp) yaitu diukur pada kapasitor yang di paralelkan dengan resistor setelah arus melewati dioda penyearah. semakin besar nilai kapasitansi kapasitormaka tegangan riak akan semakin kecil begitupun sebaliknya, semakin kecil nilai kapasitansi kapasitor maka tegangan riak yang terjadi akan besar. Tegangan puncak ke puncak (Vpp) diukur pada transformator sedangkan Vdc diukur pada resistor setelah melewati dioda penyearah.

            Berdasarkan hasil pengamatan yang kami peroleh dari percobaan ini ketika kami menggunakan kapasitor  220 µF nilai tegangan  riaknya sebesar 11 V, pada saat kapasitor 330 µF nilai tegangan riaknya 5 V, serta untuk kapasitor 470 µF nilai tegangan riaknya 3 V, maka dapat disimpulkan bahwa semakin besar nilai kapasitansi kapasitornya maka semakin kecil tegangan riaknya.

DAFTAR RUJUKAN      

Eggleston, Dennis l. 2011. Basic Electronics for Scients and Engineers. New York: Cambridge University Press.

Herman. 2014. Penuntun Praktikum Elektronika Dasar II. Makassar: UIN Press.

Khandpur. 1999. Basic Electronic Component and Hardware I. New Delhi: CFS Documentation cellDivision of Centre for Electronics Design and Technology of India

Sutrisno. 1986. Elektronoka I Teori dan penerapannya. Bandung: ITB Press.

Wal, Van Der and E H Knol. 1979. Elektrotechniek in Kort Bestek. The Netherland: B.V.Uitgeverij Nijgh and Van Ditmar.